Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 35
Текст из файла (страница 35)
При вращении полудиска 2 вокруг 185 'ккГ. Якушенков, Теория и расчет оптико-электронных приборов Глава 7 Анализаторы изображения оптико-электронных приборов Рис. 7А. Схема ОЭП с амплитудно-фазовым виализатором — пслудиском оптической оси объектива 1 происходит периодическое изменение амплитуды сигнала, поступающего на приемник излучения 3. При смещении изображения, например, как зто показано на рис.
7. 5, в виде круга с центрально-симметричным распределением освещенности, с центра полудиска будут меняться форма сигнапа и амплитуда первой гармонической составляющей (положения 1... Л'на рис. 7.5). При изменении фазового угла изображения тр (угла между начальным положением тр = 0 ребра полудиска и положением ребра при пересечении центра изображения) меняется фаза сигнала. На рис. 7.5 фаза сигнала изменилась от ф = я/2 (положения 11...
Л') до тр = Зя/4 (положение тт). Если с валом двигателя 8, вращающего полудиск 2, жестко связать генератор опорного напряжения 7 (см. рис. 7.4), вырабатывающий сигнал к/с, фаза которого постоянна, то, сравнивая фазы злектрических сигналов У, (на выходе усилителя 4, помещенного после приемника и настроенного на частоту первой гармонической составляющей) и У в специальном электронном блоке 5 (фазочувствительном детекторе), на выходе (индикатор 6) можно получить информацию о фазовом угле изображения визирной марки. С помощью фазочувствительных детекторов (см.
гл. 9) легко разложить полученный сигнал рассогласования на составляющие, пропорциональные смещению изображения по осям и и у. Если смещение Ьр изображения — круга радиуса р — невелико (т!тр/р < 0,25), то с погрешностью в доли процента статическая характеристика Ьф = /(Лр) описывается выражением Лф РФ, 2Ь яр где ф — полный поток, образующий изображение, т.е. относительная чувствительность такого анализатора К, = 2/я.
188 Ф ,Р ~е, ! -'ев ! ! ! 1 ! е ! ! ! ! тв ! !!! и т ак ГИ ак хф~ ! е<а 1 ! с т ав в 8 Рис. 7.5. Сигналы в системе с аивлизатором-полудиском: я — положение изображения; б — сигналы после аиализатора; в — сигналы после усилителя и генератора опорного иапряжеиия Если изображение представляет собой дифракционный кружок Эри (см. 6 5. 2), то линейность статической характеристики сохраняется при йр/рл < 0,3, где рл 1,22 тк1 '/1) (см.
формулу(5.1)], а относительная чувствительность К, и 1,1. Другим примером является оптическая система, схематично изобРаженная на рис. 7.6, а. При вращении вокруг оптической оси системы Кассегрена наклонного контррефлектора 1 изображение излучателя совершает круговое движение в плоскости анализа, где размещен простейший растр — круглаядиафрагма 2.
Задиафрагмой установлен приемник излучения 3. Таким образом, здесь осуществляется последовательный просмотр поля — сканирование в пространстве объектов. Если излучатель находится на оптической оси, то его изображение будет двигаться по периферии растра (рис. 7.6, б). При осесимметРнчном распределении освещенности в изображении амплитуда сигнала на выходе растра постоянна (рис. 7.6, в, положение 1). При сме- 187 4 г Ю.Г. Якушвнков. Теория и расчет оптико-электронных приборов Глава 7, Анализаторы изображения оптико-электронных приборов помех, влияние неоднородности чувствительного слоя приемника и др.) при использовании таких анализаторов амплитуду сигнала в качестве носителя полезной информации, как правило, не выбирают.
Применение оптических компенсаторов в ОЭП с этими анализаторами заметно ослабляет влияние нестабильности амплитуды сигнала на точность измерения или слежения, но приводит к дополнительным и порой значительным потерям потока и усложнению конструкции всего ОЭП. Еще одной конструктивной разновидностью амплитудно-фазовых анализаторов являются виброщелевые анализаторы, основным узлом которых служит щелевая диафрагма, совершающая в плоскости изображений колебания относительно оптической оси объектива.
Иногда вместо щели используется колеблющаяся нить. Как и в предыдущем случае, можно также осуществлять колебания изображения относительно неподвижной щели или нити. Принцип действия виброщелевого анализатора иллюстрирует рис. 7.7. Рис. 7.6. Оптическая система с переносом изображения по растру: а — оптическая схема; б — траектория изображения; е — сигналы после анализатора; г — статическая характеристика щении излучателя с оптической оси траектория движения становится эксцентричной по отношению к растру-диафрагме (траектории 11...Лт). Появляется переменная составляющая сигнала (сигналы Ф вЂ” Ф, на рис.
7.6, з). Амплитуда и фаза этой составляющей меняются в зависимости от положения излучателя в угловом поле прибора. В зоне небольших угловых рассогласований, не превышающих размер изображения, характер изменения амплитуды в зависимости от смещения изображения (рис. 7.6, г) часто считают линейным. Выделение фазы сигнала, т.е. угла рассогласования в полярной системе координат, в такой системе возможно осуществить точно так же, как и в предыдущем примере, т.е. с помощью генератора опорного напряжения и фазочувствительного детектора. Основными источниками погрешностей, свойственных анализаторам описанного типа, являются погрешности, обусловленные нестабильностью амплитуды сигнала, эксцентриситетом оси вращения анализатора или изображения (биения оси вращения), изменением частоты вращения полудиска или изображения.
