Якушенков Ю.Г., Луканцев В.Н., Колосов М.П. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах (1981) (1095907), страница 15
Текст из файла (страница 15)
4.1). При этом можно использовать как когерентные, так и некогерентные сигналы. В случае когерентного сигнала, создаваемого лазером (гетеродином), схема корреляционного приема полностью совпадает с хорошо известной в радиолокации схемой когерентного приема. Для идеализированных схем отношение сигнал-помеха на выходе схемы когерентного приема в два раза больше, чем при некогерентном корреляционном приеме. В 196] приводятся формулы для расчета н сопоставления отношений сигнал-помеха, имеющих место в реальных схемах с использованием фильтрации (прямой прием) и корреляционных схемах когерентного приема (ге- 77 теродинный прием), т.
е. формулы, учитывающие специфику шумов и помех, свойственных этим схемам. Следует отметить, что операции фильтрации, умножения, интегрирования могут происходить не только во временнбй и временнб-частотной областях, но и и пространственной и пространственно-частотной областях, т. е. аргументом функций сигналов и помех может. быть не только время, но и пространственная координата. Схемы оптической корреляции описаны в литературе и находят достаточно широкое применение 181, 96). Если в качестве сигнала гетеродина используется часть входного сигнала, то прием является автокорреляционным (рис.
4.2). Отличие от идеального приема состоит в том, что по обоим каналам на перемножитель поступает смесь сигнала и помехи. Поэтому отношение сигнал-помеха здесь несколько хуже, чем в предыдущем случае. Качество приема, т. е. это отношение, возрастает с ростом времени или интервала интегрирования Чем больше сигнал, тем меньше требуемая задержка Ла, но время или интервал усреднения а„должны быть всегда больше Ли. ) = /'х(а) х(и-4(а) йе. я Рис.
4.2. Схема автокорреляционного приема: ! — входной фнльтр; 2 — леренножнтель; 2 — ннтетрлтор; 4 — линия задержке и) б) Рис. 4.3. Схема селекции импульсных сигналов по моменту совпа- дения (а) и по длительности (б) В качестве примера практической реализации авто- корреляционного метода можно привести две схемы фильтрации (селекции) импульсных оптических сигналов на фоне помех. В первой из них (рис. 4.3,а) поток,.
поступающий в приемную оптическую систему ОЭП„ 78 делится на две части и поступает на два приемника излучения (ПИ( и ПИ2), выходы которых подключены к схеме совпадения (СС). Импульсы шумов приемников совпадают во времени с гораздо меньшей вероятностью, чем две разделенные составляющие сигнала. Такая схема уменьшает влияние лишь внутренних шумов (шумов приемников излучения). Во второй схеме (рис. 4.3,б) выход цепи приемника излучения соединен с двумя входами схемы совпадений: с одним непосредственно, а с другим через линию задержки (ЛЗ). Если длительность полезного сигнала заметно превышает длительность сигнала от помехи, то, подбирая задержку Ля, немного меньшей длительности полезного сигнала, можно обеспечить срабатывание схемы совпадений только в случае прихода на вход системы полезного сигнала.
Корреляционный и автокорреляционный методы приема теоретически позволяют обнаружить сколь угодно малый сигнал, но для этого требуется беспредельно увеличивать время или интервал усреднения, что практически недостижимо. Синхронное детектирование. При квадратичном детектировании суммы двух гармонических сигналов одной и той же частоты на выходе низкочастотного фильтра, устанавливаемого после детектора, образуется сигнал, пропорциональный разности фаз входных сигна.лов. Это используется в хорошо известном методе синхронного детектирования. Поскольку осуществляется квадратичное детектирование, источником оптических сигналов может быть генератор когерентных сигналов— лазер, так как только в этом случае можно управлять амплитудой оптического сигнала. Этот метод приема, схема которого приведена на рис.
4.4, является разно. видностью корреляционного метода. Действительно, здесь происходит перемножение напряжения гетеродина с напряжением входного сигнала, а затем и усреднение (интегрирование) в фильтре нижних частот. Если шум, приходящий на вход, разложить на две ортогональные составляющие: синфазную с сигналом и сдвинутую на 90' по фазе относительно сигнала, то несинфазная составляющая помехи уничтожается при синхронном детектировании. Это во многом определяет достоинства данного метода. При больших сигналах влияние несинфазной составляющей шума мало и применение синхронного детек- 79 тирования практически не увеличивает отношения сигнал-помеха.
