Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Мирошников М.М. -> "Теоретические основы оптико-электронных приборов" -> 154

Теоретические основы оптико-электронных приборов - Мирошников М.М.

Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов — Л.: Машиностроение, 1977. — 600 c.
Скачать (прямая ссылка): teoriticheskieosnovi1977.djvu
Предыдущая << 1 .. 148 149 150 151 152 153 < 154 > 155 156 157 158 159 160 .. 180 >> Следующая

Значительно более сильные помехи работе оптико-электронных приборов создает атмосфера Земли. Такие явления, как рефрак ция, поглощение и рассеяние света атмосферой, свечение ночного неба и т. д., оказывают существенное влияние на работу систем астронавигации и астроориентации. При наблюдении из Космоса атмосфера Земли является одним из источников ошибок. Направления на центр теплового излучения Земли и на ее геометрический центр не совпадают. Колебание высоты тропопаузы, асимметрия облачного покрова и другие явления в атмосфере вызывают ошибки измерения.
При прохождении света звезды через атмосферу в вертикальном направлении ее визуальная звездная величина уменьшается примерно на 0,21. Так как плотность атмосферы с высотой уменьшается, то вследствие рефракции кажется, что звезды находятся ближе к зениту, чем в действительности. Аномалии плотности воздуха и воздушные потоки приводят к дрожанию изображения звезд при наблюдении через атмосферу. Дифракционные явления, возникающие в слоях атмосферы, расположенных выше тропосферы, вызывают частые изменения яркости звезд — мерцания.
Однако наиболее трудной задачей является обеспечение работы оптико-электронного прибора на фоне дневного неба. Значение спектральной яркости дневного неба в стороне, противоположной Солнцу, находится в пределах 0,1-10~3н-4 X X 10“3 Вт/(см2-ср-мкм). Эта величина в очень большой степени зависит от положения Солнца на небе и высоты места наблюдения над уровнем моря. Участки неба, противоположные Солнцу, ярче участков, удаленных от пего па 90°. Очень трудно обнару-
* 13ся сфера содержит 11 253 град2, а один стерадиан — 3283 град2.
0?!
живать тезды и следить за ними в той части неба, !де находится Солнце. С увеличением высоты места наблюдения яркости фона неба падает из-за уменьшения воздушной массы, рассеивающей солнечный свет. Наибольшее значение имеют градиенты яркости неба, наличие которых в поле зрения может привести к потере навигационной звезды.
Фон ночного неба состоит из света звезд, галактического свечения (света Млечного пути) и зодиакальною света (свет Солнца, рассеянный скоплением окружающих его пылевых частиц). Спектральная яркость ночного неба (без учета отдельных линий) составляет примерно 1СГ10Вт/(см2 • ср • мкм) в видимой части спектра. Свечение атмосферы существует также и днем, причем его яркость выше яркости ночного свечения. Полярные сияния, наблюдаемые в высоких широтах, ярче свечения ночного неба.
Распределение яркости природных образований имеет случайный характер и создает неоднородный фон, препятствующий обнаружению объекта наблюдения. В процессе сканирования (пространственной развертки) неравномерности излучения фона преобразуются приемником в электрический сигнал и выделяются на его зажимах в виде временных флуктуаций, которые принято называть шумом фона.
При некоторых условиях, например для наблюдений в космосе, когда температура фона приближается к абсолютному нулю, а приемник идеальный, т. е. ограничен флуктуациями излучения, способность системы обнаруживать сигнал будет зависеть от статистического характера поступления фотонов самого сигнала — шума объекта наблюдения (цели).
§ 2. ШУМ ОБЪЕКТА НАБЛЮДЕНИЯ
Для обнаружения цели нужно, чтобы по крайней мере один фотон достиг приемника и был им поглощен. Предполагая, что справедлив закон Пуассона, т. е. что вероятность обнаружения фотона пропорциональна времени наблюдения, можно получить следующие выражения.
Когда среднее число фотонов сигнала за время t равно N, вероятность обнаружения N фотонов равна
Р {N) = erJ}NN/N\.
Если с вероятностью 99% в течение времени t необходимо обнаружить хотя бы один фотон (в этом случае с вероятностью 1 % нн один фотон не обнаруживается), можно записать
Р(0)= =0,01 =е
т. е.
N = In 100 = 4,61.
522
Следовательно, если среднее число фотонов сигнала за время t равно 4,61, то с вероятностью 99% в течение этого времени будет обнаружен 1 фотон.
Минимальна» мощность сигнала (Вт) равна
Ф . 4,61 — ю4
inln i X ’
где I выражено в с; X— в мкм; h 6,6-10 Вт-с2; Зх X Ю10 см-с-1;
Если полоса пропускания для электрических сигналов, определяющая время измерения, равна Д/ Гц, то
lit Ц 2А/
и
Фт1п=9,22-10‘-?-Д/,
Т. е.
^-Х = 1,8* 10 ,й Вт-Гц_1-мкм,
или
(^min = 2 -10 12 Вт для X = 0,9 мкм и Д/ = 10е Гц.
Полученную величину следует сравнивать с минимальной обнаруживаемой мощностью монохроматического сигнала, определяемую фотонным шумом. Эта мощность имеет минимум в ближней инфракрасной и видимой областях спектра. Именно здесь могут сказаться флуктуации сигнала. Малое время наблюдения (широкая полоса Д/) также может служить причиной преобладающего влияния флуктуаций сигнала по сравнению с шумами от фона.
§ 3. ШУМ ШОНА
Пусть В(х, у) представляют собой случайную функцию, описывающую распределение яркости фона по пространственным координатам. Ее функция автокорреляции К (х, у, ?, Q, показывающая, насколько быстро уменьшается зависимость значений случайной функции от ее предыдущего хода, может быть вычислена как статистическое среднее, т. е. среднее по ансамблю реализаций, произведения отклонений случайной функции В (х, у) от среднего значения в точках (х, у) и (х + ?, у +?)
Предыдущая << 1 .. 148 149 150 151 152 153 < 154 > 155 156 157 158 159 160 .. 180 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed