Мишура Т.П., Платонов О.Ю. Проектирование лазерных систем (2006) (1095921), страница 8
Текст из файла (страница 8)
4.1).Параметры и характеристики, с которыми приходится иметь дело,могут быть разделены на три группы:— не зависящие от разработчика, например параметры и характеристики наблюдаемого объекта или излучателя, а также среды распространения сигнала;— критерии качества ОЭП и некоторые конструктивные параметры, определяемые техническим заданием, например отношение сигнал/шум, погрешность измерений, габаритные размеры, масса, угловое поле объектива;— конструктивные параметры, которыми разработчик может варьировать, подбирая оптимальные сочетания ряда параметров и характеристик прибора; к ним относятся, например габаритные параметры объектива, параметры приемника или электронного трактаи др.¹À¹½¹ÆÆÔλƾÑÆÁÎÊÇÊ˹»ÄØ×ÒÁÎÅǽ¾ÄÁǺӾÃËÔƹºÄ×½¾ÆÁØÍÇÆÔÈÇžÎÁ¹ËÅÇÊ;ɹÃÄÁŹËÁоÊÃÁ¾Áž˾ÇÉÇÄǼÁоÊÃÁ¾ÌÊÄÇ»ÁØÁ½É¶Æ¾É¼¾ËÁоÊùØÅǽ¾ÄÕ»¾ÄÁÐÁÆÔÊÁ¼Æ¹ÄÇ»sÈÇËÇÃÇ»ÇÊ»¾Ò¾ÆÆÇÊ˾ÂÃÇÆËɹÊËǻƹ»Îǽ¾§¶¨ªÏ¾Æ¹ÉÁÂɹºÇËÔ§¶¨¼¾ÇžËÉÇÇÈËÁоÊÃÁ¾ÊÇÇËÆÇѾÆÁØÊȾÃËɹÄÕÆԾɹºÇÐÁ¾½Á¹È¹ÀÇÆÔ½ÁƹÅÁù¼¾ÇžËÉÇÇÈËÁоÊÃÁÎÊÇÇËÆÇѾÆÁ»ɾžÆÆÔ¾ÁÈÉÇÊËɹÆÊË»¾ÆÆǻɾžÆÆÔ¾ÊÇÇËÆÇѾÆÁØ¡ÀžƾÆÁ¾ÊϾƹÉÁØɹºÇËÔ§¶¨ÊξÅÇ˾ÎÆÁоÊÃǾÈÉǾÃËÁÉÇ»¹ÆÁ¾¹À¹½¹ÆÆÔλÆÌËɾÆÆÁÎÊÇÊ˹»ÄØ×ÒÁÎÅǽ¾ÄÁÇÈËÁоÊùØÊÁÊ˾Ź¹Æ¹ÄÁÀ¹ËÇÉÁÀǺɹ¿¾ÆÁØÈÉÁ¾ÅÆÁÃÁÀÄÌоÆÁØÖľÃËÉÇÆÆÔÂËɹÃËÊÁÊ˾ŹÇËǺɹ¿¾ÆÁØÁ½ÉªËÉÌÃËÌɹÁ¹Ä¼ÇÉÁËÅɹºÇËÔ§¶¨ÊÇÊ˹»ÁÊξŹɹºÇËÔ§¶¨¡ÀžƾÆÁ¾È¹É¹Å¾ËÉÇ»ÁιɹÃ˾ÉÁÊËÁ綨ȹɹžËÉÁоÊÃÁ¹ƹÄÁÀÁÊÁÆ˾À£ÉÁ˾ÉÁÂùоÊË»¹É¹ºÇËÔ§¶¨ÇËÆÇѾÆÁ¾ÊÁ¼Æ¹ÄÑÌÅÈǼɾÑÆÇÊËÕÊľ¿¾ÆÁØÁÄÁÁÀžɾÆÁØ»¾ÉÇØËÆÇÊËÕǺƹÉÌ¿¾ÆÁØÈÉÇÊËɹÆÊË»¾ÆÆǾɹÀɾѾÆÁ¾ÊȾÃËɹÄÕÆǾɹÀɾѾÆÁ¾»É¾Å¾ÆÆǾɹÀɾѾÆÁ¾Á½É¡ÀžƾÆÁ¾ÊËÉÌÃËÌÉÔ§¶¨ÊξÅÇ˾ÎÆÁоÊǾÈÉǾÃËÁÈÉÇ»¹ÆÁ¾Рис.
