Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 77
Текст из файла (страница 77)
13.2. Система с фа»овым сопряжением то этот участок — «блестящая точка», создающая блик, может рассматриваться как точечный источник отраженной сферической волны 13. Сферическая волна, проходя через возмущающую среду, искажается, и на вход приемопередающей системы, т.е. на фазовые корректоры (фазовращатели) Б, поступает волна 7. Фазовые отклонения этой волны от идеальной могут быть измерены гетеродинным методом.
На приемнике 3 происходит сравнение Фаз волны 7 и опорного сигнала, являющегося частью излучения лазера, прошедшего через полупрозрачные делители 4 и отраженного от зеркала 14. В электронных блоках 2 образуются сигналы, пропорциональные фазовым искажениям отдельных участков волны 7. Эти сигналы управляют фазовыми корректорами таким образом, что выходящая волна 8 становится сопряженной волне 7, т.е. волны 7 и 8 оказываются сопряженными по фазе. Если искажения в среде на пути волны к объекту и на обратном пути от объекта к приемопередающей системе одинаковы, т.е. например, за время распространения излучения к объекту и обратно и за время определения и ввода фазовых искажений в переотраженную волну 8 не происходит изменений в фазовой структуре среды, то прошедшая «вторично» искажающую среду волна 11 будет сферической (произойдет взаимная компенсация отклонений Фаз, внесенных корректорами, и фазовых искажений, вносимых средой).
Излучение будет собираться на «блестящую точку» объекта. Аналогичным образом работают системы с адаптацией принимаемой волны (рис. 13.3). В них часть принятого от источника оптического сигнала с искаженным после прохождения неоднородности волновым фронтом направляется после объектива 2 через светоделитель Глава 13. Адаптация в оптико-электронных приборах 5 на датчик волнового фронта (приемник тракта коррекции) 8. В процессоре 9 разделяется информация о высоких порядках фазовых искажений, которая поступает на корректор локальных искажений волнового фронта 4 через его привод 7, и информация об общем наклоне фронта волн, поступающая на корректор наклона волнового фронта 1 через привод 3.
В результате двойной коррекции на основном приемнике излучения 6 формируется высококачественное изображение. Рис.13.3, Система с адаптацией принимаемой волны Системы последнего типа используются для компенсации размытия изображений путем автоматической Фокусировки изображения. В качестве устройства воздействия на волновой фронт могут использоваться так называемые активные оптические элементы — секционированные зеркала, зеркала с непрерывной деформируемой поверхностью, многоэлементные оптические системы (23, 361. Отдель- 399 Ю.Г. Якунинков. Теория и расчет оптико-злектронник приборов ные элементы таких систем обеспечивают корректировку определенных возмущений волнового фронта — его наклоны, расфокусировку и т.д.
Мерой качества адаптации в них может служить значение интеграла 1=) ) Е(х,у)А(х,у)с(хс(у, ху где Е(х, у) — распределение освещенности в плоскости изображения (плоскости анализа); А(х, у) — пропускание растра анализатора, установленного в плоскости изображений; х и у линейные координаты. Максимизация1является основной задачей таких адаптивных систем. Достоинствами систем с фазовым сопряжением являются высокое быстродействие и высокая чувствительность при больших расстояниях до наблюдаемого объекта.
К их недостаткам можно отнести, в первую очередь, сложность приемной системы„в которой необходимо совмещать приемный и передающий каналы. Системы с апертурным зондированием. Принцип апертурного зондирования основан на внесении в волновой фронт некоторых пробных возмущений, которые преобразуются в амплитудные возмущения сигнала.
В системах активного типа (системах с адаптацией выходящей волны) максимизируется освещенность на объекте (на блестящей точке); она получается путем наложения колебаний, создаваемых в каждом из каналов, на которые разбивается передающая апертура. В системах пассивного типа (системах с адаптацией принимаемой волны) в качестве критерия качества адаптации используется какой- либо критерий резкости изображения, например максимум приведенного выше выражения для интеграла 1. Обобщенная структурная схема такой системы приведена на рис. 13.4.
Рис. 13.4. Структурная схема адаптивной системы с апертурным зондированием На схеме: 1 — источник излучения; 2 — фронт возмущенной волны; 3 — блок апертурного зондирования; 4 — фазовый корректор (устройство управления волновым фронтом); 5 — полупрозрачное зерка- 400 Глава 13. Адаптация в оптико-электронных приборах до; 6 — анализатор и приемник изображения; 7 — блок обработки данных и управления фазовым корректором и блоком апертурного зондирования; 8 — приемная оптико-электронная система. В таких системах осуществляется разделение апертур (зрачков) на отдельные каналы, в каждом из которых ведется своя коррекция фазы возмущенного пучка.
