Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 78
Текст из файла (страница 78)
Активная коррекция (адаптация Формы зеркала) осуществляется через систему разгрузки главного зеркала и характеризуется низкими частотами (до 1 Гц). В большинстве случаев адаптивными строят вторичные и вспомогательные малые зеркала. Небольшие их массы позволяют компенсировать быстро изменяющиеся деформации волнового фронта, вызванные атмосферной турбулентностью, вибрациями конструкции телескопа и рядом других причин. Применение адаптации позволяет существенно приблизиться к днфракционному пределу разрешения в современных телескопах. В некоторых телескопах разрешение в видимом диапазоне уже составляет 0,2"... 0,3". Адаптивная оптика успешно используется при разработке составных крупногабаритных оптических систем, применяемых в аст- 403 Коитрольиыс вопросы 405 Ю.Г.
Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов рономии, в лазерных наземных и космических системах вооружения, других системах дистанционного зондирования. В таких системах од ной из проблем является создание искусственных опорных источников, по отношению к изображению которых ведется оценка искажений волнового Фронта приходящего оптического сигнала.
Эти источники мо тут быть внешними или внутренними по отношению к оптической системе. Иногда внешним источником может быть и сам наблюдаемый или контролируемый объект, в некоторых случаях — зто маяк, устанавливаемый на земле, на другом спутнике и т.д. Для создания внут реннего опорного источника часто используется лазер и автоколлима ционная схема с уголковыми отражателями, жестко связанными с конструкцией всей системы. В некоторых современных разработках вместо уголковых отражателей (триппель-призм) стали применять голографический рельеф (световозвращатель), наносимый на поверхность зеркала, профиль которого изменяется в процессе адаптации.
Одним из основных ограничений в адаптивных оптических системах является малость изопланатического углового поля, в котором характер искажений волнового фронта постоянен. Небольшой размер этого поля затрудняет работу адаптивных систем, в частности, из-за возможного отсутствия в нем внешнего опорного источника. Это свойственно, например, адаптивным телескопам, для которых в малых угловых полях часто затруднительно найти достаточно яркий опорный источник — звезду. Для решения возникающей проблемы было предложено создавать искусственные лазерные опорные звезды в атмосфере, т.е. использовать обратное рэлеевское рассеяние лазерного пучка в атмосфере на высотах 10... 20 км или резонансную флюоресценцию атомов натрия в мезосфере на высоте около 90 км.
При использовании лазера с мощностью 6 Вт были образованы искусственные звезды размером 1"...2" и яркостью 10... 14-й звездной величины. 1. кзкив звенья оэп нвнбслгв чувствительны к изменению мощности оптического сигнала, приходящего нв вход прибсрв2 2. Приведите пример адаптации зрительного органа живых организмов. 3.
Что сильнее влияет нз значение потока, приходящего нз вход ОЭП: изменение рвсстояиия дс излучателя или изменение силы сгс излучеиия2 4. Срввиите здзпти нные системы с фвзсвым сопряжением и с апертурным зс иди рсвзнием. Глава 14. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов Часть |!! МЕТОДЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ Глава 14. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ОПТИКО- ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ 14.1. Критерии качества оптико-электронных приборов В связи с большим многообразием ОЭП критерии их качества могут быть самыми различными.
Учитывая, что для многих ОЭП одна из важнейших задач - это уверенный прием сигнала на фоне помех и шумов и качественное воспроизведение его параметров, наиболее распространенными критериями качества являются статистические критерии, ряд которых был рассмотрен или упомянут выше. К ним относятся средний риск г(см. Э 11.1), условные вероятности правильного обнаружения, ложных тревог и т.
