Лазерные дальнометрические приборы

Министерство  образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ххх 

Кафедра административного права и таможенного дела 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат 

по дисциплине «Теория и практика применения

технических средств таможенного контроля» на тему

«Лазерные дальнометрические приборы» 
 
 
 
 
 
 
 

        
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      2011

Содержание

Введение_________________________________________________________3

1. Описание физических методов, лежащих в основе работы

лазерного дальномера_________________________________________4

2. Описание принципа работы лазерного дальномера_________________6
3. Обзор российского и зарубежного рынков________________________8

Заключение______________________________________________________11

Список литературы________________________________________________12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Введение

     Лазерные  дальнометрические приборы относятся  к средствам лазерной локации. Лазерной локацией  называют область оптикоэлектроники, занимающуюся обнаружением и определением местоположения различных объектов при помощи электромагнитных волн оптического диапазона, излучаемых лазерами.

     Первый  лазер был создан  в  1960  году  -  и  сразу   началось  бурное развитие  лазерной  техники.  В  сравнительно   короткое   время   появились

различные типы лазеров и  лазерных  устройств  предназначенных  для решения конкретных научных и технических задач.

     Впервые лазерная дальнометрия была применена  в зарубежной военной технике  в 1961 г.

     В наше время лазерные дальномеры находят все большее применение в самых различных областях, где необходимо измерять расстояния быстро и с высокой точностью.¹ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Описание  физических методов, лежащих в основе работы

     лазерного дальномера

     В основе лазерной локации, так же как  и в радиолокации лежат  три основных свойства электромагнитных волн:

                 1. Способность отражаться от объектов. Цель и фон, на котором она расположена, по-разному отражают упавшее  на них излучение. Лазерное излучение отражается от всех предметов: металлических и неметаллических, от леса, пашни, воды. Более того, оно отражается от любых объектов, размеры которых меньше длины волны, лучше, чем радиоволны. Это хорошо известно из основной закономерности отражения, по  которой следует, что чем короче длина волны, тем лучше она отражается. Мощность отраженнного в этом случае излучения обратно пропорциональна длине волны в четвертой степени. Лазерному локатору принципиально присуща и большая обнаружительная способность, чем радиолокатору - чем короче волна, тем она выше. Поэтому-то и проявлялась по мере развития радиолокации тенденция к перехода от длинных волн к более коротким. Однако изготовление генераторов радиодиапазона, излучающих сверх короткие радиоволны становилось все труднее и труднее, а затем вовсе и зашло в тупик. Создание лазеров открыло новые перспективы в технике локации.

             2. Способность распространяться прямолинейно. Использование узконаправленного лазерного луча, которым проводится просмотр пространства, позволяет определить направление на объект(пеленг цели). Это направление находят по расположению оси оптической системы, формирующей лазерное излучение. Чем уже луч, тем с большей точностью может быть определен пеленг. Простые расчеты показывают - чтобы получить коэффициент направленности около 1.5, при использовании радиоволн сантиметрового диапазона, нужно иметь антенну диаметром около 10м. Такую антенну трудно поставить на танк, а тем более на летательный аппарат. Она громоздка и нетранспортабельна. Нужно использовать более короткие волны.

     Угловой раствор луча лазера, изготовленного с помощью твердотельного активного вещества, как известно составляет всего 1.0 ... 1.5 градуса и при этом без дополнительных оптических систем.

     Следовательно габариты лазерного локатора могут  быть значительно 

меньше, чем аналогичного радиолокатора. Использование же незначительных по габаритам оптических систем позволит сузить луч лазера до нескольких угловых минут, если в этом возникнет необходимость.

     3. Способность лазерного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта. Так, при импульсном методе дальнометрирования используется следующее соотношение:                                                   

                                       

где L - расстояние до обькта,

   с - скорость распространения излучения,

   t - время  прохождения импульса до цели  и обратно.

     Рассмотрение  этого соотношения показывает, что потенциальная точность измерения дальности определяется точностью измерения времени прохождения импульса энергии до объекта и обратно. Совершенно ясно, что чем короче импульс, тем лучше. ²

                  

       

       

     2. Описание принципа работы лазерного дальномера

     Принцип действия лазерного дальномера состоит  в следующем - посылаемые прибором лучи лазера, невидимого для глаза, отражаются от цели и возвращаются обратно. Далее  встроенный микроконтроллер вычисляет  расстояние, которое зависит от времени  с момента отправки лазерного  импульса до момента приема его после  отражения. Лазеры, установленные в  дальномерах, работают в инфракрасном диапазоне длин волн и их излучение  не видно глазу. Несмотря на то что  в современных лазерных потребительских  дальномерах используются безопасные инфракрасные лазеры 1-го класса, тем  не менее все производители категорически  запрещают направлять включенные приборы  на людей - это может привести к  травме глаз, особенно на близких расстояниях.

     Различают три метода измерения дальности в зависимости от того, какой характер модуляции лазерного излучения используется в дальномере: импульсный фазовый или фазо-импульсный.

