Агаарын урсгал дахь ашигтай ачаалал ба мэдрэгчийн туршилт: Камер, лидар, антеныг ачаалал дор шалгах нь

Лабораторийн ширээн дээр тод дүрс гаргадаг камер нь өндөр хурдтай нисэх онгоцны дор бэхлэгдсэн үед автоматаар тод дүрс гаргадаггүй. Статик орчинд холбооны төсвийн туршилтаа давсан антен, эсвэл чичиргээгүй өрөөнд харааны шугамаа тогтвортой барьдаг гимбал ч мөн адил. Нисэх төхөөрөмжийн их биеийг тойрсон агаарын урсгал нь зүгээр нэг саармаг орчин биш юм — энэ нь тухайн ашигтай ачааллыг чухам ямар зорилгоор худалдаж авсан, тэрхүү гүйцэтгэлийг нь яг таг бууруулдаг бөгөөд лабораторийн ширээн дээрх туршилтаар илрүүлэх боломжгүй нөхцөлүүдийг үүсгэдэг.

Агаарын урсгал дахь ашигтай ачаалал ба мэдрэгчийн туршилт нь бодит даалгаврын үед бүдэг дүрс эсвэл тасарсан холбоо болон илрэхээс өмнө энэхүү зөрүүг арилгах арга юм.

---

1. Лабораторийн ширээ яагаад хангалтгүй вэ?

Ашигтай ачаалал үйлдвэрлэгчийн өөрийн баталгаажуулалт нь ихэвчлэн цахилгаан гүйцэтгэл, оптик нягтрал, механик бат бөх байдлыг тусгаарлагдсан орчинд хамардаг. Харин тухайн төхөөрөмж нисэх онгоцны турбулент хил давхарга эсвэл бүрхүүлийн арын урсгалд, их биеэс бодитоор үүсдэг чичиргээний спектрт, мөн даалгавар гүйцэтгэх бодит температурын хязгаарт орох үед юу тохиолдохыг ихэвчлэн тооцож чаддаггүй. Эдгээр нь нисэх төхөөрөмжийн түвшний нөхцөлүүд бөгөөд ашигтай ачааллыг бодитоор нисэх төхөөрөмж дээр суурилуулах эсвэл түүнтэй адилтгах нөхцөлд оруулсан үед л үүсдэг.

---

2. Аэро-оптик бүдгэрэлт: Турбулент байдал нь зөвхөн их биеийг бус, дүрсийг ч мөн муутгадаг

Хүрээлэн буй агаарын урсгал дундуур харж буй аливаа камер, лидар эсвэл лазерын системийн хувьд аэро-оптик нь холбогдох физикийн шинжлэх ухаан юм. Энэ нь 1950-иад оноос эхтэй бөгөөд судлаачид турбулент хил давхарга нь түүгээр нэвтрэн өнгөрөх гэрлийн цацрагийг хэрхэн гажуудуулдгийг анх тооцоолж байжээ. Үүний механизм нь маш энгийн: турбулент байдал нь агаарын нягтын орон нутгийн хэлбэлзлийг үүсгэж, нягтын хэлбэлзэл нь хугарлын илтгэгчийг өөрчилдөг бөгөөд энэхүү хувьсах илтгэгчтэй талбайгаар нэвтрэн өнгөрөх долгионы фронт нь хавтгай биш, харин гажуудсан байдалтай гарч ирдэг.

Энэхүү нөлөө нь долгионы уртаас хамаардаг бөгөөд энэ салбар анх үүсэж байсан үеийн системүүдтэй харьцуулахад орчин үеийн мэдрэгчүүдэд илүү чухал нөлөөтэй байдаг. Оптик замын гажуудлын тогтмол түвшний хувьд, үзэгдэх эсвэл ойрын хэт улаан туяаны гэрэл (ихэнх камер болон олон лидарын ашигладаг муж) ашигладаг систем нь ижил турбулент түвшинд хуучны урт долгионы системээс хамаагүй илүү зургийн чанараа алддаг. 10,6 мкм лазерын гүйцэтгэлд бараг нөлөөлдөггүй гажуудлын түвшин нь ойрын хэт улаан туяаны системийн Strehl харьцааг (зургийн тод байдлын стандарт хэмжүүр, 1.0 нь төгс гэж үздэг) бараг төгс байдлаас 0,67 орчим болтол бууруулж чаддаг. Энэ нь мэдрэгчийн бүрхүүлийн аэродинамик хэлбэр болон суурилуулах байрлал нь доторх оптиктойгоо адил чухал байдгийн нэг шалтгаан юм.

Аэро-оптик нөлөөллийн салхин хонгилын туршилт нь олон арван жилийн түүхтэй, тогтсон туршлага бөгөөд мэдрэгчийг нисэхээс өмнө хил давхаргаас үүдэлтэй зургийн муудалтыг нарийн хэмжихийн тулд лазерт суурилсан багаж хэрэгсэл ("Malley probe" арга) бүхий ердийн дуунаас бага болон дууны хурд орчмын салхин хонгилд явагддаг.

---

3. Агаарын урсгал ашигтай ачааллын бусад хэсэгт хэрхэн нөлөөлдөг вэ?

• Чичиргээ. Гимбал эсвэл камерын бэхэлгээ нь лабораторийн чичиргээт ширээний идеалчлагдсан хэлбэлзлийг бус, харин нисэх төхөөрөмжийн бодит чичиргээний спектрийг мэдэрдэг. Гимбалын тогтворжуулалтын системүүд нь тодорхой давтамж дахь чичиргээг саармагжуулахаар тусгайлан тохируулагдсан байдаг бөгөөд энэ нь зөвхөн их биеийн бодит өдөөлтийн үед л зөв илэрдэг.
• Халалт. Бүрхүүл эсвэл хайрцаг доторх мэдрэгчийн электроник нь өөрөөсөө дулаан ялгаруулдаг бөгөөд гаднах агаарын урсгал нь тэрхүү дулааныг гадагшлуулах эсвэл хуримтлуулах эсэхийг тодорхойлдог. Энэ асуудал нь статик ширээ болон хөдөлгөөнт агаарын урсгалтай орчны хооронд бүрэн өөрчлөгддөг.
• Зөвхөн их бие төдийгүй мэдрэгч өөрөө мөстөх нь. Мөстсөн оптик цонх эсвэл антены бүрхүүл нь далавч мөстөхөөс хамаагүй өмнө ажиллахаа больдог бөгөөд мөс тогтох хэлбэр нь тухайн бүрхүүлийн хэлбэрийг тойрсон орон нутгийн урсгалаас хамаардаг.
• Бүрхүүлийн хэлбэр ба дохионы чанар. Антены бүрхүүл эсвэл оптик бөмбөгөр нь аэродинамик эсэргүүцэл болон түүний хамгаалж буй зүйлийн нэвтрүүлэх чадварын хоорондын харилцан буулт юм. Аэродинамик хэлбэрийг буруу гаргавал түүгээр дамжих радио давтамж (RF) эсвэл оптик замыг мөн гажуудуулна.

---

4. Ашигтай ачааллын туршилтын кампанит ажил бодитоор юуг хэмждэг вэ?

• Хурд болон өнцгийн хязгаар дахь дүрс эсвэл долгионы фронтын чанар. Үүнийг агаарын оптик системд зориулан боловсруулсан ижил аэро-оптик багаж хэрэгслийг ашиглан хэмждэг бөгөөд зөвхөн нэг удаагийн статик суурь зураг авалтаар хязгаарлагддаггүй.
• Мэдрэгчийн бэхэлгээний чичиргээний спектр. Үүнийг их биеийн бодит өдөөлтийн дор хэмжиж, гимбал эсвэл тогтворжуулах системийн өөрийнх нь саармагжуулах зурвасын өргөнтэй харьцуулдаг.
• Бодит бүрхүүл дундуурх холбооны төсөв эсвэл оптик нэвтрүүлэх чадвар. Зөвхөн нүцгэн апертураар бус, хайрцаг нь зүгээр нэг таг биш, харин мэдрэгчийн оптик эсвэл RF замын нэг хэсэг болдог.
• Битүүмжлэгдсэн электроникийн дулааны төлөв байдал. Үүнийг хөдөлгөөнгүй агаарт бус, харин төлөөлөхүйц агаарын урсгалын дор шалгадаг.
• Тусгай бүрхүүлийн геометр дээрх мөстөлтийн хуримтлал. Энэ нь ашиглалтын хязгаарт хамааралтай тохиолдолд хийгддэг.

