Якушенков Ю.Г., Луканцев В.Н., Колосов М.П. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах (1981) (1095907), страница 28
Текст из файла (страница 28)
г )- рт,м ~Ъ ф l~ Рпс, 7.7. Структурная схема алаптнаной системы с фазоаым сопря якеннем Излучение, создаваемое источником — лазером (1), с помощью светоделительных зеркал (2) направляется к удаленному объекту (7). Волну (4) иа выходе из системы в начальный момент времени условно считаем плоской. После прохождения волной возмущающей среды (5) (например, турбулентной атмосферы) фазовый фронт искажается (на рис. 7.7 это условно показано штриховой линией (б)).
Если на поверхности объекта имеется участок с достаточно высоким коэффициентом отражения, причем размер этого участка меньше разрешения системы, то этот участок — «блестящая точка», создающая блик, может рассматриваться как точечный источник отраженной сферической волны (8). Сферическая волна, проходя через возмущающую среду, искажается, и на вход приемопередающей системы, т. е. на фазовые корректоры (фазовращатели) (3), поступает волна 9. Фазовые отклонения этой волны от идеальной могут быть измерены гетеродинным методом. На приемниках (!О) происходит сравнение фаз волны 9 и опорного сигнала, являющегося частью излучения лазера, прошедшего через полупрозрачные делители (2) и отраженного от зеркала (14).
В электронных блоках (!/) образуются сигналы, пропорциональные фазовым искажениям отдельных участков волны 9. Эти сигналы управляют фазовыми корректорами таким образом, что выходящая волна 12 становится сопряженной волне 9, т. е. волны 9 и 12 оказываются сопряженными по фазе. Если искажения в среде на пути волны к объекту и на обратном пути от объекта к приемопередающей системе одинаковы, т. е., например, за время распространения света к объекту и обратно и время определения и ввода фазовых искажений в переотраженную волну 12 не происходит изменений в фазовой структуре среды, то прошедшая «вторично» искажающую среду волна 13 будет сферической (произойдет взаимная компенсация отклонений фаз, внесенных корректорами, и фазовых искажений, вносимых средой).
Излучение будет собираться на «блестящую» точку объекта. Экспериментальные ксследования подобной системы (129), в которой в качестве источника использовался СО,-лазер с рабочей длиной волны 10,6 мкм, а фазовая коррекция осуществлялась с помощью германиевых модуляторов Брзгга, показали, что на трассах длиной 1 и 6 км при больших уровнях сигнала (больших отношениях сигнал-шум) время входа системы в рабочий режим составляло 20...100 мкс. В качестве гетеродицпого приемника использовалась структура Рь„зп, †«Те; частота модуляции на модуляторе Брзг- 149 га составляла 18 МГц, частота опорного сигнала 15,75 МГц, а промежуточная частота после двукратного прохождения модулятора Брзгга была равна 4,5 МГц. При небольших отношениях сигналшум (около двух) на трассе длиной 9,5 км общее время компенсации искажающего влияния турбулентной атмосферы возрастало до2с.
При наличии большого числа блестящих точек на поверхности наблюдаемого объекта или визирной марки система автоматически настраивается на ту из них, у которой выше коэффициент отражения. В экспериментальных исследованиях описанной системы 1'!291 в качестве блестящих точек использовались позолоченные уголковые отражатели диаметром около 1 см.
Ширина центральной зоны главного лепестка диаграммы направленности в сечении на поверхности объекта для трассы длиной 6 км составляла 12,5 см, что очень близко к дифракционному пределу. Отношение сигнал-шум в максимуме диаграммы направленности при работе адаптивной системы возрастало в 1,5 раза по сравнению с экспериментами, когда фазовая коррекция не производилась. Достаточно полная компенсация атмосферных искажений (мерцания и т. п.) обеспечивалась при ширине полосы пропускания около 2 кГц. В системе, описанной в [1291, использовалось семь фазовых корректоров.
При увеличении числа корректоров, т. е. при разбиении апертуры приемопередающей системы на большее число зон, амплитуда сигнала, приходящего на объект, возрастает пропорционально квадрату числа корректоров. Однако при этом может увеличиться время обработки сигналов. В других системах ~1391, использующих принцип фазового сопряжения, фаза переотраженной волны изменялась с помощью деформируемых зеркал. Однако их динамические характеристики (быстродействие, частотные характеристики) хуже, чем у описанной системы. Экспериментально была подтверждена возможность адаптивной системы с фазовым сопряжением автоматически перестраиваться в режим слежения за перемещением блестящей точки.
При восстановлении (реконструкции) изображения, искаженного возмущающей средой, в таких системах необходимо контролировать не только фазы, ио и амплитуды оптических сигналов. Если же нужнолишьмаксимизировать мощность сигнала, приходящего на объект, то контроль амплитуды не обязателеч. 150 Системы с компенсацией размытия изображения (системы с автоматической фокусировкой).
