автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Системы накачки лидарных комплексов с широкими функциональными возможностями

? Г Б О Л казанский государственный технический университет

им. А.Н.ТУПОЛЕВА

На правах рукописи

Хайруллин Наиль Гумерович

системы накачки лидарных комплексов с широкими функциональными возможностями

Специальность 05.12.1? - Радиотехнические и телевизионные системы и устройства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань - 1994

Работа выполнена в Казанском государственном техническом университете имени А.Н.Туполева

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Ильин Г.И.

Официальные оппоненты - Лауреат Государственной премии ,

доктор физико-математмческих наук, профессор Самохвалов И.В.

- кандидат технических наук Мотенко Б.Н.

Ведущая организация - Институт оптики атмосферы СО РАН,

г. Томск

Защита диссертации состоится "_" ^М^О-у^Ь 1994 года

в _ часов _ минут на заседании специализированного совета

К 063.43.05 при Казанском государственном техническом университете имени А.Н.Туполева по адресу : 420111, г. Казань, ул. К.Маркса, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ имени А.Н.Туполева.

Автореферат разослан 1_" С иХо 1994 года.

Ученый секретарь специаливировнного

совета, кандидат технических наук,

доцент Козлов В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 эзволяют 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-окую 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 дос-игну'т 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 улуч-ению 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 ли-дарных систем методы снижения динамического диапазона. Возможность изменения выходного параметра системы накачки в широких пределах позволяет эффективно использовать метод теневой зоны для увеличения пропусной 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 фукционаяьных 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-

решности его установления при высокой частоте следования разрядных импульсов, и оптимизация таких систем с целью достижения максимального быстродействия.

2. 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. 1

3. Исследование работы полиимпульсных зарядных устройств в режимах 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.

4. Разработка и создание аппаратуры системы накачки твердотельных лазеров на основе1 YAG: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 о д 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 I оценено быстродействие таких систем;

- в предложенных методах анализа зарядных устройств с грубым и точным зарядными циклами, позволяющих обоснованно выбраи соотношения между дозирующими конденсаторами точного и грубоп зарядов с целью достижения максимального быстродействия систем! накачки при широких пределах регулирования выходного параметра I ограничениях на точность его установления.

Практическая ценность работы состоит том, что :

- получены основные соотношения , позволяющие рассчитаи 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 многодиалазонных 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, НТ1 РЭКС, НИИ аэроупругих систем, АО "Красный восток".

Аппробация работы. Основные положения диссертационной работы докладовались и обсуждались на следующи> конференциях и симпозиумах:

- XII 1Межреспубликанский симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере и водных средах (г.Томск, 1993г.);

- 1 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 полиимпуяьсных 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.

2. Результаты исследований полиимпульсных'многодиапазонных зарядных устройств, работающих в режиме изменения выходного параметра в широких пределах•при ограничениях по точности его установления.

3. 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.

4. Созданный на основе проведенных 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.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность создания систем накачки с широкими функциональными возможностями как средства дальнейшего совершенствования лидарных систем различного назначения, указгшы цель и научная новизна работы, описана, структура диссертации.

В первой главе приводится обзор современного состояния развития лидарных систем различного назначения. Показано,что возможности совершенствования приемо-регистрирующих устройств в значительной степени исчерпаны. В то же время для дальнейшего улучшения метрологических характеристик можно использовать расширение функциональных возможностей передающих устройств и ,в первую очередь, систем накачки твердотельных лазеров.

На базе проведенных исследований сформулированы основные требования к системам накачки перспективных лидарных комплексов и оптико-электронных измерительных систем. Системы накачки перс-

лективных лидарных систем должны иметь :

1) большой диапазон регулирования выходного параметра, £) высокую стабильность выходного параметра во всем диапазоне регулирования выходного параметра и заданную относительную погрешность установления выходного параметра,

3) большую частоту следования импульсов накачки и возможность изменения частоты следования в широких пределах,

4) допускать синхронизацию от внешних источников, в том числе и от ЭВМ.

При этом все основные параметры системы накачки должны изменятся электронным способом от различных внешних устройств и ЭВМ. Последнее требование имеет первостепенное.значение при создании автоматизированных систем контроля окружающей среды.

При оценке состояния систем накачки твердотельных лазеров , применяемых в лидарных системах, необходимо выделить два аспекта.

