Трудно представить себе современный аэропорт без локаторов — устройств для обнаружения объектов. Их мощные антенны видны издалека. Незаменимы локаторы и в судоходстве. Сколько раз они спасали суда от столкновений, особенно при движении в условиях ограниченной видимости, в узких фиордах, вдоль изломанной береговой линии! Локаторы использовали и для картографирования Луны. Основное назначение локаторов: обнаружение и опознавание удаленных от наблюдателя объектов, слежение за их перемещением. С помощью локаторов определяют координаты объектов, измеряют, на каком расстоянии они находятся от места наблюдения, скорость их движения. Всю эту информацию можно получить с помощью электромагнитных волн, отраженных от объекта. В первых локаторах использовали волны радиодиапазона. Такие локаторы назвали радарами (от начальных букв английского выражения, означающего «радиообнаружение и определение расстояния»). С появлением лазеров радиоволны стали заменять световыми: появились лазерные локаторы — лидары.


Узкая направленность лазерного излучения и высокая плотность его энергии позволяют создать аппаратуру с такими характеристиками, которые считались недостижимыми при использовании радиоволн. Например, с помощью лазерных локаторов удалось измерить расстояние до Луны с точностью 15 см. Достаточно вспомнить, что Луна находится от Земли на расстоянии 380 ООО км, чтобы представить себе, насколько высока точность локатора. Наблюдая за изменением этого расстояния в течение недели, месяца, года, ученые получают информацию, позволяющую дать ответы на такие вопросы: какое распределение массы в недрах Луны, с какой скоростью дрейфуют земные континенты, как изменяется со временем положение полюсов Земли и др.


Благодаря короткой длине волны, угловое разрешение лазерных локаторов приближается к разрешающей способности глаза человека, что в 10ˆ4 раз выше, чем у радиолокаторов. С помощью лазерного локатора можно обнаружить кабель диаметром 3 мм с расстояния в 500 м, а линии электропередач — с дистанции более 1,5 км. Лидары используют при автоматической стыковке космических аппаратов. Узкий лазерный луч сложнее перехватить, чем сигналы радиолокатора, поэтому труднее определить местонахождение лидара.


Однако у лазерных локаторов есть свои слабые стороны. Они связаны, в основном, с поглощением и рассеянием света в атмосфере. Плохие погодные условия ограничивают дальность действия лидеров. Правда известно, что в атмосфере существуют окна прозрачности. Учитывая эту особенность, в локаторах используют такие лазеры как неодимовый (λ= 1,06 мкм), полупроводниковые (0,8...0,9 мкм), СО2 лазер (10,6 мкм).


Из всего комплекса задач, выполняемых с помощью лазерных локаторов, выделим две: дальнометрирование и измерение скорости объекта.


Дальность оценивается временем прохождения светового импульса до объекта и обратно. Передатчик излучает короткий импульс света, который, достигая объекта, отражается и возвращается в приемное устройство. Половина этого времени, умноженная на скорость света, и есть расстояние до объекта. Естественно, чем короче световой импульс, тем точнее дальномер. Погрешность измерения современных лазерных дальномеров составляет ±3 м при дальности действия 10...20 км.


В последнее время в локаторах стали применять непрерывное излучение лазера. Принцип действия непрерывного лазерного локатора отличается от работы локатора в импульсном режиме. Рассмотрим, как с его помощью можно измерить скорость движущегося объекта. В основе измерения лежит эффект Допплера, который заключается в следующем. Предположим, что передатчик излучает свет с частотой ύ0. Встретив на своем пути движущийся объект, свет отражается и возвращается в приемное устройство. Когда объект приближается к наблюдателю со скоростью У|, приемное устройство фиксирует сигнал с частотой ύ0 (1 + 2ύ1/с) (с— скорость света), если удаляется, то частота сигнала становится равной ύ0(1 — 2ύ1/c). Сравнивая частоту излучаемого света с частотой принимаемого излучения, локатор определяет скорость объекта.


Лазерные локаторы нашли широкое применение на земле, в воздухе и на море. Ими оснащают современные самолеты, вертолеты, корабли и космические аппараты. Применяют лидары в навигации для отслеживания профиля местности и обхода препятствий, для обеспечения взлета и посадки летательных аппаратов в условиях ограниченной видимости. С помощью лазерных локаторов исследуют атмосферу, следят за движением космических станций, изучают со спутников акватории океанов.