Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов (1977) (1095911), страница 89
Текст из файла (страница 89)
Оптический коррелометр (согласованный фильтр) дает воз можность не только обнаружить сигнал, но и точно указать его положение на плоскости. В нем можно реализовать почти любую передаточную функцию, так как условие физической осуществимости на оптические системы не распространяется.
Более подробные сведения об оптических системах фильтации можно найти в специальной литературе. 4.3. Оптимальная фильтрация при окрашенном шуме ' В случае шума с произвольным спектром в ()), когда все полученные зависимости, определяющие способы реализации оптимального фильтра, недействительны, тем не менее возможны пути создания фильтра, приближающегося к оптимальному.
Наиболее простой путь заключается в приведении заданного шума к белому шуму. Вначале подбирают фильтр, передаточная характеристика которого удовлетворяет условию ~ Д, (О ~2 в (й == сопз(. На выходе этого фильтра шум будет белым, и тогда можно применить рассмотренные выше способы оптимальной фильтрации. При этом следует иметь в виду, что спектр сигнала, па который необходимо рассчитывать оптимальный фильтр, изменится.
Он уже будет определяться не спектральной плотностью т Д), а спектральной плотностью у' Д):==- у (~)А, Ц). Глава 22 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА НА ФОНЕ СЛУЧАЙНЫХ ПОМЕХ з 1. ВВОДНЫЕ Э%МЕЧ ЪНИЯ В настоящее время основными способами выделения оптического сигнала на фоне случайных помех явля|отся иржтраяетаенная и спектральная фильтрации. Пространственная фильтрация основана на различии размеров и формы объекта наблюдения (цели) и фона, а спектральная фильтрация — на различии их оптических спектров излучения.
Несмотря на большое число исследований, посвященных методам фильтрации, нельзя считать, что сегодня существует полная явность в этих вопросах, Это связано, главным образом, с двумя обстоятельствами. Воцсрв1,1х, многие фоновые ситуап,цц пе могут быгь описаны 1юрмальным законом распределения яркости фона, который обычно предполагается заданным прц вычислении дисперсии напряжения шума пя выходе усилителя по двумерному спектру Хинчиня— Винера. Однако только прц нормальном законе распределения линейный оптимальный фильтр является наилучшим из всех возможных, в то время как при иных законах распределении это положение может не соблюдаться и не- Рг линейная фильтрация может дать больший эффект.
Это обстоятельство хоро- 1 шо иллюстрируется рис. 347, где пока1яп сигнал от цслп в виде прямоугольного импульса среди случайных выбрОсов шумя. Пропуская сип1ял и ) шум через дифферсицирующее устройство и нелинейный элемент — ограничитель амплцтуды, можно получить лю- „ бое произвольное улучшение отношения сип1ала к шуму, по сравнению с линейным оптимальным фильтром.
К сожалению, такие часто встречаю- 8 щИЕСя фОНОВЬ1Е Сцтуацнн, КаК НЕбО, ПО- ри . З47. Идеализированный крытое редкнмц облаками, края кото- пример выделения сигнала из РЫХ ОСВЕЩЕНЫ СОЛН11ЕМ, СОЛНЕЧНаЯ ДО шУма в нелинейном УстРой- рожка на поверхности моря и т. д., не МОГуГ бЫТЬ ОГП1сяцЫ 1ЮрМяЛЬШ1М Зяцо и! -- имиулвсы сит"ала и шУма: иг — сигнал н гиум на выходе НОМ распрЕДЕЛЕцця. ВО МНОГИХ СЛуЧаяХ идса !алого диФферсицируюиге- го устройства; иа — сип!ал на ПХ НЕЛЬЗЯ СЧПТЯТЬ СТЯЦЦОНЯРНЫМИ И выходе порогового устройства, эргг!дцч1гкцмц процессами а в бог1ь следУющсго аа диффеРен!гг!РУю- игг!м устройством; 1 — сипгал; П1ГП1СТВЕ Гдуг1ЯСБ расцрсдЕЛЕНИЕ ярКОСТИ у — !иум; и — порог ог1гввинеприродпых образований апцзотроцно. Второе обстоятельство, определяющее принципиальные затруднения прц разработке оптимальных методов фильтрации, заключается в существовании связи между пространственным и спектральным распределением яркости поли излучения.
Например, ширина солнечной дорожки ца поверхности моря оказывается различной в зависимости от того, в какой области спектра она измеряется. Собственное излучение любого объекта, имеющего низкую температуру, является длинноволновым, а отраженное, обусловленное солнечной подсветкой, — коротковолновым, и если отдельные части поверхности объекта по-разному участвуют в формировании этих двух составляющих его излучения, то образ объекта будет различным в разных спектральных диапазонах. Еще большие трудности возникают при очень быстром сканиронаний поля излучения М1югоканальной приемной системой, каждый капал которой работает в своем спектральном диапазоне. ОГРанит1ЕЦИОЕ ЧПСЛО фОтОНОВ, ПРИХОДЯЩИХ От ДаННОй ТОЧКИ анализируемого пространства, может оказаться определяющим при вычислении взаимной корреляции излучения в соседних спектральных диапазонах. Все эти ограничения болыпей частью не учитываются,"прежде всего вследствие громоздкости математического аппарата, необходимого для их описания.
