Максимов М. В. - Защита от радиопомех (768830), страница 75
Текст из файла (страница 75)
(8.4.76) Рэс. а.20, 430 порождает выходную реакцию 1 з „,(х, у) = — ~~ 8„(в«, в«) к в ) е! (~« "+~«»») 1в (8.4.75) Выражение (8.4.75) полностью определяет свойства оптических фильтров. При анализе одномерных процессов математический аппарат пространственных преобразований требует привлечения одномерных преобразований Фурье. Изобретение голографии существенно обогатило возможности пространственной фильтрации, так как стало возможным регистрировать не только биполярные оптические сигналы, но и полностью сохранять информацию о фазе. Последнее обстоятельство позволяет реализовать любой комплексный пространственный фильтр. Схема простейшего оптического пространственного фильтра представлена на рис.
8.20 (!43). Фильтрация изображения происходит по схеме двойного преобразования Фурье (двойная дифракция). Изображение з„(х) освещается когерентным световым полем, которое, пройдя через линзу Л, с фокусным расстоянием Еэ, формирует в задней плоскости П, спектр изображения 5 (в,). Если необходимо выделить сигнал с пространственной частотой в = 2п,'Ж, то фильтр, устанавливаемый в плоскости П„должен иметь прозрачные области только в области частоты в„= 2п/ЛЕ Тогда при втором преобразовании Фурье (второй дифракции), осуществляемом линзой Л„на выходе получим иско- мое изображение. На этом принципе еснованы разнообразные устройства пространственной фильтрации, предназначенные для распознавания образов целей.
На основании известного пространственного спектра частот распознаваемого объекта строится пространственный фильтр (маска), который устанавливается в плоскости П, (рис. 8.20). -Фильтр пропускает только «свой» сигнал. Поэтому из смеси сигнала и шума в выходной плоскости будет сформировано изображение распознаваемого объекта. В монографиях (47, 143, 157, 163, 182) приведены различные схемы реализованных пространственных фильтров.
Указывается на высокую эффективность распознавания различных объектов. Подобные устройства могут найти применение для борьбы с имитирующими помехами. При рассмотрении проблемы обнаружения сигнала 8(х) на фоне пространственно распределенных шумов л (х) сигнал Ч(х) на входе устройства пространственной фильтрации представляется в виде суммы $ (х) = з (х) + л (х). Согласно теории обнаружения максимум отношения сигнал'помеха имеет место, если фильтр пространственных частот имеет амплитудное пропускание, характеризующееся в области пространственных частот функцией где 8' (в„) — комплексно-сопряженный фурье-образ полезного ситнала з (х); й! (в„) — спектральная плотность шума.
Для простейших случаев,' когда помеховый сигнал представляется в области пространственных частот идеализированным белым шумом с постоянной спектральной плотностью Ф„оптимальный фильтр описывается функцией, комплексно-сопряженной со спектром сигнала Операция комплексного сопряжения требуется для преобразования полезного сигнала в действительный оптический сигнал.
Оптимальный пространственный фильтр компенсирует опережение фазы в исходной волне $ (х) соответствующим запаздыванием фазы в фильтре, так что на выходе образуется плоская волна, которая формирует яркое точечное изображение. 43! Для изготовления оптимального пространственного фильтра использ)ются устройства фурье-голографии, позволяющие получить голограмму фурье-образа полезного сигнала з (х). Эта голограмма представляет собой интерференциониую картину, возникающую при взаимодействии плоской опорной волны е! " с фурье-образом полезного сигнала 5 (ы„) [(57). Аыплитудйое пропускание такого голографического фильтра (маски) Т (ы,.) = ( 5 (а,) + е!" ' !' = ! + ! 5 (ы„) !'+ -'; 5*еьэ ° '-(-5е — ям .
фаз вдоль фронта волны. Зта составляющая. образует в выходной плоскости слабое размазанное пятно вокруг яркого изображения полезного сигнала. Аналогично воздействует и третий пучок, описываемый третьим слагаемым выходного сигнала 5,„, (а„). Он также имеет полезную составляющую, образующую яркое пятно в противоположной стороне экрана, и шумовой фон. Системы оптимальной оптической фильтрации могут применяться для борьбы с пространственно распределенными помехами, например с пассивными маскирующими помехами.
