автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Исследование и оптимизация радиотехнических устройств лидарных комплексов

Государственный комитет Росийской Федерации ' по высшему образованию

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.ТУПОЛЕВА

На правах рукописи

Ильин Владимир Иванович

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ЛЩАРНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Специальность 05.12.17 - Радиотехнические л телевизионные системы и устройства

Автореферат диссертации на соискание ученей степени кандидата технический наук

Казата

1994

Работа выполнена в Казанском авиационном институте имени А.Н.Туполева и Камском политехническом институте.

Научный руководитель

доктор физико-математических наук,профессор Ю.Е.Польский

Официальные оппоненты -

Лауреат Государственной премии, д.ф.-м.н., профессор, й.В.Самохвалов

доктор техническихнаук З.А.Баширов

Ведущее предприятие

Казанское центральное конструкторское бюро "Фестон"

Защита состоится "_" Я/^19 уЬ-

на заседании специализированного совета К Казанском государственом техническом университете А.Н.Туполева, в зале заседания ученого сояета по адресу:' 420111, г.Казань,' ул.Карла Маркса, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского государственного технического университета им. А.Н.Туполева. л

Автореферат разослан "Уг \PU-1 #с199»г. -

в _часов

063.43.05 при им.

Ученый секретарь специализированного Совета к. т.н., доцент

В.А.Козлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Индустриальная деятельность человека с каждым годом делает все более актуальной проблему охраны окружающей среды. Убедительной иллюстрацией сказанного , являются принятые за последние годы законы об охране природы и все возрастающий объем капитальных Елокений на природоохранные мероприятия.

Особое внимание при разработке средств контроля за состоянием окружающей среды уделяется методам бесконтактного определения параметров среды, которые позволяют получать с высокой оперативностью и в значительных пространственных объемах необходимые данные. Указанным требованиям лучше всего удовлетворяют методы дистанционного лазерного, зондирования. Такие методы обладают высоким временным и пространственным разрешением, что недоступно при применении других способов.- Это обусловлено возможность» использования лазеров с малыми- длителзтретями и высокой частотой повторения зондирующих импульс-». В связи с этим оперативность извлечения .информации определяется быстродействием приема и обработки отраженного сигнала, который доставляет в приемное устройство измерителя -информацию об - атмосфере. Поэтому улучшение характеристик современных лазерных информационно - измерительных комплексов для контроля за состоянием окружающей среды неразрывно связано с проблемой повышения помехоустойчивости и чувствительности радиотехнических систем лидарных комплексов, работающих в большом динамическом диапазоне входных сигналов и обеспечивающих заданную точность измерения выходных параметров.'

В качестве приемников оптических сигналов в влдимой и {,-ближней инфрокраспой областях спектра в лидарных комгипч-ах применяются фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Условия их работы в лазерных информационно - измерительных комплексах существенно отличаются от сдноздектрокных режимов работы, ко-

торые достаточно хорошо изучены в литературных источниках.

Анализ современного состояния в области разработки оптических приемных устройств показывает, что недостаточна изучены вопросы изменения шумовых характеристик приемников',, работающих в большом динамическом диапазоне входных сигналов при значительных импульсных 'засветках.

Не полностью решены вопросы аналогового запоминало,« отраженных импульсных сигналов в большойдинамическом диапазоне с малым временем стирания информации, которое диктуется спецификой работы • радиотехнических систем в лидарных комплексах, например, в измерителях 'прозрачности атмосферы.

Недостаточно рассмотрены вопросы кратковременной нестабильности "выходной мощности серийных твердотельных лазеров и влияние этих факторов на построение функциональных схем оптических приемников, введения автоматической регулировки усиления по-зондирующему импульсу и т.д.

Поэтому возникает необходимость проведения исследований, связанных с разработкой радиотехнических устройств лидарных комплексов, работающих в большом динамическом диапазоне и обеспечивающих заданную точность измерения входного параметра. Решению этой актуальной задачи посвящена настоящая диссертационная работа.

