Якушенков Ю.Г., Луканцев В.Н., Колосов М.П. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах (1981)

ББК 32.84 йц. Г ЯК~ШПИКОВ, В Н. ЛХНВНЦВВ, 121. П. НОЛОСОВ ъдК 621.384з1 50 к. БЕК 32.84- 6Ф4 30401-273 Я 17-81 (С. р.) 2402000000 046(01)-81 Москва „Радио и связь" 1981 йл Издательство «Радио н свнзь», 1981 МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ПОМЕХАМИ В ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРАХ Якушенков Ю. Го Луканцев В. Н., Колосов М. Н„ Я49 Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах.— Мл Радио и связь, 1981.— 180 с., ил. Рассмотрены основные виды оптических помех естественного и искусственного пронсхожденв».

описаны способы ооганизацин искусственных помех, а также механизм воздействии помех на оптико-электронный прибор 1ОЭП1. Изложены элементы теории оптимального приема сигналов, систематизированы методы защиты ОЭП ат помех, приведены примеры схем помехозащищеиных ОЭП, включан адаптивные. Предназначена длн инженеров, занимающнхсн разработкой и эксплуатацией ОЭП. Может слу'кнть пособием длн студентов вузов. РЕЦЕНЗЕНТЫ: д-р техн. наук Н. В. СКОКОВ, канл, техн. наук Л. С. КДЛНКЕЕВ Редакции литературы но кибернетике и вычислительной технике ПРЕДИСЛОВИЕ Большинство оптико-электронных приборов (ОЭП) работает при наличии помех, борьба с которыми является одной из основных задач, решаемых в процессе выделения полезной информации.

Обеспечение надежного приема сигнала при наличии помех является одной из важнейших проблем прикладной теории информации. Аспекты ее весьма разнообразны. За последние годы появилось много работ, посвященных оптимальному приему оптических сигналов. Однако если теоретическим сторонам проблемы посвящено достаточно большое число работ (например, (ЗЗ, 37, 4!1), то вопросам практической реализации методов борьбы с помехами в ОЭП уделено гораздо меньше внимания, В большинстве известных работ рассмотрены главным образом методы и средства защиты ОЭП от естественных помех и почти совсем не рассматриваются проблемы, связанные с искусственными организованными оптическими помехами. Сведения о методах защиты от естественных и организованных помех содержатся в основном в разрозненных статьях, патентах и монографиях, посвященных в целом иным аспектам создания ОЭП.

Явно недостаточны сведения о статистических (вероятностных) характеристиках как естественных, так н искусственных помех. Авторы поставили перед собой задачу рассмотреть и обобщить в данной книге методы борьбы с помехами, а также особенности их практической реализации. Вместе с тем в книге приведены краткие сведения из теории оптимального приема оптических сигналов.

Более подробно теория оптимальных методов приема оптических сигналов при наличии помех, физические основы и конструкция ОЭП рассмотрены в литературе (85, 86, 95, 96). Основное внимание уделено методам и средствам спектральной селекции оптических сигналов на фоне помех, а также адаптации ОЭП и их отдельных звеньев. В то же время методам и средствам пространственной селекции в настоящей книге уделено меньшее внимание, так как этн вопросы подробно рассмотрены в монографии В. Л.

Левшина [33), 3 Книга написана по материалам отечественных и зарубежных источников. Главы 1 — 5 и 7 книги написаны Ю. Г. Якушенковым и В. Н. Луканцевым, а гл. б — М. П. Колосовым. Авторы выражают глубокую благодарность д-ру техн. наук И. В. Скокову и канд. техн. наук А. Е. Каликееву за ценные замечания, сделанные при рецензировании рукописи, а также канд, физ.-мат. наук В.

Н. Синцову и д-ру техн. наук В. Л. Левшину за советы и рекомендации, высказанные при ее просмотре. Авторы будут признательны всем, кто пришлет свои замечания и предложения по адресу: 101000, Москва, Главпочтамт, а/я 693, издательство «Радио и связь». Введение КРАТКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ПОМЕХ И МЕТОДОВ БОРЬБЫ С НИМИ В ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРАХ Помехой называется стороннее возмущение, действующее в системе передачи сигналов и препятствующее правильному их приему (88]. Иногда различают понятия «помеха» и «искажение сигнала». Искажением принято называть всякое детерминированное (неслучайное) преобразование сигнала, которое известно на основании либо теоретических, либо экспериментальных данных. Помеха же — это всякое возмущение, не связанное с сигналом посредством детерминированного функционального оператора. Очень часто помехой называют не только стороннее возмущение или искажение сигнала, но и сам источник этого возмущения или искажения. Помехи по месту возникновения или по отношению к прибору в наиболее общем случае можно подразделить на внешние и внутренние.

