Мишура Т.П., Платонов О.Ю. Проектирование лазерных систем (2006) (1095921), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Такой случай имеет место на практике, если лучотражается от протяженного объекта, размеры которого превышаютпоперечное сечение диаграммы направленности в плоскости цели. Наобъекте высвечивается круг или другая фигура, форма которой зависит от вида поперечного сечения диаграммы.Используя аналогичный подход для однопозиционного случая,получаем⎛r2 ⎞П2 = ⎜⎜ kП1 2 ⎟⎟ cos γ,R ⎠⎝где r — радиус диска; γ — угол между направлением падения и нормалью к поверхности диска.Таким образом, ЭПР диффузно рассеивающего диска площадьюSд = πr2σц = 4πkr 2 cos γ = 4kSд cos γ,(3.8)пропорциональна косинусу угла визирования γ. Выражение (3.8)характеризует ЭПР плоской диффузной поверхности любой формыс площадью Sд.
Следует подчеркнуть, что в приближении Ламбертавеличина σц не зависит от длины волны. Однако на практике коэффициент k является функцией длины волны, а также поляризациипадающего излучения. Коэффициент k(λ) обычно определяют экспериментально.Рассмотрим случай зеркального (направленного) отражения, которое в оптическом диапазоне встречается весьма часто. В случае чисто зеркального отражения расходимость луча до и после отраженияодинакова. Зеркальным отражением объясняется «металлический»блеск чистой (не покрытой окислами или защитной краской) поверхности металлов, а также яркие блики при отражении света от стеклянных и вводных поверхностей (при условии отсутствия ветра и волнения). В этом случае приближенную оценку зеркального коэффициента отражения Ri можно выполнить по формулам Френеля.
Принормальном падении светового потока на диэлектрическую поверхность из формул Френеля следует32Ri =(n − 1)2(n + 1)2,где n — показатель преломления материала поверхности; так, например, при отражении светового потока от стеклянной поверхности (n = 1,5) значение Ri составляет 0,04. Значение Ri существеннозависит от угла падения γ и поляризации падающего излучения.Коэффициент отражения для металлов колеблется в широких пределах — от 0,3 до 0,96 в зависимости от типа металла, степени егообработки и длины волны (Ri возрастает при увеличении λ). Зеркальное отражение по своей физической природе существенно отличаетсяот диффузного.
Телесный угол рассеяния ламбертовой плоской целисоставляет π. При зеркальном рассеянии угловая расходимость отраженного светового потока в 104 – 105 раз меньше, чем при диффузном.Телесный угол рассеяния составляет в этом случае 10–4 – 10–5 рад.Таким образом, ЭПР зеркальных целей на несколько порядков превышает ЭПР диффузных целей. Зеркальное отражение используетсяпри создании искусственных оптических отражателей.Рассмотренный метод определения характеристик рассеяния телпростейшей формы пригоден в случае, когда отражение является диффузным и подчиняется закону Ламберта. Используя аналогичныйподход, можно найти выражения для ЭПР цилиндра, конуса и других осесимметричных тел, что в принципе позволит рассчитать ихдиаграммы рассеяния.
На практике большинство объектов имеетсложную форму и их ЭПР не поддается расчету. Реальные цели, какправило, не являются ни ламбертовыми диффузными отражателями, ни рассеивателями зеркального типа, а представляют собой ихкомбинацию. Дело в том, что при освещении объекта когерентнымизлучением диаграмма рассеяния существенно отличается от диффузной диаграммы рассеяния по Ламберту, которая формируется принекогерентном облучении. По этой причине целесообразно определять диаграммы рассеяния экспериментально, используя метод физического моделирования.3.2.
Поляризационные характеристики целейЯвление поляризации. Как известно, поляризация определяетзакон изменения направления и величины вектора электрического(или магнитного) поля в данной точке пространства во времени (например, за период колебания несущей частоты). Различают линей33ную, круговую и эллиптическую поляризации. При линейной поляризации вектор электрического поля (вместе с перпендикулярно расположенным вектором магнитного поля), изменяясь с частотой поля,остается параллельным самому себе (в зависимости от ориентацииотносительно горизонтальной поверхности Земли линейная поляризация называется горизонтальной или вертикальной).
При круговой поляризации электрический вектор вращается с частотой поля,так что его конец описывает в пространстве винтовую линию, а проекция вектора на плоскость, перпендикулярную направлению распространения, описывает за один период колебаний окружность.
Эллиптическая поляризация отличается тем, что эта окружность превращается в эллипс, так как величина вектора при вращении изменяется.В зависимости от направления вращения вектора электрическогополя для наблюдателя, смотрящего вдоль направления распространения волны (т. е. с тыльной стороны антенны) по или против часовой стрелки, различают правую или левую круговую эллиптическую,или круговую поляризацию (иногда, особенно в физике, считают, чтонаблюдатель смотрит в направлении источника излучения). Необходимо отметить, что любую поляризацию можно считать эллиптической, так как для линейной поляризации отношение осей эллипсарано нулю, а для круговой — единице.Эллиптически поляризованная волна может быть представленамножеством способов с использованием разложения по двум ортогональным единичным (в общем случае комплексным) векторам, образующим так называемый поляризационный базис.
