Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов (1977), страница 2

принимающим решение без участия человека, или индикационным, обеспечивающим выдачу информации в виде, пригодном для принятия решения чело- ВЕКОМ. Исходя из рвищвмой задачи оптико-электронные приборы делятся на пеленгаторы, определяющие положение цели (в том числе и автоматические пеленгаторы — головки самонаведения), дальномеры, определяющие дальность до цели (в том числе и неконтактные оптические взрыватели), и телевизоры, определяющие форму предмета (в том числе и тепловизоры, работающие в инфракрасной области спектра). Кроме того, существует большой класс приборов, предназначенных для определении фотометрических ~~рактеристик излучения, оптических свойств тел и сред, поляризации излучения и т. д., все эти приборы можно назвать оптикофизичсск Используемый источник облучения цели определяет, к какому из; двух болыпих классов относится оптико-электронный прибор: пасси тоа и вивным, воспринимающим либо собственное излучение объеки Фонов, либо отраженное ими излучение естественных источ- никоВ, например Солнца, или активныл, в которых для облучения цели используется искусственный источник, часть излучения которого отражается целью обратно по направлению к прибору и воспринимается им.

Ширина полосы длин волн, где прибор обладает заданной чувствительностью, позволяет подразделить оптика-электронные приборы на спектральные (спектрометры) и интегральные (радио- метры). Классификация оптико-электронных приборов по различным признакам приведена на рис. 1. э" Я. ОБОБЩЕННАЯ СХЕМА ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА На рис. 2 приведена обобщенная схема оптико-электронного прибора. Схема содержит лишь основные элементы, оказывающие существенное влияние на работу прибора. Оптическое излучение объекта наблюдения (цели) и фона, в том числе и организованной помехи, проходит через промежуточную среду (атмосфера или другая среда, ослабляющая излу- Исл7очник излучения Грипп исиления и преобразайиния сигнала и шама Рис.

2. Обобщенная схема работы оатахо-электрогсаого прибора чение) и улавливается оптической системой прибора, направляющей его на приемник излучения. Последний вырабатывает электрический сигнал, который усиливается и преобразуется желаемым образом в зависимости от назначения прибора. Одной из главных задач, решаемых в тракте любого оптикоэлектрониого прибора, является выделение сигнала из шума. Причем, если источником сигнала является только излучение объекта наблюдения (цели), то источниками шума могут быть излучение фона, собственное излучение промежуточной среды и оптической системы, шумы приемника излучителя и усилителя, лучайные флуктуации параметров всех элементов схемы а тактике с р самости от назначения оптико электронная схема каж ( ис.2) л ного прибора в большей или меньшей степени соответ- „риведениой обобщенной схеме.

Кроме того, функции от- ствует " дельных элементов могут совпадать например усиление и обра игнала для выделения его из шума осуществляется не бф )тка в электрической схеме оптико-электронного прибора, только но и и в его аптическои системе. путь прохождения сигнала и шума от источника излучения выходного устройства называют трактом усиления и преобраепипл еигиала и шума.

Он имеет оптическую и электрическую части, которые объединяются основным элементом оптико-элек.ронного прибора — приемником излучения. 9 3. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕМЕНТАХ ОБОБЩЕННОЙ СХЕМЫ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА 3.1. Источники излучения н промежуточная среда В зависимости от задач, решаемых конкретной оптико-электрон- нои системой, источник излучения может являться Обоекшом наблюдения (целью) или фоном.

Если иметь в виду физическую природу излучения источника, то следует прежде всего различать собплвенное и огпражекное излучение. Рис. 3. Клажификаиия источииков излучеиия Однако наиболее часто классифицируют источники излучения по ~аким признакам„которые позволяют отнести их к одной из двух больших групп — еплесиыенньш и искусственным источникам излучения.

Классификация источников излучения по этим "Рнзпакам приведена на рис. 3. К искусственным источникам излучения, используемым в активных системах (источники подсветки), относятся лампы накал"вания. газоразрядные и дуговые лампы, пиротехнические источники ики излучения и оптические квантовые генераторы (лазеры). Эталонными источниками излучения наиболее часто являются модели абсолютно черного тела, в качестве которых могут использоваться либо специально обработанные поверхности и покрытия, либо полые излучатели. Функции эталонных источников выполняют также различные лампы и оптические квантовые генераторы, применяемые при калибровке приборов и имитации излучения фонов и целей. К наземным естественным и искусственным источникам излучения можно отнести деревья, кусты, камни, землю, воду, песок, здания, транспортные средства, людей, животных и т. д.

