ВЕСТНИК ВИТ «ЭРА», том 2, номер 2, 2021

ЭЛЕКТРОННАЯ КОМПОНЕНТНАЯ БАЗА, ФОТОНИКА

И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

УДК 621.3.038

ОЦЕНКА ПРЕИМУЩЕСТВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЛИНИЯХ

ПОГЛОЩЕНИЯ ФРАУНГОФЕРА В СИСТЕМАХ НАБЛЮДЕНИЯ

ФГАУ «Военный инновационный технополис «ЭРА», Анапа, Россия

Проанализирована возможность и показана целесообразность решения проблемы улучшения помехоустойчи-

вости и обеспечения скрытности оптического наблюдения применительно к робототехническим комплексам

военного назначения воздушного базирования за счет использования в атмосферно-оптических каналах на-

блюдения узких спектральных диапазонов ультрафиолетового участка спектра оптического излучения, соот-

ветствующих фраунгоферовым линиям поглощения.

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы - определение условий улучшения

В настоящее время актуальной остаётся зада-

помехозащищённости системы оптического на-

ча организации скрытного оптического наблюде-

блюдения за счёт использования нескольких узких

ния объектов, расположенных на фоне земной или

спектральных диапазонов ультрафиолетового (УФ)

водной поверхности. Особенно актуальной эта

участка спектра оптического излучения, соответ-

задача становится применительно к робототехни-

ствующих фраунгоферовым линиям поглощения.

ческим комплексам (РТК) военного назначения

(ВН) воздушного базирования. Несмотря также

АНАЛИТИКО-МЕТОДИЧЕСКАЯ

и на широкое применение систем дистанционно-

ЧАСТЬ

го зондирования Земли (ДЗЗ), обеспечивающих

Фраунгоферовы линии поглощения (ФЛП) - это

формирование цифровых изображений земной по-

линии поглощения в спектре солнечного излучения

верхности, их общим недостатком является низкая

определённых длин волн из сплошного солнечно-

помехозащищённость при работе в дневных усло-

го спектра излучения химическими элементами,

виях, характеризуемых высоким уровнем фотонно-

составляющими атмосферу Солнца (фотосферу).

го шума, обусловленного флуктуациями фотонов

В настоящее время в спектральном диапазоне от

фонового солнечного излучения в спектральном

293.5 нм до 1349.5 нм современные приборы раз-

диапазоне от 0.2 до 2 мкм, значительно превыша-

личают около 26 тыс. ФЛП [3, 4]. Излучение длин

ющим уровень внутреннего шума фотоприемни-

волн, соответствующих линиям поглощения Фра-

ка [1]. Эта задача ранее уже ставилась примени-

унгофера, отсутствует в спектре солнечного излу-

тельно к системам оптической связи и локации [1,

чения, доходящего до земной поверхности и от-

3, 4]. В частности, в работах [3, 4] обоснована це-

ражаемого ею. Поэтому прием сигналов на этих

лесообразность использования узких спектраль-

длинах волн сводит практически к нулю уровень

ных участков оптического излучения, соответству-

фотонного шума в виде фонового солнечного излу-

ющих фраунгоферовым линиям поглощения, для

чения в смеси с принимаемым полезным сигналом

решения задачи организации закрытой оптической

и обеспечивает максимально возможное значение

связи, и разработаны схемные решения аналоговых

отношения мощности принимаемого сигнала к

и цифровых систем атмосферной оптической свя-

среднеквадратическому значению мощности шума

зи. Однако в подобном контексте применительно

на выходе фотоприемной матрицы. Этот вид шума

к системам оптического наблюдения для решения

является основным, затрудняющим приём оптиче-

задач ДЗЗ применительно к РТК ВН эта задача до

ских сигналов при распространении в атмосфере в

настоящего времени не ставилась и не решалась.

дневных условиях.

С.А. ПОКОТИЛО и др.