Однако при очень слабых сигналах выигрыш при использовании синхронного детектирования достаточно заметен. Для устранения основного недостатка метода, заключающегося в необходимости иметь строго синхронное опорное напряжение, можно иногда воспользоваться синхронизацией входным сигналом, как это по- 1 г,г казано на рис. 4.4. Можно также использовать активный метод работы ОЭП, т.
е. использовать схему, аналогичную приведенной на рис. 4.1. 5 В большинстве ОЭПсинхронное детектирование используется в электронных цепях. Использование когеРас 4.4. Схема синхронного рентного излучения лазера детектирования: для синхронного детектиро- вания в оптических. звеньях свжчтяоввааяяя; с — 'сввхяовиыв тв- ОЭП не нашло пока широтсоохяя; в — фяхьтя явжявх частот КОГО Прнмснсння. 4.В. ОПТИМАЛЬНАЯ СПЕКТРАЛЬНАЯ СЕЛЕКЦИЯ Оптимальная фильтрация сигналов в оптическом диапазоне длин волн (частот), т. е. спектральная селекция излучателей с помощью оптических фильтров, рассматривалась неоднократно.
В работе 1124] предложен ряд критериев для оценки качества спектральной селекции с помощью оптических фильтров, пропускание которых меняется от 0 до 100о/о, а спектры сигнала и помехи известны. Одним из таких критериев является отношение (/Ис + /'4я)//'(ят (4.5) где М,= ~ М,(Л),(Л)п1.; Л4„= ~ М„(Л). (Лд/Л; о о /О, (Л) и М„(Л) — спектральные характеристики полезного сигнала и помехи соответственно; т(Х) — спектральная характеристика фильтра.
Если пространственные переменные (координаты излучателя г) и спектральные (длины волн Х) разделяются, т. е. характеристики источников полезного сигналв и помех могут быть представлены в виде М,(г, Л) = М, (г) М,,(Л); М„ (г, Л) = М„ (г)М„ (Л), то максимум (4.5) достигается при использовании кусочно-постоянной функции т(Х). Соответствующая ей характеристииа в виде П-образных полос пропускания может быть получена с помощью интерфереициониых фильтров.
По методике, изложенной в [95), можно найти границы пропускання отдельных полос такого оптимального фильтра. В работе [93) показано, что для достижения максимального отношения сигнала излучателя со спектральной характеристикой М,(Л) к сигналу-помехе с характеристикой М„(Х) целесообразно применить согласованный фильтр с характеристикой вида (Л) Мс ( м) Мс (Л) Мп ( ) М,(Л„) — М„(Л„) М,(Л) где Մ— длина волны„при которой отношение монохроматических сигналов М, (Л) и М„(Л) максимально..
Применение оптического фильтра с характеристикой, вида (4.6) позволяет повысить нонтраст между полезным сигналом и помехой на несколько десятков процентов по сравнению с отсекающим двусторонним (П-образным) фильтром. Однако изготовить фильтр с рассчитанной цо (4.6) характеристикой часто практически невозможно, в то время как отсекающие иитерференционные фильтры хорошо освоены в производстве. Ю. А. Шубой рассмотрен случай оптимизации спектральной характеристики оптического фильтра, используемого в приборе с угловым полем в0 при обнаружении излучателя с угловым размером а„[92).
Принимая з, (Л) = М„(Л) и зв(Л) = М,(Л) + (1 — р) Х ХМ„(Л), где р=м„/а, — доля углового поля, занимаемая излучателем„получим, что при выборе в качестве критерия оптимальности максимума отношения [за(Л) — з~(Х))/з,(Л) оптимальный фильтр должен иметь характеристику вида с (Л) = А [М, (Л) — р М„(ЛЦ/М„(Л), (4.7) где А=М„(Л„)/[М,(Л„) — М,(Л„Ц. 8 — 1287 81 Для точечного излучателя (при а„(еэо) р=О, (л) = А М, (л)~М„ (л), (4,8) что соответствует характеристике согласованного филь- тра. Для протяженного излучателя (при в„>во) р=1 т(Л) = А(м,(Л) — М„(Л))/М„(Л). (4.9) Как следует из (4.7)...(4.9), при изменении соотно- шениЯ междУ Фа и ы„меннютсЯ хаРактеРистика апти- мального оптического фильтра и границы его пропус- кания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
