Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 74
Текст из файла (страница 74)
я 4.4); Гв = 2я/)х— волновое число; Ь вЂ” длина трассы; К„м 5,9(о'; 1р — внутренний масштаб турбулентности (для горизонтальной приземной трассы 1о = 1мм). При разнесении опорного и сигнального пучков отношение сигнал/ шум заметно уменьшается с ростом С„в. 12.3. Динамический метод приема [метод счета однозлектронных импульсов) По мере снижения уровня шумов или при уменьшении длительности полезного сигнала может заметно проявляться дискретная природа помех, например радиационного шума приемника. Поэтому наряду с методами приема и преобразования оптического сигнала в электрический, при которых регистрируется среднее значение выходною тока или напряжения и которые называются статическими, на практике используется динамический метод (режим) работы, когда регистрируются отдельные импульсы тока или напряжения.
Иногда этот метод называют методом счета одноэлектронных импульсов. При динамическом методе сигнал на выходе приемника характеризуется скоростью счета импульсов, возникающих при попадании на 384 фоточувствительный слой отдельных квантов излучения. Среднее число фотоэлектронов, возникающих в цепи приемника при попадании на него потока излучения Ф, п„=цФ,')тс, (12.4) где т) — квантовая эффективность фотоприемника; у — оптическая частота излучения; гт — постоянная Планка. Если в качестве приемника используется фотоэлектронный умно- житель (ФЭУ), то каждый отдельный фотоэлектрон вызывает на аноде лавину электронов, число которых определяется коэффициентом усиления ФЗУ и которые заряжают его распределенную выходную емкость С (обычно С = 4...
20 пФ). Если С успевает разрядиться через нагрузку Я до прихода следующей лавины электронов, то регистрируются неперекрывающиеся одноэлектронные импульсы, соответствующие приходу на фотокатод отдельных квантов излучения. Устанавливая определенный уровень срабатывания следующей за приемником электронной схемы, можно подавить значительную часть шумовых импульсов, возникающих вне фотокатода. Число регистрируемых в единицу времени квантов (скорость счета квантов) 1ггп = и' задается неравенством и' > 12С.
При и' < 1)С импульсы перекрываются и на выходе регистрируется интегральный фототок, т.е, приемник работает в «токовом» режиме (прямой метод приема). Если достигнуто разрешение всех импульсов во времени, то вероятность появления и импульсов в единицу времени описывается законом Пуассона (число и флуктуирует около пс)г р(п,п.) = (п,) ехр( — п«)Г'и! При этом отношение сигнал/шум где т, — время измерения (длнтельность сигнала); п — среднее число фотоэлектронов, возникающих вследствие внутренних шумов и воздействия внешнего фона на приемник.
Если для срабатывания ОЭП необходимо, чтобы число электронов и, превысило некоторый порог пгн то вероятность срабатывания определяется как р(п > п„п.) =,) [(и.) ехр(- п,)ггп!1. «=«д ~~ я«ушм«а» яхг 388 ЮГ. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов Из последнего выражения можно получить число и.,„, соответствующее заданной по техническим условиям вероятности р(л,пс)). Подставив и и в формулу(12 4), можно найти значениепотока, соответствующее заданной вероятности, и вести дальнейший энергетический расчет по обычной методике. Достоинством этого метода является то, что при счете импульсов используется вся энергия сигналов, в то время как при прямом и гетеродинном методах, осуществляемых с модуляцией сигнала, часть его энергии теряется.
Дискретная регистрация каждого импульса позволяет исключить влияние шума, обусловленного умножительной системой фотоприемника. Однако при увеличении уровня полезного сигнала эффективность метода счета уменьшается вследствие увеличения вероятности наложения одного импульса на другой, что может произойти, если при длительности импульса т, наблюдается соотношение и, т, > 1. По этой причине метод счета используется для приема слабых оптических сигналов. Перспективным направлением применения метода счета импульсов является оптическая локация, где интервал времени регистрации, в течение которого может появиться группа пришедших от излучателя (отражателя) фотонов, мал по сравнению со средним интервалом времени между двумя одноэлектронными импульсами фона.
Очевидно, что уменьшить вероятность наложения импульсов друг на друга можно путем применения весьма малоинерционного приемника. Обычно для счета импульсов используют ФЭУ, что в режиме счета теоретически позволяет существенно снизить порог чувствительности. Однако реальные свойства фотоумножителей заметно ухудшают ожидаемый теоретический выигрыш, а иногда приводят и к проигрыпту в чувствительности. Зто объясняется тем, что не все ФЭУ обеспечивают достаточно большое усиление, необходимое для того, чтобы все одноэлектронные импульсы превышали уровень шумов. Для распространенных катодов типа С1, С 11 и С20 число темповых отсчетов, вызванных термоэмиссией при 2б' С и ограничивающих порог разрешения, составляет соответственно 10'...10», 102...10з, 10'...10 импульсов в секунду с 1 см' площади фотокатода.