4.1. Структура обобщенной модели ОЭС и уровни проектирования38Представляя ОЭП в виде многопараметрической системы, можноприменять общие методы оптимизации для выбора таких конструктивных параметров, которые обеспечивают заданное значение критерия качества ОЭП. В достаточно общем случае задача оптимизациисводится к отысканию максимумов и минимумов отдельных параметров.Выбор сценария работы и энергетической модели ОЭПСценарии работы ОЭП отличаются огромным разнообразием в связи с широким распространением и самыми различными условиямиработы этих приборов. Поэтому создание достаточно обобщенноймодели (субмодели) сценария работы ОЭП представляется затруднительным, если не невозможным.
В специальной литературе рассматриваются отдельные, часто встречающиеся сценарии работы ОЭП конкретного назначения, например приборов ночного видения или систем обнаружения летательных аппаратов. Но и в этих случаях числофакторов, которые описывают геометрооптический, спектральные,энергетические, динамические и другие свойства отдельных элементов, определяющих сценарий работы ОЭП или оказывается чрезмерно большим, либо не поддается определению.
Поэтому на практикеприходится ограничиваться некоторыми упрощенными сценариями,например, представлять излучатели в виде простейших геометрических фигур или пользоваться усредненными коэффициентами пропускания атмосферы, или рассматривать работу ОЭП и всей системыв статике и т. д.Несколько проще во многих случаях выбрать или составить энергетическую модель (субмодель) ОЭП. Рассмотрим достаточно простой,но часто встречающийся на практике сценарий работы ОЭП, когдав угловое поле прибора попадают одновременно сигналы (потоки излучения) от наблюдаемого объекта, от фона и помех, находящихсяв угловом поле ОЭП, а также от среды распространения, напримератмосферы.Сигналы от излучателей могут создаваться за счет собственногои отраженного или рассеянного излучения. Структура оптическогосигнала, поступающего на вход ОЭП, т.
е. энергетическая субмодельОЭП, может быть представлена в виде совокупности отдельных составляющих яркости (рис. 4.2), обусловленных следующими факторами: L1 — собственным излучением наблюдаемого объекта; L2 —отраженным (рассеянным) от объекта излучением, созданным поме39ªÉ¾½¹¨ÇžιL 13L 15L 18L 16L 14L2L 17L6L1§ºÓ¾ÃËL 12L4L3§¶¨L7L5L 10L 19L9L 11ÇÆL8Рис. 4.2. Структура оптического сигнала, поступающего на вход ОЭПхой; L3 — отраженным (рассеянным) от объекта излучением, созданным фоном; L4 — излучением объекта, созданным переотраженным(рассеянным) от фона излучением помехи; L5 — излучением среды;L6 — собственным излучением помехи; L7 — отраженным (рассеянным) от объекта излучением среды; L8 — отраженным (рассеянным)от фона излучением среды; L9 — отраженным от фона (рассеянным)излучением помехи; L10 — собственным излучением фона; L11 — отраженным от фона (рассеянным) излучением помехи; L12 — излучением объекта, созданным переотраженным и рассеянным поверхностью фона излучением среды; L13 — отраженным от помехи (рассеянным) излучением среды; L14 — отраженным от помехи (рассеянным)излучением фона; L15 — излучением помех, созданным переотраженным и рассеянным поверхностью фона излучением среды; L16 — отраженным от помехи излучением объекта; L17 — рассеянным в средеизлучением объекта; L18 — рассеянным в среде излучением помехи;L19 — рассеянным в среде излучением фона.В качестве примера можно рассмотреть ОЭП наземного базирования, предназначенный для наблюдения объекта, находящегося в нижних слоях атмосферы на достаточно большом удалении.