Один из аспектов рассматриваемой проблемы состоит в оценке систем накачки , выпускаемых серийно или малыми партиями и нашедшие наибольшее распространение на практике. Второй - состояние теории систем накачки твердотельных лазеров, на базе которой можно создать системы накачки , удовлетворяющие перечисленным выше требованиям.

Разработками систем накачки твердотельных лазеров импуль-сно-периодического действия для систем различного назначения занимаются многие коллективы специалистов как в нашей стране, так и за рубежом. Вопросам исследования зарядных цепей емкостных накопителей энергии и влияния режима накачки на характеристики излучения лазеров посвящены работы Вакуленко В.М., Волкова И.В., Еомко А.Г., Гардашьяна В.М., Горбачева A.A. и многих других. Из работ зарубежных специалистов, посвященных подобной тематике, можно привести работы K.Jlo и Б.Фана , В.Корсорана и Р. Мак-Мил-лана, Ж.Мрочковского и р.милберна , Д.Перльмана и ряда других.

Проведенный анализ показывает, что большинство ив имеющихся систем накачки промышленного и мелкосерийного выпуска не могут обеспечить требуемые режимы работы передающего устройства оптико-электронных измерительных систем и что имеется достаточно широкий круг технических решений, позволяющих улучшить частотные и весогабаритные показатели существующих систем накачки.

Следует отметить, что в большей части работ приводятся в

основном описание существующих систем накачки твердотельных лазеров и фактически отсутствуют рекомендации по их проектирование), выбору оптимальных решений.

Из всего многообразия рассмотренных вариантов схем для соз-¡ания систем накачки , удовлетворяющих поставленным выше требо-¡ания, можно Еыбрать лишь два :

- система с зарядом накопительного конденсатора до удвоен-гого напряжения источника питания и последующим разрядом до не-¡бходимого уровня через дополнительный резистор, после чего ¡ключается разрядный тиристор и накопительный конденсатор разря-сается на нагрузку,

- системы с полиимпульсным зарядом накопительного конденса-■ора через дозирующий емкостной элемент.

Сравнение этих двух вариантов показывает, что первая схема гожет быть испольговна лишь для систем накачки с малыми предела-ш изменения выходного параметра, т.к. при увеличении пределов югулирования резко ухудшается КПД системы накачки. Таким обра-гам, такие устройства могут использоваться лишь во втором конту->е регулирования в высокоточных системах накачки.

Системы с полиимпульсным резонансным зарядом обладают еысо-мм КПД во всем диапазоне изменения выходного параметра. Причем ¡а счет выбора емкости дозирующего конденсатора может быть обес-■ечена требуемая точность установления выходного параметра. Су-(ественным недостатком таких систем является малое их быстро-;ействие, так как заряд накопительного конденсатора осуществляйся малыми порциями энергии. Предложены весьма эффективные спо-¡обы увеличения быстродействия полиимпульсных систем накачки, щнако следует отметить, что в настоящее время отсутствует анализ истем полиимпульсной зарядки накопительного конденсатора с [елью создания зарядных устройств с широкими пределами регулиро-¡ания при заданной относительной погрешности установления выход-юго параметра и максимальным быстродействием.

На базе анализа состояния систем накачки твердотельных ла-¡еров сформулированы основные задач исследований .

Вторая глава посвящена анализу полиимпульсных заряд-;ых устройств с тиристорным коммутатором и дозирующим конденса-'ором, работающих на резистивно-емкостную нагрузку. ■

Достоинством таких систем является их высокая надежность

при коротких замыканииях на выходе. Кроме того эти системы позволяют изменять в широких пределах выходной параметр с заданно!? относительной погрешностью его установления, т.к. заряд накопительного конденсатора производится малыми порциями энергии.

Получены основные расчетные соотношения для выбора основных параметров зарядной цепи системы накачки, при которых обеспечивается максимальное быстродействие при регулировании выходного параметра в пределах от Umin (Тн) до Umax (Гв) при относительной погрешности установления выходного параметра равной а.

Показано , что выбор величины емкости дозирующего конденсатора существенно влияет на пределы регулирования выходногс параметра, на точностные характеристики и быстродействие зарядного устройства и системы накачки в целом.

