محددات المدى الليزرية .

محـــــــــــــــــــددات المــــــــــــــــــدى الليزريــــــــــــــــــــــة

Laser rangefinder

للعديد من التطبيقات العسكرية military applications ، مثل توصيل وتسليم قذائف الرماة الموجهة وغير الموجهة ، فإنه من الضروري أن تتوافر القدرة والقابلية على قياس المدى بدقة . هناك عدة طرق التي يمكن فيها إنجاز هذه المهمة ، فالطريقة التقليدية تتركز على استخدام محدد مدى بصري optical range-finder . هذا إما يقيس الزاوية المقابلة أو الممتدة عبر نقطة بعيدة من قبل الخط الأساس البصري المثبت (بمعنى زاوية رؤية الهدف بالنسبة لعين المراقب وتفاوتها أو تبدلها مع عامل المدى) ، أو يقيس الزاوية المقابلة للمشغل من قبل هدف معروف الحجم . في المقابل ، اختيار الليزر ووحدة نظام التحديد بشكل عام ، يعتمد بدرجة كبيرة على التطبيق والتوظيف المطلوب . عموماً العامل الأكثر أهمية لمحددات المدى يتركز على  المدى العملياتي الأقصى . حيث تعمل محددات المدى الليزرية عادة في المديات ما بين 7 و10 كلم ، وبعضها يمتلك مدى أعظم من ذلك . إن قوة خرج وإنتاج كبيرة جداً output power أمر مطلوب للاشتغال والعمل إلى ما بعد هذا المدى ، حيث يعمد النظام إلى إرسال شعاع كثيف عالي التوازي من النبضات القصيرة (بطيء التفرق والانتشار خلال انتقاله عبر المسافة) . استخدمت الأنظمة المبكرة لتحديد المدى ليزر الياقوت ruby laser لكن الآن أوقف استخدام هذا النوع من الليزرات لمصلحة الأنواع النبضية ذات الكفاءة الأعلى ، مثل ليزر النيوديوم- ياغ Nd-YAG الذي يعمل في الطول الموجي 1.064 مايكرو (طاقة الخرج القصوى لكل نبضة هي التي تقرر وتحدد المدى الأقصى الذي سيتم بلوغه) . ويتميز شعاع هذا الليزر بأنه من النوع المخفي invisible ، لذا لا يمكن أن يرى من قبل العدو ، وأقل خطر إلى العين البشرية . 

تقسم منظومة محدد المدى الليزري عملياً إلى أربعة أقسام (i) مرسلة transmitter (ii) مستقبلة (receiver (iii أداة عرض وقارئة (display/readout (iv منظار تلسكوبي sighting telescope . عمل المحددة الليزرية يضاهي ويماثل مبدأ عمل الرادار ، مع الاستفادة من الملكيات المميزة لشعاع الليزر . في النظام ، يتم تسديد نبضة من شعاع الليزر موجهه نحو هدف ، والضوء المنعكس reflected light عن ذلك الهدف مستلم ومستقبل من قبل نظام بصري الذي يتولى عملية الكشف . الزمن المستغرق لانتقال شعاع الليزر ذهاباً وإياباً من المرسلة إلى الهدف يتم قياسه . وهكذا عندما نصف الوقت المسجل تتم مضاعفته بسرعة الضوء ، فإن الناتج يعرض المدى ، وبمعنى آخر المسافة إلى الهدف (إن سرعة توليد وانتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ ، تساوي سرعة ثابتة طبيعية تبلغ 299,792.458 كلم/ث ، والتي هي سرعة الضوء بالضبط) ..

وللمزيد من التوضيح العلمي نقول ، أن المرسلة تستخدم لإطلاق الليزر محول كيو Q-switched (أداة لجعل وتشكيل شعاع الليزر ليصدر على هيئة نبضات ضوئية light pulses عالية الطاقة ، وأكثر بكثير من قابليات نفس الليزر لو أنه مرسل في نمط الموجة المستمرة والخرج الثابت constant output) ، الذي يرسل نبضة قصيرة مفردة ومتوازية من الإشعاع الليزري إلى الهدف . شبكة بعثرة سلكية توجه مقطع صغير من الضوء من نبض المرسلة إلى الكاشف الفوتوغرافي photo-detector ، الذي بعد التكبير والتضخيم يغذيها إلى المقياس حيث يبدأ هذا المقطع من الضوء في العد . النبضة المرتدة والمستلمة من قبل المنظار التلسكوبي ، تمرر من خلال مرشح أو فلتر تداخل interference filter (مرشح ضوئي يقوم بعكس نطاق أو أكثر من خطوط الطيف ، ويسمح بمرور الخطوط الأخرى من دون إضعاف خطوط الضوء المطلوبة) لإزالة أي إشعاع غريب أو غير مرغوب فيه ، بعد ذلك هو مسلط ومركز إلى الكاشف الفوتوغرافيِ الآخر . إن الإشارة الناتجة تغذى إلى العداد/المقياس counter ، ويتولى نظام رقمي تحويل الفاصل الزمني إلى مسافة . هكذا ، المدى المقرر بالمقياس معروض في القارئة . النسخ الأحدث من محددات المدى الليزرية تستخدم إما ليزر النيوديوم ياغ Nd:YAG laser ذو النبض التكراري العالي ، أو ليزر ثاني أكسيد الكربون ، وهذا الأخير هو الأفضل لتحديد مدى الأهداف البعيدة حتى 10 كلم ، مع عامل دقة ضمن حدود 5 م يمكن تحصيله بسهولة .

ولحساب المسافة أو المدى إلى الهدف (من خلال حساب الزمن المستغرق لنبضة مفردة single pulse تنتقل إلى الهدف وتعود لمصدر إطلاقها) فإننا نستخدم المعادلة التالية : D = ct / 2 ، حيث أن (c) هي سرعة الضوء ، (t) هي مقدار الزمن لرحلة الذهاب والإياب بين الهدف والمرسلة . ولو أخذنا مثال عددي لتقدير الزمن المستغرق لنبضة ليزر وحيدة لتضرب هدف معين عند مسافة 1.5 كلم ، فإن المعادلة تكون كالتالي :

 

ويلاحظ أن الزمن المسجل (10 مايكرو/ثانية) أو عشرة من المليون من الثانية هو أكثر من جيد من حيث ردة فعل الأجهزة الإلكترونية القياسية .