Якушенков Ю.Г., Луканцев В.Н., Колосов М.П. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах (1981) (1095907), страница 16
Текст из файла (страница 16)
При протяженном излучателе целесообразно иметь П-образную характеристику. В [92) получены выражения для максимально до- стижимого отношения сигнал-помеха: (л)т (л)лл (' (Мс (Л) Р Мп (Л)1 рл М„(л) ~ з,(л)т(Л)Ж ) М,(Л)с(л — р) М,(Л)НЛ 41 Ь1 ы определяющего эффективность использования фильтра с полосой пропускания ЬЛ; для точечного источника 1 Г Мз(Л) Рмакс г(Л+ 1, ~ М,(Л)г(ЛЗ, М (Л) М а для протяженного г М,(л) З ' „ил — „м,(л)ил ьх М, (л) Ь1 ) М,(л)(л — ) М„(л)ал Ь1 Ы Оценка качества коррекции спектральной характеристики ОЭП, осуществляемой с помощью оптического фильтра, может быть проведена также по методике, описанной в 1311.
4.3. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОИ ФИЛЬТРАЦИИ Различие пространственно-частотных спектров источников полезных сигналов и помех широко использу- 82 ется для создания эффективных пространственных фильтров. Теоретические основы пространственной фильтрации применительно к системам оптической пеленгации подробно рассмотрены В. Л. Левшиным [331, а также. рядом других авторов [уб, 901. В этих работах приводятся пространственно-частотные спектры некоторых часто встречающихся моделей сигналов и помех при распространенных на практике законах сканирования углового поля ОЭП.
Зная их, можно с помощью выражений, приведенных в $ 4.1, найти частотные характеристики оптимальных нли квазиоптимальных пространственных фильтров. Остановимся на некоторых вопросах реализации этих фильтров. Для осуществления оптимальной пространственной фильтрации необходимо обеспечить выполнение условий (4.2), (4.3). Анализируя выражение (4.2) для частотной характеристики оптимального фильтра, легк1т прийти к выводу [33), что этот фильтр можно представить в виде двух последовательно включенных звеньев: согласованного фильтра с характеристикой вида 5*()ю.) и помехоподавляющего фильтра с характеристикой 1/Ф (ю„), который должен обладать дифферснцирующими свойствами.
Для ряда моделей фона в [33] проведен анализ характеристик оптимальных пространственных фильтров (ОПФ) с непрерывной структурой. Показано, что отступление от центральной симметрии характеристик объекта и фона может повысить эффективность применения ОПФ. Вообще же вид спектра фона очень заметно влияет на максимально достижимое отношение сигнал-помеха на входе ОПФ.
Для осуществления непрерывного пространственного дифференцирования в ОЭП используется дифференцирование электрического сигнала„снимаемого с выхода приемника излучения при сканировании поля обзора. В монографии [ЗЗ) рассмотрен вопрос о переходе от непрерывной структуры ОПФ к дискретной, что очень важно для практики, так как изготовление дискретного ОПФ значительно легче. Дифференцирование в системах с дискретными ОПФ осуществляется обычно с помощью многоканальных устройств, например мозаичных приемников излучения с различными весовыми коэффициентами в отдельных каналах.
Простейшей схемой является схема с балановым (встречио включенным) соединением чувствительных площадок приемника. Для фона, спектр мощности которого )Р(е ) - Пы, при наличии центральной симметрии объекта необз Р' ходиио создавать дискретный фильтр с центрально-симметричной структурой. Примером такого ОПФ являетсн 7-злементная структура, в которой центральный элемент имеет весовой козффициент зз (соответствующее пропускание или чувствительность), равный +1, .а каждый из шести периферийных элементов, размещаемых иа одном и том же расстоянии от центра через 60', имеет весовой коэффициент, равный — 1/б.
Реальные пространственные фильтры приближаются к оптимальным при достижении высокой разрешающей способности оптической системы и приемника, Хорошие результаты дает использова:ние пространственных дифференцирующих звеньев второго порядка, ,однако конечность размеров чувствительных площадок ухудшает качество дифференцирования и проявляется в уменьшении отношения сигнал-помеха в реальных фильтрах по сравнению с оптимальными. Наличие зазоров между отдельными чувствительными элементами дифференцирующего звена также уменьшает зто отношение. Так, при равенстве зазора размеру элемента дисперсия помехи иа выходе фильтра увеличивается в два раза по сравнению с иде.альным ОПФ (33).
