Nghiên cứu, tính toán công suất laser cho thiết bị phát hiện khí tài quang điện tử đối phương trên cơ sở kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm

Bài viết Nghiên cứu, tính toán công suất laser cho thiết bị phát hiện khí tài quang điện tử đối phương trên cơ sở kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm nghiên cứu tính toán công suất laser cho thiết bị phát hiện khí tài quang điện tử đối phương.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu, tính toán công suất laser cho thiết bị phát hiện khí tài quang điện tử đối phương trên cơ sở kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm Điện tử – Vật lý – Đo lường Nghiên cứu, tính toán công suất laser cho thiết bị phát hiện khí tài quang điện tử đối phương trên cơ sở kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm Phạm Thanh Quang*, Lê Văn Hoàng, Trần Quốc Tuấn Viện Vật lý Kỹ thuật. * Email: thanhquangvlkt@gmail.com Nhận bài: 9/9/2022; Hoàn thiện: 18/11/2022; Chấp nhận đăng: 28/11/2022; Xuất bản: 23/12/2022. DOI: https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.FEE.2022.146-153 TÓM TẮT Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu tính toán công suất laser cho thiết bị phát hiện khí tài quang điện tử (KTQĐT) đối phương. Phương pháp thực hiện là sự kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm. Qua đó, xây dựng được công thức tính toán công suất laser làm cơ sở giải bài toán năng lượng trong lĩnh vực nghiên cứu tính toán thiết kế thiết bị phát hiện KTQĐT. Từ khoá: Khí tài quang điện tử; Phản xạ ngược; Phát hiện khí tài quang điện tử. 1. MỞ ĐẦU Cùng với sự ra đời của các loại vũ khí, hỏa lực thì nhu cầu sử dụng KTQĐT nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng vũ khí cũng được đặt ra. KTQĐT được trang bị rộng rãi cho các lực lượng trong Quân đội, Công an,... và đã chứng minh được ưu điểm vượt trội trên chiến trường, giúp cho việc phát hiện, cảnh giới và tiêu diệt mục tiêu từ khoảng cách xa mà đối phương không thể phát hiện ra. Trong quá trình tác chiến, vũ khí khí tài của đối phương thường được ngụy trang khá kỹ càng (hình 1) [1] và khoảng cách cũng đủ lớn, do vậy gây nhiều khó khăn cho việc phát hiện ra đối phương cũng như phát hiện KTQĐT của chúng. Tuy nhiên, để quan sát được mục tiêu thì bề mặt quang học đầu tiên của KTQĐT phải lộ diện. Trên cơ sở đó, chúng ta có thể phát hiện đối phương theo nguyên lý phản xạ ngược của chùm bức xạ quang học (hình 2) [1]. Nguyên lý này dựa trên cơ sở chiếu chùm laser tới KTQĐT đối phương thì có chùm phản xạ ngược về đi vào thiết bị và bị phát hiện. Bài toán đặt ra là cần phải xác định công suất laser để đảm bảo được việc phát hiện KTQĐT đối phương. Hình 1. Hình ảnh xạ thủ ngụy trang khi ngắm Hình 2. Hình ảnh phát hiện KTQĐT đối bắn mục tiêu. phương theo nguyên lý phản xạ ngược. Trên thế giới, đã có nhiều nghiên cứu về lĩnh vực phát hiện KTQĐT đối phương. Các nghiên cứu đã chỉ ra được nguyên lý và kết cấu của hệ quang cho thiết bị phát hiện KTQĐT đối phương [2, 3]. Một số nghiên cứu cũng xây dựng được công thức tính công suất chùm phản xạ ngược [4-6] đi vào thiết bị. Tuy nhiên, các nghiên cứu này vẫn chưa tường minh và gây khó hiểu đối với người đọc, đặc biệt là những người lần đầu tiếp xúc với lĩnh vực này. Đồng thời, các nghiên cứu này chưa tính cụ thể công suất laser cần đạt để phát hiện KTQĐT đối phương ở một cự ly nhất định. 146 P. T. Quang, L. V. Hoàng, T. Q. Tuấn, “Nghiên cứu, tính toán … lý thuyết và thực nghiệm.