Таблица 1. Данные о некоторых самых сильных ФЛП

Таблица 2. Данные ФЛП и характеристиках некоторых

УФ-диапазона оптического излучения в спектре Солнца

перестраиваемых лазеров, совместимых по длине волны с

ФЛП, в УФ-диапазоне

Ширина

№

Длина волны

спектрально-

Поглощаю-

Δλ/λ, ×10^-4

Поглоща-

п/п

λ, нм

го диапазона

щий атом

Диапазон

ющий хи-

Δλ, нм

пере-

Обозна-

мический

Ширина

Тип активной

стройки

358.1209

0.2144

5.99

чение

элемент,

полосы

лазерной среды

длины

ФЛП

длина вол-

ФЛП, нм

371.9947

0.1664

5.34

волны,

ны ФЛП,

нм

373.4874

0.3027

9.45

нм

LiCaAlF₆:Ce³

280…330

Ni|299.44

373.7141

0.0071

4.28

LiLuF₄:Ce³⁺:Yb³⁺

280…330

Ti II|336.11

374.5574

0.1202

4.59

Кумарин-102^*

230…960

Fe|358.12

0.2144

374.9495

0.1907

5.78

Кумарин-102^* и

230…960

Ni|360.10

0.1300

375.0150

0.1388

4.30

другие

375.8245

0.1647

4.97

Кумарин-6^* и

230…960

Fe|373.49

0.3027

другие

377.0630

0.1860

6.21

Родамин-6Ж^* и

230…960

H|379.79

0.3463

379.7900

0.3463

10.85

другие

Нильский

Fe|382.04

0.1712

230…960

В таблице 1 приведены данные о некоторых

синий^*

Ca II|393.37

2.0253

самых сильных ФЛП УФ-диапазона оптического

Кумарин-102^*

230…960

Ca II|396.85

1.5467

излучения в спектре Солнца, представляющих по-

Примечание: ^*Жидкостный лазер

тенциальный интерес для решения задач дистанци-

онного зондирования земной и водной поверхно-

образом, от концентрации молекул озона О₃ в при-

сти [3, 4].

земном слое атмосферы.

В результате анализа данных таблицы 1 можно

УФ-диапазон, особенно от 0.3 до 0.4 мкм, ин-

сделать вывод о том, что самыми сильными лини-

тересен также и тем, что в нем при отсутствии

ями поглощения являются линии с наибольшими

солнечного излучения лучше, чем в видимом и в

(например, больше 5) значениями показателя Δλ/λ,

инфракрасном диапазонах, наблюдаются объек-

к которым можно отнести линии под номерами

ты, расположенные на заснеженной поверхности,

1-3, 6, 9, 10. В спектральных диапазонах под ука-

и флуоресцирующие объекты, а также обнаружи-

занными номерами будут обеспечены наибольшие

ваются коронные разряды линий электропередачи

уровни принимаемых сигналов.

и факелы ракетных двигателей, что делает этот

В таблице 2 приведены данные о некоторых

диапазон привлекательным для обнаружения воз-

перестраиваемых по частоте лазерах с указанием

душных средств нападения и для дистанционного

диапазонов перестройки длины волны и данные о

зондирования Земли (ДЗЗ), особенно в районах

фраунгоферовых линиях поглощения с указанием

Крайнего Севера, Арктики и Антарктиды.

соответствующих им длин волн, величин ширины

Как известно, в диапазоне длин волн от 0,2 мкм

спектральной полосы поглощения и поглощающих

до 14,0 мкм в атмосфере имеются так называемые

химических элементов [2].

«окна прозрачности» - участки спектра, в кото-

Оптическое излучение на фраунгоферовых ли-

рых поглощение излучения минимально. В инфра-

ниях поглощения целесообразно выделять с помо-

красной области их несколько: 0.95...1.06; 1.2...1.3;

щью интерференционных светофильтров (ИСФ),

1.5...1.8; 2.1...2.4; 3.3...4.0; 8.0...14.0 мкм. В УФ- и

которые отличаются высоким коэффициентом про-

видимом диапазонах «окна прозрачности» не столь

пускания (до 0.92) и спектральной полосой пропу-

ярко выражены, но они тоже имеются. При этом

скания от 20 нм до 0.1 нм. При этом следует отме-

каждое «окно прозрачности» состоит из многих

тить, что величины ширины полос спектрального

тысяч отдельных линий поглощения.

