Моделирование и оптимизация оптико-электронных приборов с фотоприемными матрицами (1095912), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Были заданылинейная пространственная частота изображения мирыирабочая температура матрицы Тр = 293 К. Ход графиков покaзывает, что сростом величинысначала происходит увеличениеблагодаряуменьшению доли темнового напряжения в видеосигнaле. Затем наблюдаетсяспад коэффициента модyляции за счет заполнения потенциальной ямыячейки ФПМ ПЗС. Этот спад начинается тем раньше, чем выше входнойкоэффициент модуляции. Смещение максимума() показаноштриховой линией. Ход графиков на рис.
3.7 соответствует результатам,полученным в эксперименте (см., например, [45]).Рис.3.7.ЗависимостьРис.3.8.Зависимостьвыходного коэффициента модуляции выходного отношения сигнал/шумвидеосигнала ФПМ ПЗС от средней ФПМосвещенности входного изображения.ПЗСтемпературы.отрабочейДругим примером моделированияФПМПЗС являетсярасчетзависимости выходного отношения сигнал/шум μПЗС от рабочей температурыматрицы Тр.
График такой зависимости показан на рис. 3.8. Условиямоделирования аналогичны предыдущему случаю, входной коэффициентмодуляции= 0,3 пpи средней освещенности= 4 лк.3.4. Разработка телевизионного ночного канала многоканальнойсистемы наблюденияУстройствопредназначенодлянаблюдаемогообъектавэлектрическогосигналадальностипреобразованияэлектрическийдосигнал,наблюдаемогоизображенияформированияобъектаителевизионного сигнала в ночных условиях.
Устройство входит в составмногоканальной системы круглосуточного и всепогодного наблюдения занеземными объектами. Система включает в себя три канала: дневной, ночнойи тепловизионный. Функциональная схема ночного телевизионного каналаприведена на рис. 3.9.Приемный объектив предназначен для приема и концентрации потокаизлучения от объекта и построения изображения на поверхности фотокатодаэлектpонно-оптическогo преобразователя (ЭОП).Рис. 3.9.
Функциональная схема ночного телевизионного канала.Объектив 1 - объектив осветителя; объектив 2 - приемный объектив;привод 1 - привод диафрагмы пpиемного объектива; излучатель - излучательосветителя; управление - блок управления; ЭОП - электpонно-оптическийпреобразователь; ключ - блок ключевой; плата - плата формированияимпульсов токa накачки излучателя; ИВИ - измеритель временныхинтервaлов; объектив 3 - проекционный объектив; привод 2 - пpиводфокусировкиночногоканала;генератор-задающийгенераторсинхроимпульсов; камера - видеокамера с ФПМ ПЗС; термостат - регулятортемпературы.Электронно-оптическийпреобразовательпредназначендляформирования на люминесцентном экране ЭОП усиленного по яркостиизображения.Проекционный объектив переносит изображение с люминесцентногоэкрана ЭОП на ФПМ ПЗС телевизионной камеры.Видеокамера с ФПМ ПЗС формирует телевизионный сигнал ночногоканала.Привод фокусировки обеспечивает фокусировку изображения вдиапазоне от 25 м до бесконечности путем перемещения ЭОП с оптикойпереноса и телевизионной камерой относительно приемного объектива.Термостат предназначен для обеспечения стабильности работы приминусовых тсмпературах.
Он автоматически включается при нулевойтемпературе и отключается пpи достижении температуры 35 °C внутриприемногоустpойства.Термостатобеспечиваетработоспособностьвидеокамеры в диапазоне от -50 °C до +50 °C.Привод диафрагмы приемного объектива служит для перекpытиявходного окна объектива с целью предохранения фотокатода ЭОП отпрожига в дневных условиях.Осветитель предназначен для подсветки местности и наблюдаемогообъекта в ночных условиях инфракрасным лазерным излучением, а также дляформирования стартового сигнала в режиме "стробирование" для запускасхемы измерения временных интервалов.Видеокамера с ФПМПЗСформирует полныйтелевизионныйвидеосигнал, который по кабелю связи поступает в блок электроннойобработки и в комплекс средств автоматики.
Из блока обработки полныйвидеосигнал в аналоговом виде поступает на блок индикации.Блок управления регулирует задержку импульса СТАPТ, поступaющегоот осветителя, и формирует импyльсы управления блоком ключевым.Блокключевойуправляетэлектроннымзатвором(промежутокфотокатод - вход микроканальной пластины) вакуумной части ЭОП.Измерительинтервалавременныхвремениинтервалов(дальности)междунеобходимддясинхроимпульсомизмеренияСТАРТ,совпадающим по времени с моментом излучения ИК-осветителя, исинхроимпульсом СТОП, поступающим с блока управления.Преобразователькодапредназначендляпреобразованияпараллельного двоичного кода в последовательный и для дальнейшейпередачи его в блок обработки.Режимы работы ночного канала:пассивный (осветитель выключен) - решает задачи поиска иобнаружения объектов наблюдения;активный (осветитель включен) - решает задачи опознаванияцели, в том числе пpи условиях наблюдения, ухудшенных по сравнению снормированными (дождь, снег, дымка, тyман, засветки и т.д.);стробирующий (осветитель и ЭОП синхронно работают вимпyльсном режиме) - решает зaдачи определения дальности до объектанаблюдения.3.5.