Помимо этого, они используются для распознавания образа объектов. При прохождении через фильтр смеси сигнала и шума на выходе возникнет сигнал 5,„„(ы,) =5!(ы„) т(ы ) =5- (ы,.)(! +! 5((0,) ~21+ + 5ь(ы„) 5*(ы )е!""'+5!(ы„) 5(а„)е-к" ", где 5з (ы„) = 5 (ы„) + !у (ы„) — спектр входного воздействия. На выходе оптимального фильтра образуются трн световых пучка. Первый пучок, соответствующий члену 5, (ы„) = 5! (ы„) (1 + ! 5 (а„) (Ч, распространяется вдоль оптической оси (га„= 0). Второе слагаемое 5з (ы„)5* (ы„) ехр 0а„х) описывает пучок, отклоняющийся вверх. Пучок имеет две составляющие 5ъ (ы.) 5*(ы.) = (5(ы.) + А' ( .))5*(ы.) = =-!5( „))+А( „)5*( „). Составляющая ) 5 (а„)(' является полезным откликом системы и после преобразования Фурье второй линзой Лз превращается в автокорреляционную функцию сигнала 5(х), порождающую в выходной плоскости яркое сфокусированное пятно, по появлению которого принимают решение о наличии полезного сигнала.
Составляющая вила )У (ы„)5*(ы„) на выходе линзы Л, преобразуется в фуикцшо взаимной корреляции шума и (х) и полезного сигнала з(х) из-за случайного распределения 432 Глава 9 КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ КООРДИНАТ 9.1. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ Задачи управления подвижными объектами (самолетами, кораблями, ракетами) решаются путем использования информации а координатах их положения и параметрах движения, получаемой с помощью измерителей различных типов, в том числе радиотехнических.
При этом часто оказывается, что рабата последних частично или полнастьюдублируется или может быть продублирована нерадиотехническими измерителями. Если измернтелн работают независимо, та экипаж (или автоматическое устройство) в каждый к<амент времени использует сигналы того измерителя, который в данных условиях обеспечивает наибольшую точность измерений. Сигналы других измерителей оказываются практически бесполезными или в лучшем случае служат для повышения достоверности полученных данных нли для устранения неоднозначности отсчетов.
Между тем, объединив соответствующим образом измерители в единую систему с общим инднкатором илп выходным устройством в автоматических системах управления,мам<но существенно повысить точность получаемых данных о координатах объекта или параметрах его движения. Если в состав объединенной системы входят радиотехнические измерители, то, используя информацию, получаемую ат других измерителей (и прежде всего автономных нерадиотехнических), можно существенно повысить помехоустойчивость системы.
Такое объединение измерителей принято называть комплексированием. Измеритель, в котором главную роль играют радиотехнические следящие системы, а нерадиотехнические устройства являются вспомогательными, принято именовать комплекс- 434 ной системой радиоавтоматики. Если же определяющими являются нерадиотехнические измерители, а радиотехни. ческая система является вспомогательной, комплексный из. меритель называют автономной системой с радиокоррекцней. Такое разделение комплексных измерителей является чисто условным, поскольку в обоих случаях используют одни и те же методы их объединения, и мы их различать не будем.
Комплексирование измерителей для повышения точности — прием далеко не новый в метрологии вообще и в н авигации, в частности. Так, уже с середины 30-х годов на самолетах устанавливаются гнромагнитные компасы. В их состав входят два измерителя (датчика): магнитная система, ориентирующаяся по направлению вектора магнитного поля, и трехстепенный гироскоп, сохраняющий неизменным полажение измерительной оси в инерциальном пространстве. Сигналы, полученные с помощью магнитной системы и трехстепеннога гироскопа, через специальное устройство— корректирующий фильтр, поступали на индикатор курса. Такое объединение существенно уменьшило недостатки, свойственные каждому измерителю, и повысило точность измерений курса самолета.
Широкое внедрение радиотехнических измерителей координат следящего типа в состав оборудования подвижных объектов поставило перед конструкторами задачу всемерного повышения их чувствительности и помехоустойчивости. Радиотехнические измерители координат, как правило, представляют собой следящие системы, содержащие чувствительные, промежуточные и исполнительные элементы. В качестве чувствительных элементов в простейшем случае используются временные, фазовые, частотные или амплитудные различители.
Часто чувствительный элемент образуется сложной цепочкой преобразователей радиосигнала в напряжение (так), пропорциональное измеряемой координате. Так, в угломерных устройствах чувствительный элементсостоит нз направленной антенны, преобразователя частоты сигнала, приемника с АРУ или устройством нормировки иного типа, амплитудного и фазового детекторов. Часть из этих устройств являются нелинейными. Поэтому помере изменения отношения сигнал,<помеха меняются их преобразовательные свойства (8, !8, !06).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