пропускания ИСФ соизмеримы с величинами ши-

На отдельных участках «окон прозрачности»

рины полос спектрального поглощения фраунгофе-

расположено множество «микроокон прозрачно-

ровых линий (см. таблицу 2).

сти», расположенных между слабыми линиями по-

Коэффициент пропускания оптического излуче-

глощения. Именно эти «микроокна», совпадающие

ния атмосферой в УФ-диапазоне зависит, главным

с длинами волн излучения лазеров подсвета зем-

ВЕСТНИК ВИТ «ЭРА», том 2, номер 2, 2021

ОЦЕНКА ПРЕИМУЩЕСТВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ...

ной поверхности или расположенные вблизи них,

Работа оптических систем наблюдения при ДЗЗ

представляют интерес для ДЗЗ.

в УФ- и в видимом диапазонах всегда сопровожда-

В УФ-диапазоне длин волн наблюдается силь-

ется наличием шумов, условно разделяемых на

ное поглощение излучения молекулами озона. Из-

внешние и внутренние. Внешние шумы обуслов-

вестно, что озоновый слой Земли распределён по

лены обратным рассеянием лазерного излучения

высотам неравномерно - на высотах от 15 до 40 км

атмосферой и рассеянием излучения, отраженного

находится примерно 90% общего содержания озо-

от земной поверхности. Внутренние шумы обу-

на в атмосфере и только 10% - на высотах до 15 км.

словлены шумами ПОИ и шумами усилительного

Таким образом, основное поглощение молекулами

устройства. В работе принималось, что обнаруже-

озона солнечного излучения в ультрафиолетовой

ние сигнала происходит при превышении им неко-

области спектра от 0.3 до 0.4 мкм происходит в

торого порогового значения Ф_пор, т.е. максимальная

стратосфере и в меньшей степени - в тропосфере.

высота применения системы оптического наблю-

Интерес вызывает сравнительная оценка мак-

дения оценивается, исходя из условия равенства

симально возможных высот ДЗЗ при лазерном

мощности полезного оптического сигнала, прихо-

подсвете на длинах волн УФ-спектра, на которых

дящего на приёмник оптического сигнала, и поро-

отсутствует поглощение излучения озоновым сло-

говой мощности (мощности шума) приёмника.

ем атмосферы Земли (линии Фраунгофера), и на

В случае замутнённой атмосферы аналитиче-

длинах волн, которые поглощаются озоновым сло-

ская формула для средней мощности Ф лазерного

ем Земли. В связи с этим предполагается, что ДЗЗ

локационного сигнала и при условии, что размер

проводится с высот не выше 15 км.

зондируемого объекта значительно превышает

В данной работе рассматривается моностатиче-

размер лазерного пятна на его поверхности, имеет

ская система оптического наблюдения, в которой,

следующий вид [2]:

в отличие от бистатической, источник излучения и

приёмник конструктивно устанавливаются в одном

AФ

τ πr

фо пр по

(1)

месте.

≅

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СИСТЕМЫ

где A - альбедо подстилающей земной поверхно-

ЛАЗЕРНОГО НАБЛЮДЕНИЯ

сти; Ф₀ - мощность излучения лазерного источни-

В системе лазерного наблюдения лазерное из-

ка; τ_фо, τпр - коэффициенты пропускания формиру-

лучение проходит через слой атмосферы, осла-

ющей и приёмной оптической системы; h - высота

бляется в ней вследствие поглощения атмосфер-

оптического наблюдения; τ_a1, τ_a2 - коэффициенты

ными газами и рассеяния на частицах аэрозоля и

пропускания атмосферы на трассе «лазер - земная

попадает на объект наблюдения. Часть излучения

поверхность» и «земная поверхность - лазер»; r_по -

отражается этим объектом в сторону приёмника

радиус входного отверстия приёмного объектива.