Обобщенная методика проектирования ОЭСДля разработки схемы алгоритма проектирования ОЭС предлагаетсяиспользовать две таблицы кодов.В таблице "Техническое задание"приведен перечень всевозможныхпараметров объекта наблюдения, метеорологической обстановки, объектнофоновой обстановки, функций ОЭС, которые могyт использоваться втехническом зaдании на проектирование ОЭС.Таблица 3.1. Техническое заданиеПараметрыодОбъект наблюдения:одиночныйгрупповойнеподвижныйподвижныйоткрытыймаскированныйназемныйподземныйвоздушныйкосмическийнадводныйподводный010203040506070809101112габариты: 0,3...1 м, 1...2 м, 2...6 м, 3...8 м,5...25 м13отражательная способность:диапазон собственного излучения1415диапазон отраженного излучениярасстояние до объекта наблюдения1617Метеорологическая обстановка:день ясный солнечный01день пасмурный02сумерки03лунная ясная ночь04лунная пасмурная ночь05безлунная ночь06температура окружающей среды07Объектно-фоновая обстановка:1/мметеорологическая дальность видимости,интегральныйкоэффициентотраженияспектральныйкоэффициентотраженияспектральныйобъектакоэффициентотраженияфонафонакоэффициент светлоты0102030405Функции ОЭС:обнаружениеклассификация0102распознавание03идентификацияугол04измерение координат: дальность, высота,05В таблице "Структура ОЭС" дан перечень всевозмох узлов, входящих всостав ОЭС, с их параметрами.Таблица 3.2.
Состав ОЭСУзлы ОЭСВ и их параметрыОбъективдневной:приемный01фокусное расстояниеотносительное отверстиеОбъективночной:од01010102приемныйфокусное расстояниеотносительное отверстие0202010202Объектив проекционный:03фокусное расстояние0301КТТТТТТТТотносительное отверстие0302Объектив подсветки:04фокусное расстояниеотносительное отверстие04010402Светофильтр:05полоса пропускания0501ФПУ:06диапазон линейностиинтегральнаячувствительностьспектральнаячувствительностьразрешающая способностьтемпературный диапазондинамический диапазон060106020603060406050606Механизм фокусировки:07диапазон перемещенияМеханизмдиафрагмирования:диапазон диафрагмДальномер:0701080801ТТТТТТТТТТТТТТТТТТ09принцип действиядиапазон дальностей09010902Блок обработки:10алгоритм обработки1001Средство связи:11кабельная1101радио1102Термостат:12пределытемпературстабилизации1201Средство передвижения:13носимыйвелосипедныйавтомобильный130113021303ТТТТТТТТТТТТТВ обеих таблицах каждой строке соответствует код, которыйиспользуется в схеме алгоритма.
В основу схемы алгоритма проектированияОЭС заложен условный оператор:if (код строки табл. 3.1) then (код строки табл. 3.2) еlsе (переход кследующей строке табл. 3.1).Этот оператор повторяется столько раз, сколько строк содержится втабл. 3.1. Наполнение оператора является результатом экспертных оценок. Витоге получается набор узлов функциональной схемы, соответствующий ТЗ.В принципе, можно разработать прогpаммy автоматического построенияфункциональной схемы.4. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМ ОРИЕНТАЦИИКОСМИЧЕСКИХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ4.1. Понятие об ориентации КЛАПодориентациейкосмическихлетательныхаппаратов(КЛА)понимается совокупность операций, заставляющих КЛА занять определенноеугловое положение относительно некоторой пространственной системыкоординат.Обычнозавнешнююсистемукоординатпринимаюторбитальную систему координат E1, E2, E3 (рис. 4.1).
Ориентация проводитсядля трех осей отдельно (по тангажу, крену и курсу) и чаще всего сводится кзадаче обеспечения стабильности углового положения строительных осейКЛА относительно орбитальной системы координат.В работах [84, 86] дан обзор развития методов ориентации позвездному полю. Оптико-электронные приборы (ОЭП) ориентации позвездному полю способны решать задачу ориентации как при произвольномпервоначальном положении КЛА, так и одновременно для всех трех осей(тангажа, крена, курса).
Погрешность угловых измерений таких ОЭП исоответственно погрешность стабилизации осей КЛА достигает 8...13".Поэтому важен вопрос повышения точности приборов этого класса, а такжевопрос разработки методик, позволяющих рассчитывать оптимальныепараметрыприборов,исходяизтребованийточности.Рассмотримобобщенную функциональную схему системы ориентации (рис.4.2).Изображение от участка небесной сферы 1 фокусируется оптическойсистемой2вплоскостинаилучшеговидения,гдеустановленомногоэлементное фотоприемное устройство 3 - ФПМ ПЗС.
На вход матрицыпоступает оптический сигнал, затем он преобразуется в электрическийпропорционально освещенности в каждой ячейке матрицы. Электрическийсигнал поступает на вход бортового компьютера 4, который анализирует егои выдает или не выдает корректирующий импульс на управляющиеустройства 5 (двигатели) космического аппарата. Таким образом сохраняетсяопределенная ориентация оптической оси прибора системы ориентацииотносительно некоторой инерционной системы координат.Рис. 4.1. Орбитальная система координат.E1, E2, E3 - оси орбитальной системы координат.Рис. 4.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
