СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2015

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 19 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2015 а на верхний (20–30 км) – с использо- ванием лазерного излучения. Ключе- выми элементами лазерных энергети- ческих магистралей являются адаптив- ные ретрансляторы (см. рис. 2). Пассивные адаптивные ретранслято- ры должны обеспечивать высокоточ- ное наведение лазерных пучков и кор- рекцию искажений лазерного излуче- ния в них. Активные ретрансляторы, кроме выполнения перечисленных операций, должны восстанавливать потери энергии в лазерных пучках, например, путём пропускания излу- чения через активные среды с накач- кой солнечным излучением. С использованием нескольких моде- лей турбулентной атмосферы были выполнены расчёты радиуса коге- рентности для атмосферных трасс систем передачи (СП) до Земли и оце- нены частоты Гринвуда – минимальные частоты работы адаптивной системы, при которых ещё имеет место коррек- ция атмосферных искажений. Оценки показывают, что при раз- мещении СП на высоте 20 км и пере- мещении её со скоростью менее 0,5 м/с полоса частот адаптивной системы должна быть в диапазоне 10–60 Гц. Применение адаптивной коррекции позволяет увеличить раз- мер радиуса когерентности пример- но в 10–25 раз. Если использовать, например, 5–8 опорных источников, можно увеличить размер зеркал ещё в 2–5 раз (до 15–30 м). В принципе, увеличение размера будет ограниче- но только размерами самой СП и воз- можностями её стабилизации. Расчё- ты показали, что традиционная кор- рекция с использованием одиночного опорного источника существенно уве- личивает эффективность адаптивной коррекции лазерных пучков. Однако для создания когерентной апертуры в несколько сотен метров необходи- мо провести дополнительные иссле- дования по эффективности примене- ния одновременно нескольких опор- ных источников. Э ФФЕКТИВНОСТЬ ОПТИКО - ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ В АТМОСФЕРЕ Для оценки эффективности оптико- электронных фазовых систем, таких как астрономические телескопы, лазер- ные системы передачи данных и тому подобных, необходимо иметь полную информацию о структуре турбулент- ности в вертикальном разрезе атмос- феры. Пока апертура телескопа мала (2R << L 0 эфф ), по сравнению с эффектив- ным внешним масштабом турбулентно- сти, для определения качества форми- руемого изображения было достаточ- но сведений о вертикальном профиле С n 2 структурного параметра атмосфер- ной турбулентности. Известно, что качество оптико-элек- тронных систем (в том числе и астро- номических приборов) характеризует- ся следующими параметрами: ● интегральным угловым разрешени- ем системы ϕ min ; ● параметром Штреля (Strehl) систе- мы St; ● дисперсией дрожания изображения σ α 2 . В вакууме ϕ min  λ /D, где D = 2R – диа- метр апертуры телескопа. Для турбу- лентной среды ϕ min  λ /r 0 , где r 0 – ради- ус когерентности для плоской волны. Этот радиус определяется структурой оптической трассы и задаётся мате- матическими соотношениями, кото- рые в данной статье не приводятся, но из которых можно вычислить радиус когерентности r 0 по моделям атмосфе- ры. Он определяет интегральное разре- шение оптической системы для данно- го места его стояния следующим обра- зом: ϕ min = 1,22 λ /r 0 . ПараметрШтреля с достаточно высо- кой точностью можно рассчитать по формуле St ≈ exp(– σ s 2 ), где σ s 2 – диспер- сия фазовых флуктуаций, для расчёта которой уже требуется знание внешне- го масштаба турбулентности. Приведём результаты расчёта основ- ных характеристик, определяющих флуктуации параметров оптических волн для типично оптико-электрон- ной системы, работающей на восхо- дящих (снизу–вверх) и нисходящих (сверху–вниз) атмосферных трассах. Далее приведены результаты расчётов (см. табл. 1), выполненных для разных величин радиуса когерентности: ● r 0,1 для восходящих трасс на отрез- ке трассы с уровня земли до высо- ты 10 км; ● r 0,2 для нисходящих трасс на отрез- ке трассы с высоты 10 км на уровень Земли; ● r 0,3 для восходящих трасс на отрез- ке трассы с высоты 10 км до высоты Рис. 2. Схемы адаптивных систем: а – пассивной ретрансляции лазерных пучков; б – активной ретрансляции лазерных пучков Передающий телескоп Активная среда Система наведения Система регистрации информации Приёмный телескоп Телевизир АТ2 АТ1 а б ДВФ 2 ДВФ 2 Накачка Таблица 1. Флуктуация параметров оптических волн для оптико-электронной системы Модель вертикального профиля турбулентности r 0,1 , м r 0,2 , м r 0,3 , м r 0,4 , м Используемая волна Модифицированная модель HV для обсерватории AMOS о. Мауи, Гавайские о-ва 0,2013 / 0,2143 – / 1,2625 0,9929 / 1,1402 0,1932 / 0,3108 Плоская / сферическая волна, длина волны 0,53 мкм Модель Гринвуда 0,1412 / 0,1588 – / 0,6698 1,1074 / 1,2864 0,1385 / 0,1408 Модифицированная модель HV Boundary для обсерватории Мауна Кея, Гавайские о-ва 0,1515 / 0,1715 – / 0,7142 0,6867 / 0,7885 0,1446 / 0,0217 Модифицированная модель HV для обсерватории AMOS о. Мауи, Гавайские о-ва 0,4624 / 0,4922 – / 2,9004 2,2810 / 2,6195 0,4441 / 0,7139 Плоская / сферическая волна, длина волны 1,06 мкм Модель Гринвуда 0,3243 / 0,3648 – / 1,5388 2,5442 / 2,9554 0,3182 / 0,3236 Модифицированная модель HV Boundary для обсерватории Мауна Кея, Гавайские о-ва 0,3481 / 0,3933 – / 1,6407 1,5777 / 1,8116 0,3323 / 0,0497 © СТА-ПРЕСС