оптического излучения (ПОИ). Отражённый сиг-

Полученная формула позволяет рассчитать

нал воспринимается с помощью приёмной оптики

среднюю мощность отражённого от земной по-

и направляется на ПОИ, который преобразует его

верхности лазерного сигнала, поступающего на

в электрический сигнал, пропорциональный мощ-

приёмник, в зависимости от высоты наблюдения

ности принятого излучения. Для расчёта мощности

и построить соответствующие зависимости, зада-

принимаемого излучения необходим учёт многих

ваясь характеристиками лазерной системы, совме-

факторов, которые сложным образом зависят от

щённой с приёмным устройством, и атмосферы.

состояния атмосферы, параметров источника и

В качестве приёмников в лазерных системах

приёмника излучения и трассы прохождения из-

обычно используются фотоэлектронные умножите-

лучения от излучателя до земной поверхности и

ли (ФЭУ), т.к. среди других типов приёмников они

обратно.

обладают наибольшей чувствительностью в УФ- и

Целостной модели, пригодной для расчёта вли-

в видимой областях и наименьшими собственными

яния атмосферы на прохождение через неё опти-

шумами.

ческого излучения, не существует. Ввиду этого

В общем случае пороговую мощность приём из-

использовалась параметрическая модель с задан-

лучения, можно выразить формулой [2]:

ными параметрами лазера, приёмного устройства и

⎤

атмосферы [2].

μ⎡2e

(

)(

)

Δf

⎣

⎦

(2)

пор

ВЕСТНИК ВИТ «ЭРА», том 2, номер 2, 2021

С.А. ПОКОТИЛО и др.

где μ - отношение сигнал/шум; e = 1.6‧10^-19 А‧с -

Для длины волны 379.79 нм яркость фонового

заряд электрона; (1 + B) ≅ 2.5, где B - коэффици-

излучения будет близка к нулю, а шумы будут обу-

ент увеличения шумов, обусловленных вторичной

словлены темновым током ФЭУ. В расчётах прини-

эмиссией; Δf - эффективная полоса частот фото-

малось, что I_t = 10^-16 А.

приёмного устройства, Гц; S_k - интегральная чув-

Тогда по формуле (2) получаем для пороговой

ствительность фотокатода ФЭУ, А/Вт; I_t - темно-

мощности лазерной системы наблюдения в УФ-об-

вой ток фотокатода, А; I_ф - среднее значение тока,

ласти спектра:

обусловленного фоновой засветкой, А.

Для лазера с узким полем зрения и узкополос-

Ф_пор1 = 4.4‧10^-10 Вт (длина волны 378.00 нм);

ным спектральным фильтром выражение для I_ф

имеет [2]:

Ф_пор2 = 5.0‧10^-13 Вт (длина волны 379.79 нм).

Как видно из сравнения полученных расчётных

пр

L S А

Δλ

(3)

пр ф

по

значений пороговой мощности на длине волны

378.00 нм пороговая мощность почти на 3 порядка

где τ_пр - коэффициент пропускания оптической си-

превышает пороговую мощность для длины волны

стемы приёмного канала, который определяется

379.79 нм.

как τ_пр = τ₀‧τ_иф, где τ₀, τ_иф - коэффициенты пропу-

По формуле (1) была рассчитана зависимость

скания оптической системы и интерференционного

мощности отражённого лазерного импульса, попа-

светофильтра соответственно; L_ф - спектральная

дающего в приёмный оптический тракт, от высоты

яркость фонового излучения; А_по - площадь вход-

ДЗЗ. При расчётах влияние турбулентности атмос-

ного отверстия приёмной оптической системы;

феры на лазерный сигнал не учитывалось ввиду

небольших высот ДЗЗ. С другой стороны, ввиду

А^пр

- мгновенный телесный угол поля зрения

близости по спектру рассматриваемых длин волн

считалось, что атмосфера оказывает на них одина-

приёмной оптической системы, где А_пр - площадь

ковое влияние.

чувствительного элемента матрицы приёмника;

Как следует из рассмотрения рис. 1, предельная

f - фокусное расстояние приёмного объектива; Δλ -

высота ДЗЗ h₂ на длине волны 379.79 нм составля-

полоса пропускания спектрального фильтра, рав-

ет 9.6 км, а на длине 378.00 нм h₁ = 7.2 км.

