Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 84
Текст из файла (страница 84)
Обобщенная структурная схема такой системы приведена на рис. 13.4. Рис.13.4. Структурная схема адаптивной системы с апертурным зондирсванием На схеме: 1 — источник излучения; 2 — фронт возмущенной волны; 3 — блок апертурного зондирования; 4 — фазовый корректор (устройство управления волновым фронтом); б — полупрозрачное зерка- 400 Глаза 13. Адаптация э оптико-электронных приборах ло; 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 эдаптивнои 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 сигнада, 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 ко. В результате интерференции двух пучков (от вер- Рис. 13.3. Простейшая адаптивная система с апертурным зондированием хнего и нижнего каналов) на отражающей поверхности объекта 2 образуется интерференционная картина в виде светлых и темных полос или концентрических окружностей (при интерференции сферических волн). Эта картина изменяет положения своих максимумов и минимумов — светлых и темных участков с частотой модуляции ш. Фаза этого сигнала зависит от фазовых возмущений, вносимых средой. Пришедший на приемную систему 7 сигнал частоты ш после приемника 6 поступает на один из входов синхронного детектора Б (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 «блестя- щей» точке). Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико.апектронних приборов В случае многоканальной системы фазу каждого канала модулируют своей собственной частотой и обычно максимизируют суммарну„т освещенность на блестящей точке, создаваемую при наложении колеб лющихся интерференционных картин.
Получая на приемнике 6 сит нал, 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 сигналт'шум 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 оптнко-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 Гпава тз. Адаптация в оптико-апектронних приборах ми обычно низкочастотный характер (с частотами 10 ...5 Гц) атмострерными 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, из менее качественных материалов, с большими остаточными потрешностями обработки, что в совокупности заметно снижает массу теркала, уменьшает сроки и стоимость его изготовления.
Активная коррекция (вдаптация 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 дифракционному пределу разрешения в современных телескопах.
В некоторых телескопах разрешение в видимом диапазоне уже составляет 0„2"... 0,3". Адаптивная оптика успешно используется при разработке сотттавных крупногабаритных оптических систем, применяемых в аст- 403 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов Глава 14. Энергетические расчеты 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 вол нового фронта приходящего оптического сигнала. Эти источники мо тут быть внешними или внутренними по отношению к оптической си стеме.
Иногда внешним источником может быть и сам наблюдаемый или контролируемый объект„в некоторых случаях — это маяк, устанавливаемый на земле, на другом спутнике и т.д. Для создания внутреннего 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 б Вт были образованы искусственные звезды размером 1"...2" и яркостью 10...14-й звездной величины. Коигярольи не вопросы 1.
Какие звенья ОЭП наиболее чувствительны к изменению могцностн оптического сигнала, приходящего на вход прнборау 2. Приведите пример адаптации зрительного органа живых организмов. 3. Что сильнее влияет на значение потока, приходящего на вход ОЭП: изменение расстояния Ло излучателя нлн изменение силы его нзлученнят 4. Сравните адаптивные системы с фазовым сопряжением н с апертурным зонднуо. ваннем.
Часть! И 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 шумови качественное воспроизведениеегопараметров,наиболеераспространенными критериями качества являются статистические критерии, ряд которых был рассмотрен или упомянут выше.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
