„По-добре веднъж да видиш, отколкото сто пъти да чуеш.“

Принципи за построяване. Както вече беше казано по-горе, светлинното излъчване представлява поток от фотони. То се явява електромагнитно излъчване, способно да преминава през средата (в дадения случай – през водата), а също се отразява от препятствията. Принципа на използване на електромагнитните излъчвания в светлинния диапазон в оптическите локационни системи са идентични на принципите на използване на електромагнитната енергия при СВЧ диапазона в радиолокационните комплекси и станциите (РЛС). Дадените технически средства се използват също за определяне на местоположението на морските, наземните и въздушните обекти относително земната повърхност. Те се използват само във въздушното и безвъздушното пространство. Съответно, техническите характеристики на комплексите и системите за оптическа локация трябва да бъдат идентични с техническите характеристики на радиолокационни станции.

Както и при РЛС, същността на активното измерване на далечината до морското дъно ще се сведе до анализа на закъснението на отразения сигнал, преминал измерваното разстояние относно излъчения. При това могат да бъдат използвани методите, използвани в обикновените радиолокационни станции:

– импулсния метод за измерване на времето на задържане на сигнала (импулсни оптически далекомери);

– метод на измерване изменението на фазата на получаване на отразения сигнал (фазови оптични далекомери).

Устройство на импулсните оптически далекомери е идентично с импулсните радиолокационни далекомери.

Схема на импулсен далекомер е представена на рис. 2.

Рис. 2. Схема на импулсен оптически далекомер. Обяснение в текста.

Тя се състои от предаващ и приемащ канали и канал за измерване на времевите интервали. В предаващия канал лазер 1 излъчва мощни кратки светлини импулсни. Разделянето на излъчване води до необходимата величина с помощта на формиращата оптическа система 2 и се насочват към морското дъно, разстоянието до което трябва да бъде измерено. Част от оптическото излъчване с помощта на оптическия елемент 3 се разклонява и се насочва към фото приемника, на входа на който е установен импулсен усилвател 5. Видео импулса от изхода на усилвателя 5 служи в качеството на отметка за времето, от която започва отчитането на времевия интервал, в течение на който светлинния импулс на лазера се разпространява до обекта и се връща обратно. Отразеното от дъното лазерно излъчване, попада на входа на приемната оптическа система 6, постъпва на фото приемника 7. Видео импулса с излизането и усилването му от импулсния усилвател 8 служи в качеството на отметка за времето на прекратяване на отчитането на времевия интервал в измерителя 9.

Също както при импулсните оптически далекомери, фазовите оптически далекомери имат устройство, идентично с радиолокационните станции, работещи на принципа измерване на фазата на излъчения към страната на целта радиолокационен сигнал.

Но в оптическите локационни системи могат да бъдат използвани и други, различни от радиолокационните методи на измерване на разстоянията до морското дъно. Към тях се отнасят интерференционните методи на измерване на дистанции. Основен техен принцип се явява определянето на стръмнината на фазово честотните характеристики на средата на разпространение на светлинното излъчване. При това се използва интерференцията на монохроматичните излъчвания и приемането на сигналите. Към този клас може да се отнесат методите, използващи интерференцията на модулираните колебания и интерференцията на модулиращите колебания. В случай на използване на модулирани колебания закъснението на отразения сигнал се определя по специфични признаци на сигнала, явяващи се в резултат на интерференцията.

В класическия случай на монохроматично излъчване в процеса на измерване се определят броя дължини на вълната на лазерното излъчване, поместващи се на измерваното разстояние. При изменение на стационарните обекти на морското дъно се определя количеството на максимумите или минимумите на полето на интерференция в точката на приемане. Оптическа схема на интерферометър е приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема на оптичен интерферометър. Обяснението в текста.

Линейно поляризирано излъчване на лазера 1 в резултат на преминаване през четвърт вълнова пластина 4, установена между линиите 2 и 3 се формира телескопическа система, придобива кръгова поляризация и в такъв вид се насочва към морското дъно 6. Излъчените опорен и отразен сноп се срещат с помощта на полупрозрачните огледала 5 и 8. Разделянето на два канала се извършва със светлинни делители 10. Взаимната ориентация на осите на поляризиращите филтри П1 и П2 с отместване на 45º осигуряват 90º преместване по фаза на електрическите сигнали при фото приемниците 12 и 13, необходимо за определяне на разстоянието до морското дъно. С отчет на това, че преместването на АНПА по протежение на морското дъно на половината дължина на вълната на излъчване види до обръщане на поляризацията на 180º, това изместване съответства на един период от изменението на сигнала на изхода на всеки фото приемник.