ная ширине линии Фраунгофера на длине волны

379.79 нм (см. таблицу 1).

В работе проведена оценка предельной высоты

h зондирования для лазерных систем, работающих

на длинах волн 378.00 нм и 379.79 нм (линия по-

глощения Фраунгофера). При этом величина L_ф для

случая работы лазерной системы на длине волны

379.79 нм принималась равной нулю, т.к. солнеч-

ное излучение на этой длине волны не доходит до

земной поверхности.

Величина L_ф для длины волны 378.00 нм мо-

жет быть определена по формуле L_ф = 0,5S_λ (где

S_λ - спектральная солнечная постоянная для дли-

ны волны λ) с учётом данных, приведенных в [2]

и равна при заданных параметрах атмосферы

0.71‧10^-6 Вт/(м² мкм).

Задаваясь величинами τ_пр = 0.28 (при τ₀ = 0.47,

τ_иф = 0.64) S_k = 100 мА/Вт; α = 2 мрад; r_по = 5‧10^-2 м;

Δλ = 0.35 нм, получаем среднее значение тока, об-

условленного фоновой засветкой на длине волны

Рис. 1. Зависимость мощности полезного лазерного сигнала

378.00 нм:

и пороговых мощностей от высоты ДЗЗ Ф(h) для длин волн

УФ-излучения 378,00 и 379,79 нм: Ф_пор

, Ф_пор

- пороговые

I_ф = 0.7‧10^-14 мА.

потоки при длинах волн 378,00 и 379,79 нм соответственно

ВЕСТНИК ВИТ «ЭРА», том 2, номер 2, 2021

ОЦЕНКА ПРЕИМУЩЕСТВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ...

Расчёты проводились для вертикальной трас-

входе приемной оптической системы [3, 4]. Оп-

сы наблюдения при метеорологической дальности

тоэлектронный приёмник выполнен в виде бло-

видимости 50 км («отличная» по Международной

ка приёмников ультрафиолетового спектрального

шкале видимости), безоблачном небе и зенитном

диапазона, выходы которых соединены с входами

угле Солнца 45º [2]. Альбедо отражающей поверх-

многоканального аналого-цифрового преобразова-

ности, не зависящее от длины волны, принято рав-

теля. Формирование изображения осуществляет-

ным 0.2. Мощность импульса лазера принималась

ся в нескольких узких спектральных диапазонах

равной 10⁶ Вт (энергия импульса 10^-3 Дж, длитель-

УФ-излучения, соответствующих фраунгоферовым

ность импульса 10^-9 с). Угол расходимости излу-

линиям поглощения.

чения лазера составил 1 мрад, угол поля зрения

Несущие частоты излучения лазера подсвета

приёмной оптической системы - 2 мрад. Отноше-

зондируемой поверхности согласованы по электро-

ние сигнал/шум принималось равным 10. Коэффи-

магнитному спектру с фраунгоферовыми линиями

циент пропускания τ_фо формирующей оптики был

поглощения в ультрафиолетовом диапазоне опти-

принят равным 0.85; эффективная полоса частот

ческого излучения. ПОИ обеспечивает приём отра-

фотоприёмного устройства Δf = 5‧10⁶ Гц.

женных информационных сигналов на нескольких

Коэффициенты пропускания атмосферы τ_a1,τ_a2

несущих частотах лазерного источника ультрафи-

на трассах «лазер - земная поверхность» и «земная

олетового излучения в нескольких спектральных

поверхность - лазер» были найдены из выражения:

τ_a1= τ_a2 = exp (-β ‧ h),

(4)

где h - высота зондирования, км; β - показатель

аэрозольного ослабления атмосферой, принятый в

расчётах равным 1.3‧10^-3 км^-1, исходя из допуще-

ния о высокой прозрачности атмосферы.