Оптимальное соотношение емкостей накопительного и дозирующих конденсаторов N определяется следующим выражением

2 • (1 - Гн)

N = --- . • (1)

а ' Гн

Из выражения (1) следует, что соотношение между емкостям? накопительного и дозирующего конденсаторов зависит как от относительной погрешности установления выходного параметра , так к от нижней границы диапазона регулирования.

Получены основные расчетные соотношения позволяющие определить требуемое число циклов заряда накопительного конденсаторе до требуемого напряжения. На базе полученных выражений была оценено быстродействие таких зарядных устройств. Показано, что пру изменении выходного параметра в пределах от гн = 0,1 до гв = 0,95 и при относительной погрешности установления выходного параметра равной 0,01 максимальное число зарядных циклов для верхней границы выходного параметра равно 1480 . Отсюда следует, чте если частота следования циклов заряда составляет 10 кГц , тс предельная частота разрядных импульсов не превышает 7 Гц.

Следовательно, существенным недостатком систем накачки с дозирующим конденсатором при изменении выходного параметра в широких пределе« является малая достижимая частота следования разрядных импульсов. Для лидарных систем это приводит к низкой частоте следования зондирующих импульсов, что резко снижает возмож-

ности применения таких систем при измерении оптико-микрофизических параметров атмосферы.

В последующих параграфах этой главы рассмотрены возможности повышения частоты следования разрядных импульсов, за счет перехода к многодиапазонным системам заряда накопительного конденсатора и системам заряда накопительного конденсатора, использующие грубый и точный зарядные циклы.

При применении многодиапазонных систем диапазон регулирования выходного параметра разбивается на ряд поддиапазонов. Как показали наши исследования высокое быстродействие таких систем может быть получено при разбивке диапазона регулирования на 2 или 3 поддиапазона.

Для многодиапазонных полиимпульсных зарядных устройств получены соотношения для оптимальной разбивки общего предела регулирования на поддиапазоны, обеспечивающие максимальное быстро-1 действие зарядного устройства, найдены оптимальные значения соотношения между емкостями накопительного и дозирующих конденсаторов для каждого из поддиапазонов. Точки перехода с одного поддиапазона на другой определяются верхним и нижним пределами регулирования выходного параметра, числом поддиапазонов и практически не зависят от требуемой относительной погрешности установления выходного параметра. С увеличением числа поддиапазонов величина выигрыша по. быстродействию по сравнению с однодиапазон-ной системой заряда возрастает. При регулировании выходного параметра от 0,1 Е до 0,95 Е при относительной погрешности установления выходного параметра равной 0,01 величина выигрыша при двухдиапазонной системе составляет 22, а при трехдиапазонной-40.

Рассмотрены возможности зарядных устройств с грубым и точным зарядными циклами. В этом случае в начале заряд накопителя производится большими порциями энергии, обеспечивая тем самым быстрый (грубый) заряд накопителя. Затем производится медленный дозаряд накопителя до требуемого уровня порциями энергии, обеспечивающими заданную точность выходного параметра.

В работе определены соотношения емкостей накопительного и дозирующих конденсаторов для грубого МГр и точного зарядных циклов и оценена величина выигрыша по быстродействию.

Величина' выигрыша по быстродействию по сравнению со схемой с одним дозирующим конденсатором при одинаковой бтносительной пог-

решности установки выходного параметра олределяется выражением

_ ГНТ ' Ь'Гр

КЕ= ----- . (2)

Т'Ы гр+(1- т)-№г

Как показали расчеты по данной формуле, чем выше точностные характеристики системы заряда накопительного конденсатора, тем больше величина выигрыша.

Рассмотрен общий случай, когда заряд накопительного конденсатора проводится при применении нескольких дозирующих конденсаторов грубого заряда. Получены основные соотношения и оценена величина выигрыша для случае применения нескольких дозирующих конденсаторов грубого заряда.

Системы с грубым и точным зарядом дают больший выигрыш при более высокой требуемой точности установления выходного параметра. Поэтому указанные системы заряда целесообразно применять в высокоточных системах накачки твердотельных лазеров.

