2. Лазерная система швартовки крупнотоннажных судов

Лазерные системы швартовки крупнотоннажных судов, разработанная совместно с компанией Marimatech AS, является вспомогательной для лоцманской службы порта и предназначена для повышения безопасности в процессе причаливания и швартовки судов, а также мониторинга их состояния после постановки к причалу. В основе ее работы лежит принцип действия лазерных дальномеров.

Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта.

Основное соотношение для вычисления энергии излучения лазера необходимой для обеспечения максимальной измеряемой дальности , может быть представлено в следующем виде:

Где - минимальная регистрируемая фотоприемным устройством (ФПУ) энергия излучения лазера при заданной длительности импульса излучения на длине волны лазера; и - коэффициенты пропускания передающей и приемной оптических систем; - диаметр объектива приемной оптической системы; a - коэффициент потерь в атмосфере; - коэффициент, равный отношению энергии излучения E_ц, попадающей на цель, к полной энергии E_о пучка излучения на цели (энергии, проходящей через плоскость, перпендикулярную оси пучка измерения в месте расположения цели); - площадь отражающей поверхности

Лазерные системы, применяемые для швартовки различаются по принципу действия на импульсные и фазовые.

Импульсный лазерный дальномер это устройство, состоящее из импульсного лазера и детектора излучения (фотоприемника).

Измеряя время, которое затрачивает луч на путь до отражателя и обратно, а также зная значение скорости света, можно рассчитать расстояние между лазером и отражающим объектом.

При импульсном методе дальнометрирования используется следующее соотношение:

где  — расстояние до объекта,  — скорость света в вакууме,  — показатель преломления среды, в которой распространяется излучение,  — время прохождения импульса до цели и обратно.

Типовая форма зондирующего импульса при импульсном методе

Каждый импульс – это однократное измерение расстояния, но поскольку каждую секунду могут быть посланы тысячи таких импульсов, то с помощью усреднения результатов достаточно быстро достигается высокая точность измерений.

 

Осреднение импульсов

В ходе измерения делается около 20000 лазерных импульсов в секунду. Затем они усредняются для получения более точного значения расстояния. Обычные импульсные дальномеры имеют несколько худшую точность, чем фазовые дальномеры (до 10 мм). 

Фазовый лазерный дальномер - это дальномер, принцип действия которого основан на методе сравнения фаз отправленного и отражённого сигналов.

Принцип действия состоит в определении количества целых длин волн между локатором и объектом и разности фаз излученной и принятой волны модулирующего колебания.

Ширина полосы модуляции до 10 ГГц при использовании современных лазерных диодов (semiconductor laser diodes). Отметим, что в этом случае зондирующее излучение должно быть непрерывным, что в общем случае значительно повышает требования по выходной мощности излучающего лазера по сравнению с импульсным методом.

Для того, чтобы определить расстояние между источником и объектом, необходимо:

     1. Определить целое количество длин волн модуляции K, приходящихся на это расстояние.

     2. Определить разность фаз между принятой и опорной волной и тем самым оценить дополнительное расстояние, соответствующее «последней» неполной волне.

     Если значения K и удалось определить, то искомое расстояние определяется по формуле:

где - длина волны модуляции.