Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Шаг спирали в угловой мере, равный Ьв, при сканировании поля обзора без пропусков выбирается равным или меньшим мгновенного углового поля. Обозначив через )к, величину, определяющую перекрытие отдельных витков (Гк, = 2в„ /йв), получим, что число витков спирали при вв,»в (рис. 8.5) Вобз/~ ~В ~п Вабз/т2Внтн)' (8.8) При постоянных и, и и линейная скорость о„перемещения мгновенного углового поля не постоянна, а зависит от текущего радиуса сканирования в„т.е. о„= г,в,. (8.9) Время просмотра элемента разложения, равного мгновенному угловому полю то„(время пребывания), для радиуса ток определится как т, = 2в„,Го„.
(8.10) Подставив в (8.10) значения 2в „и оы из (8.8) и (8.9), получим т„= Й, в,ДЮ и, то,). (8.11) Поскольку угловая скорость н, и частота сканирования /,= 1/Т„ связаны между собой как и, = 2п/ к//т)„то, подставляя это значение и, 220 221 в (8.11) „получим ти -й,оз,з,т), (2пу',И~то,). т, и -а.ц, (2пГ)ту').
223 Ю.Г. Якушенков. Теория н расчет олтнко-электронных приборов Очевидно, что наименьшее значение ты имеет для края поля обзо. ра, т.е. при то, = сом,: Полоса пропускания частот йГ" в этом случае может быть найдена как 1/)к т, „,„. Значение т, т„часто определяется постоянной времени приемника,используемогов ОЭП. Выбирая различные соотношения между и и хт,, можно менять вид траектории сканирования. Если за время одного оборота со скоростью у, происходит несколько колебаний со скоростью и, то траектория становиться розеточной (см.
рис. 8.3, в). Вид траектории зависит также от соотношений между размерами поля обзора и амплитудой колебания. Распространенным способом получения спиральных и розеточных траекторий является двойное вращение мгновенного углового поля (вращательно-вращательное движение) — со скоростью тт вокруг некоторой оси, которая в свою очередь вращается со скоростью и вокруг другой, неподвижной оси. При тт < тг образуется спиральная развертка поля обзора, а при тт > хт — розеточная, например гипоциклоидальная (см. рис. 8.3, г). 8.3.Механические и оптико-механические сканирующие системы В механических сканирующих системах, осуществляющих просмотр пространства объектов, оптическая система размещается на механическом устройстве, изменяющем пространственное положение ее оптической оси.
Эти системы вследствие их сложности и громоздкости, малой частоты сканирования, больших ошибок, возникающих в механических передачах, применяются сейчас сравнительно редко. Исключение составляют оптико-электронные системы с многоэлементными приемниками излучения, устанавливаемые на подвижном основании, например на самолете или спутнике [6, 10, 30). За счет движения основания осуществляется сканирование в направлении этого движения. Известны конструкции, в которых во вращающуюся оправку 3 типа револьверной помещается несколько объективов Л (рис.8.6). Если объективы слегка наклонить друг относительно друга или разместить перед ними клинья 1 с различными преломляющими углами, то мож- 222 Глава 8.
Сканирование в олтнко-электронных приборах Рис. 8.6. Сканирующая система с вращающимися объективами: а — вид сверху; б — оптическая система одного из каналов; з — вид развертки поля обзора но получить строчную развертку достаточно большого по вертикали поля обзора. В дополнение к перечисленным выше недостаткам можно добавить и то, что без принятия специальных мер приемник 4 принимает сигналы не только от объектов, находящихся в поле обзора, но и за его пределами, когда объектив просматривает углы, превышающие заданное поле обзора, т.е.
на приемник от объектива поступает излучение от окружающего фона. Кроме того, при больших полях обзора возникают перспективные искажения, а чувствительность приемника с ростом угла падения лучей на него падает. Достоинством такой системы является большее значение коэффициента сканирования т),, чем в системе с одним объективом. Спиральные и розеточные траектории можно получить, например, вращая объектив вокруг оси, не совпадающей с его оптической осью, и одновременно поворачивая всю зту систему вокруг третьей оси (рис. 8. Т). Механические системы подобного типа инерционны, частота сканирования в них обычно не превышает нескольких герц при размерах входных зрачков объективов не более 200 мм.
Ббльшим быстродействием обладают системы со сканированием поля изображений щелевой диафрагмой. О достоинствах и недостатках таких сканирующих устройств, выполняющих обычно роль анализаторов, говорилось выше (см. гл. Т). Нужно отметить, что к объективам этих систем предъявляктт повьппенные требования по качеству изображения, так как оно должно быть высоким для всего поля обзора, а не только для сравнительно малого мгновенного углового поля.