Существуют адаптивные оптические системы, предназначенные для устранения размытия изображения удаленного точечного излучателя, вызванного влиянием турбулентности атмосферы, термоаберраций, вибраций и т. п. Это, по сути дела, системы с автоматической фокусировкой. Мерой качества адаптации в таких системах может служить значение интеграла 1 = ) ) Е(х, у) А(х, у)дхс(у, ху где Е(х, у) — распределение освещенности, создаваемой источником в плоскости изображения (плоскости анализа); А (х, у) — пропускание маски (растра анализатора), установленной в плоскости изображения; х и у — линейные координаты. Максимизация величины 1 является основной задачей адаптивной системы.
Схема одной из таких систем [122) представлена на рис. 7.8. Излучение, идущее от наблюдаемого источника, собирается объективом (1) и с помощью зеркал (2 и 3) направляется на фотоприемники (6...7). При отсутствии искажений изображение источника строится в плоскости наилучшего изображения. Прп этом значение 1 максимально, чему соответствует максимум сигнала, снимаемого с усилителя (8). При размытни изображения блок логики (9) формирует команды, подаваемые на систему управления (10) сосгавного зеркала 3. Это зеркало состоит из отдельных отражающих элементов, закрепленных на пьезоэлектрических цилиндрических стержнях, которые при приложении к ним напряжения около +-1000 В могут изменять свою длину на ~-2,5 мкм.
По сигналам, поступающим из блока 10 на отдельные элементы зеркала 3, профиль последнего изменяется так, что максимизируется сигнал с выхода фотоприемника 6. Таким образом компенсируются фазовые искажения, вносимые атмосферой. Для компенсации поперечных смещений изображения служит следящая система, состоящая из фотоприемников 6 и 7, усилителей 11 и 12, блока управления 13 и управляемого зеркала 2. Излучение, не прошедшее в щель диафрагмы, отражается от ее поверхности и поступает на фотоприемники 6 и 7. Если изображение располагается несимметрично относительно щели, то на фотоприемники 6 и 7 поступают различные потоки и на вхо- ! 3! де блока И возникает сигнал рассогласования. После усиления и соответствующей обработки (интегрирования) этот сигнал подается на пьезоэлектрический привод зеркала 2. При подаче на пьезоэлектрическое основание этого зеркала напряжения ь1000 В можно сместить изображение на +.10".
Таким образом изображение приводится к центру щели на диафрагме. Рнс. 7.8. Адаптивная система с компенсацией размыгня изображении Для исследования структуры изображения на пути светового потока может быть установлен светоделитель (14), отводящий часть потока в отдельный оптический канал, где может быть установлен, например, сканирующий микрофотометр. В системе, описанной в 1122), использовался объектив с фокусным расстоянием 2,4 м и входным зрачком прямоугольной формы ЗОМ5 см'. Составное зеркало содержало шесть отдельных злементов, каждый из которых мог смещаться на ="2,5 мкм за 0,6 мс при подаче напряжения Ш1000 В. Время «центрирования» изображения путем наклона зеркала 2 составляло примерно 4 мс (для наклона на 10").
Для записи профиля распределения освещенности, производимой при использовании светоделигеля и установленного за ним сканирующего микрофотомегра (на рис. 7.5 не показан), требовалось 2 с. Система испытывалась при наблюдении удаленного на 250 и точечного источника в условиях атмосферной турбулентности. Экспериментально была подтверждена ее высокая зффективносгь. Так, при работе адаптивной системы угловой размер размытого изобра- 152 жения источника 5...6" удавалось уменьшить до !...2". При этом освещенность в максимуме иэображения увеличивалась в несколько раз. При работе системы по звездам Сириус и Лрктур ее разрешающая способность была доведена до нескольких десятых долей угловой секунды.
При времени когерентностн атмосферы в 50 мс с помо щью описанной системы можно достаточно надежно компенсичины р овать размытие изображений источников 7-й звездной вели н ярче. Система с разделением каналов по частоте модуляции (с апертурным зондированием). Упрощенная схема многоканальной адаптивной системы с разделением каналов по частоте модуляции сигналов приведена на рнс. 7.9. Излучение, создаваемое источником (1), с по- Рпе.
7.9. Трехканальная адаптивная система с разделением каналов по частоте модуляции мощью системы светоделителей и отражающих зеркал (2...4) направляется через модуляторы (5...7) и фазовые корректоры (8...10) к выходному зрачку передающей оптической системы (11). Разбивая площадь выходного зрачка на отдельные участки (каналы) и модулируя с помощью генераторов (23...25) излучение в кажа дом из них частотами соь ющ оэз, можно измерить и скомпенсировать искажения фаз <рь ~рэ, <рэ, вносимые возмущающей средой (12), колебании, распространяющихся по отдельным каналам. Если на поверхности на- !53 блюдаемого объекта (13) имеется участок с повышенной отражательной способностью, не разрешаемый передающей системой (блестящая точка), то часть отраженного сигнала, пройдя через среду, попадет на приемную оптическую систему (14), а затем на приемник излучения (15).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