     Сущность  импульсного метода дальнометрирования состоит в том, что к объекту  посылают зондирующий импульс, он же запускает временной счетчик в дальномере. Когда отраженный объектом импульс приходит к дальномеру, то он останавливает работу счетчика. По временному интервалу автоматически высвечивается перед оператором расстояние до объекта. Погрешность такого метода измерения 30см. Зарубежные специалисты считают, что для решения ряда практических задач это вполне достаточно.

     При фазовом методе дальнометрирования лазерное излучение модулируется по синусоидальному закону. При этом интенсивность излучения меняется в значительных пределах. В зависимости от дальности до объекта изменяется фаза сигнала, упавшего на объект. Отраженный от объекта сигнал придет на приемное устройство также с определенной фазой, зависящей от расстояния.

     Оценим  погрешность фазового дальномера, пригодного работать в полевых условиях. Специалисты утверждают, что оператору не сложно определить фазу с ошибкой не более одного градуса, следовательно погрешность будет составлять примерно 5см.³

     В настоящее время разработаны  дальномеры, которые не только измеряют расстояние до объекта, но и способны осуществлять измерения, такие как  объем, размер площади комнаты и  т.п. Современные лазерные приборы могут включать и встроенный микрочип Bluetooth для беспроводной передачи данных на персональный компьютер, а также другие полезные функции. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Обзор российского и  зарубежного рынков

     Впервые на Западе лазерные дальномеры попали в свободную продажу в 1992 г. Тогда фирмa Leica, а затем Swarovski выпустили первые дальномеры с безопасным лазером. Чуть позднее Swarovski предложила модель дальномера, интегрированного в оптический прицел. Однако стоимость этих приборов (несколько тысяч долларов) была очень высока, и реально доступными для широкого потребителя лазерные дальномеры стали с 1996 г., когда фирма Bushnell предложила относительно недорогие приборы.

     С тех пор некоторые другие фирмы  также стали активно работать в этом же направлении - среди них  можно отметить Nikon (Япония) и Newcon (Канада). Но все-таки на сегодняшний момент, по данным зарубежной печати, только фирме Bushnell удалось захватить лидирующие позиции - ей принадлежит до 95% этого  рынка в США, при этом в модельном  ряду Bushnell пять базовых моделей, Nikon - две, Newcon - две, Leica - две. Все приборы выполняются в противоударных водо и пыленепроницаемых корпусах, что позволяет их использовать в суровых условиях.⁴

     К настоящему времени Российским научно-производственным центром

антитеррористической  и криминалистической техники «СПЕКТР-АТ»  разработан портативный двухканальный электронно-оптический поисково-досмотровый прибор«СПРУТ-2»

     «СПРУТ-2» - является двух канальным поисково-наблюдательным электронно-оптическим устройством, предназначенным  для решения широкого круга поисково-досмотровых  и антитеррористических задач, а  также для проведения спасательных мероприятий. Имеет три варианта исполнения.

     Отличие моделей друг от друга определяется вариантами объединения в одном  и том же корпусе двух рабочих  информационных каналов (из четырех  возможных: тепловизионный, ночного  видения, лазерной локации и лазерного измерителя расстояния). Общим для всех вариантов исполнения изделия «СПРУТ-2» является тепловизионный канал.

     Модель  «СПРУТ-2НВ» имеет тепловизионный канал и высокочувствительный канал  ночного видения на основе ЭОПа 2+ с ПЗС-матрицей (такая комбинация имеет название – ЭОП 4-го поколении), является высокоэффективным комбинированным  средством круглосуточного всепогодного наблюдения и предназначен для проведения поисково-спасательных операций, поиска улик, обнаружения скрытых захоронений, ночного патрулирования, скрытого наблюдения и слежения, обеспечения безопасности при проведении массовых мероприятий, охране окружающей среды и т.п. Основная сфера применения: охрана границы, периметров, разведка, охрана объектов, оценка степени  маскировки объектов, таможенный контроль, решение криминалистических задач, поиск раненых и пострадавших в результате военных действий или  стихийных бедствий, обнаружение  мин и тайников, несанкционированных  скрытых захоронений и т.п.

     Модель  «СПРУТ-2ОЛ» в качестве второго - имеет канал оптической локации  для дистанционного обнаружения  оптических и оптоэлектронных средств, в том числе ПНВ и прицелов, снабженных длиннофокусными объективами, ведущих встречное (дуэльное) наблюдение в условиях как интенсивного дневного, так и низкого ночного освещения. Дистанция обнаружения стандартного прицела – не менее 500 м.

     Модель  «СПРУТ-2ДМ» в качестве второго  информационного канала имеет лазерный дальномер с рабочей длиной волны 1.54 мкм и рабочим расстоянием  – до 2 000 м.

     Корпус  электронно-оптического устройства «СПРУТ-2» выполнен из ударо прочной пластмассы, обрезинен и надежно защищен от внешних воздействий. Тепловизор имеет бинокулярный окуляр высокого разрешения не требующий изменения межглазового расстояния. Управление тепловизором осуществляется с помощью четырех кнопок и оптического инкодера. Штатный объектив защищен металлической блендой, которая легко скручивается, что позволяет крепить на объектив 2х кратный адаптер (экстендер), значительно увеличивающий возможности тепловизионного канала по обнаружению и распознаванию объектов.