Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Растровые модуляторы, располагаемые в плоскости изображений Прыемной оптической системы, часто одновременно выполняют функции пространственного фильтра и анализатора изображений, а это оказывается на выборе их конструктивных параметров, в первую очерздь, рисунка растра. Гораздо более высокие частоты модуляции можно получить с поИэщью модуляторов, основаыных на электрооптических эффектах Керра и Поккельса, магнитооптическом эффекте Фарадея, акусто-опчувческом эффекте и других Физических явлениях. Некоторые из них, аатпедшие широкое практическое применение в ОЭП, будут рассмотрены ниже (см.
б 9.6). 9.5. Модуляция оптических сигналов с помощью растров Механическая модуляция оптических сигналов с помощью раст))Ов очень широко применяется в практике ОЭП. При этом сравнительно просто осуществляются наиболее распространенные виды мойуляции (АМ, ЧМ и фазоимпульсная). Схемы такой модуляции можае разделить на две группы: 1) с перемещением растра относительно яеводвижного изображения; 2) с неподвижным растром-модулятором, относительно которого перемещается изображение или световой путуои.
Вели пропускание растра-модулятора описывается действительяэй функцией а(й,т), где () — радиус-вектор произвольной точки в уудпокости растра, т — время, а распределение освещенности в этой уцусекости описывается функцией Е(й), то сигнал (поток) на выходе Растра в момент т равен 251 ХУ.Г. Якушенков.
Теория и расчет оптико-электроннмх приборов Глава 9. Модуляция и демодуляция в оптико-электроннмх приборах Ф(») = ) Е(Р,'»)а(Р,В)тйл, (9. 9) в„ где бл — область значений вектора р. Таким образом, при взаимном перемещении растра и изображения происходит превращение «пространственного» оптического сигнала во «временнбй». Если рисунок растра периодичен, т.е. Рисунок повторяется с частотой шт (см., например, рис. 7.8 или 7.9), то а(Р,'к) =а(Р,Ут 2хУшт).
Представляя эту функцию рядом Фурье (см. 9 2.1) а(й,т) = ~а„(Р)ехР()лштт), (9.10) Я/»т а„(б) = — ' ~а(р,в)ехр( — )лету)к(е 2п -»у»т и подставляя (9.10) в (9.9), получим Ф(к)= ) Ф„(т)ехр(!лштв), »= (9.11) где Ф„(к) = ) а„(р)Е(р,т)ай .
252 в, Каждая составляющая (гармоника) вида ехр ((пата) в формуле (9.11) является несущей частотой, которая модулируется функцией Ф„(у), содержащей информацию о распределении освещенности в плоскости растра, например информацию о координатах изображения, описываемого функцией Е(рЛ) . Часто принимается, что изображение неподвижно, т.е. используется функция Е(р) . Для описания распространенных на практике вращающихся радиально-секторных растров (см.
гл. 7) удобно пользоваться полярной системой координат (р, с) с центром, совпадающим с центром окружности растра, т.е. представлять функцию пропускания растра как а (р, б„у). Для периодических структур, состоящих изр пар прозрачных и непрозрачных секторов, период полярного угла ~ равен 2п/р. Характерным примером схем первой группы может служить простейший модулятор — вращающийся полудиск, описанный в 9 7.4 (см. рис.
7.4). Модулятор создает амплитудно-модулированный сигнал. Примером схем второй группы является система с коническим круговым сканированием, также описанная в 9 7.4 (см. Рис. 7.6). В этой системе глубина модуляции достигает 100%, если смещение изображения с оптической оси превышает размер изображения. При увеличении этого смещения скважность импульсов, образующихся на выходе кругового растра, увеличивается, что является недостатком схемы, так как для сохранения мощности сигнала приходится увеличивать ширину полосы пропускания электронного тракта. Достоинство схемы в том, что при одинаковых размерах чувствительной плошддки приемника и мгновенного углового поля оптической системы значение «просматриваемого» поля (поля обзора) здесь в 2 раза больше, чем в схеме с полудисковым модулятором.