В третьей глазе приведены результаты исследований полиимпульсных устройств с резонансным зарядом накопительного конденсатора. Заряд накопительного конденсатора в этом случае осуществляется через дозирующий конденсатор, а в качестве токо-ограничивающего элемента используется индуктивность. В результате проведенного анализа работы такого устройства показано, что напряжение на накопительном конденсаторе может составлять величину , равную величине удвоенного напряжения источника питания. Максимальная величина напряжения на дозирующем конденсаторе зависит от соотношения емкостей накопительного и дозирующих конденсаторов и значительно превосходит напряжение источника питания. При N=50 напряжение на дозирующем конденсаторе в 7 раз превышает напряжения источника питания. Столь высокое напряжение на дозирующем конденсаторе может привести к пробою тиристорных ключей, поэтому зарядные устройства такого типа не применяются на практике. Для того , чтобы применять зарядные устройства с тока-огргничивающей индуктивностью необходимо ограничивать рост напряжения на дозирующем конденсаторе. В работе рассмотрена работа устройства с фиксацией напряжения на дозирующем конденсаторе за счет включения диода на выходе тиристорного моста.

Анализ работы указанной схемы показал, что введение элемен-

эв фиксации напряжения на дозирующем конденсаторе снижает мак-шальное напряжение на накопительном конденсаторе. Максимальная зличина напряжения на накопительном конденсаторе превышает нап-?жение источника питания на 2-7 При резонансном полиимпуль-■юм заряде накопительного конденсатора постоянная времени заря-э, меньше, чем при полиимпульсном заряде накопительного конден-этора через резистивный элемент при одинаковых соотношениях до-ярующего и накопительного конденсаторов. Следовательно, резо-ансные зарядные устройства являются более быстродействующими и ¿еюг более высокий КПД.

Полученные соотношения, определяющие взаимосвязь пределов эгулирования с быстродействием схемы, показывают, что полиим-/льсные системы заряда при больших пределах регулирования выездного параметра достаточно низкочастотны. При изменении напря-?ния в пределах от 0,1Е до Е при относительной погрешности ус-ановления выходного параметра равной 1% не превышает 11 Гц при ^пользовании тиристоров с предельной частотой запуска равной 10 Гц.

Переход к двум- или трехдиалазонным системам накачки позво-яет расширить пределы регулирования и повысить частоту следова-ия разрядных импульсов . Границы раздела поддиапазонов зависят г числа поддиапазонов и пределов регулирования выходного пара-етра и практически не зависмит от величины допустимой погреш-эсти установления выходного параметра. Величина выигрыша по ыстродействию увеличивается с увеличением числа поддиапазонов и ри изменении выходного параметра ог 0,2 Е до Е для двухканаль-эй системы составляет 4,5, а для трехканальной - 7 при относи-ельной погрешности установления выходного параметра равной 0,1.

Получены расчетные соотношения, позволяющие определить сновные параметры систем заряда с грубым и точным зарядными иклами. Найдены оптимальные значения соотношений емкостей нако-ительного и дозирующего конденсаторов для грубого и точного за-ядных циклов, при которых обеспечивается максимальное быстро-ействие системы накачки. Применение циклов грубого и точного арядов позволяют существенно повысить частоту следования раз-ядных импульсов. С увеличением точности установления выходного араметра величина выигрыша возрастает. При высоких точностях казанная схема имеет преимущества по быстродействию по сравне-

нию со схемой с переключением поддиапазонов.

Таким образом, полиимпульсные системы с резонансным зарядом накопительного конденсатора позволяют создать источники накачки с частотой следования разрядных импульсов более 100 гц при регулировании выходного параметра в широких пределах и при высокой точности установления выходного параметра. .'■

Четвертая глава посвящена внедрению и экспериментальной проверке основных соотношений полученных в диссерта-цитонной работе.

В главе рассматриваются вопросы технической - реализации конкретной системы накачки лазеров, созданной на основе теоретических результатов, полученных в диссертационной работе. Особое внимание уделяется рассмотрению особенностей работы такой системы накачки в лидарных системах различного назначения. Приводятся описание структурной схемы источника накачки твердотельных лазеров с широкими функциональными возможностями, особенности построения отдельных блоков .

