Якушенков Ю.Г., Луканцев В.Н., Колосов М.П. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах (1981) (1095907), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Однако практическая их реализация, прежде всего в силу технологических трудностей, не всегда возможна. Это вынуждает применять 1 более простые, хотя и менее эффективные методы борьбы с помехами. Так, для борьбы с малоразмерными имитирующими помехами используют временную (частотную) селекцию — по спектру частот (фильтрацию), по длительности сигнала и по периоду повторения, стробироваиие, селекцию по скорости перемещения изображения, а также повышают порог срабатывания прибора выше некоторого уровня помех.
В последние годы все чаще на практике используется такое мощное средство борьбы с оптическими помехами, как адаптация ОЭП в целом и отдельных их звеньев. В основе многих весьма эффективных и перспективных методов борьбы с помехами лежит использование многоканальных ОЭП, в частности ОЭП с мозаичными (многоплощадочныыи) приемниками излучения или с приемниками, работающими в разных диапазонах оптического спектра. При этом заметно расширяются возможности всех отмеченных методов селекции.
Глава 1 ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ ПРИБОР И ЕГО ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ 1.1. СТРУКТУРА ТИПОВОГО ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО ПРИБОРА Большое число ОЭП работают как следящая система или являются частью такой системы. Достаточно общую структурную схему оптико-электронной следящей системы можно представить в виде совокупности трех основных узлов (рис.
1.1): системы первичной об- Рнс. 1.1. Обобщенная структурная схема оптико-электронной следя- щей системы работки информации (СПОИ), системы вторичной обработки информации (СВОИ) и цепи обратной связи (ЦОС). В СПОИ происходит обычно формирование сигнала, функционально связанного с входным рассогласованием и в известной мере освобожденного от некоторых погрешностей. В большинстве оптико-электронных приборов СПОИ, состоящая из оптической приемной системы, анализатора изображений, приемника излучения и предварительного усилителя сигнала и имеющая частотную характеристику К~()со), образует сигнал, среднее значение которого связано с входным значением отслеживаемого параметра са„монотонной зависимостью в пределах рабочего углового поля.
Система вторичной обработки информации, имею- щаЯ частотнУю хаРактеРистикУ Кх()оэ), осУществлЯет дальнейшую обработку и фильтрацию сигнала. Обычно это нелинейная операция с последующим сглажива- 9 К ) авмх К! ()щ)К20щ) ввх 1 + К! ()щ) Кз ()щ)КЗ ()щ) Дисперсия ошибки отслеживания а,„„, приведенной к выходу, аз= — 1 Фщ(щ)(К()хв)(зсЬ+ — ( Ьщ(щ)Х 2я 2х Кз() ) з Х ' 1 = — (' ф.()Х 1+К!()")Кз()"!)Кз()щ) 1 2!' "„ ! К! ()щ) К! ()ю) ~ 1 ( Х ' ' ~ (~+ — 1" Р;(~)Х 1+К!()щ) Кз()щ) Кз()щ) К ! ()щ) ! + К! ()щ) Кз ()щ) К () ) ~ (1.1) Здесь подразумевается, что осуществлен переход к временнб-частотной форме представления спектральной плотности Ф„(ьх) стационарного случайного процесса на входе системы, хотя по своей физической природе зтот процесс может описываться случайной функцией не только времени.
Например, он может описываться пространственно-частотным спектром. Методика перехода от пространственно-частотного спектра к временному описана в [37, 90, 95). Пользуясь (1.1), можно проанализировать влияние на о! внешних и внутренних помех. Так„если ошибка определяется только внутренними шумами системы, то зо вием сигнала, т. е. СВОИ служит для получения выходной величины, в среднем как можно более близкой к входному рассогласованию ищг В цепи обратной связи с частотной характеристикой Кз()ьз) осуществляется компенсация рассогласования, что позволяет работать в компенсационном (нулевом) режиме измерения или слежения, при котором достигаются большие точность и быстродействие прибора.
Шумы и помехи, имеющие место в такой системе, можно разделить на внешние со спектральной плотностью Ф (ьз) и внутренние (их удобно привести к выходу СПОИ) со спектральной плотностью )г (ьх). При атом частотная характеристика при вычислении о'. первым слагаемым правой части (1.1) можно пренебречь. Так как обычно в оптико-электронной следящей системе К~ (!а) Ка(!в) Кз(!сэ) >>1, то формулу (! 1) можно представить в виде ~г 2я з Кз ()м) 1 +"~ 1 2я ~ 1К,()м) К,()м) ~ (1.2) Часто в реальных системах с большим коэффициентом усиления функции К~()га) и Кз(!та) слабо зависят от частоты в рабочем диапазоне спектра, поэтому можно считать К~(!в)Кз()о) =К~Кз. Тогда или а, г о„, 2 ~2 + (1.4) К2 з К2К2 (1.5) ы 1+" где ~' = — ( $г (а)Ыа — дисперсия внутренних помех.