Цель работы. Исследование, разработка и создание радиотехнических систем лидарных комплексов, работающих в большом динамическом диапазоне' принимаемых сигналов и обеспечивающих заданную погрешность измерений в любой измеряемой точке.

Методы исследования. При решении поставленных задач использованы методы дифференциального и интегрального исчисления, методы численного анализа, методы теории анализа радиотехнических цепей, элементы теории оптимизации, методы постановки научного эксперимента и статической обработки результатов.

Исследование схем аналогового запоминания, работающих в большом ; динамическом диапазоне и обеспечивающих малое время стирания информации, проводилось теоретически и подтверждалось результатами экспериментальной проверки. Ряд характе-' ристик аналогового запоминающего устройства получен с помощью ЭВМ. С учетом экспериментальных исследований кратков-

ременной нестабильности выходной.мощности серийных лазеров' [43 проведен теоретический анализ особенностей построения функциональных схем лидарных комплексов. Подучены аналитические выражения, позволяющие определить оптимальную амплитуду опорного сигнала при заданной погрешности измерений. Аналитические результаты подтверждены экспериментальными исследованиями [6].

Научная новизна работы. 1. Проведена систематизация работ по исследованию шумовых характеристик фотоэлектронных умножителей,' работающих в большом динамическом диапазоне входных сигналов. Исследованы шумовые характеристики фотоэлектронного умножителя и оптических приемников в целом при воздействии мощного светового-импульса помехи. Исследования проведены для оптических приемников с линейной и логарифмической амплитудными характеристиками.

2. Анализ влияния нестабильности мощности выходного излучения лазера на построение функциональных схем оптических приемников. Выбор амплитуды опорного сигнала для обеспечения оптимальной работы системы АРУ с целью уменьшения относительной погрешности измерения выходного параметра.

3. Анализ емкостных аналоговых запоминающих устройств с отрицательной обратной связью по времени стирания информации. Предложена и исследована схема аналогового запоминающего Устройства на емкости с пьедесталом напряжения, обладающая высокой линейностью амплитудной характеристики в большом динамическом диапазоне входных сигналов и малым временем стирания информации.

Практическая ценность работы. Результаты теоретических Л экспериментальных исследований позволили создать измеритель 'прозрачности атмосферы с большим динамическим диапазоном входных сигналов и высокой точностью измерения параметра благодаря тому, что :

- разработана методика и проведены экспериментальные исследования изменения шумовых характеристик оптического приемника на ФЭУ при воздействии мощной импульсной оптической засветки; ^ - - ■ '

- проведенные экспериментальные и теоретические исследования запоминающего устройства с отрицательной связью поз-

■':■ • : з - / : '

воляют сделать вывод о нецелесообразности применения указанной схемы в лидарных комплексах из-за большого времени стирания информации;

- создана и исследована схема запоминающего устройства с применением пьедестала напряжения, позволяющая расширить ■диапазон линейности характеристик и уменьшить время стирания информации;

- создана и Исследована схема автоматической регулировки-усиления оптического приемника на ФЭУ,уменьшающая влияние изменения выходной мощности импульса излучения на относительную погрешность измерений измерителя прозрачности атмосферы.

Реализация в промышленности. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований была разработана и изготовлена приемно-регистрирующая аппаратура измерителя прозрачности атмосферы с динамическим диапазоном входных сигналов 103 и относительной погрешностью измерения параметра не хуже 10% в любой измеряемой точке, внедряемая в разработках организации л/я Г-4671, а также может быть использована при создании измерительных комплексов для научных исследований в других организациях.

На защиту выносятся:

- результаты исследований шумовых характеристик оптического приемника на ФЭУ;

- результаты анализа схемы запоминающего устройства с отрицательной обратной связьк^при стирании информации;

-создание и анализ запоминающих устройств на емкости с малым временем стирания информации и высокой линейностью в большом динамическом диапазоне;

- особенности построения функциональных _ схем лидарных комплексов с учетом нестабильносш выходного излучения передатчика оптического диапазона. Выбор амплитуды опорного сигнала при применении автоматических регулировок .усиления;

- результаты по реализации и внедрению измерителя прозрачности атмосферы с большим динамическим диапазоном.