В Лкткиикяг Ю.т. 225 Ю,Г. Якушенков. Теория и расчет оптико. электронных приборов Рыс. 8.7. Сканирующая система с ыаылоыным выецеытреыно вращающимся зеркалом: а — оытико-кыыеывтыческаы система; б — траекторыы сканирования В оптико-механических сканирующих системах просмотр поля осуществляется путем перемещения не всей оптической системы, а лишь одного-двух ее компонентов. В этих системах используют те же оптические элементы, что и в компенсаторах (клинья, линзы, плоско- параллельные пластины, призмы Доне, Пехана и многие др.).
Широкое применение в этих системах находят вращающиеся илн качающиеся плоские зеркала. Сканирование в двумерном пространстве осуществляется колебанием зеркала с разными скоростями вокруг осей вращения, лежащих в плоскости зеркала, или вращением зеркала вокруг осей, не лежащих в его плоскости. В зависимости от соотношения между скоростями колебаний зеркала меняется вид развертки. Основные недостатки этих систем, как и оптических компенсаторов — это большая инерционность (хотя и меньшая, чем у механических сканирующих систем, где перемещается весь прибор, а не сравнительно небольшая деталь) и малые углы отклонения лучей, т.е. небольшие ю„.
Конструктивные особенности и формулы для габаритного расчета оптико-механических сканирующих систем рассмотрены в ряде монографий и учебных пособий [6, 10, 16 и многие др.). Некоторые схемы, где в качестве сканирующих алементов служат зеркала, приведены на рис. 8.8. Зеркала могут быть установлены как в параллельных, так и в сходящихся пучках лучей. В первом случае они располагаются либо перед объективом ОЭП, либо за телескопической приемной системой. Зеркало, расположенное перед объективом (рис. 8.8, а), сканирует в пространстве предметов и позволяет црименить узкопольный объектив; однако размеры этого зеркала долж: ны быть большими и здесь трудно обеспечить высокие скорости сканирования, а также получить некоторые рациональные для ряда кон- Глава 8. Сканирование в оптико-электронных приборах кретных применений траектории развертки поля.
Рыс. 8.8. Оптино-механические сканирующие системы: а — с колеблющимся перед объективом зеркалом; б — с телескопической системой ы колеблющимся зеркалом," е — с колеблющимся зеркалом в сходящемся пучке лучей; г — с зерыальыой вращающейся ырывмой; д — с многогранной вращающейся пирамидой Если разместить плоское зеркало в выходном зрачке телескопической приемной системы (рис. 8.8, б), т.е. также в параллельных пучках, то размеры зеркала уменьшатся в число раз, равное видимому увеличению телескопической системы, однако углы прокачки зеркала во столько же раз возрастут.
При построчном сканировании, осуществляемом при прокачке плоского зеркала с постоянной скоростью (см. рис. 8. 8, а), средняя строка траектории будет прямой. Однако остальные строки будут искривлены вдоль оси, перпендикулярной оси качания зеркала, и в большей степени к краям поля. Ширина просматриваемой полосы растет от центра к краю. Форма поля обзора будет близка к трапеции. Коэффициенты искажения, определяемые отношением разности высот строк на краю и в центре к средней высоте, для углов обзора в ~10' составляют около 3%, а различие в длинах строк (размер вдоль оси качания аеркала) — около 5%. В таких системах также необходимо учитывать перспективные искажения, имеющие место при построении изображений протяженных излучателей и полей.
Значения перспективных искажений определяются изменением размеров проекции одного элемента разложения, например, чувствительной площадки приемника (одного алемента), на просматриваемую (сканируемую) плоскость предметов. Если рассмотреть схему сканирования, представленную на рис. 8.9, где в точке О расположен Ю.Г.
Якушенков Теория и расчет оптико. электронных приборов ОЭП со сканирующей системой, осуществляющей строчное сканиро- вание вдоль оси х, а сканирование вдоль оси у осуществляется путем переноса системы со скоростью $'„то легко увидеть, что на краю поля обзора 2й, даже при 2й„= О будут иметь место отклонения размеров проекции элементов разложения на плоскость предметов от размеров этой проекции при наблюдении в надир, т.е. вниз по вертикали. Для произвольного положения мгновенного углового поля ска- нирующей системы, определяемого некоторым текущим угловым по- ложением (Й',,Й'в) оси, проходящей через центр элемента разложения и узловую точку объектива, размеры проекции элемента разложения на плоскость предметов равны (см. рис.
8.9): й' .-(й:„Ж;~-.п„" ' " т При малых 2й„эти размеры на краю поля обзора будут 1,=НЙ,11+(К~Й„); („=Ннесй„. В надире, т.е. при Й'„= О, 1,= 2Н(кто„. 2Нто„? 1„=2Н(авто„«2Нот„, где от„и птв — половины мгновенных угловых полей по осям х и у соот- ветственно. Глава З. Сканирование в оптико-злектроннык приборах При располоясении элемента разложения, например, элемента приемника с размерами с(х и ду по осям х и у в фокальной плоскости обьектива с фокусным расстоянием ~ ', т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
