Трудно представить себе современный аэропорт без локаторов -
устройств для обнаружения объектов. Их мощные антенны видны издалека.
Незаменимы локаторы и в судоходстве. Сколько раз они спасали суда от
столкновений, особенно при движении в условиях ограниченной видимости, в
узких фиордах, вдоль изломанной береговой линии. Локаторы использовали и
для картографирования Луны. Основное назначение локаторов: обнаружение и
опознавание удаленных от наблюдателя объектов, слежение за их
перемещением. С помощью локаторов определяют координаты объектов,
измеряют, на каком расстоянии они находятся от места наблюдения,
скорость их движения. Bcе эту информацию можно получить с помощью
электромагнитных волн, отраженных от объекта. В первых локаторах
использовали волны радиодиапазона. Такие локаторы назвали радарами (от
начальных букв английского выражения, означающего <радиообнаружение и
определение расстояния>)., С появлением лазеров радиоволны стали
заменять световыми: появились лазерные локаторы - лидары.
Узкая направленность лазерного излучения и высокая плотность его энергии
позволяют создать аппаратуру с такими характеристиками, которые
считались недостижимыми при использовании радиоволн. Например, с помощью
лазерных локаторов удалось измерить расстояние до Луны с точностью 15
см. Достаточно вспомнить, что Луна находится от Земли на расстоянии 380
ООО км, чтобы представить себе, насколько высока точность локатора.
Наблюдая за изменением этого расстояния в течение недели, месяца, года,
ученые получают информацию, позволяющую дать ответы на такие вопросы:
какое распределение массы в недрах Луны, с какой скоростью дрейфуют
земные континенты, как изменяется со временем положение полюсов Земли и
др.
Благодаря короткой длине волны, угловое разрешение лазерных локаторов
приближается к разрешающей способности глаза человека, что в 104 раз
выше, чем у радиолокаторов. С помощью лазерного локатора можно
обнаружить кабель диаметром 3 мм с расстояния в 500 м, а линии
электропередач - с дистанции более 1,5 км. Лидары используют при
автоматической стыковке космических аппаратов. Узкий лазерный луч
сложнее перехватить, чем сигналы радиолокатора, поэтому труднее
определить местонахождение лидара.
Однако у лазерных локаторов есть свои слабые стороны. Они связаны, в
основном, с поглощением и рассеянием света в атмосфере. Плохие погодные
условия ограничивают дальность действия лидаров. Правда известно, что в
атмосфере существуют окна прозрачности. Учитывая
эту особенность, в локаторах используют такие лазеры как неодимовый
(Х=1,06 мкм), полупроводниковые (0,8...0,9 мкм), СОг лазер (10,6 мкм).
Из всего комплекса задач, выполняемых с помощью лазерных локаторов,
выделим две: дальнометрирование и измерение скорости объекта.
Дальность оценивается временем прохождения светового импульса до объекта
и обратно (рис. 18). Передатчик излучает короткий импульс света,
который, достигая объекта, отражается и возвращается в приемное
устройство. Половина этого времени, умноженная на скорость света, и есть
расстояние до объекта. Естественно, чем короче световой импульс, тем
точнее дальномер. Погрешность измерения современных лазерных дальномеров
составляет +3 м при дальности действия 10...20 км.
В последнее время в локаторах стали применять непрерывное излучение
лазера. Принцип действия непрерывного лазерного локатора отличается от
работы локатора в импульсном режиме. Рассмотрим, как с его помощью можно
измерить скорость движущегося объекта. В основе измерения лежит эффект
Допплера, который заключается в следующем. Предположим, что передатчик
излучает свет с частотой v0. Встретив на своем пути движущийся объект,
свет отражается и возвращается в приемное устройство. Когда объект
приближается к наблюдателю со скоростью i>i, приемное устройство
фиксирует сигнал с частотой v0 (l + 2i>i/c) (с - скорость света), если
удаляется, то частота сигнала становится равной v0(l - 2v\/c). Сравнивая
частоту излучаемого света с частотой принимаемого излучения, локатор
определяет скорость объекта.
Лазерные локаторы нашли широкое применение на земле, в воздухе
и на море. Ими оснащают современные самолеты, вертолеты, корабли и
космические аппараты. Применяют лидары в навигации для отслеживания
профиля местности и обхода препятствий, для обеспечения взлета и посадки
летательных аппаратов в условиях ограниченной видимости. С помощью
лазерных локаторов исследуют атмосферу, следят за движением космических
станций, изучают со спутников акватории океанов.