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Ở trong nước, việc nghiên cứu về lĩnh vực phát hiện KTQĐT vẫn còn rất sơ khai và chưa có thành tựu. Các nghiên cứu mới chỉ dựng lại ở việc nghiên cứu về nguyên lý phản xạ ngược và ảnh hưởng của các yếu tố bên ngoài đến nó [9]. Trong bài báo này, chúng tôi sẽ trình bày quá trình xây dựng lại công thức và tính toán giá trị công suất laser (trên cơ sở tham khảo công thức trong các tài liệu [4, 5]) theo lý thuyết kết hợp với thực nghiệm qua đó áp dụng vào bài toán thực tế trong quá trình tính toán, thiết kế các thiết bị phát hiện KTQĐT sau này. 2. XÂY DỰNG CÔNG THỨC TÍNH CÔNG SUẤT LASER CHO THIẾT BỊ PHÁT HIỆN KTQĐT ĐỐI PHƯƠNG 2.1. Xây dựng phương trình ban đầu Nguyên lý làm việc của thiết bị phát hiện KTQĐT đối phương được thể hiện trên hình 3 [4]. Laser phát đi với góc khối θ s, truyền qua khí quyển để tới KTQĐT đối phương. Tại đây, một phần năng lượng sẽ đi vào khí tài đối phương, trong đó có một phần phản xạ ngược lại với góc khối là θr đi về thiết bị phát hiện. Một phần năng lượng đi vào kênh thu tín hiệu và cho ra tín hiệu. Bài toán đặt ra là cần tính toán năng lượng laser cần thiết để phát hiện được KTQĐT đối phương. Hình 3. Sơ đồ nguyên lý hiện tượng phản xạ ngược. Để tính công suất laser, cần tính phần năng lượng về vào kênh thu tín hiệu. Phần năng lượng này đảm bảo lớn hơn độ nhạy đầu thu (thực tế là lớn hơn một tín hiệu ngưỡng nào đó của phông nền). Như vậy, trong bài báo này sẽ tính toán về lý thuyết theo độ nhạy đầu thu, phần thực nghiệm sẽ xác định công suất laser thực tế để đảm bảo đủ năng lương để phát hiện KTQĐT đối phương. Dựa trên lý thuyết truyền năng lượng của ánh sáng trong khí quyển và KTQĐT, bài báo xây dựng và biểu diễn quá trình truyền năng lượng laser từ hệ phát đến khi về vào đầu thu theo sơ đồ như hình 4 (phần năng lượng đi vào khối tiếp theo được ghi ở phía trên mũi tên): Laser đi qua hệ quang phát laser (có hệ số truyền qua là τhqp) qua khí quyển đến mục tiêu ở cự ly R (có hệ số truyền qua là τkq) một phần đi vào KTQĐT đối phương (tỉ số giữa tín hiệu đi vào và tín hiệu tại bề mặt KTQĐT là α), qua vật kính (hệ số truyền qua là τ hqdp) tới tiêu diện của vật kính, tại đây có đặt kính vạch hoặc EOP, CCD, CMOS,... (có hệ số phản xạ là ρ), chùm phản xạ ngược quay trở lại, đi qua vật kính (hệ số truyền qua là τhqdp) truyền qua khí quyển (hệ số truyền qua là τkq) một phần đi vào hệ quang thu (tỉ lệ tỉ số giữa tín hiệu đi vào và tín hiệu tại bề mặt KTQĐT là β), qua vật kính hệ quang thu (có hệ số truyền qua là τhqth) và gây nên phản ứng tại đầu thu. Theo hình 4, dễ dàng thấy phần công suất đi vào đầu thu của kênh thu nhận tín hiệu phản xạ ngược có giá trị là: P6= ...