Введение к работе
Актуальность работы. Значительные успе-и, достигнутые в развитии лазеров, и уникальные свойства гене-ируемых ими полей способствует широкому применению достижений вантовой электроники во многих практических областях деятель-эсти человека.
Одним из перспективных направлений, широко использующим эследние достижения в разработке лазеров, является создание зф-гктивных методов и аппаратуры для исследования атмосферы и рас-эиваюших сред. Наибольшее применение в таких системах получили вердотельные лазеры импульсно-периодического действия, которые эзвсляют формировать импульсы оптического излучения очень боль-эй мощности (105 - 107 Вт) и малой длительности ( 10 -30 не). ^пользование лазеров такого типа в оптико-электронных измери-ельных системах обеспечивают большую дальность их действия, вы-экую разрешающую способность по дальности.
В разработке лидарных систем в последнее время достигнут начительный прогресс. Созданы высокоэффективные лидарные комп-ексы с большой пропускной способностью . Пропускная способность аких систем в основном определяется динамическим диапазоном и азрешающей способностью по времени. К настоящему времени досягнут динамический диапазон таких систем равный 104 при относи-ельной погрешности-измерений ± 5%. Эти показатели достигнуты за чет совершенствования лриемо-регистрирующих систем лидарных омплексов. Однако возможности дальнейшего увеличения пропускной пособности за счет совершенствования приемо-регистрирующих сис-ем в значительной мере исчерпаны. Поэтому дальнейшее совершенс-вование оптико-электронных измерительных систем видится в со-ершенствовании других подсистем лидарных комплексов.
Системы накачки лазеров, используемых в передающих устрой-ивах лидарных систем, в значительной степени определяют точ-остные й динамические характеристики лидарных систем. Расшире-ие функциональных возможностей систем накачки приводит к улученню основных параметров лидарных систем. Возможность регулиро-ания выходного напряжения источника накачки в широких пределах изменение выходного параметра от одного разрядного импульса к ругому в соответствии с заданным законом позволяют расширить
динамический диапазон лидарной системы.
Расширение-функциональных возможностей передающих систем позволяет более широко использовать для улучшения параметров лидарных систем методы снижения динамического диапазона. Возможность изменения выходного параметра системы накачки в широких пределах позволяет эффективно использовать метод теневой зоны для увеличения пропуснои способности лидарного комплекса за счет уменьшения влияния на его точностные характеристики послеимпуль-сных шумов приемников излучения, возникающих за счет отражений от ближней зоны при большой мощности.передатчика.
Таким образом, в настоящее время являются актуальными работа, связанные с увеличением пропускной способности лидарных комплексов за счет расширения фукциональных возможностей систем накачки твердотельных лазеров.
Для дальнейшего совершенствования лидарных систем необходимы системы накачки лазеров с широкими возможностями регулирования выходного параметра и частоты следования разрядных импульсов, изменения параметров системы накачки от одного зондирующего импульса к другому . Все эти требования должны обеспечиватся при сохранении высокой стабильности характеристик самой системы накачки.
Существующие системы накачки не в полной мере удовлетворяют указанным выше требованиям. Поэтому острой остается проблема разработки, систем накачки с широкими функциональными возможностями и совершенствования структур построения передающих устройств оптико-электронных измерительных систем и создание на их основе перспективных лидарных систем .
Исходя из вышесказанного, общую цель диссертационной работы можно сформулировать следующим образом: исследование и разработка систем накачки с широкими функциональными возможностями как средства дальнейшего совершенствования оптико-электронных измерительных систем для исследования атмосферы и рассеивающих сред.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Анализ полиимпульсных зарядных устройств систем накачки твердотельных лазеров , обеспечивающих работу в широком диапазоне изменения выходного параметра при заданной относительной пог-
п а,
решности его установления при высокой частоте следования разрядных импульсов, и оптимизация таких систем с целью достижения максимального быстродействия.
-
Повышение быстродействия таких систем за счет разбивки диапазона изменения выходного параметра на поддиапазоны. Определение оптимальных соотношений для выбора параметров системы с целью повышения ее быстродействие. <'
-
Исследование работы полиимпульсных зарядных устройств в релимах грубого и точного заряда накопительного конденсатора. Оценка возможностей этого режима для повышения быстродействия системы заряда накопительного конденсатора и его оптимизация при работе в широких пределах изменения выходного параметра.