Апробация работы. Теоретические и практические результаты работы докладывались и обсуждались на 5 и 6 Всесоюзном симпозиуме по лазерному и акустическому зондированию атмосферы, Томск, ИОА АН СССР, 1978, 1980, на П Всесоюзной НТК

•

"Применение лазеров в приборостроении, машиностроении и медицинской технике", Москва, МВТУ, 1979; на I Всесоюзной НТК "Безопасность полета в условиях опасных внешних воздействий", Киев, КИИГА, 1981; на П Совещании по атмосферной оптике, Томск, ИОА АН СССР, 1980; на итоговых научно-технических конференциях, КАИ, Казань,КамПИ, Наб.Челны, 1975-1987; на 1 межреспубликанском симпозиуме "Оптика атмосферы и океана", Томск, ИОА, 1994г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 20 работ, в том числе 8 научно-технических отчетов. Образец разработанной аппаратуры измерителя ЛИПА-1000 демонстрировался на ВДНХ(автор награжден серебряной медалью) и выставке НТТМ-80.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы и обоснована необходимость ее проведения. Сформулирована в общей форме цель работы и приведено ее краткое содержание.

В первой главе рассматриваются особенности расширения динамического диапазона входных сигналов в оптических приемниках. В современных оптических приемных устройствах с использованием фотоэлектронных умножителей расширение динамического диапазона достигается следующими способами:

- за счет формирования требуемых амплитудных характеристик усилителей, установленных на выходе фотоэлектронного умножителя, ФЭУ в этом случае во всем динамически диапазоне входных сигналов работает в линейном режиме;

- за счет формирования требуемых амплитудных характеристик введением регулировок в самом фотоэлектронном умножителе.

Показано, что в радиотехнических системах лидарных комплексов более рациойально использовать второй способ,т.к. в этом случае усилительные характеристики ФЗУ используются более полно.

Далее в первой главе- рассматриваются основные мэтоды формирования требуемых амплитудных характеристик оптических приемников на ФЗУ. На основании проведенного анализа литера-

турных источников показано, что для целей лазерного зондирования наиболее предпочтительны следующие методы расширения динамического диапазона:

■1. Формирование логарифмической амплитудной характеристики на самом фотоэлектронном умножителе.

2. Формирование ступенчатой амплитудной характеристики за счет включения резисторов нагрузки в цепи динодов.о

С учетом вышесказанного в работеисследуются оптические приемники на ФЭУ, построенные по одному из указанных способов.

Работа в широком динамическом диапазоне входных сигналов приводит к изменение шумовых характеристик оптических приемников на ФЭУ, что может внести дополнительные погреи-ности при измерении параметров атмосферы. Однако в литературе достаточно полно исследованы только шумовые характеристики фотоэлектронных умножителей, работаоцих в однозлектронноы режиме. Анализ литературных источников, - приведенный в диссертационной работе, показывает на необходимость проведения исследований пумовых характеристик оптических приемников на ФЭУ, работащих б болтом дкнамическо?! диапазоне входных сигналов.'

Далее в мижо^/глах первой главы рассматриваются осноь-ные особенности функциональна.. <"«сгем гидарньк комплексов с импульенш источником излучения, .'"п'ьза:!, что якдарике ко^яхдгксы раЗотсст с гсська короткими озмл, шрядткз 10

* 50 не, то гогнше&от виачвуег&б» "трудности, связанные с пршяюй информации и с неаГ>ход1»»с5гю _ -»дешя регулировок успели, сслшечива^з-: сноссбнос^ь пркем:-:о-рзгистрируто2;ей алк.р?туры I; ба&ьшд ди-н?у>шчос1-;ш двалазозе врп малых длительностлх ¡¡¿пульса».