д. и рассчитываемое на их основе отношение правдоподоб я Л (см. з 11.2). Приборы, предназначенные для измерений, характеризуются прежде всего точностью, оценками которой служат нормируемые метрологические характеристики: функция преобразования, систематическая и случайная составляющие инструментальной погрешности прибора, вариация выходного сигнала, динамические ЮГ. Якушенков. Теория и расчет оптикс-электронных приборов характеристики и др. Некоторые из них будут рассмотрены ниже, в гл. 15. Специфическими для ОЭП являются критерии, определяющие энергетическое разрешение прибора. К ним прежде всего относятся пороговая чувствительность или порог чувствиательности ОЭП, определяемые как минимальные значения потока Ф„„о или облученности Е, „„на входном зрачке, при которых обеспечивается отношение сит.
нал,тшум р, необходимое для правильного (надежного) срабатывания прибора, например, для обеспечения заданной вероятности правильного обнаружения. В случае, когда преобладают внутренние шумы приемника излучения, пороговую чувствительность ОЭП можно определить как Еп оэп = )тч -4 Чу', ~Р*А« т) оэп) * где А — площадь чувствительного слоя приемника; ду' — полоса пропускания электронного тракта; Р— удельная обнаружительная способность приемника, пересчитанная от условий паспортизации приемника к реальным условиям его работы (см. э 6.4); А,„— площадь входного зрачка„йо „вЂ” КПД ОЭП (см.
э" 14.5). За рубежом энергетическая чувствительность ОЭП обычно оценивается эквивалентной мощностью шума (ХЕР) или эквивалентной шумам плотностью потока (ХЕЕР), которая представляет собой облученность входного зрачка ОЭП при отношении сигнал,тшум на выходе прибора, равном единице. Очень часто для оценки качества ОЭП используется зависимость Е,, или ХЕРР от длины волны, которая определяет облученность на каждой длине волны, необходимую для образования сигнала, равного уровню шума прибора. Для оценки ОЭП, работающих с импульсными сигналами, служит отношение максимальной амплитуды сигнала, деленной на среднее квадратическое значение шумов, к значению Е„„, или ХЕРР. Оптико-электронные приборы, создающие изображение в ИК области спектра (тепловизоры), часто характеризуются эквивалентной шумовой температурой (ЭШТ), которая определяется как температура эквивалентного черного тела, помещенного в плоскость объекта и создающего на выходе прибора отношение сигнал/шум, равное единице.
Иногда пороговую характеристику такого ОЭП определяют как разность температур двух черных тел, при которой обнаруживается их различие. В зарубежной научно-технической литературе эквивалентную шумам разность температур (ХЕТР) часто нормируют, приводя ее к 406 Глава т4. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов единичной полосе пропускания делением на корень квадратный из значения полосы пропускания Д1.
Качество некоторых типов ОЭП, например, систем тепловидения, оценивают их контрастной чувствительностью(пороговым контрастом на входе прибора), которая сравнивается с контрастом, определяемым соотношением яркостей наблюдаемого объекта и фона в плоскости расположения объекта и называемым иногда контрастным отношением «сигнал-фон» в плоскости объекта Еоб ~ф ф где Ем и Ь вЂ” яркости объекта и фона в плоскости объекта. При малых разностях температур объекта и фона дТ, принимаемых за черные тела, можно записать ) смЬТ), т м(1,т) При выполнении условия ЕТ < 3000 из закона Планка (см.
Э З.э) следует 1Т р„(1,дт) = с'дт. Например, для Т=ЗОО'К „() дт) 0 16дт Отсюда легко определить, как меняется контраст при изменении спектрального диапазона работы ОЭП, т.е. длин волн 1. Контрастная чувствительностьОЭП (контрастное отношение «сигнал-фон» на входе ОЭП), обычно определяется как ~М.вх ~ф.вх где Ьм,„и Ьф,„— яркости объекта и фона, на котором он наблюдается, приведенные ко входу (входному зрачку) ОЭП.
