Лазерный дальномер для роботизированных комплексов

Содержание

Введение

Глава 1. Теоретические и нормативные основы функционирования оптико-электронных систем локации

1.1. Физические принципы лазерного дальнометрирования в современных радиотехнических комплексах

1.2. Обзор состояния и перспектив развития отечественной элементной базы для лазерной техники

1.3. Нормативно-правовое регулирование и стандартизация радиоэлектронных средств локации в РФ

Глава 2. Анализ технических характеристик и расчет параметров лазерного дальномера

2.1. Выбор и обоснование структурной схемы тракта приема и обработки сигналов

2.2. Расчет энергетического баланса и оценка дальности действия в различных метеоусловиях

2.3. Анализ помехозащищенности и электромагнитной совместимости модуля в составе роботизированного комплекса

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: Лазерный дальномер для роботизированных комплексов

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы обусловлена стремительным развитием роботизированных систем в различных отраслях народного хозяйства Российской Федерации, где точное определение расстояния до объектов является критически важной функцией обеспечения автономной навигации и выполнения технологических операций. Лазерные дальномеры представляют собой класс оптико-электронных устройств, применяемых в составе мобильных робототехнических комплексов для геодезических измерений, промышленной автоматизации, систем безопасности и военно-технических систем. В условиях реализации программы импортозамещения и развития отечественной элементной базы особую значимость приобретает разработка конкурентоспособных радиотехнических решений на основе российских комплектующих и технологий.

Степень разработанности проблемы в отечественной технической литературе характеризуется значительным вкладом научных коллективов МГТУ им. Н.Э. Баумана, МЭИ, МИЭТ и отраслевых НИИ в области квантовой электроники и лазерной локации. Вместе с тем, вопросы адаптации лазерных измерительных систем к специфическим условиям эксплуатации роботизированных платформ требуют дополнительного исследования с учетом факторов энергопотребления, габаритно-массовых ограничений и обеспечения помехозащищенности в сложной электромагнитной обстановке.

Цель курсовой работы – провести комплексный анализ технических характеристик лазерного дальномера для роботизированных комплексов и выполнить расчет основных параметров системы.

Задачи курсовой работы:

• изучить физические принципы лазерного дальнометрирования и современные технические решения в области оптико-электронных систем локации;
• выполнить обзор состояния отечественной элементной базы для лазерной техники и нормативно-правового регулирования радиоэлектронных средств;
• обосновать выбор структурной схемы тракта приема и обработки сигналов лазерного дальномера;
• произвести расчет энергетического баланса и оценку дальности действия устройства в различных метеоусловиях;
• проанализировать помехозащищенность и электромагнитную совместимость модуля в составе роботизированного комплекса.

Объект исследования – лазерный дальномер как элемент радиотехнической системы роботизированного комплекса.

Предмет исследования – технические характеристики, структурная организация и параметры функционирования лазерного дальномера.

Методологическая база исследования включает теоретические основы квантовой электроники, радиотехники и оптико-электронного приборостроения; расчетные методы энергетического анализа радиолокационных систем и методы оценки помехозащищенности; инструментальные методы измерения параметров оптических и радиотехнических систем; нормативно-техническую базу в области радиоэлектронных средств и технических средств обеспечения транспортной безопасности согласно требованиям ГОСТ, технических регламентов Таможенного союза и рекомендаций Минцифры России.

Научная новизна работы состоит в систематизации технических требований к лазерным дальномерам для роботизированных платформ с учетом специфики отечественной элементной базы и условий эксплуатации.

Теоретическая значимость заключается в обобщении физических принципов и инженерных методик расчета параметров лазерных измерительных систем.

Практическая значимость определяется возможностью применения результатов расчетов при проектировании и модернизации радиотехнических систем роботизированных комплексов отечественного производства.

Структура работы включает введение, две главы основной части, заключение и список использованной литературы. Первая глава посвящена теоретическим и нормативным основам функционирования оптико-электронных систем локации. Вторая глава содержит анализ технических характеристик и расчет параметров лазерного дальномера.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И НОРМАТИВНЫЕ ОСНОВЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ ЛОКАЦИИ

1.1. Физические принципы лазерного дальнометрирования в современных радиотехнических комплексах

Лазерное дальнометрирование основано на измерении временного интервала между излучением зондирующего импульса и приемом отраженного сигнала от объекта локации. Данный метод активной оптической локации обеспечивает высокую точность определения расстояния благодаря малой длительности лазерных импульсов и возможности прецизионной регистрации временных интервалов с применением современной цифровой элементной базы. Физической основой функционирования лазерных дальномеров является эффект вынужденного излучения, открытый А. Эйнштейном и реализованный в практических устройствах отечественными учеными Н.Г. Басовым и А.М. Прохоровым, удостоенными за эти исследования Нобелевской премии.

В качестве источников излучения в современных лазерных дальномерах применяются твердотельные лазеры на алюмо-иттриевом гранате с неодимовым легированием, полупроводниковые лазерные диоды инфракрасного диапазона и волоконные лазеры с эрбиевым усилением. Выбор типа лазера определяется требованиями к энергетическим характеристикам, габаритно-массовым параметрам и условиям эксплуатации радиотехнической системы. Твердотельные лазеры с модуляцией добротности резонатора обеспечивают высокую импульсную мощность излучения при длительности импульсов в диапазоне от нескольких наносекунд до десятков наносекунд, что позволяет достигать дальности действия до нескольких километров при приемлемых массогабаритных характеристиках [1, c. 45].

Полупроводниковые лазерные диоды характеризуются высокой энергетической эффективностью преобразования электрической энергии в световую, достигающей 40-50 процентов, и малыми габаритами активного элемента, что обусловливает их широкое применение в компактных дальномерных модулях для роботизированных комплексов. Типичная длина волны излучения полупроводниковых лазеров составляет 850-905 нанометров, что соответствует области максимальной чувствительности кремниевых фотоприемников и обеспечивает

…