Показана, ччэ запехшиеэдаг устрскства с отравительной обратной связью сблз¿¿¿л- ы:со;юл ¿там&ссп-Н' ^:илитудтй г,с.-рокгсристкки, однако, кз:с искажали пр^варкт&иьние кзегедз-ваакл,. .«каа«/ схеиа обладаюч зйачэтельяым временем еггрзнил нн^'пьшк. Поэ^а-:у для ряда лкд^ул^х устрой,уп: пришлю-.* 1а:згпсйашг^з; устрслств н;.-1'.е^йсооОр.*.13гЛ1.

Б закзаченгл; п:*тасЛ гл-£,и осор\у;ц:":ози:?а пост^'по^г^ оо-

Вторая глава посвящена исследованию шумовых характеристик оптических приемных устройств, работающих в большом динамическом диапазоне входных импульсных сигналов. В этой главе приведено описание экспериментальной установки, в которой предусмотрены каналы формирования оптических импульсов сигнала и помехи. Длительность оптических импульсов сигнала изменялась в пределах 0.1 * 0.5 мкс , длительность импульса помехи от 1.0 до 10 мкс. Максимальная мощность в импульсе

о

составляла порядка 10^ Вт. Для исключения неоднозначности результатов в качестве импульса помехи применялась помеха в. виде прямоугольного светового импульса, время задержки стро-бирующего импульса изменялось относительно заднего фронта импульса помехи от 0 до 1000 мкс.

Исследования на данной установке проводились следующим образом.- при каждом акте излучения импульса помехи формируется стробирующий импульс, который отпирает вентильное устройство и шумовые импульсы поступают на пороговое устройство. Таким . образом, для каждой задержки импульса строба, зная общее количество импульсов помехи, поступающих на фотокатод ФЭУ, и количество шумовых импульсов превысивших порог, можно определить вероят- пи ность появления шумового импульса в результате 1500 деиЬтвия помехового импульса.

Как показали исследования (Рис.1), воздей- 1000 ствие мощных импульсов помехи на фотокатод приводит к увеличению шумо-в'ых импульсов на нес- 500 колько порядков, а установление стационарного значения их числа,соответствующего невозбужденному состоянию, происходит относительно медленно за время, равное 100

т:эад

10: 100 1000 ыкс Рис.1.

+ 1000 мкс в зависимости от энергии и длительности импульса помехи. При этом чувствительность фотоэлектронного умножителя после- действия мощной помехи восстанавливалась за время порядка 0,25 мкс. Показано, что изменение шумовых характеристик фотоэлектронного умножителя при воздействии мощных импульсных засветок обусловлено процессами

пш

1000

750

500

В1=?500 нит В2=5680 нит В3=4000 нит В4=2200 нит В5=1280 ниг

250

в фотокатоде. На основании экспериментальных

исследований высказана гипотеза, что природа изменения шумовых характеристик связана с образованием рекомбинадион-ных ловушек в фоторато-

де. Предложена аппроксимация изменения дисперсии шумов по времени.

На данной установке были проведены исследо-тзад вания изменения шумовых характеристик оптических О 1 10 100 1000 мкс приемников при воздействии мощных импульсных . Рис.2. засветок,под оптическим

• приемником в данном случае понимается приемное устройство и решающая схема.* В этом случае (рис.2) картина распределения шумовых импульсов от времени задержки стробифдщего импульса весьма существенно изменяется по сравнению с соответствующими шумовыми характеристиками фотоэлектронного умножителя. Эти изменения обусловлены изменением порога срабатывания решающей схемы при воздействии импульса помехи.

Исследование шумовых характеристик приемных устройств на ФЭУ проведено для двух режимов - при работе оптического приемника в режиме с линейной амплитудной характеристикой и в режиме с логарифмической амплитудной характеристикой. Показано, что число шумовых импульсов, обусловленных перегрузочным импульсом , для случая приемного устройства с лога-

ритмической амплитудной характеристикой в 1,5 + 2 раза меньше, чем у приемного устройства с линейной амплитудной характеристикой [13.

