Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 93
Текст из файла (страница 93)
С учетом критерия работоспособности прибора (отношение сигналтшум, аб- ЮГ. Якунтенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов солютное значение потока и т.д.) определяют выражения для полезного сигнала, сигнала от помех и фона. Очень часто на первом этапе расчета принимают, что чувствительность ОЭП ограничивается лишь внутренними шумами, в первую очередь шумами приемника, а влиянием внешних помех можно пренебречь или его можно существенно ослабить описанными в гл. 11 методами фильтрации. Хотя это предположение весьма условно, с точки зрения общей методики расчета дальности действия ОЭП оно не столь уже принципиально, так как влияние внешних помех можно учесть соответствующим изменением вида основного энергетического уравнения, например, вводом в выражения типа (14.11), (14.36), (14.37) дополнительных алгебраических слагаемых, определяющих составляющие потока Ф,„или освещенности Е,„от помех и фона.
Так, если среднее квадратическое значение освещенности, создаваемой внешними фоновыми помехами и приведенной ко входу ОЭП, равно Ее, то вместо (14.36) запишем с некоторым допущением тг 1 1 й Нв(арфе пгрп!(гррт)оэп)1' где ń— пороговая освещенность приемника излучения (паспортный параметр); гр„и гр — коэффициенты использования приемника для условий паспортизации и реальных условий работы прибора, рассчитанные с учетом пропускания реальных сред, фильтров, оптических деталей, имеющих место и используемых как при паспортизации приемника, так и при работе его в составе ОЭП; т)'„„— КПД системы первичной обработки информации (не учитывающий влияние электронного тракта). Пользуясь основным энергетическим уравнением, можно найти дальность действия ОЭП для предельных условий — дальность обнаружения.
Например, при использовании (14.36) тк1 т л , НаЕпоэп Для На=1 дальность обнаружения иногда называют нормирующей дальностью 1о. Если считать, что с изменением г полезный сигнал меняется по закону 1Д, а сигнал от фоновых помех Е и пороговая освещенность 2 приемника Е„, т.е. и Еп „, остаются постоянными, то из (14.36) легко полУчить, что На = (то,г)п) . Отсюда 1= (ог' чНа ° Глава 14 Энергетические расчеты оптико-электронных приборов Таким образом, в этом случае для расчета дальности обнаружения необходимо знать величины то и Н . Значение ноРмиРУющей дальности то можно найти из основного энергетического уравнения ОЭП, приняв в нем отношение сигналгшум равным единице.
Затем, как уже указывалось, значение отношения сигналггшум выбираем для заданных или вычисленных вероятностей обнаружения и ложной тревоги по характеристикам (кривым) обнаружения и подставляем это значение в (14.38). Более существенным является то, что величина 1 и в этих случаях входит в выражения типа (14. 36) дважды, как это уже отмечалось при анализе (14.36). Здесь также можно воспользоваться методом последовательных приближений или задаться некоторым интегральным значением коэффициента пропускания среды т, для наибольшей заданной дальности и наихудших условий распространения оптического сигнала. При наличии в угловом поле ОЭП излучающих помех и фонов следует учитывать изменение порогового потока приемника Ф„и пороговой чувствительности прибора Ф„м„в зависимости от величины суммарного потока, попадающего на чувствительный слой приемника. Эти изменения описываются фоновой характеристикой порогового потока.
Изменение Ф, можно также рассчитать, если представить напряжение шумов приемника в виде функции падающего на него потока и учесть изменение вольтовой чувствительности приемника в соответствии с ее энергетической характеристикой (см. Э 6.3). Анализируя выражения типа (14.37) и аналогичные ему, можно видеть, от каких параметров и в какай степени зависит дальность действия ОЭП. Так, при работе активным методом часто выгоднее увеличивать площадь выходного зрачка передающей системы, а не площадь входного зрачка приемной оптической системы.
При пассивном методе работы ОЭП увеличение дальности достигается: увеличением площади входного зрачка; уменьшением порогового потока приемника, например, за счет уменьшения плогцади чувствительного слоя прием- ника А и полосы пропускания АГ" (см. Э 6.2); увеличением КПД системы т),ч„. В каждом конкретном случае расчета дальности необходимо анализировать эффективность средств спектральной, пространственной и временной фильтрации, поскольку они во многом определяют величину Ф„к„. В [24) приведены и анализируются формулы, определяющие дальность действия различных ОЭП (поисковых систем, следящих систем с растровыми анализаторами, систем с импульсной модуляцией), а 447 Копшрольпыс вопросы 449 15 Якушеккок Ю Г Ю.Г.
Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов также даются некоторые конструкторские рекомендации по увеличению дальности действия ОЭП, работающих в условиях фонового излучения. Методика получения этих формул в общих чертах та же, что и описанная выше. 11ужно отметить, что иногда дальность действия ОЭП определяется исходя из условий обеспечения необходимой точности измерения, осуществляемого с помощью ОЭП. В этом случае значение отношения сигналуешум р в основном энергетическом уравнении выбирают из условия обеспечения допустимой погрешности, например по формуле (10.6), как рабочий или динамический диапазок работы измерительного ОЭП, т.е.
как отношение диапазона измеряемой величины к средней квадратической погрешности измерения. 1. При каких допущениях можно использовать формулы (14.3) ... (14. 8) для расчсов ОЭП? 2. В каких случаях ври энергетических расчетах ОЭП можно пренебречь собственным излучением наблюдаемых объектов и в каких отраженным? 3. Какими конструктивными мерами можно достичь увеличения дальности дсйствия ОЭП? 4.
Как изменяются потери знсргии в о~тичсской систсмс (потори на отражение, по- тари на поглощение) с ростом длины волны излучения? б. Зависит ли отношснио сигнал(шум (см. формулу (14. 24)) от углового поля объск. тива приемной систсмы ОЭП? 6. Каков характср измзнання тсмпсратурной разрешающей способности ОЭП ЬТ, в зависимости от температуры наблюдасмого объекта? Глава !б.
Точностные расчеты пптико-электронных приборов Глава 15. ТОЧНОСТНЫЕ РАСЧЕТЫ ОПТИКО- ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ 15.1. Критерии точности, классификация приборных погрешностей и ошибок измерений Выше отмечалось, что критериями качества оптико-электронных измерительных приборов и систем (систем воспроизведения) в общем случае являются такие статистические оценки, как средний риск, среднее значение (математическое ожидание), дисперсия или среднее квадратическое значение флуктуационной составляющей погрешности или ошибки. Числовые значения этих критериев или показателей качества ОЭП зависят от того, по какой совокупности случайных величин производится статистическое усреднение, т.е.
их определение. Оно может производиться как осреднение совокупности результатов измерений, проводимых отдельными ОЭП, как осреднение совокупности точностных параметров и характеристик достаточного множества ОЭП, а также как одновременное осреднение и по совокупности измерений и по совокупности приборов. Для определения указанных критериев необходимо прежде всего знать законы распределения вероятностей погрешностей прибора в целом и отдельных его звеньев, а также ошибок, свойственных измерениям, производимым с помощью прибора. Ке менее важно учитывать стационарность и эргодичность рассматриваемых случайных величин и процессов (см.
Э 2.2). Погрешности можно классифицировать различным образом: по размерности различают абсолютные и относительные погрешности; Ю.Г. Якуетенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов Глава 15. Точностные расчеты оптико-электронных приборов по характеру связи с измеряемой величиной — аддитивные, мультипликативные, степенные, периодические; по закономерности появления — систематические и случайные; по причинам появления — методические и инструментальные (конструкторско-технологические); по условиям появления — статические и динамические.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