2, Из простейшего анализа выражений (!.2) и (1.4) очевидно, что преобладающее влияние на точность всего прибора оказывает СПОИ. Действительно, даже при отсутствии внешних помех в формуле (1.2) сохраняется второе слагаемое ее правой части, куда входит К~(!ха). В то же время необходимо отметить, что роль СПОИ весьма велика и в борьбе с внешними помехами, т. е. целесообразно уже в первых звеньях ОЭП отфильтровать полезный сигнал от помех. Для сравнения качества различных СПОИ, работающих в одинаковых условиях, можно рассмотреть случай, когда точность их ограничивается главным образом внутренними помехами отдельных звеньев.
При. Ф,„(о) =0 среднее квадратическое значение ошибки от- слеживания Если спектральная плотность внутренних помех постоянна в рабочем диапазоне спектра: 1/ (в)= У = =сопя(, эквивалентная полоса пропускания 1 + КЦв) ву,„= — (' — ыв, 2к з К 10) где К(1в) — частотная характеристика замкнутой системы, то .=~ У.бУ..ПКК.). Этой формулой можно пользоваться для сравнения различных систем. Как следует' из формулы (1.5), инструментальная погрешность прибора, т. е.
ошибка, определяемая только внутренними помехами, зависит от отношения дисперсии ог к произведению К~Км Если коэффициент усиления (добротность по рассогласованию) К, У,/а„ где Уг — сигнал на выходе СПОИ, а а,— линейная зона статической характеристики (т. е. рассогласование, в пределах которого система линейка), то о = я (К, К. = а, а„~ У, Км Отсюда ясно, что точность ОЭП увеличивается по мере уменьшения а„увеличения отношения еигнал-шум У,/з и коэффициента Кз цепи обратной связи. Если, например, я — отслеживаемый угол или направление на излучатель, а- я, определяется размером изображения излучателя, то очевидно, что следует стремиться к улучшению качества оптической системы (объектива), т. е.
к уменьшению размера кружка рассеяния при работе по малоразмерной удаленной (точечной) цели. Если цель имеет конечные размеры, то следует также стремиться к уменьшению этих размеров, так как точность при этом повышается за счет роста коэффициента усиления К, (крутизны статической или пеленгационной характеристики ОЭП). При распространении методов теории автоматического регулирования на анализ и синтез ОЭП следует учитывать ряд специфических факторов: прежде всего, многомерность оптических сигналов и характеристик ОЭП (в простейшем случае двумерность, когда анализируется плоское монохроматическое изображение), а также особенности критериев линейности и стационар- !2 ности в применении к оптическим системам 133, 951, Нужно отметить также малое число накопленных статистических данных по случайным оптическим сигналам, помехам и фонам, что затрудняет в ряде случаев оптимизацию ОЭП.
Учитывая преобладающее влияние на качество работы всего прибора системы первичной обработки информации, рассмотрим вкратце ее основные звенья и их роль в обеспечении помехозащищенности прибора. На рис. 1.2 представлена схема ОЭП, включающая передающую систему и систему первичной обработки информации приемной части прибора.
В таком виде схема соответствует активному методу работы ОЭП, когда имеется возможность управлять параметрами источника излучения, облучающего наблюдаемый объект. При пассивном методе работы ОЭП, когда используется собственное излучение объекта, имеется лишь приемная часть. На схеме не показаны дополнительные устройства, которые могут входить в состав ОЭП (например, сканирующая система). Иногда элементы системы расположены в другой последовательности.
Часто функции нескольких звеньев, представленных на рис. 1.2, совмещены в одном, например во многих оптико-электронных следящих системах функции оптического анализатора Передал)о(по сосут)елпу б г Рис. 1.2, Схема оптико-электронного прибора при активном методе работы: ! — наблюдаемый объект; 2, У вЂ” объективы; 5, Ю вЂ” модулнторы; 4 — конденсор; 5, !2 — оптические фильтры; 5 — источник излучения; 3 — конпенсатор; Р— пространственный фильтр (оптический анализатор изображения); )! — «анденсор (коялектив); Ы вЂ” приемник излучения; М вЂ” предварительный усилитель изображения, пространственного фильтра н модулятора выполняет оптический растр. Практически все элементы ОЭП в той или иной степени должны обеспечивать помехозащищенность прибора.
Поэтому рассмотрим их функциональное назначение. Передающая система. Выбор источника излучения (б) тесно связан с обеспечением рациональных энергетических соотношений. В ряде случаев, правильно выбрав источник, можно упростить конструкцию ОЭП. Например, можно не вводить в передающую систему оптический фильтр, а зачастую и отдельный модулятор. Все характеристики излучателя (пространственные, временные, энергетические и др.) выбираются, исходя из необходимости их оптимального согласования с характеристиками других звеньев прибора и среды распространения. Оптический фильтр (5) в передающей системе предназначен, как правило, для обеспечения селекции наблюдаемого объекта на фоне помех по оптическому спектру.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