В последнем параграфе этой главы приведены- исследования шумовых характеристик оптического приемника с мгновенной автоматической регулировкой усиления при воздействии мощных световых импульсов. Напряжение обратной связи подавалось на 12 динод фотоэлектронного умножителя. Однако и в этом случае после действия импульса помехи изменяются шумовые характеристики фотоэлектронного умножителя. Мгновенная автсмагичес-4 кая регулировка усиления позволяет устранить перегрузку каскадов, подключенных к выходу ФЭУ. Интенсивность шумовых импульсов резко возрастает после окончания помехи и медленно падает, достигая стационарного значения за время порядка Í00 мкс , зависящее от энергии импульса помехи. Отсюда следует , что в приемниках, в которых требуется стабилизировать вероятность ложной тревоги,необходимо вводить дополнительную регулировку по шумам, что приведет к уменьшению коэффициента усиления оптического приемника и к уменьшению амплитуды импульса, сигнала.

Таким образом, хотя чувствительность фотоэлектронного умножителя после действия мощной помехи восстанавливается• практически мгновенно, в системах со стабилизацией вероятности ложной тревоги, за счет применения автоматической регулировки усиления по шумам, происходит уменьшение амплитуды импульса сигнала в течение времени порядка 100 - 500 мкс.

. В третьей глазе рассматриваются особенности построения структурных схем и схемных решений отдельных блоков лвдарных комплексов.

Первый параграф этой главы посвящен влиянию кратковременной нестабильности мощности выходного излучения оптических передатчиков на построение функциональных схем лвдарных крмплексов. В лвдарных комплексах в качестве излучателей передающего блока используются различные типы световых ламп и лазеры. В аппаратуре, б которой в качестве излучателя используются различные типы световых ламп , широко применяются системы стабилизации выходного излучения. Существующие системы позволяют с высокой точностью стабилизировать мощность

выходного излучения указанных генераторов, поэтому погрешностями, вызванными нестабильностью выходной мощности излучения, можно пренебречь. Однако при применении в качестве излучателя лазера, особенно работающего в режиме коротких импульсов, проблемы стабилизации выходного излучения имеют первостепенное значение. Проведенные нами экспериментальные ■ исследования кратковременной (от импульса к импульсу) нестабильности выходной мошдости серийно выпускаемых лазеров показали, что указанный параметр излучения существенно зависит от режима работы лазера (от уровня накачки относительно его • порогового значения) и частоты следования. Кратковременная нестабильность выходного излучения лазера ЛТИШ-8 составляет ± ЗОХ, а лазера ИЗ-25 -'10*15Ъ. Столь высокая нестабильность выходного излучения может привести к значительным погрешностям измерений, поэтому в работе рассмотрены вопросы о возможности уменьшения погрешности измерений выходного параметра за счет введения 'регулировок в приемно-регистрирующем устройстве.

Рассмотрены следующие функциональные схемы приемно-ре-гистрирующих устройств лидарных комплексов: с автоматической регулировкой усиления по опорному сигналу, с делителем выходного сигнала приемника на опорный сигнал и при применении указанной процедуры деления в цифровой форме.

На основании анализа функциональной ' схемы приемно-ре-гистрирующего устройства седелителем напряжения на выходе, показано, что при заданном динамическом диапазоне^ входных сигналов и относительной погрешности измерений динамический диапазон усилительного устройства необходимо увеличить в рГр раз. п

Коэффициент ртр характеризует степень нестабильности выходного излучения лазера и представляет собой отношение максимальной мощности излучения к минимальной.

В лидарных комплексах, в которых операция деления проводится в цифровой форме, т.е. после аналого-цифрового преобразования, помимо увеличения динамического диапазона усилителя в ртр рае необходимо увеличить число делений аналого-цифрового преобразователя во столько же раз.