Повышение усиления за счет увеличения нагрузки приводит к росту постоянной времени цепи приемника, что ухудшает временнбе разрешение импульсов. Повысить чувствительность ФЗУ, увеличивая питающее напряжение, также обычно не удается, так как при этом возрастает уровень шумов схемы. Другими причинами, ограничивающими временнбе разрешение счетчика, являются флуктуации времени пролета электронов, кру- 386 Глава т 2 Краткая классификация основных методов приема оптических сигналов тизны фронта и формы импульсов.
Разброс времени пролета з ФЭУ со скрещенными полями и в микроканальных ФЭУ составляет десятки пикосекунд. Конгпрольные вопросы 1. При каких видах демодуляции можно осуществить гетеро дин ный метод приема? 2. В каких звеньях ОЭП можно реализонагь гетеродинирование? 3. Перечислите основные условия осуществления гегеродинного метода приема. 4.
Что нужно сделать, чтобы обеспечить гомодинный прием? б. Где в практике ОЭП используется гомодинный прием? 6. Что ограничивает чувствительность и максимальное значение отношения сигнал?шум при гегеродинном методе приема? Как оценить количественно зги ограннне.
ния? ?. Каковы достоинства и недостатки основных методов приема сигналов, применяемых в ООП (прямого, гегеродиннаго, динамического)? Ю.Г. Якушенксв. Теория и расчет оптико-электронных приборов Глава 13. АДАПТАЦИЯ В ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЪ|Х ПРИБОРАХ 13.1. Общие сведения о применении адаптации в оптико-электронных приборах Адаптацией называется процесс целенаправленного изменения параметров и структуры всего прибора или отдельных его звеньев по мере поступления текущей информации об изменениях параметров входных сигналов, среды и самого прибора, имеющий целью оптимизировать один или несколько критериев качества прибора. Чаще всего под адаптацией подразумевают самонастройку, т.е.
автоматическое изменение каких-либо параметров ОЭП, совершаемое в реальном масштабе времени. Однако под данное выше определение подходит и процесс неавтоматической подстройки параметров прибора, осуществляемый человеком-оператором. Хорошо известны процессы адаптации (самонастройки) в живой природе, например адаптация и аккомодация человеческого глаза. Во многих ОЭП необходимость адаптации вызывается широким диапазоном изменения внешних воздействий на прибор, нестабильностью параметров отдельных узлов прибора при изменении условий их эксплуатации и во времени, большим динамическим диапазоном входных сигналов, а также многофункциональностью ряда ОЭП и другим н факторами, приводящими порой к противоречивым требованиям к отдельным параметрам или структуре прибора в целом.
Например, для обеспечения максимальной дальности действии ОЭП целесообразно иметь минимальным его порог чувствительности, Однако, прибор не всегда должен работать на максимальных дальностях, поэтому для повышения его помехозащи щенн ости необходимо изменять порог чувствитель- 388 Глава 13. Адаптация в оптико-электронных приборах ности в зависимости от конкретных условий, в частности, от расстояния до наблюдаемого объекта. Загрубление порога позволяет повысить помехозащищенность ОЭП. Исходя из данного выше определения, обобщенную структурную схему адаптивного ОЭП, работающего пассивным методом (рис. 13.1), можно представить состоящей из оптико-электронной системы 1, выполняющей основную задачу, стоящую перед прибором; устройства контроля параметров входного сигнала и помех „собственных параметров прибора и условий его работы 2; блока обработки информации (блока логики) 3, вырабатывающего управляющие сигналы по заранее заданному (жесткому) или выбираемому в процессе работы ОЭП (гибкому) алгоритму в соответствии с информацией, получаемой извне и от самого прибора 1; и исполнительного устройства 4.
В случае работы ОЭП активным методом на вход устройства 2 может поступать информация от передающей системы или отдельных ее узлов, например от источника излучения, а исполнительное устройство может воздействовать на параметры передающей системы. Вкодиий сиенап и иелкгяи выкодией гигиаа дярулткаюи(аи града Рнс.13.1. Структурная схема адаптивного ОЗП 389 Процесс адаптации может осуществляться непрерывно все время работы ОЭП, а также и с определенной периодичностью, например путем периодической калибровки прибора или отдельных его узлов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