Кроме того, в схемах второй группы меньше сказывается влияние протяженного излучающего фона, перекрывающего все угловое поле, и неравномерности чувствительности по площадке приемника. Модуляционная характеристика системы с коническим круговым сканированием — зависимость сигнала от рассогласования по оси у— показана на рис. 7.6, г. И в случае вращающегося полудиска (см, рис. 7.4), и в схеме с круговым переносом изображения относительно неподвижной полевой диафрагмы (см.
Рис. 7.6, а) 100%-ная глубина модуляции имеет место и для малоразмерных изображений объектов, и для сравнительно крупноразмерных изучающих помех, изображения которых не перекрывают полностью прозрачную часть растра, причем основные гармоники полезного сигнала и сигнала помех совпадают. Спектры этих сигналов носят низкочастотный характер, поэтому фильтрация полезного сигнала путем выбора узкой полосы пропускания электронного тракта в таких системах («одночастотных», или системах с однократной амплитудной модуляцией) практически неаффективна. Из-за ограниченной скорости механического перемещения растра или сканирующего устройства в системах такого рода трудно получить требуемую (иногда значительную) частоту модуляции. Для увеличения частоты можно применить многопериодную структуру растра модулятора, которая одновременно служит и для решения задачи фильтРации крупноразмерных помех.
Поскольку электронные звенья, как правило, настраивают на какую-то узкую полосу частот, желательно, чтобы вся энергия сигнала была сосредоточена в этой полосе. При однократной непрерывной амплитудной модуляции через эту полосу пропускается лишь первая гармоника сигнала. Количество энергии, приходящейся на первую гармонику, зависит от соотношений между размерами прозрачной и не- Ю.Г. Якушенксв. Теория и расчет оптико-электронных приборов прозрачной частей растра модулятора, а также от соотношения между периодом растра и размером изображения источника в плоскости модуляции.
Близким к оптимальному случаю с энергетической точки зрения является такая конструкция растра, когда ширина прозрачной части его периода равна ширине непрозрачной части и заметно превышает диаметр сечения пучка. По указанным причинам, а также с учетом требований оптимальной пространственной фильтрации (см. гл. 11) в системах механической модуляции часто используются радиально-секторные растры (рис.
9.8, а-в), применяемые вместо растра, представленного на рис. 7.4, или близкие к шахматной структуре растры (рис. 9.8, г) вместо простой круглой диафрагмы (см. рис. 7.6). Аналогичные растры используются и в поступательно перемещающихся растрах-модуляторах (вибромодуляторы, ленточные и т.п.). Размеры ячеек этих растров обычно выбирают примерно равными размеру сечения модулируемого пучка. Глава й Модуляция и демодуляция в оптико-электронных приборах возникает паразитный сигнал.
При энергетической сбалансированности растра, когда его пропускание в среднем по полю одинаково, этот сигнал практически отсутствует. С помощью растров-пространственных фильтров, представленных на рис. 9.8 и им аналогичных, обеспечивается двукратная амплитудная модуляция с несущей частотой ш„. При этом сигнал несущей частоты используется для получения информации о значении освещенности на входе ОЭП, которая необходима для создания системы автоматического регулирования чувствительности (АРЧ) или усиления (АРУ).
Система АРЧ или АРУ позволяет исключить или ослабить влияние изменения освещенности входного зрачка ОЭП на амплитуду управляющего сигнала (с частотой, несущей информацию о наблюдаемом источнике). Чтобы найти выражения для модулированного сигнала на выходе растра и его спектра, можно воспользоваться формулой (9.11). Такая методика будет более подробно рассмотрена ниже (см. 8 10.6). Здесь же приведем лишь один пример — для растра, представленного на рис. 9.8, а. Пропускание такого растра описывается как [30] и) я7 тб г) Рнс.
9.8. Рвстрыка-в — радиально-секторные; г — с шахматной структурой Для ослабления влияния крупноразмерных излучателей, занимающих большую часть поля, вторая половина растров, представленных на рис. 9.8, а-в, выполняется такой, чтобы ее пропускание составляло 0,5, т.е. было равно суммарному пропусканию пространственного фильтра- верхней половины растра. Зто достигается, например, нанесением концентрических окружностей, которые при вращении растра не модулируют сигнал.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