В диссертации приводятся графики зависимости рТр от от-

ношения уровня иа!?ачки к его пороговому значению. Величина Рхр для ЛТИПЧ-8 достигает 5, а для ИЗ-25 -2. В силу этого целесообразно в лидарных системах использовать автоматические регулировки по опорному сигналу. Исследования систем с автоматической регулировкой показали, что указанные системы могут быть построены с отдельными каналами усиления, опорного и информационного сигналов и с совмещенным каналом усиления указанных сигналов. Проведенный анализ показал,' что при применении приемно-регистрирующих устройств с раздельными каналами усиления опорного и информационного сигнала увеличение амплитуды опорного сигнала приводит к уменьшению погрешности измерений. Однако указанная функциональная схема обладает значительной температурной и долговременной нестабильностью при калибровке системы при каждом цикле измерений. При_применении приемно-регистрирующих устройств"с совмещенным каналом усиления опорного и информационного сигналов в связи с " изменением иумовнх характеристик, вызванных воздействием на фотокатод опорного сигнала, веется оптимальное значение мощности опорного сигнала, при которой погрешность измерения выходного параметра минимальна. Полученные аналитические выражения позволяю? определить величину относительной погреп-ности измерений.при заданной величине спорного сигпзла. Как ползали проведйзыэ кссхедова^пзя, пркменэгже автоматической . регулировки усглелия по гопдкрувдему ¡"'.пульсу позволяет умгойьетть ксгрэглгссть г:>::ер«зта прсзрачгости аткссберы до велгжш порядка 3 * 4Z i.pn несхс£и.ш:осгл сходней :кулюоти пзлучэлия лгг-ерг, пер тли* ± X«.

ДолълейпкЛ ?:атег:::ал vp^-ьей r.iaiu ъссют.гн исспезозапк» ус: ренета с^сспр.-ооггт чич "з лгеерт^х и:;-форчадаотп-;; пк'тооп. К зтич ycvpoilcTsai cie-

дуюцие тро£Г'Ь~:?;:я:

1.РоЧъкой дкиююгеоский :;игп:ггоя bxcjsjskx сш'лаюз.

Я.Русская лп:ейкеоч-ь в зац&члоч дипего?!ескш ркапАгоне.

З.Уаюе вр?уя стнрг::;:л нгЛпрм'лр^и.

В насгозщо'е грсл<я :;:!'рч::ии р?~:ц.с.с?рачс;ле полу -.v. ; • -поииваотк» устро;*с1:-а с сярьч-лейьисй сЛратюл обнулю, .">г ■ ¿-вдиг башики диг.с/.'Я'-епгл:« дх.пз.-тто:! »ходпю? сигналов .« высокой лвнсйностго .т-лм:т;у.*а'п Укяжглип

рактеристики достигаются за счет применения усилителен с большим коэффициентом усиления и использованием глубокой отрицательной обратной связи. Однако; как показали наши исследования, время стирания информации в таких устройствах велико и существенно зависит от 'коэффициента усиления и постоянной времени цепи обратной связи, а также от внутреннего сопротивления открытого ключа. Постоянная времени переходных процессов запоминающего устройства в ¡Зежиме стирания информации

+ И

«1=-

Сн + <Х ( )

где

1*1

И К в

- выходное сопротивление усилителя,

- сопротивление открытого ключа,

- коэффициент усиления,

- коэффициент передачи цепи обратной связи, ■ ос - постоянная времени цепи.

Время стирания информации изменялось при выбранных параметрах схемы от 10 до 100 мкс. Полученные результаты подтверждены экспериментальными исследованиями запоминающих устройств с отрицательной обратно! связью..

В диссертационной

íзaд не

15

10

У

/ гъ/

Ом

100

200

300

Рис. 3.

работе предложен метод построения запоминающих устройств на емкости. Требуемые характеристики по линейности и времени стирания информации достигаются за счет подачи' на нелинейный элемент одновременно с сигнальным импульса пьедестала. Аналитически показано и подтверждено экспериментально, что данная схема соответствует указанным выше требованиям. В ра-

боте проведено исследование влияния нестабильности схемы за-' держи импульса пьедестала на выходные характеристики запоминающего устройства.