По этим причинам, а главное иэ-за сложности практической реализации пространственного дифференцирукнцего авена в оптической системе в настоящее время в большинстве ОЭП дифференцирование осуществляется в электронном тракте. Однако и в этих случаях синтез оптимальной передаточной функции всей системы первичной обработки информации в ОЭП и ее практическая реализация являются очень сложными задачами.
Наиболее трудно даже теоретически синтезировать оптическую систему с заданной передаточной функцией (пространственно-частотной характеристикой), а в ряде случаев это и вообще невозможно. Например, невозможно получить оптическую передаточную функцию, центрированную относительно достаточно высокой пространственной частоты, поскольку оптические системы являются фильтрами нижних частот.
Как правило, из-за технологических трудностей, а также из-за сложности и многообразия порой противоречивых задач, которые должны быть решены приемником излучения, создать приемник с пространственно-частотной характеристикой, удовлетворяющей условию оптимизации всего ОЭП илн его системы первичной обработки информации, как правило, не удается. Поэтому в состав ОЭП приходится вводить специальные пространственные фильтры, которые большей частью представляют собой растры. (Некоторые распространенные типы растров были списаны в $1.3).
Кроме них, пространственным фильтром может быть также мозаичный (многоплощадочный) приемник излучения. Некоторые аспекты синтеза оптимального пространственного фильтра путем использования такого приемника с заданным законом распределения чувствительности отдельных элементов рассмотрены в (143). Отличительной особенностью пространственной фильтрации в оптических некогерентных системах, т. е. при обработке некогерентного оптического сигнала, по срав- .81 нению, например, с фильтрацией„применяемой в радиотехнике и радиолокации, является то, что она осуществляется в пространственной области, а ие в частотной. При этом техническая реализация фильтра — пространственной структуры со сложным (как правило) законом изменения прозрачности или чувствительности по его площади, т. е, в соответствии со сложной двумерной структурой сигнала, является трудной, а порой и невыполнимой задачей.
Г1ри решении задачи обнаружения источника полезного сигнала на фоне помех теоретически можно создать достаточно эффективную систему пространственной фильтрации на основе известных вероятностных характеристик помех и полезного сигнала. Однако, если учитывать огромное разнообразие условий, в которых могут работать многие ОЭП, т. е. разнообразие этих характеристик, и недостаточное на сегодня количество статистических данных о многих видах помех, то задача синтеза оптимального пространственного фильтра-растра со сложным законом пропускания становится весьма трудной даже теоретически.
Кроме того, следует учитывать и ограничения, обусловленные существующей в настоящее время технологией изготовления растров. В большом числе практических случаев угловые (пространственные) размеры целей — источников полезных сигналов — меньше, чем размеры помех или неоднородностей фонов. Поэтому пространственные фильтры часто предназначаются для подавления сигналов от протяженных излучателей.
Важно отметить, что многообразие форм и размеров целей и помех и возможные их изменения в процессе работы ОЭП (например, из-за изменения ракурсов наблюдения, дальности) приводят к нестационарности пространственно-частотных спектров этих излучателей. Поэтому в ОЭП часто невозможно с помощью пространственных фильтров полностью «отсечь» спектр помех. Учитывая возможные изменения размеров изображения целей, т. е. их пространственно-частотные спектры, на практике размер ячеек растров пространственных фильтров выбирают большим (порой не менее чем в три раза) размера изображения.
Другой специфической особенностью пространственной фильтрации является нестационарность передаточных функций оптических систем по угловому полю или полю обзора. Полевые аберрации оптических систем вз приводят к тому, что размер кружка рассеяния меняется по их угловому полю, как правило, увеличиваясь к его краю. Поэтому в растрах, используемых в качестве пространственных фильтров, часто размер ячеек возрастает от центра к краю. Пространственно-частотные спектры многих фонов и внешних излучающих помех (например, неба, облачности, наземных ландшафтов) имеют четко выраженный низкочастотный характер (см.
5 2.3). Так, основная энергия в пространственно-частотном спектре облаков содержится на гармониках не выше 8. В то же время спектр малоразмерных и точечных целей имеет существенные гармоники выше 12 [86). Это позволяет эффективно использовать полосовые фильтры в электронном тракте ОЭП (после растра-модулятора и приемника) Как уже указывалось в $1.2 при анализе достоинств и недостатков различных растров, наиболее просто пространственная фильтрация осуществляется в амплитудных системах и сложнее в системах с частотной модуляцией и время-импульсных ОЭП. Однако следует помнить, что при достаточно больших уровнях полезного сигнала в системах с частотной модуляцией можно получить большее отношение снгнал-шум, чем в системах с амплитудной модуляцией (?).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