Для уяснения принципа работы адаптивнои системы с апертурным зондированием рассмотрим простейшую систему, состоящую из двух каналов (рис. 13. 5). Фазовый корректор 3 условно представлен лишь в одном из каналов, т. е. фаза сигнала, посылаемого от источника 7 к объекту 2, в верхнем канале постоянна. С помощью модулятора„совмещенного с фазовым корректором 3, излучение, выходящее из нижнего канала передающей системы, модулируется с частотой ш. В результате интерференции двух пучков (от вер- Рис. 13.б. Простейшая адаптивная система с апертурным зондированием диего и нижнего каналов) на отражающей поверхности объекта 2 образуется интерференционная картина в виде светлых и темных полос нли концентрических окружностей (при интерференции сферических волн).
Эта картина изменяет положения своих максимумов и минимумов — светлых и темных участков с частотой модуляции и. Фаза этого сигнала зависит от фазовых возмущений, вносимых средой. Принтедший на приемную систему 7 сигнал частоты ш после приемника 6 юступает на один из входов синхронного детектора 6 (см.
3 9.2), на другой вход которого поступает опорное напряжение той же частоты от генератора 4. Амплитуда низкочастотной составляющей сигнала на выходе синхронного детектора пропорциональна разности фаз сигналов, поступивших на его входы. Этот сигнал ошибки имеет частоту, определяемую частотой изменения фазовых возмущений на пути распространения излучения, которая гораздо меньше частоты ш. Сигнал ошибки используется для управления фазовым корректором 3 таким образом, чтобы фаза сигнала нижнего канала обеспечивала постоянство максимума интерференционной картины на объекте (на «блестящей» точке).
401 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов В случае многоканальной системы Фазу каждого канала модулируют своей собственной частотой и обычно максимизируют суммарную освещенность на блестящей точке, создаваемую при наложении колеблющихся интерференционных картин.
Получая на приемнике б сигнал, содержащий все частоты модуляции, с помощью синхронных детекторов и фильтров в каждом канале выделяют только свой рабочий сигнал. Такие многоканальные системы могут работать и по минимуму сигнала ошибки, соответствующему минимуму освещенности в плоскости объекта, т.е. по «темной» точке, а также по границе между светлыми и темными участками. Многоканальные адаптивные системы с фазовой модуляцией по конструкции проще систем с фазовым сопряжением, так как в них меньшие требования предъявляются к стабильности оптической системы, в них используется одна приемная система, а их электронные блоки состоят из относительно недорогих низкочастотных элементов.
Однако системы с апертурным зондированием имеют меньшее быстродействие, а отношение сигналтшум в них сравнительно невелико, что ограничивает дальность их действия. Обеим разновидностям рассмотренных адаптивных систем присуще снижение точности коррекции фазовых искажений при перемещении наблюдаемого протяженного объекта, например, при его вращении.
При этом вследствие интерференции излучения, отраженного от различных участков (поверхностных неоднородностей) движущегося объекта, в приемной системе возникает подвижная пятнистая структура (спекл-структура), что приводит к паразитной модуляции, снижающей эффективность адаптации. Более подробные сведения об адаптивных системах с компенсацией фазовых искажений содержатся в литературе (23, 36 и др.]. 13.7. Адаптация а крупногабаритных оптических системах В таких крупногабаритных оптических и оптико-электронных системах, как телескопы наземного и космического базирования, оптические станции слежения и траекторных измерений, некоторые оптические системы связи, часто необходимо автоматически воздействовать на характеристики волнового фронта приходящего излучения с целью получения наилучшего для данных условий качества изображения наблюдаемого или контролируемого объекта.
Искажения волнового фронта могут вызываться рядом причин: гравитационными и температурными воздействиями на элементы конструкции, носящи- 402 Глава 13. Адаптация в оптико-электронных приборах ми обычно низкочастотный характер (с частотами 10 в...б Гц) атмосферными искажениями, спектр которых высокочастотный (частоты до 1 кГц). Средства компенсации этих искажений можно разделить на две основные группы. В одних случаях фаза волнового фронта может регулироваться изменением скорости распространения света, в других- изменением геометрии оптической системы.
В системах первой группы используются оптические материалы, обычно кристаллы, с управляемыми оптическими характеристиками. В них не удается обеспечить широкий спектральный диапазон, работу с широкими пучками, требуемые амплитудно-частотные характеристики. Поэтому на практике гораздо более широко распространены системы с изменяемой геометрией, что обычно достигается путем направленной деформации поверхности одного или нескольких зеркал, входящих в оптическую систему. Кроме этих двух групп известны адаптивные когерентные оптические системы, работающие на основе эффекта обращения волнового фронта в средах с нелинейными оптическими свойствами (23).
Эта группа(нелинейная адаптивная оптика) находит пока ограниченное практическое применение. С развитием оптических адаптивных систем связаны перспективы совершенствования крупногабаритных телескопов, и в частности, создание систем с диаметром в несколько метров и даже в несколько десятков метров. Наиболее крупногабаритные главные зеркала современных телескопов изготовляют облегченными, менее жесткими, пз менее качественных материалов, с большими остаточными погрешностями обработки, что в совокупности заметно снижает массу зеркала, уменьшает сроки и стоимость его изготовления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