Показано, что требования к нестабильности задержи импульса пьедестала снижаются, если ввести в цепь заряда дополнительное сопротивление, увеличивающее постоянную времени заряда.На рис.3 приведена зависимость допустимой величины задержки информационного импульса относительно импульса пьедестала для длительности импульса х = 10 не и при различных амплитудах импульса пьедестала.

В четвертой главе приведено описание лазерного измерителя прозрачности атмосферы, созданного в результате работ, приведенных в диссертации. Приёмо-регистрирующая схема измерителя прозрачности обеспечивает динамический диапазон 103 при погрешности измерения выходного параметра не хуже 10% в любой точке динамического диапазона. Измеритель прозрачности атмосферы обеспечивает измерение коэффициента прозрачности атмосферы на длине трассы от 150 м до 1 км. Длительность зондирующего импульса 15 * 30 не , длина волны излучения л = 0.53 мкм, Л = 1.06 мкм.

В этой же 'главе описан измеритель импульсной мощности излучения, обеспечивающий измерения мощности в видимой области спектра при длительности импульсов оолее 15 не в динамическом диапазоне 103 без переключения входных ослабителей. Погрешность измерения не превышает 10% от измеряемого параметра.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Проведены экспериментальные исследования фотоэлектронного приемника при воздействии мощных световых импульсов, подаваемых на его вход. Показано, что это приводит к резкому возрастанию шумовых импульсов после действия мошной помехи.

2. Показано, что восстановление чувствительности ФЗУ происходит практически мгновенно после окончания импульса засветки, а уменьшение числа шумовых импульсов происходит относительно медленно. Исходное значение числа шумовых импульсов после действия мощной оптической засветки достигает-

ся через 100-1000 мкс после ее окончания. Время установления исходного состояния определяется энергией оптической засветки. Предложена аппроксимация функции изменения дисперсии шумов во времени после воздействия мощных оптических засветок.

3... Показано,что изменение шумовых характеристик фотоэлектронного умножителя при воздействии мощных импульсных засветок обусловлено процессами в фотокатоде. На основании экспериментальных исследований высказана гипотеза, что природа изменения шумовых характеристик связана с образованием рекомбинационных ловушек в фотокатоде.

4. На базе результатов исследований кратковременной нестабильности мощности выходного излучения лазера рассмотрены вопросы, связанные с ее влиянием на построение функцио-^ напьных схем оптического приемника, работающего в большом динамическом диапазоне входных сигналов. Показано, что при применении приемо-регистрирующих устройств с делительным устройством на выходе необходимо увеличить динамический диапазон приемника на величину коэффициента нестабильности выходного излучения передатчика рпер, а при применении операции деления в цифровой форме помимо этого необходимо увеличить число делений АЦП во столько же раз.

5. Проведенный анализ влияния величины опорного сигнала на погрешность измерения выходного параметра показал, что при применении приемо-регистдарующих устройств с раздельными каналами усиления опорного и информационного сигналов, увеличение амплитуды опорного сигнала 'приводит к уменьшению погрешности измерений. Одшко указанная функциональная схема обладает значительной.температурной и долговременной нестабильностью и требует введения в состав приемо-регистрирующей системы устройств калибровки ее параметров при каждом цикле измерений. Поэтому более целесообразным является применение приемо-регистрирующей системы с совмещенным каналом усиления опорного и информационного сигналов.

- 6. При применении приемо-регистрирующих устройств с совмещенным каналом усиления опорного и информационного сигналов имеется оптимальное значение опорного сигнала, посту- . пающего на фотокатод, при котором погрешность измерения вы-

•

ходного параметра минимальна. Полученные аналитические зависимости позволяют определить величину относительной погрешности измерений при заданной величине опорного сигнала.

7. На основании проведенных исследований распространенного на практике емкостного запоминающего устройства с отрицательной обратной связью показано, что данная схема запоминающего устройства обладает большим временем стирания информации. Увеличение коэффициента усиления основного усилителя с целью улучшения линейности амплитудной характеристики запоминающего устройства приводит к увеличению времени стирания информации.