В атмосфере Земли существуют такие источники излучения, как атмосферные газы, пары воды, облака, пыль, полярные сияния, двигатели и обшивка самолетов, ракеты и др Космическими источниками излучения являются Солнце, Луна, планеты, звезды, туманности, искусственные спутники Земли (ИСЗ), ракеты, космическая пыль и пр. Отдельные детали и узлы аппаратуры могут излучать значительное количество энергии, воспринимаемой приемником. К ним относятся элементы объектива — линзы и зеркала, а также защитные окна и обгекатели. Эти источники излучения называются аппаратурными.

Между источниками излучения и прибором всегда существует некоторая среда, в которой происходит ослабление энергии за счет поглощения и рассеяния. Большей частью поглощающей и рассеивающей средой является земная атмосфера, в которой происходит поглощение излучения молекулами воды, углекислого газа и озона, а рассеяние связано с наличием скопления молекул атмосферных газов, частиц пыли и капелек воды.

3.2. Оптическая система Поток излучения от его источников (цели и фона) после прохождения через ослабляющую среду воспринимается оптической системой оптико-электронного прибора, которая состоит из различного рода комбинаций защитных стекол, линз, зеркал, призм, диафрагм, щелей, фильтров, решеток и выполняет две главные функции. Первая функция состоит в том, чтобы собрать возможно больигий ноток приходящего излучения и с минимальными потерями направить его на приемник. Вторая функция оптической системы заключается в оптической фильтрации приходящего сигнала с целью увеличения отношения величины сигнала к шуму фона.

Различают два вида оптической фильтрации — спектральную и пространственную. Спектральная фильтрация осуществляется с помощью оптических фильтров (абсорбционных, дисперсионных, отражающих и интерференционных, т. е. оптических материалов — стекол и кристаллов, а также диэлектрических и металлических покрытий, 1О ццых на оптические материалы) и имеет целью ограничить ца„.„ецце, падающее на приемник, определенным интервалом цз" ц и лц. Фильтры могут ограничивать спектральный диапазон „усмания с однои стороны, «отрезая» коротковолновое или цроцу длпцц „„, волновое излучение, или с двух сторон, выделяя опреде„' цц~ ю полосу.

Пространственная фильтраиия осуществляется '„„ст рацственными фильтрами — диафрагмами, щелями, растрами ц слу рлужит для выделения излучения цели из излучения фона за счет л,,„,пя геометрических размеров и формы соответствующих , елей от элементов фона. донолнительньиыи функциями оптической системы в различных птцко-электронных приборах являются обеспечение необходи„,ого цоля обзора при заданном поле зрения, обеспечение процесса слежения за целью или получения информации о ее координатах, модуляция постоянной составляющей излучения, падающего на чувствительную площадку приемника, защита внутренней полости прибора от пыли, влаги и других вредных воздействий окружающей среды. В процессе концентрации потока излучения на чувствительной площадке приемника неизбежно происходят его потери в обтекателе„линзах, зеркалах„элементах, осуществляющих пространственную фильтрацию, и на поверхности приемника.

Эти потери связаны с поглощением энергии в оптических материалах, неполным отражением зеркал, виньетированием и другими причинами. Тем не менее в результате применения оптической системы поток излучения, падающий на приемник, в той или иной мере усиливается. Наибольшее усилие достигается для случая наблюдения удаленных малоразмерных (точечных) объектов, когда изображение объекта наблюдения полностью вписывается в размеры чувствительной площадки приемника излучения. При этом усиление равно отношению площади входного зрачка объектива к площади чувствительной площадки приемника с учетом всех потерь в оптической системе. Общий коэффициент пропускания оптической системы редко превьццает 20%, особенно если учесть, что более 50% излучения теряется за счет модуляции.

Дополнительные потери происходят на поверхности чувствительной площадки и в объеме приемника излучения Например, от поверхности сернисто-свинцового фотосопротивления отражается и, следовательно, теряется около 35% падающего излучения, если применяется неиммерсионная оптическая система. Важнейшей частью оптической системы любого оптико-электронного прибора является объектив, который служит в первую ~средь для сбора (фокусирования) энергии и образования изображения наблюдаемого объекта и всего поля излучения.