Величины Ь„,„и Ьф,„и, соответственно, Р„,х отличаютсн от Ь,б, Е и р как за счет различия в пропускании среды на различных трассах «объект ОЭП» и «фон ОЗП», так и вследствие прихода на вход ОЭП потоков не только от объекта и фона, но и от среды распространения излучения. Зти потоки обусловлены, например, собственным излучением среды и рассеяным в ней излучением источников, находящихся вне углового поля ОЭП. 407 (14.1) 409 408 Ю.Г. Якушвнкав. Теория и расчет оптико.электронных приборов Эквивалентная шуму разность температур (пороговая разность температур) /аТ, в ряде случаев недостаточно полно описывает качество ОЭП.
В 114) указываются основные недостатки этого критерия применительно к системам тепловидения, в которых происходит пре образование невидимого глазу инфракрасного излучения в видимое изображение на экране системы отображения, например, на экране дисплея. Так„ /уТ,, измеряемая на выходе электронного тракта, не учитывает процессов ухудшения качества сигнала (изображения) за счет ограниченной разрешающей способности системы отображения информации и зрительного аппарата человека-оператора. Для более полной характеристики системы «прибор-оператор» обычно используется такой критерий как минимальная разрешаемая разность температур ЬТ, (в зарубежной литературе МГ«Т или МЯТТу), под которой понимается разность температур специального штрихового тест-объекта (трех- или четырехполосной миры с прямоугольным законом изменения яркости полос и отношением их высоты к ширине 7:1), которая обеспечивает необходимое для разрешения пороговое отношение сигнал/шум (обычно 2,0...2,5).
Одним из наиболее распространенных выражений для /»Тм как Функции пространственной частоты Г'„(мрад'] является [14)т где б (/„) — передаточная Функция (частотная характеристика) всей системы «ОЭПч- наблюдатель»; /кр — угловой размер элемента приемника по вертикали, т.е. в направлении по оси у, перпендикулярном траектории сканирования,мрад; и« вЂ” скорость сканирования (мрад.с' ) .т по оси х; при постоянстве о„частота сигнала / в Гц равна ~=/„и„; Є— частота кадров, Гц; к„, — время, которое система «глаз-мозг» человека-наблюдателя затрачивает на суммирование и осмысление визуального сигнала, с (часто принимают к„, = 0,1...0,2 с); р, — так называемый коэффициент ширины полосы, определяемый как ') Ф (/)(К,(/)К,ЯК,.ЯЬ1 (/„/2Г уг(Г о Рыы.
= /к/, Ф (/) — спектральная плотность мощности шума на выходе приемника излучения; К (/„) — передаточная функция (частотная характерис- Глава 14, Энергетические расчеты оптика-электронных приборов тика) электронного тракта; К„(/„) — передаточная функция (частотнаяхарактеристика)системыотображения, например,видеоконтрольного устройства; К„,(/„) — передаточная функция (частотная характеристика) глаза наблюдателя; в(пс (/„/2/'„) = е1п(л/„/2/' )/(л//2/„)— частотная характеристика, учитывающая узкополосную пространственную фильтрацию периодической структуры (миры), состоящей из прямоугольных полос с основной частотой / (мрад' ), осуществляемую в зрительном аппарате; /' =/ и„— частота (Гц), соответствующая основной пространственной частоте миры /„, мрад; Л/, — эквивалентная шумовая полоса всей системы в Гц (см.
Э 14.7), / — частота в Гц. Выше, в Я 10.4, 10.5, 10. 7, 10.8 были приведены выражения для расчета входящей в (14.1) передаточной функции С (/,) и отдельных ее составляющих, в том числе К,(/„), К„(Г„) и К„,(Г,). Методы расчета основных энергетических пороговых характеристик ОЭП описаны ниже. Помимо энергетического разрешения качество ОЭП может характеризоваться пространственной разрешающей способностью: пространственно-частотной характеристикой всего ОЭП или пороговым угловым или линейным разрешением, а также временным разрешением, определяемым динамическими характеристиками ОЭП.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