По ряду причин (нестабильность освещенности в изображении, наличие в угловом поле прибора помимо визирной марки излучателей- 188 1 ! Рис. 7.7. Принцип работы вибротцелевого анализатора (т,+т = Т) Если происходит колебание щели относительно изображения (или наоборот), то при расположении изображения на оси системы (оптической оси, совпадающей с центром колебаний) временной интервал т гт бг = О.
При появлении рассогласования, т.е. смещении изображения на величину х по оси, вдоль которой совершаются колебания, измерив т = г;г и О, можно определить х, например, заполняя интервал времени т импульсами высокой частоты и подсчитывая их число. 189 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов Амплитуда выходного сигнала используется в качестве информа. тивного параметра в тех случаях, когда амплитуда колебаний щели и ее ширина В сопоставимы с размером изображения, т.е. А ненамного превышает размер изображения по оси х. При оптимальном соотношении А = В/-/2 и размере изображения, гораздо меньшем В, линейность статической характеристики такого анализатора сохраняется при Ьх/В < 0,16.
Здесь Лх — смещение изображения относительно центра сканирования. Относительная чувствительность при синусоидальном характере изменения скорости колебания щели К, =2/ш Максимальная крутизна статической характеристики при этих условиях достигается при равенстве ширины изображения размеру щели В.
При равномерной скорости колебания щели или прямоугольного изображения относительно щели часто для получения высокой чувствительности стремятся обеспечить соотношениеА =В. Для виброщелевых анализаторов так же, как и для вращающихся анализаторов, основными являются погрешности, возникающие вследствие изменения амплитуды входного сигнала (потока), в том числе в результате изменения распределения освещенности в изображении, а также из-за нестабильности положения центра и скорости колебаний [3]. 7.5. Фазовые анализаторы изображения Несовершенство амплитудных и амплитудно-фазовых анализаторов, что проявляется прежде всего в сильной зависимости их статических характеристик от неконтролируемых изменений амплитуды входного сигнала, повысило в последнее время интерес к фазовым анализаторам, в значительной степени лишенным этого существенного недостатка.
Примером простейшего фазового анализатора является вращающийся растр (рис. 7.8). Рис. 7.8. Простейший фазовый растровый анализатор 190 Глава 7. Анализаторы изображения оптико-электронных приборов Если растр эксцентричен по отношению к оптической оси объектива, проходящей через точку О (рис. 7.8, а), то при смещении изобрэжения из положения 1 в положение 2 на расстояние /кх произойдет изменение фазы последовательностей импульсов Ф и Ф на выходе 1 л анализатора (рис. 7.8, б), соответствующих этим положениям. Измеряя разность фаз /ктр текущего значения сигнала на выходе анализатора и некоторого опорного сигнала, источник которого жестко связан с вращающимся растром (си., например, рис.
7. 4), можно получить информацию о значении Лх. Обычно импульсные сигналы Ф, и Ф (рис. 7.8, б) подаются на приемник излучения, усиливаются и фильтруются, т.е. в электронном тракте выделяется первая гармоника, и сравнение фаз сигнала и опорного напряжения осуществляется для этой гармоники. Если смещение Лх соответствует угловому отклонению радиуса- вектора центра изображения ЛД = агрба (Лх/В), а угловой размер периода растра рр= 360'/т, где т — число периодов растра, то, так как действительно соотношение Ь0/0р = Лтр/360', выражение для статической характеристики такого анализатора будет иметь вид Ьтр = ш агой д(Ьх/В) . Вместо плоского анализатора-растра иногда используются анализаторы в виде вращающегося барабана, боковая цилиндрическая поверхность которого выполнена в виде чередующихся прозрачных и непрозрачных полос.
Помимо растровых фазовых анализаторов известны устройства, в которых развертка поля изображений осуществляется «электронным э способом, например, осуществляется сканирование электронным изображением по неподвижной диафрагме диссектора. Принципиальная схема такой развертки аналогична представленной на рис. 7. 6, но вместо сканирования с помощью наклонного зеркала используется отклонение электронного изображения, построенного на фотокатоде диссектора и переносимого в плоскость диафрагмы с помощью электронной фокусирующе-отклоняющей системы (см. 8 8.5). Подавая на отклоняющие катушки управляющие напряжения равной частоты и амплитуды, но сдвинутые по фазе на 90', можно заставить изображение двигаться по окружности. Получаемые после развертки импульсы фототока усиливаются, из их спектра выделяется первая гармоника, смещение фазы которой относительно фазы опорного напряжения несет информацию о координате изображения.
Подобный принцип развертки и анализа может быть осуществлен не только с помощью оптико-механических или фотоэлектронных ус- 191 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов тройств, но н при использовании других, самых Разнообразных сканирующих систем (см. гл. 8). Основные погрешности растровых фазовых анализаторов возни. кают вследствие неточного нанесения рисунка растра, эксцентриси. тета оси растра по отношению к оси его вращения, изменения распределения освещенности в изображении при его смещении и ряда других причин 13).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