Основные технические характеристики источника накачки "БИНОМ " приведены ниже:

- пределы плавного регулирования

напряжения накопителя, В 250 - 1000

- энергия в импульсе, Дж 3-50

- нестабильность энергии, % ±1

- диапазон частот следования плавно от 0 до разрядных импульсов, Гц 100 и одиночный

- максимальная потребляемая

мощность, кВт 6

В результате работ по созданию системы накачки твердотельных лазеров '^БИНОМ" была экспериментально подтверждена концепция построения источников накачки лазеров с широкими функциональными возможностями на базе систем с тиристорной коммутацией и дозирующим конденсатором. :

В ходе создания системы накачки были проверены способы повышения частоты следования разрядных импульсов за счет применения системы переключения поддиапазонов- и режимов грубого и точного зарядов. Эти исследования подтвердили правомочность основных соотношений, полученных для указанных схем . При определении необходимой величины емкости дозирующего конденсатора и предель-

гой частоты следования разрядных импульсов расчетные значения уличались от реально полученных не более чем на 5%.

Создание системы накачки с широкими функциональными возмож-гостями позволяет в ряде случаев существенно улучшить параметры [идарных систем различного назначения.

Предложена блок-схема лидара, в основу которого был положен ¡етод теневой зоны для уменьшения динамического диапазона вход-:ых сигналов. За счет применения этого метода удается значитель-:о уменьшить влияние послеимпульсной засветки фотокатода от лижней зоны зондирования атмосферы, т.к. при регистрации сигна-ов от ближней зоны мощность зондирующего импульса уменьшается.

Создание источника накачки твердотельных лазеров с широкими ункциональными возможностями позволило объединить в один комп-екс ряд приборов, измеряющих параметры, атмосферы и рассеивающих ред.

Многофункциональный комплекс ЛИК предназначен для из-ерения оптико-микрофизических параметров атмосферы и рассеиваю-их сред ; метеорологической дальности видимости, прозрачности тмосферы, угловых характеристик светорассеяния ( индикатрис ассеяния) и пространственного распределения оптической плотнос-и рассеивающих сред и динамику ее развития,

В этом комплексе для реализации режима измерения индикатрис ассеяния и динамики изменения оптических плотностей расеиваю-их сред в источнике накачки был реализован режим работы пачкой ^пульсов с изменением мощности выходного сигнала в зависимости г направления зондирования исследуемой среды. Это позволило пожить точность измерений.

Важное место при испытании авиационной техники занимают заекторные измерения летательного аппарата в условиях реального элета. Для проведения траекторных измерений обычно используются иические локационные системы с угломерным каналом. Однако ио-эльзование таких систем небезопасно для летного состава, т.к. а близких расстояниях плотность мощности облучения летного сос-1ва может превысить допустимые пределы. Указанный недостаток эжет быть устранен за счет изменения мощности излучения пере-атчика в зависимости от дальности и погодных условий. Указанная ютема разрабатывается на кафедре РЭКУ для НИИ аэроупругих■сис-гм с использованием источника накачки "БИНОМ".

Заключение содержит основные результаты диссертационной работы.

В приложении приводятся акты внедрения результатов работы.

3. основные результаты работы

1. В результате анализа переходных процессов в зарядном устройстве на базе тиристорного ключа с последовательной конденсаторной коммутацией, работающего как на активно-емкостную так и индуктивно-емкостную нагрузки, получены функциональные зависимости , связывающие пределы регулирования и число циклов заряда накопительного конденсатора до требуемого напряжения при заданной относительной погрешности установления выходного параметра и найдено оптимальное соотношение между емкостями накопительного и дозирующего конденсаторов, при котором обеспечивается максимальное быстродействие заряда. Соотношение между емкостями накопительного и дозирующего конденсаторов зависит как от относительной погрешности установления выходного параметра, так и нижней границей диапазона регулирования. Показано, что для расширения пределов регулирования выходного напряжения при заданной относительной погрешности его установки необходимо уменьшать емкость дозирующего конденсатора, а это в свою очередь приводит к увеличению требуемого числа зарядных циклов. Недостатком систем накачки с дозирующим конденсатором при изменении выходного параметра в широких пределах является малая достижимая частота следования разрядных импульсов. '"•

2. Быстродействие полиимпульсных зарядных устройств с дозирующим конденсатором , работающих в режиме изменения выходного параметра в широких пределах,. существенно увеличивается при переходе к многодиапазонным системам или к системам с грубым и точным зарядными циклами.

