Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Поэтому и возникает необходимость ввести в состав прибора отдельный оптический элемент — фильтр. Выбором спектральной характеристики оптического фильтра хв()ь) и границ его пропускания хь,...Хг обычно стремятся максимизировать полезный сигнал на выходе приемника излучения хг У, - ) М,ЯхЯхоЯхв(1)вЯЮ, х, и минимизировать сигнал помехи У, - ) М„(Х)х,(Х)то(Х)хв(Х)в(Х)Ж,. Здесь М,(Х) и М,(Х) — спектральные плотности излучения источника полезного сигнала и помехи соответственно; х,(Х) и хо(Х) — спектральные характеристики пропускания среды распространения и оптической системы; в(Х) — спектральная чувствительность приемника излучения. При оптимальном выборе г (Х) и Х, ...
Х отношение У,/У, будет максимальным. Практически даже при известных М,(Х), М,(Х), т,()ь), то(1), что далеко не всегда имеет место, трудно достичь такого оптимума, так как технологически сложно или даже невозможно изготовить фильтр с требуемой х ()ь), а кроме того, эти функции могут заметно меняться в процессе работы ОЭП. Можно показать, что с учетом внутренних шумов прибора и, в первую очередь, шумов приемника излучения оптимальный фильтр име- Главе 11.
фильтрация сигналов в олтихо-элвктроняых приборах м,(1)- рм ().) м.(1) (11. 23) где А = М,(Х,„)/[М,Р. „) — М,(Х,„)), Х,„— длина волны, при кото- рой отношение монохроматических сигналов М,(Х) и М,(Х) максималь- но. Применение оптического фильтра с характеристикой вида (11. 23) позволяет повысить контраст между полезным сигналом и помехой на несколько десятков процентов по сравнению с отсекающим дву- сторонним (П-образным) фильтром. Однако изготовить фильтр с рас- считанной по (11.
23) характеристикой часто практически невозможно. В то же время отсекающие интерференционные фильтры хорошо ос- воены в производстве, Для точечногоизлучателя, т.е. при ш„«ш ирыО, х (х)=А — ' — '-, М,(~) ' (11. 24) что соответствует характеристике согласованного фильтра. Для протяженного излучателя (при ш„) гоо) и р 1 МЯ-М.Я я Как следует из (11.
23)-(11. 26), при изменении соотношения меж- ду охо и ох„меняются вид и границы пропускания спектральной харак- теристики х (Х) оптического фильтра. ет спектральную характеристику в виде кусочно-постоянной функции (П-образного вида), т. е. такая фильтрация осуществляется путем выделения (режекции) такого участка оптического спектра, в котором достигается максимальный контраст между излучениями полезного сигнала и помехи. Дальнейшее выделение полезного сигнала происходит в электронном тракте, например, путем установления определенного порога срабатывания (см. ниже 311.6 и 311.9). В [25] рассмотрен случай оптимизации спектральной характеристики оптического фильтра, используемого в приборе с угловым полем охо при регистрация излучателя с угловым размером ш„. Приняв в,(Х) =М (Х), вг(Х) =М(Х)+(1-р) М (Х), р= го /го, получим, что при выборе в качестве критерия оптимальности максимума отношения) [в (Х) — в,(1))/в,(Х) оптимальный фильтр должен иметь характеристику вида 318 319 Отсюда — (П26) Ат=5)п — г и В,-Сг — — — — ехр — — — — —— 1~ я»у ээ о юп 321 320 Ю.Г.
Якуогенкое. Теория и расчет оптико-электронных приборов Иногда качество спектральной фильтрации можно оценивать с помощью понятия «эффективная спектральная ширина полосы пропускания»: эф Лг Л! Здесь — — ) М,(Л)т,(Л)тр(Л)т (Л)а(Л)стЛ, (М, з) Лг Лэээ» ч" ~ Мэ (Л)тэ (Л)тр (Л) те (Л)з(Л)с(Л (М, а) где Л вЂ” длина волны, при которой произведение М,(Л) а(Л) достигает максимума; (М,а) „— максимальное значение функции М,(Л) а(Л).
В ряде практических вычислений используют несколько видоизмененное выражение для Ы, например, в качестве ЛЛ, принимают эф' интеграл, входящий в формулы для Л, и Лг, причем для его вычисления берут относительные значения М,(Л) и а(Л). Следует указать, что в случае когерентного излучения при анализе выражений типа (11.6) или при синтезе спектральной характеристики оптимального фильтра очень часто необходимо учитывать фазовый сомножитель.