---

5. Бидний ажигладаг таван алдаа

• Мэдрэгч болон бүрхүүлийг тусад нь баталгаажуулах. Мэдрэгчийн бодит харах өнцөг болон долгионы уртыг тооцохгүйгээр зохион бүтээсэн антены бүрхүүл эсвэл оптик бөмбөгөр нь өөрийн аэродинамик туршилтыг давж чадах ч ашигтай ачааллын гүйцэтгэлийг сүйтгэж мэднэ.
• Ерөнхий чичиргээт ширээний профайл дээр чичиргээ саармагжуулалтыг турших. Лабораторийн чичиргээний спектрт тохируулсан гимбал нь бодит их биеэс үүсдэг тодорхой давтамжуудад доголдох магадлалтай.
• Оптик туршилтыг зөвхөн лабораторийн ширээний асуудал мэтээр авч үзэх. Лабораторийн ширээнээс гаргаж авсан нягтрал болон MTF үзүүлэлтүүд нь нислэгийн хурдтай үед турбулент хил давхаргын ард тухайн оптик хэрхэн ажиллах талаар юу ч хэлж чадахгүй.
• Хайрцгийн хэмжээг дулааны замд бус, жин болон эсэргүүцэлд зориулан тооцоолох. Аэродинамикийн хувьд цэвэрхэн харагдах нягт бүрхүүлтэй хайрцаг нь доторх электроникийн тэсвэрлэхээр тооцоолоогүй дулааныг түгжиж болзошгүй.
• Их биеийн мөстөлтийн тохиолдлыг шалгасан гэдэг шалтгаанаар ашигтай ачааллын бүрхүүл дээрх мөстөлтийн туршилтыг алгасах. Антены бүрхүүл эсвэл оптик цонх нь суурилуулсан далавчнаасаа өөрөөр мөстөж болох бөгөөд түрүүлж ажиллагаагүй болох хэмжээнд өөр байж болно.

---

6. Энэ нь таны интеграцийн хөтөлбөрт ямар утгатай вэ?

Мэдрэгчийн багц, бүрхүүлийн геометр болон ашиглалтын хязгаараа бидэнд илгээнэ үү. Бид ашигтай ачаалал зөвхөн лабораторийн ширээн дээр бус, харин агаарын урсгалд бодитоор ямар гүйцэтгэл үзүүлэхийг хэмжих туршилтын кампанит ажлын хүрээг тодорхойлох болно. Холбоотой нийтлэл:

Нисгэгчгүй нисэх төхөөрөмжийн (UAV) мөстөлт болон цаг уурын туршилт

, энд бүрхүүлийн хэлбэр мөн адил чухал байдаг.

---

Эх сурвалж болон тэмдэглэл

• Агаарын оптик апертурын ойролцоох турбулент урсгалаас үүдэлтэй долгионы фронтын гажуудлыг судалдаг аэро-оптик, түүний гарал үүсэл болох Липманны 1952 оны хил давхаргын гэрлийн хазайлтын судалгаа, мөн дуунаас бага болон дууны хурд орчмын хурдад салхин хонгилд "Malley probe" ашиглан хийсэн хэмжилтүүдээр дамжуулан хөгжсөн байдал: Cress, J.A., Gordeyev, S., Post, M.L., Jumper, E.J., "Aero-Optical Measurements in a Turbulent, Subsonic Boundary Layer at Different Elevation Angles," AIAA 2008-4214, 39th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference, 2008, Нотр Дамын Их Сургууль болон АНУ-ын Агаарын цэргийн хүчний академийн салхин хонгилд туршсан.
• Оптик замын гажуудлын тогтмол түвшний хувьд зургийн муудалтын долгионы уртаас хамаарах хамаарал (Strehl харьцааны жишээ: ижил гажуудлын түвшинд 10,6 мкм-т ~0,996 байхад ~1 мкм-т ~0,674): ижил эх сурвалж, Удиртгал хэсэг, Smith, W.J., Modern Optical Engineering, McGraw-Hill, 1966 ном дахь Strehl харьцааны томьёоллоос иш татсан.
• Туршилтын арга зүйн зөвлөмжүүд (чичиргээний спектрийн тохируулга, бүрхүүлд нэгтгэсэн оптик/RF замын туршилт, ашигтай ачааллын тусгай геометр дээрх мөстөлт) нь TunnelTech-ийн инженерчлэлийн туршлага юм.