СХЕМНОЕ РЕШЕНИЕ ЦИФРОВОЙ

ЛАЗЕРНОЙ СИСТЕМЫ НАБЛЮДЕНИЯ

Современным цифровым системам оптического

наблюдения и связи, содержащим приемную опти-

ческую систему, оптоэлектронный приёмник, ана-

лого-цифровой преобразователь и запоминающее

устройство, присущи следующие недостатки [3, 4]:

• ДЗЗ осуществляются в широких спектральных

диапазонах, что не всегда обеспечивает требу-

емое отношение сигнал/шум в формируемом

изображении;

• Низкая помехозащищённость при работе в

дневных условиях, характеризуемых высоким

уровнем флуктуаций фотонов фона, обуслов-

ленных солнечным излучением.

Для улучшения помехозащищённости и про-

пускной способности системы наблюдения и

обеспечения скрытности её работы в цифровую

систему оптического наблюдения, содержащую

Рис. 2. Функциональная схема цифровой лазерной системы

приемную оптическую систему, оптоэлектронный

наблюдения: 1 - блок лазеров подсвета; 2 - формирующая

приёмник в виде матрицы чувствительных элемен-

оптика; 3 - слой атмосферы между системой наблюдения и

зондируемой поверхностью; 4 - блок оптических фильтров;

тов, аналого-цифровой преобразователь и запоми-

5 - приемная оптическая система; 6 - приемник оптическо-

нающее устройство регистрации формируемого

го излучения в виде блока приёмников 6.1,…6.n ультрафиоле-

изображения, предлагается ввести блок перестра-

тового излучения; 7 - аналого-цифровой преобразователь;

иваемых оптических фильтров, установленный на

8 - процессор

ВЕСТНИК ВИТ «ЭРА», том 2, номер 2, 2021

С.А. ПОКОТИЛО и др.

диапазонах, соответствующих фраунгоферовым

u_n = Sn + N_n.

(5)

линиям поглощения.

На рис. 2 представлена функциональная схе-

В результате линейного суммирования сигналов

ма цифровой лазерной системы наблюдения. Блок

и среднеквадратичного суммирования шумов на

лазеров подсвета сканирует наблюдаемую поверх-

выходе приёмника отношение сигнал/шум S/N бу-

ность на нескольких длинах волн УФ-излучения.

дет равно:

Блок оптических фильтров 4 цифрового оптическо-

го приемника выполнен в виде набора узкополос-

S / N = (S₁ + S₂ +…+ S_n) / N₁₂ + N₂₂ + … + Nn2)^0.5=

ных интерференционных светофильтров, согласо-

= nS₁ / (nN₁₂)^0.5,

ванных по спектру со спектральными диапазонами

работы приемников УФ-излучения с возможностью

S / N = n^0.5 (S₁ / N₁)

(6)

плавной перестройки полосы пропускания и уста-

новлен на входе приемной оптической системы 5,

Из выражения (6) следует, что отношение сиг-

приемник оптического излучения 6 выполнен в

нал/шум в принятом информационном сигнале воз-

виде блока приёмников 6.1,…,6.n ультрафиолето-

растает в n^0.5 раз. Так, например, при использова-

вого излучения, воспринимающих отраженное от

нии 9 спектральных диапазонов для формирования

наблюдаемой поверхности в узких спектральных

изображения постилающей поверхности отноше-

диапазонах, соответствующих длинам волн лазер-

ние сигнал/шум в формируемом изображении воз-

ного подсвета. Их выходы соединены с входами

растёт в 3 раза, при использовании 16 диапазонов -

многоканального аналого-цифрового преобразова-

в 4 раза.

теля 7, с выходов которого сигналы изображений

поступают в процессор 8 для совместной обработ-

ВЫВОДЫ

ки и формирования синтезированного (совмещен-

1. Использование для формирования изобра-

ного) изображения.

жения узких спектральных диапазонов, соответ-

В цифровой лазерной системе наблюдения

ствующих фраунгоферовым линиям поглощения,

предусмотрено формирование изображений в не-

позволяет улучшить помехозащищённость и увели-

скольких узких спектральных диапазонах УФ-из-

чить отношение сигнал/шум в формируемом изо-

лучения, которые совпадают со спектральными

бражении в УФ-диапазоне оптического излучения.