8. Разработана и исследована схема запоминающего устройства с пьедесталом напряжения, обладающего высокой линейностью амплитудной характеристики в большом динамическом диапазоне входных сигналов при малых временах стирания инфор-

о

мации.

9. В результате исследований, проведенных в диссертационной работе, был разработан и создан измеритель прозрачности атмосферы ЛИПА-1000, получивший внедрение в комплексной экспедиции "Оазис" в 1981 году в городе Душанбе."'За разработку измерителя прозрачности атмосферы ЛИПА-ЮОО автор данной работы был отмечен серебряной медалью ВДНХ.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах автора:

1. Ильин В.й., Ильки Г.П., Польский Ю.Е. Исследование воздействий мощных импульсных^засветок на шумовые и перегрузочные характеристики ФЭУ, - Радиотехника и электроника. т.ХХП № 1, 1977г., с.214-216, Наука, Москва.

2. Ильин В.й., Ильин Г.И., Польский Ю.Е. Приемо-регист-рирующая аппаратура импульсного измерителя прозрачности. -Сб. трудов. У Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустичес- ' кому зондированию атмосферы. ИОА АН СССР, Томск, 1978г., с, 92-95.

3. Васильев И.И., Ильин В.И., Ильин Г.И., Польский Ю.Е. Измеритель импульсной мощности оптических квантовых генераторов.- П Всесоюзная НТК "Применение лазеров в приборостроении, машиностроении и медицинской технике". Тезисы докладов, МВТУ, Москва, 1979г., с.218.

4. Айбатов JI.P., Ильин В.И., Якутенко A.A. Исследование нестабильности пиковой мощности импульса генерации лазера ЛТШИ-8. - П Всесоюзная НТК "Применение лазеров в приборостроении, машиностроении и медицинской технике". Тезисы докладов, МВТУ, Москва, 1979г., с.219.

5. Агишев P.P., Ильин В.И., Ильин Г.И., Польский Ю.Е., Терновсков Б.Т. Лазерная система измерения комплексас параметров атмосферы и особенности её np't,мнения. - I Всесоюзная НТК "Безопасность полета в условиях опасных внешних воздействий". Тезисы докладов, КНИГА, Киев, 1Э81г., с.87

6. Ильин В.И, Автоматическая регулировка усиления в измерителях прозрачности атмосферы. - У1 Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. Тезисы докладов, ИОА АН СССР, Томск, 1980г., с.72-74.

7. Ильин В.И., Ильин Г.И., Насыров А.Р., Польский Ю.Е., Филиппов В.Л. О методике калибровки широко-диапазонных импульсных измерителей оптических плотностей. - П совещание, по атмосферной оптике. Тезисы докладов, ИОА АН СССР, Томск, 1980г., с.31-34.

8. Васильев И.И., Ильин В.И., Ильин Г.И., Польский: Ю.Е., Насыров А.Р., Филиппов В.Л. Особенности построения измерителя прозрачности атмосферы с большим дин&чическкм диапазоном. - У1 Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустическому зондирования атмосферы. Тезисы, докладов, ИОА АН СССР, Томск, 1980г., с.65-67.

9. Ильин В.И. Особенности построения приемо-регистрирующих устройств измерителей параметров газообразных сред. -II Республиканская НТК. "Механика машиностроения", - тезисы докладов, КамПИ, Наб.Челны, 1937, с.33.

10. Ильин В.И., Влияние нестабильности передающего устройства на выбор структурной схемы приемо-регистрирующего устройства лидарного комплекса.- 1 Межреспубликанский симпозиум "Оптика атмосферы и океана", Тезисы докладов, ч.2, Томск,1994,с.210-211.

11. Полегай Ю.Е..Ильин В.И., Выбор амплитуды опорного сигнала системы автоматического регулирования усиления лидера, 1 Межреспубликанский симпозиум "Оптика атмосферы и океана", Тезисы докладов, ч.2,Томск, 1994.. с.205.