Всеки от разгледаните варианти на оптически системи за определяне на местоположението може да бъде използван на АНПА. Но, конкретния метод за измерване на разстояние до морското дъно, който ще бъде използван в оптическите локационни системи, трябва да бъде определен само с отчитане на определена конкретна честота на излъчване, която на свой ред може да се избере само с отчитане на особеностите на преминаване на електромагнитната енергия в светлинния диапазон с различна дължина на вълната през водната среда. Без това създаването на оптическа система за определяне на местоположението на АНПА е невъзможно.

Това изисква провеждането на значителни теоретически и практически работи в областта на лазерната локация и преминаването на лазерното излъчване през водната среда. На основание тези изследване може да се организират работи по създаването на специални цифрови карти на морското дъно.

Специални цифрови морски карти на морското дъно.

Към настоящия момент специални цифрови карти на морското дъно не съществуват. Задачите по формирането на плътни карти на морското дъно за осигуряване определянето на местоположението на АНПА с оптически системи никой не е решавал. Решаването на такава техническа задача изисква значителни вложения.

Сега ориентацията на АНПА се осъществява с помощта на приемник GPS (апаратът с определена периодичност трябва да изплава за определяне на мястото) или трябва да се управлява по специализиран хидроакустичен канал за телеуправление от пункт за управление. Всички тези способи, използвани за определяне на мястото, ограничават маневрирането на АНПА по курс, скорост и дълбочина.

Но техническия прогрес не стои на едно място. Към настоящия момент чуждестранните ВМС предприемат активни опити по създаването на специализирана глобална система за осигуряване ориентацията на АНПА при неговото движение по маршрут в автономен режим.

В частност, по съобщения в чуждестранната преса, компанията Draper създава акустическа система за навигация, получила названието POSYDON – Positioning System for Deep Ocean Navigation (система за позициониране за дълбоководно плаване в океана). В системата POSYDON ще бъдат използвани принципи, аналогични на тези, които се използват в системата GPS. За нея ще бъдат създадени не голямо количество акустически източници с далечен радиус на действие, така, че всяка подводна лодка или АНПА на САЩ да могат да използват метода „триангулация” за определяне на своите позиции, без да излиза на повърхността. Системата трябва да бъде готова за първи изпитания през 2018 година. Но в случай на неблагоприятни условия за разпространение на звука в морето дадената система предизвиква големи съмнения за надеждност на нейната работата.

Освен това, за надеждната работа на системата POSYDON ще е нужно да бъдат установени голямо количество хидроакустически ответчици, специализирана апаратура за управление и системи за осигуряване на жизненост, в частност, мощни автономни източници на захранване. Такъв път изисква достатъчно големи вложения.

По-евтин способ за осигуряване на маневреността на АНПА се явява внедряването на цифрови карти на морското дъно. Това осигурява надеждна ориентация на АНПА. При избора на маршрут за придвижване на АНПА за осигуряване на навигационна безопасност е необходимо достатъчно рано да се сформират няколко цифрови карти на морското дъно (ЦКМД) на тези райони, през които се предполага преминаването на АНПА. При невъзможност за сформиране на ЦКМД в пълен обем във времето за решаване на задачите, поставени с програмно задание, по пътя на маршрута за придвижване на АНПА е необходимо да се има възможност за периодично уточнение на своето място в тези „квадрати за корекция”. При това количеството и размерите на последните ще се определя от точността на изчислените координати на АНПА с помощта на бордовата автономна навигационна система.

Дадения способ изисква провеждане на предварителни работи. В частност, „оцифровка” на някои райони на Световния океан. Но стойността на тези работи ще бъде на много по-ниска, от създаването на специална хидроакустична система за подводно позициониране.

Изводи. Използването на оптическа лазерна система за определяне на мястото се явява най-перспективния от всички съществуващи и разработени способи за осигуряване ориентацията на АНПА при движението му по маршрут. Най-главното преимущество на дадената система е високата точност на определяне на мястото на АНПА. Конкретния вариант за оптическа локационна система трябва да бъде определен при провеждане на натурални изпитания на прототипа на апаратурата за определяне на мястото с помощта на лазер (способ за определяне на мястото, дължина на вълната, използвана в установката, мощност на излъчване). Всички тези практически резултати, получени в хода на натуралните изпитания, облекчават проектирането на системата.

Но, независимо от големите плюсове на дадения способ за определяне на мястото, той има и съществени минуси, към които може да се отнесат неголямата проникваща способност (до няколко стотен метра), а също необходимостта да има специализирани цифрови карти на морското дъно.