диапазонами, соответствующими фраунгоферовым

2. Разработана методика оценки предельной вы-

линиям поглощения. Это позволяет, с одной сторо-

соты ДЗЗ, пригодная для расчётов с использовани-

ны, избавиться от влияния фонового (фотонного)

ем лазерных средств, работающих в любых опти-

шума солнечного излучения на фраунгоферовых

ческих спектральных диапазонах на вертикальных

линиях, то есть существенно улучшить помехоза-

трассах зондирования. Методика может быть ис-

щищённость системы наблюдения, а, с другой сто-

пользована для оценки высот ДЗЗ при изменении

роны, ещё больше увеличить отношение сигнал/

параметров лазерных систем (передающей и при-

шум, так как при формировании изображения в n

ёмной части, мощности оптического излучения) и

спектральных диапазонах полезные сигналы сум-

с учетом параметров реальной атмосферы.

мируются линейно, а аддитивные шумы в смеси с

3. Расчётным путём показано, что использова-

полезным сигналом - среднеквадратично, в резуль-

ние в УФ-диапазоне длин волн, соответствующих

тате чего отношение сигнал/шум на выходе опто-

фраунгоферовым линиям поглощения, позволяет

электронного приёмника возрастает в корень ква-

существенно увеличить высоту ведения ДЗЗ (не

дратный из n, аналогично описанному в работе [4]

менее чем в 1.3 раза) по сравнению с близкими зна-

применительно к системе оптической связи.

чения длин волн, попадающими в «микроокна про-

Рассмотрим систему уравнений, представляю-

зрачности» атмосферы, за счёт снижения уровня

щих собой выходные сигналы u₁, u₂, …, u_n приём-

фонового излучения, попадающего в оптический

ников УФ-излучения, выраженные суммой полез-

приёмник лазерной системы наблюдения.

ных сигналов S₁, S₂,…, S_n и шумов N₁, N₂,…, N_n:

4. Ввиду близости сравниваемых длин волн ла-

зерного излучения атмосферные условия, параме-

u₁ = S₁+ N₁,

тры перестраиваемого лазера, а также условия ве-

u₂ = S₂+ N₂,

дения ДЗЗ не оказывают существенного влияния.

_ _ _ _ _ _ _

ВЕСТНИК ВИТ «ЭРА», том 2, номер 2, 2021

ОЦЕНКА ПРЕИМУЩЕСТВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ...

5. Целесообразно проведение эксперименталь-

фия / Под ред. В.Н. Букова. - Воронеж: Изд.: поли-

ных исследований по оценке возможности исполь-

граф. центр «Научная книга», 2020, 456 с.

зования оптических диапазонов лазерного излу-

2. Городничев В.А., Пашенина О.Е., Белов М.Л.

чения в диапазонах ФЛП с целью подтверждения

и др. Оценка дальности обнаружения систем лазер-

результатов выполненных расчётов для различ-

ной локации УФ диапазона / Наука и образование.

ных подстилающих поверхностей и состояний

МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014,

атмосферы.

№11, с. 482-496.

6. Благодаря применению систем ДЗЗ в несколь-

3. Пат. РФ №2744941, МПК10 H04B 7/00. Сис-

ких узких спектральных диапазонах УФ-излуче-

тема оптической связи / Ивановский В.С., Покоти-

ния, соответствующих длинам волн фраунгоферо-

ло С.А., Хабибулин Н.Ф. и др.). - Заявка на изобре-

вых линий поглощения, может быть достигнуто

тение №2020101994/07(002905), заявл. 17.01.2020,

максимально возможное значение отношения сиг-

опубл. 17.03.2021. Бюл. №8.

нал/фотонный шум, увеличенного в корень ква-

4. Покотило С.А., Хабибулин Н.Ф., Снеги-

дратный из числа используемых спектральных

рев А.Л. Оценка преимуществ закрытой оптиче-

каналов.

ской связи на фраунгоферовых линиях поглоще-

ния // Телекоммуникации. - 2021, №3, с. 2-10.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Актуальные вопросы исследований в авио-

нике: теория, обслуживание, разработки: моногра-

ВЕСТНИК ВИТ «ЭРА», том 2, номер 2, 2021