Одним изнаиболее неблагоприятных случаев работы этого ОЭП является тот,когда помехой будет Солнце, а фоновое излучение создается как подстилающей поверхностью (наземный ландшафт), так и нижней кромкой облачности. Последнее обстоятельство может увеличить число40составляющих L по сравнению со случаем, приведенным на рис. 4.1.Без учета специфики конкретного ОЭП и условий его работы (рабочегодиапазона спектра, времени суток, характера облачности и подстилающей поверхности, углового поля ОЭП и ряда других факторов) структура оптического сигнала, приходящего на вход прибора, т.
е. энергетическая субмодель, для этого случая будет определяться следующими составляющими: L1 — собственным излучением наблюдаемогообъекта; L2 — отраженным (рассеянным) от объекта излучением, созданным Солнцем; L3об — отраженным от объекта (или рассеянным)излучением, созданным собственным излучением облачности; L3п. п —отраженным (или рассеянным) от объекта излучением, созданнымсобственным излучением подстилающей поверхности; L4п. п — излучением объекта, созданным переотраженным (рассеянным) от подстилающей поверхности излучением Солнца; L5 — собственным излучением среды (атмосферы); L6 — излучением Солнца, попадающимв угловое поле ОЭП; L7 — отраженным от объекта (рассеянным) излучением атмосферы; L8об — отраженным от облачности (рассеянным)излучением атмосферы; L8п.
п — отраженным от подстилающей поверхности (рассеянным) излучением атмосферы; L9п. п — отраженнымот подстилающей поверхности (рассеянным) излучением Солнца;L9об — отраженным от облачности (рассеянным) излучением Солнца;об — собственным излучением облачности; L п. п — собственным изL1010п. п — отраженным от подлучением подстилающей поверхности; L11об —стилающей поверхности (рассеянным) излучением объекта; L11об —отраженным от облачности (рассеянным) излучением объекта; L12излучением объекта, созданным переотраженным (рассеянным) от облачности; L17 — рассеянным в атмосфере излучением объекта; L18 —п. п — рассеяннымрассеянным в атмосфере излучением Солнца; L19об — рассеянв атмосфере излучением подстилающей поверхности; L19ным в атмосфере излучением облачности; L20 — отраженным от облачности (рассеянным) излучением подстилающей поверхности; L21 —отраженным от подстилающей поверхности (рассеянным) излучением облачности.По сравнению с ранее рассмотренной структурой (рис 4.1) здесь отсутствуют составляющие L13 – L16, так как бессмысленно говоритьо вкладе этих составляющих по сравнению с собственным излучениемСолнца, а составляющие L3, L4, L8, L9, L10, L11, L12 и L19, в своюочередь, подразделяются на две части каждая.
Кроме того, здесь появились две новые составляющие — L20 и L21, учитывающие «энергетическое взаимодействие» двух рассматриваемых фоновых излучателей.41Довольно часто приходится рассматривать и более сложную структуру. Например, при работе ОЭП космического базирования, наблюдающего различные объекты на земной поверхности, фонами одновременно могут являться наземный ландшафт, водная поверхностьи верхний край облачности, а помехами — Солнце, блики вводныхповерхностей и др.Пользуясь структурной схемой, приведенной на рис. 4.1, т. е. составляя энергетическую модель (субмодель) ОЭП, можно найти величины яркостей (потоков, освещенностей) на входе прибора дляконкретных условий его работы.
При этом с помощью компьютерного моделирования возможно выделить те составляющие входногосигнала, которые вносят наибольший вклад в его суммарное значение, и в дальнейших расчетах учитывать только их. Таким образомможно учесть, что для конкретных условий работы ОЭП определенные излучатели (объекты, помехи, фоны) являются источникамитолько одного вида излучения либо собственного, либо отраженногоили рассеянного.Например, рассмотрим случай, когда сигнал, содержащий информацию о появлении в угловом поле ОЭП обнаруживаемого объектас яркостью Lоб, определяется разностью освещенностей ΔEвх на входном зрачке ОЭП для случаев (моментов) появления объекта и его отсутствия в угловом поле прибора ΔΩОЭП, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