Между тем, в ряде случаев результаты упрощенного анализа оказываются пе только неточными, но и принципиально невернымп. Известно, в частности, что если вычислять максимум отношения сигнала к шуму, считая, что спектры излучения цели и фона полностью определены (детерминированы), то результат приводит к парадоксальному выводу о целесообразности использования фильтра с бесконечно узкой полосой пропускания. Тем не менее некоторые полезные рекомендации, направленные на оптимизацию способов выделения оптического сигнала из случайных помех, могут быть сделаны на основании приближенных методов при условии критического анализа полученных результатов на основе экспериментальных данных. % 2.
МЕТОДЫ УЧЕТА ВЛИЯНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ЕСТЕСТВЕННОГО ФОНА НА РАБОТУ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ И СПЕКТРАЛЬНАЯ ФИЛЬТРАЦИИ. РОЛЬ МОДУЛЯЦИИ Влияние излучения фона на работу оптико-электронного прибора оказывается различным в зависимости от характера распределения яркости фона в пространстве.
Яркость фона может распределяться равномерно и неравномерно. Она может определяться внешними источниками излучения и источниками, расположенными внутри прибора. 2.1. Равномерный фон Равномерно излучающий фоп вызывает засветку приемника и снижает контраст объекта по отношению к окружающему пространству. Пороговый поток (эквивалентная мощность шума) любого приемника ухудшается (возрастает) при наличии засветки, причем это ухудшение можно оценить некоторыми коэффициентом о1 ~ 1, являющимся функцией постоянного потока излучения фона Ф, й --- Ч1 (Фф) ©Ф == п8ф ""и Т о где Вф — яркость фона; а„— эффективная площадь чувствительной площадки приемника излучения; и', Т, — задний апертурный угол и коэффициент пропускания оптйческой системы.
Следовательно, если Ф,*, (Ф ) представляет собой удельный пороговый поток фотоприемпйка при облучении его потоком Ф,1„а Ф;; — удельный пороговый поток при отсутствии засветки 1 то Ф; (Ф,) — -- О,Ф„. Наряду с ухудшением параметров приемника излучения поток излучения от фона уменьшает величину полезного сигнала. Действительно, при наличии в поле зрения прибора объекта наблюдения и фона на приемник будет поступать поток излучения, представляющий собой сумму двух составляющих: потока от объекта и потока от части фона, которая пе экрапируется объектом.
Поэтому прибор будет реагировать нс на весь поток излучения объекта, а лишь па его приращение над уровнем фонового потока. Действительно, можно найти эффективный поток излучения от объекта наблюдения (цели) АцАов Ф„-.:=- В„„ и эффективный поток излучения от фона АфА -, Ф„„=-- Ц„ где А„— площадь пели, А,|, — — площадь, занимаемая фоном в поле зрения прибора. Площадь фона прп отсутствии цели А~ —— — а„, (П~')', где ~' — заднее фокусное расстояние объектива. При наличии цели площадь, занимаемая фоном, определяется выражением А~ —.— а.„(Г./~')' — Ац.
Суммарный поток излучения от цели и фона (при наличии цели) равен А~Аж АфА„,, ф,',-=-е„+е,',,-- в.—,. +в, ',"'-'- Ф у : — +~ ~ А„(„— В~) + Вф ( —,) а,, ~ . Изменение потока излучения в процессе сканирования (полезный сигнал) Ы -= Э,', — Ц -:= („— 8,) А„А...Д."- = ЛВА„А,.~~.'. Последнее выражение определяет величину превышения потока излучения от цели над уровнем фона, на которое необходимо ориентироваться при расчете параметров прибора, Если в приборе используется модуляция излучения, конструкция модулятора (рисунок растра) должна обеспечивать подавление сигнала от равномерного фона. ~а задача является самой простой и может быть решена при правильном выборе конструк цин фазирующей (непрозрачной) части растра.
Если модули рующая часть растра состоит из чередующихся прозрачных и непрозрачных секторов, а фазирующая часть является непрозрач ным полукругом, то в результате модуляции образуются несим метричные пачки чередующихся импульсов лучистого потока (рис. 154,а) и в спектре сигнала будет существовать составляющая частоты вращения растра, определяемая излучением рав Рис. 348. Оптическая схема радиометра без "эталонного источника. К вычислению побочного измерения: / — сиаиирувщее зеркало; 2, 3 — зеркала объектива; 4 — модулятор (прермватель) излучеиия; з — диафрагма; Б — оклаждаеммй экран; 7 — приемник излучеиия; 6 — вяутрсяияя по- лость оптической головки; У вЂ” исследуемый объект номерного фона.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