3. Для многодиапазонных полиимпульсных зарядных устройств получены соотношения для оптимальной .разбивки общего предела регулирования на поддиапазоны, обеспечивающие максимальное быстро-, действие зарядного устройства, найдены оптимальные значения соотношения между емкостями накопительного и дозирующих конденсаторов для каждого из поддиапазонов. Точки перехода с одного под-

диапазона на другой определяются верхним и нижним пределами регулирования выходного параметра, числом поддиапазонов и практически не зависят от требуемой относительной погрешности установления выходного параметра. С увеличением числа поддиапазонов величина выигрыша по быстродействию по сравнению с однодиапазон-ной системой заряда возрастает. Величина выигрыша для полиимпульсных зарядных устройств с резонансным зарядом при изменении выходного параметра от 0,2 Е до Е для двухканальной системы составляет 4,5, а для трехканальной - 7 при относительной погрешности установления выходного параметра равной 0,1.

4. Получены расчетные соотношения, позволяющие определить основные параметры систем заряда с грубым и точным зарядными циклами. Найдены оптимальные значения соотношений емкостей накопительного и дозирующего конденсаторов для грубого и точного зарядных циклов, при которых обеспечивается максимальное быстродействие системы накачки. Оценена величина Еыигрыша указанных зарядных устройств по сравнению с однодиапазонными полиимпульсными зарядными устройствами. Системы с грубым-и точным зарядом дают больший выигрыш при высокой требуемой точности установления выходного параметра по сравнению с многодиапазонными системами. Поэтому указанные системы заряда целесообразно применять в высокоточных системах накачки твердотельных лазеров.

5. Введение элементов фиксации напряжения на дозирующем конденсаторе снижает максимальное напряжение на накопительном конденсаторе. Максимальная величина напряжения на накопительном конденсаторе превышает напряжение источника питания на 2-7 При резонансном полиимпульсном заряде накопительного конденсатора постоянная времени заряда меньше, чем при полиимпульсном заряде накопительного конденсатора через резистивный элемент при одинаковых соотношениях дозирующего и накопительного конденсаторов. Следовательно, резонансные зарядные устройства являются более быстродействующими и отличаются более высоким КПД.

6. На базе теоретических исследований , выполненных в диссертационной работе, разработан и создан источник накачки твердотельных лазеров "БИНОМ" с широкими функциональными возможностями. Показана эффективность использования источников накачки такого типа для лидарных систем с формированием дальней и ближней зон зондирования, многофункциональных измерительных комплек-

сов и локационных систем для траекторных измерений летательных

внедрены в ГЙПО, НТЦ РЭКС, НИМ аэроупругих систем и АО "Красный восток".

4. СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ильин Г.И., Хайруллин Н.Г.' Системы накачки лидаров с дозирующим конденсатором. - Оптика атмосферы и океана, 1994, т.7, N 10, с.16-22.

2. Ильин Г.И., Хайруллин Н.Г. Повышение частоты следования зондирующих импульсов лидарных систем. - Оптика атмосферы и океана, 1994, Т.7, N И, С.27-32.

3. Ильин Г.И., Хайруллин Н.Г. ' Об одном методе повышения частоты следования зондирующих импульсов лидарных систем.-В сб.: XII Межреспубликанский симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере и водных средах. Тез.докл. - Томск: ИОА, 1993,

4. Ильин.Г.И., Хайруллин Н.Г. Системы накачки лидаров с дозирующим конденсатором. - В сб.: XII Межреспубликанский симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере и водных средах. Тез.докл. - Томск: ИОА, 1993,

. 5. Ильин Г.И., Хайруллин Н.Г. Тенденции развития систем накачки лидарных комплексов. Веб.: Научно-техническая конференция по итогам работы за 1992-1993 г.г.. Тез.докл. - Казань: КГТУ им. А.Н.Туполева, 1994, с.160.

6. Ильин Г.И., Хайруллин Н.Г. Повышение частоты следования зондирующих импульсов лидарных систем.- В сб.: 1 Межреспубликанский симпозиум "Оптика атмосферы и океана". Тез.докл. -Томск: ИОА, ч.2, 1994, с.167-168.

7. Ильин Г.И., Морозов О.Г., Польский Ю.Е., Терновсков В.Т., Хайруллин Н.Г. Блок импульсной накачки лидарных комплексов. - В сб.: 1 Межреспубликанский симпозиум "Оптика атмосферы и океана". Тез.докл. - Томск: ИОА, ч.2, 1994, с.165-166.

объектов.

Результаты исследований и разработанная аппаратура были

П