Внешними обычно называют помехи, возникающие вне передающей н приемной систем ОЭП, например излучение фона, на котором наблюдается источник полезного сигнала. Примером внутренней помехи является шум приемника излучения. Помехи можно разделять также на случайные н регулярные. Наиболее просто бороться с помехой, которая известна и имеет регулярный характер. Например, если сигнал от постороннего излучателя (нсточника помехи), находящегося в угловом поле (поле зрения) ОЭП, имеет спектр, не совпадающий со спектром полезного сигнала, то применение отсекающих или полосовых оптических фильтров оказывается достаточно эффективным средством борьбы с помехой. Наиболее сложно бороться со случайными помехами, возникающими, например, при воздействии на прибор излучения фона со случайно меняющимися параметрами или различного рода флуктуаций параметров отдельных звеньев ОЭП.

Помехи можно также подразделить на аддитивные, которые воздействуют на отдельные звенья и ОЭП в 5 целом независимо от сигнала, н неаддитивные (мультипликативные, модулирующие), которые обусловлены случайными изменениями параметров ОЗП и проявляются лишь прн наличии сигнала. Часто говорят о флуктуационных, импульсных и сосредоточенных помехах; к последним относятся и непрерывные или медленно меняющиеся помехи.

Флуктуационные помехи можно представить как случайные последовательности большого числа бесконечно коротких случайных импульсов. Переходные процессы, возникающие в приборе при воздействии таких импульсов, накладываются друг на друга, образуя непрерывный случайный процесс. К импульсным помехам относят помехи в виде одиночных случайных импульсов, следующих друг за другом через сравнительно большие промежутки, так что переходные процессы от отдельных импульсов успевают затухать. «Флуктуационный» нли «импульсный» характер помехи зависит также от полосы пропускания прибора, на который она воздействует. К сосредоточенным помехам можно отнести вредные воздействия, спектр которых уже полосы пропускания приемника, например организованные помехи с ограниченным оптическим спектром излучения или модулированные по временнбй частоте.

Все помехи по своему происхождению могут быть разделены на естественные и искусственные. К естественным относят помехи, возникающие из-за- мешающего излучения Солнца, Луны, других небесных тел, различных естественных фонов и природных образований. Среди помех искусственного происхождения, вызываемых излучением промышленных и других объектов, особо выделяют организованные искусственные помехи, к которым можно отнести излучение ложных целей, пиротехнических излучателей (пиропомехи), искусственные туманы и ослепляющие средства. По характеру воздействия как естественные, так и искусственные организованные помехи можно разделить на маскирующие и имитирующие. Первые (к ним можно отнести искусственные и естественные туманы, облака, другие протяженные естественные излучатели) обычно создают фон, на котором трудно выделить полезный сигнал, а кроме того, ослабляют этот сигнал.

Имитирующие организованные помехи (которые часто называют также ложными целями) создают ложную информацию о числе и расположении излучающих или отражающих целей в угловом поле прибора, об изменениях их характеристик во времени. В соответствии с законами теплового излучения основная часть энергии электромагнитного излучения естественных источников лежит в оптическом диапазоне спектра, поэтому задача борьбы с естественными помехами для ОЭП более актуальна, чем для радиоэлектронных устройств.

Наиболее опасными для ОЭП являются организованные помехи. Их действие может проявиться в ослаблении полезного сигнала, они могут вызвать также перегрузку электронного канала (в том числе и приемника излучения) и могут даже привести к необратимым процессам, например к разрушению фоточувствительного слоя приемника. Флуктуационные организованные помехи оказывают маскирующее воздействие, аналогичное действию внутренних шумов ОЭП. Одним из самых эффективных средств противодействия является создание ложных целей, сигналы которых по ряду характеристик аналогичны сигналам от истинных целей, что резко ухудшает надежность работы ОЭП. Повышение требований ко многим типам ОЭП, усложняющиеся условия эксплуатации, совершенствование средств противодействия вызывают необходимость постоянного улучшения методов и средств борьбы с помехами. Одним из наиболее эффективных методов является совершенствование конструктивных параметров прибора, способствующее увеличению динамического диапазона его чувствительности, особенно эффективное по отношению к маскирующим помехам, ослабляющим полезный сигнал.

Так, повышение разрешающей способности оптической системы, т. е. угловой чувствительности, повышает эффективность пространственной (угловой) селекции; увеличение спектральной разрешающей способности ОЭП увеличивает эффективность оптической спектральной селекции; выбор оптимального частотного диапазона электронного канала ОЭП уменьшает влияние модулированных помех. Для борьбы с помехами в принципе применимы методы общей теории распознавания образов. В наиболее сложных случаях используются статистические методы и критерии принятия решения, например критерий минимума среднего риска.