Измерение скорости летательного аппарата является одной из важнейших проблем при решении задачи навигации. Успешное решение этой задачи во многом определяется теми возможностями, которые имеют бортовые измерители скорости. В настоящее время на борту летательного аппарата, как правило, устанавливаются датчики воздушной и путевой скоростей. Для измерителей путевой скорости характерным является использование радиочастотного диапазона электромагнитного излучения, а для датчиков воздушной скорости обычно используются измерители давления. В принципе обе эти задачи могут быть решены с помощью лазерных датчиков.
Сообщения о работах в области лазерных доплеровских измерителей скорости (ЛДИС) начали появляться буквально вместе с рождением первых лазеров. Интерес к ЛДИС был обусловлен возможностями увеличения точности доплеровских измерителей, прежде всего за счет сужения диаграммы направленности, а, следовательно, и сужения спектра отражающего сигнала. Особое внимание ЛДИС обращают на себя как устройства, позволяющие с высокой точностью измерять малое значение скоростей и способные работать над спокойными водными и другими, хорошо отражающими электромагнитные колебания СВЧ диапазона поверхностями. Это достоинство определяется высокой частотой излучения лазеров.
Принцип работы ЛДИС, по существу, ничем не отличается от принципа работы ДИС радиодиапазона, т. е. в ЛДИС также используется метод когерентной обработки отраженного от подстилающей поверхности сигнала (используется метод оптического гетеродинирования).
Рис. 1. Основная схема ЛДИС
Метод оптического гетеродинирования определяет облик ЛДИС. Какие бы особенности конструкции ни использовались (однолучевой, многолучевой, с отдельным гетеродином и с частичным отбором мощности от передатчика и т. д.), в основе всегда лежит схема, изображенная на рис. 1, принцип действия которой заключается в следующем. Пучок излучения лазера через расщепитель попадает на выходную формирующую оптику и направляется на подстилающую поверхность. Отраженная энергия, собираемая этой же оптикой, с помощью расщепителя направляется на фотодетектор, туда же направляется часть энергии излучения лазерного передатчика, которая используется в качестве гетеродинной. Если частота отраженных от подстилающей поверхности колебаний не равна частоте колебаний гетеродина, на входе фотодетектора возникают биения, которые затем с его помощью преобразуются в электрический сигнал. Этот сигнал усиливается и поступает на анализатор, в качестве которого, как правило, используют следящие за частотой (а значит, и за скоростью) фильтры.