В качестве базисных векторов широко применяютсяудекартовы и круговые.Декартовы базисы — векторы ixЕЕви iy (рис. 3.2) характеризуют линейные поляризации вдоль осей x и y.Соответственно, комплексныйвектор электрического поля расклаiуЕгхдывается на горизонтально и вертиiхкально поляризованные векторыЕ = Е г + Е в = Е гix + E вiy .Рис. 3.2. Разложение эллиптически поляризованной волнына декартовы базисныевекторы34(3.9)Если фазовый сдвиг между Ег и Евравен 0, то волна поляризована линейно.
Для других значений фазового сдвига волна поляризована эллиптически, а если Ег = Ев и фазовый сдвиг равен π/2 , то имеет местокруговая поляризация. Если же Ег и Ев — случайные функции времени, то при их неполной корреляции говорят о частичной поляризации (соответственно, полная корреляция дает полную поляризацию).Круговые базисные векторы включают право и левоциркуляционные iп и iл. Каждый из них построен из линейных векторов вдольосей х и у, имеющих амплитуды 1/ 2 (тогда амплитуды iп и iл будутравны 1) и сдвинутых по фазе на π/2, т.
е.iп = (iг + jiв )/ 2; i л = (i г − jiв )/ 2.(3.10)В этом случае разложение комплексного вектора электрическогополя при произвольной поляризации на сумму право и левовращающегося векторов Еп и Ел, т. е. двух противоположных поляризованных по кругу волн, имеет видЕ = Еп + Е л = Еп iп + Е лi л .(3.11)Сопоставление (3.9), (3.10) и (3.11) позволяет получитьЕп = (Ег − jЕп )/ 2; Ел = (Е г + jЕ п)/ 2(3.12)или в матричном виде..ЕпЕг.= ТЕл.(3.13),Ев1 1 −j— матрица преобразования.2 1 +jОбратное преобразование имеет видгде Т =.Ег.Ев.= Т−1Еп.,(3.14)Ел1 1 1— матрица, обратная T .2 + j −jМатрица отражения. Поскольку в оптическом диапазоне, цели,как правило, анизотропны, т.
е. ортогональные составляющие падающей волны Ец. в и Ец. г претерпевают при отражении изменения (имеетместо деполяризация).где Т−1=35Ец. гЕр. гKг. гKг. вKв. гЕц. вЕр. вKв. вРис. 3.3. Общая характеристика матрицы рассеянияГоризонтальная и вертикальная составляющие поля падающейволны преобразуются при отражении в соответствующие составляющие отраженной волны, характеризуемые комплексными коэффициентами Kг. г и Kв.
в (параллельные поляризации). Перекрестнаяполяризация характеризуется коэффициентами Kг. в — для вертикально поляризованного отраженного сигнала при облучении целигоризонтально поляризованной волной и Kв. г — для горизонтальнополяризованного отраженного сигнала при облучение цели вертикально поляризованной волной. Таким образом, результирующиезначения горизонтальной и вертикальной составляющих отраженной волныЕр.
г = Kг. г Ец. г + Kг. в Ец. в , Ер. в = Kв. г Ец. г + Kв. в Ец. в(3.15)или в матричной форме..Ер. гKг. г.Ер. в=.Kв. г..Kг. в Ец. г...(3.16)Kв. в Ец. вЭта матрица, именуемая поляризационной матрицей отражения,наглядно характеризуется (рис. 3.3), причем для однопозиционнойлокации перекрестные элементы матрицы отражения, как следуетиз известной теоремы взаимности, одинаковы, т.
е. Kг. в = Kв. г.364. РАСЧЕТ И ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВОПТИКО"ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ4.1. Энергетические расчеты оптико"электронных приборовЦель и порядок энергетического расчетаЦелью энергетического расчета обычно является определение соотношений между полезным сигналом и шумами (помехами) и нахождение на основе этих соотношений важнейших параметров ОЭП.К таким параметрам относятся: отношение сигнал/шум в различных точках схемы ОЭП, параметры обнаружения, точностные параметры, пороговые или эквивалентные шуму параметры, дальностьдействия и ряд др. Отдельную группу составляют конструктивныепараметры ОЭП: диаметр входного зрачка, фокусное расстояние, относительное отверстие и угловое поле объектива, параметры сканирующей системы, источника и приемника излучения и многие другие, которые могут быть найдены в процессе энергетического расчетаприбора.Общая методика энергетического расчета ОЭП состоит из следующих этапов:— составление рабочего (основного энергетического) уравненияили неравенства, устанавливающего в общем виде связь между полезным сигналом, помехами и шумами и являющегося обобщеннымописанием алгоритма работы ОЭП с учетом особенностей структурыОЭП и критерия качества его работы;— представление входящих в это уравнение значений полезногосигнала, шумов и помех в виде функций параметров и характеристикизлучателя, передающей системы, наблюдаемого объекта, среды распространения оптического сигнала, приемной системы;— решение полученного в развернутой форме рабочего уравненияотносительно одного или совокупности нескольких параметров входящих в него конструктивных параметров или заданного критериякачества (выходного параметра ОЭП);— выбор и расчет остальных параметров и проведение проверочного расчета, имеющего целью проверку выполнения условия, сформулированного или заданного на первом этапе расчета.Необходимо отметить, что при разработке некоторых видов ОЭ,имеющих длительный срок эксплуатации или хранящихся долгоевремя до начала эксплуатации, перечисленные выше традиционныеэтапы энергетического расчета приходится дополнять этапом влия37ния дестабилизирующих факторов внешней среды и погрешностейнастройки.Перечисленные этапы реализуются в обобщенной модели ОЭП(рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