Режекторная фильтрация, сочетающаяся с пороговым ограничением, мало эффективна в случае малых отличий в спектральных характеристиках селектируемого излучателя и фона или помех, например, при близких их температурах, и особенно в тех случаях, когда случайные изменения этих характеристик сравнимы с такими отличиями или больше их. Другим методом спектральной фильтрации, иногда применяемым на практике, является формирование отношения двух сигналов (по. токов), взятых наразличных участках спектра излучения обэекта. По этому принципу, в частности, работают цветовые пирометры, с помощью которых осуществляется идентификация излучателей по цвету («по сине-красному отношению»).
Если цветовая температура Т обнаруживаемого объекта, прини- Ц маемого за черный или серый излучатель, известна, то отношение спектральных плотностей яркости на длинах волн Л, и Лг определяется в соответствии с законом Планка при ЛТ < 3000 мкм К: Глава 11. Фильтрация сигналов а оптико-электронных приборах Выбрав Л, и Л и зная приборные постоянные можно однозначно определить, соответствует ли логарифм отношения сигналов, пропорциональных Вм и В (на длинах волн Л, и Лг), известной априорно температуре Т„. Отличие значения'логарифма отношения сигналов от заданного значения, соответствующего Т, свидетель- П' ствует о наличии помехи или ложной цели в угловом поле прибора. Одна из возможных схем реализации алгоритма (11.
26), позволяющая выделить полезный сигнал и, -)п (В „)Ьхг,), приведена на рис. 11.6. В некоторых системах двухцветовой спектральной селекции для индикации полезного излучателя (цели) можно использовать не только факт равенства спектрального отношения, например отношения яркостей в двух спектральных диапазонах, величине, априорно известной для заданной цели, но и факт превышения этого отношения над заданным значением. Действительно, для черных и серых тел спектральное отношение монотонно изменяется при изменении температуры тела.
Поэтому можно в процессе сканирования поля обзора узкопольной системой определять те зоны поля, для которых температура превышает заданный пороговый уровень, Рис.11.б. Схема прибора, реализующего способ двухцветной спектральной фильтрации: Ь и Ьп» вЂ” яркости источника сигнала и помех; Ф вЂ” оптический цветоделительный фильтр; БЛ вЂ” блок логики ллв азлк лл, и л/ ф хз т.т 323 322 $ Ю.Г. Якушенков.
Теория и расчет оптико-электронных приборов Следует помнить, что сигналы, образующие отношение„с которым сравнивается априорно задаваемое пороговое значение, зависит не только от спектра излучения целей и помех, но и от пропускания сре ды на пути между источниками и прибором. Это заметно усложняет реализацию на практике способов спектральной оптической селекции для некоторых типов ОЭП. Чтобы оценить достоверность двухцветовой (а в более общем случае и многоцветовой) селекции излучателя на фоне помех н в присут ствии шумов, следует рассмотреть статистические соотношения между отдельными параметрами, определяющими значения сигналов в каналах схемы. Один из возможных путей их нахождения может быть следующим. Сначала составляются выражения для сигналов, поступающих на входы каналов прибора, например для освещенностей Е,(Х,, Хв) и Е (Х, Х,) в спектральных каналах Хт Х и Х ...
Х„прибора. Затем определяется полный дифференциал (погрешность) этих функций, выраженный через частные погрешности отдельных параметров. Зная законы распределения этих погрешностей или задаваясь этими законами, а также устанавливая корреляционные связи между отдельными параметрами, в системе ортогональных координат Е,Е, можно построить кривые, характеризующие вероятность того, что отдельные точки в плоскости (Е„Ев) принадлежат одному и тому же излучателю. При известных спектральных характеристиках излучения исследуемого объекта и помехи можно осуществить так называемую болонскую спектральную фильтрацию (26), например с помощьюдзухцветного растра.
В таком растре вместо полностью прозрачных н непрозрачных ячеек поочередно располагаются элементы (например, сектора), одни из которых пропускают излучение в одной области спектра Х, ... Х, а другие в другой — Х ... Х . Если спектральные пропускания т,(Х) и т (Х) в этих областях подобрать так, чтобы сигналы на выходе приемника с чувствительностью а(Х) от помехи со спектром Ф,(Х) были равны для различных элементов растра, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