-
Разработка и создание аппаратуры системы накачки твердотельных лаверов на основе1 YA6:Nd3+ с указанными требованиями по частоте следования и пределам регулирования выходного параметра для перспективных лидарных систем. Оценка возможных применений систем накачки с широкими функциональными возможностями.
Мет од ы исследования. При решении поставленных задач использованы методы дифференциального и интегрального исчисления, методы анализа переходных процессов радиотехнических цепей при изменяющихся начальных условиях, метод конечных элементов.
Математические расчеты производились.на персональной вычислительной машине типа ЮМ PC/AT.
Научная новизна состоит
в результатах анализа зарядных устройств с широкимим пределами регулирования выходного параметра при заданной относительной погрешности его установления. Получены основные соотношения , позволяющие обоснованно выбрать соотношения емкостей дозирующего и накопительного конденсаторов, при которых обеспечиваются максимальное быстродействие зарядных устройств при заданных пределах регулирования и ограничениях по точности установления выходного параметра;
в результатах анализа многодиапазонных ЗУ с широкими пределами регулирования выходного параметра с целью достижения максимального быстродействия системы при заданной относительной погрешности установления.выходного параметра. На базе этих исследований получены основные соотношения для емкостей накопитель-
ного и дозирующего конденсаторов для каждого ив поддиапазонов і оценено быстродействие таких систем;
- в предложенных методах анализа зарядных устройств с гру
бым и точным зарядными циклами, позволяющих обоснованно вьібраті
соотношения между дозирующими конденсаторами точного и грубоп
зарядов с целью достижения максимального быстродействия системі
накачки при широких пределах регулирования выходного параметра і
ограничениях на точность его установления.
Практическая ценность работы состоит том, что :
получены основные соотношения , позволяющие рассчитай основные параметры зарядных устройств с широкими функциональным! возможностями и обеспечить максимальное быстродействие при изменении выходного параметра в широких пределах;
получены расчетные соотношения для повышения быстродейс-твмия систем накачки для случаев многодиапазонных систем и систем с грубым и точным зарядными циклами,
создан источник накачки "БИНОМ" с широкими функциональными возможностями. Внедрение указанного источника накачки позволило улучшить ряд метрологических характеристик лидарных систем.
результаты диссертационной работы внедрены в ГИПО, НТІ РЭКС, НИИ аэроупругих систем, АО "Красный восток".
Аппробация работы. Основные положения диссертационной работы докладовались и обсуждались на следующи> конференциях и симпозиумах:
XII іМежреспубликанский симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере и водных средах (г.Томск, 1993г.);
і Межреспубликанский симпозиум "Оптика атмосферы и океана" (г.Томск, 1994 г.);
Международный конгресс по экологическим проблемам (г.Казань, 1994 г.);
научно-техническая конференция КГТУ им.А.Н.Туполева ш итогам работы за 1992-1993 г.г. (г.Казань, 1994 г.).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 7 печатных работах.
На защиту выносятся:
1. Результаты анализа полиимпульсных зарядных устройств работающих на резистивно-емкостную и индуктивно-емкостную наг-
рузки при работе в широком диапазоне изменения выходного параметра с высокой частотой следования разрядных импульсов при ограничениях на точность установления выходного параметра.
-
Результаты исследований полиимпульсных'многодиапазонных зарядных устройств, работающих в режиме изменения выходного параметра в широких пределахпри ограничениях по точности его установления.
-
Основные соотношения, описывающие режим работы полиимпульсных зарядных устройств с грубым и точным зарядными циклами и обеспечивающие достижения максимального быстродействия системы при изменении выходного параметра в широких пределах.
-
Созданный на основе проведенные исследований источник накачки "БИНОМ" с широкими функциональными возможностями и результаты его применения в лидарных системах различного назначения.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа изложена на 143 страницах машинописного текста, иллюстрирована 29 рисунками и двумя таблицами и состоит из введения, четырех глав, заключения , списка литературы из 106 наименований и приложений.
