Теоретические основы оптико-электронных приборов - Мирошников М.М.
Скачать (прямая ссылка):
Если излучение объекта наблюдения перекрыто ламелыо модулятора, то поток, падающий на приемник, равен
ф, = (]) 1 Ф
2 1 М. С 1 м. о *
где Фм. с — поток, определяемый собственным излучением модулятора, Фм.0 — поток излучения, отраженный модулятором.
Разность потоков Фх и Ф2 (сигнал на зажимах приемника излучения пропорционален этой разности) равна
ф = ф1 - <1)2 = фоб {_ ф0. с + ф(> 0 - фм с - Фм> н.
Напишем последнее выражение в виде
Ф = Фо6 1 Фдоп»
где
Фдоп - Фо. с + Фо. о - Фм. с - Фм. о.
Слагаемые правой части могут быть представлены в следующем виде:
Фоб = aupT0Eo6Ro6 (sinVi — sin2«2),
где апр — площадь чувствительного элемента приемника излучения; Т0 — коэффициент пропускания оптической системы; еоб — излучательная способность объекта; Ro6 — эффективная энергетическая светимость черного тела, температура которого
584
равна температуре объекта, применительно к выбранному приемнику;
ф0 с = апрА?з [е3 sin“«2 f 3te (sin u\ — sinJM2)],
где R3 — эффективная энергетическая светимость черного тела, температура которого равна температуре зеркала; е3 — излуча-тельная способность зеркала;
Фо. о == ^прРз^п^п Sin“ М2,
где р3 = (1 — е3) — коэффициент отражения зеркала; еп — из-лучательная способность полости прибора; Rn — эффективная энергетическая светимость черного тела, температура которого равна температуре внутренней полости прибора;
Фм. с == 0j^83/?M Sin" Mi,
где RM — эффективная энергетическая светимость черного тела, температура которого равна температуре модулятора;
Фм. о == ^пр^дРэРз^?д (sin Mj Sin" М3),
где ед — излучательная способность диафрагмы; рэ — коэффициент отражения экрана; RA — эффективная энергетическая светимость абсолютного черного тела, температура которого равна температуре диафрагмы.
Выражения для Фоб, Ф0. с» Ф9.о» Фм.с, Фм. о получены при следующих допущениях:
а) коэффициенты излучения объекта, зеркал и внутренней полости оптической головки в диапазоне чувствительности приемника постоянны;
б) расстояние между радиометром и объектом не превышает нескольких метров и поглощением атмосферы можно пренебречь;
в) потоками, попадающими на приемник излучения вследствие диффузного рассеяния зеркальными поверхностями излучения внешних и внутренних источников, можно пренебречь;
г) величина потока, отраженного модулятором на приемник излучения, определяется энергетической светимостью поверхности диафрагмы, тогда получим
Фдоп — #пр {[рз sin Uo -f- Зе3 (s:n щ sin М2)] R3 -j-
9 / ry г » f) 9 2 9\\
p3en^n sin"M2 — e3RM sin"Mj — eflp3p3/?A (sin'«i — sin m3)j.
Допустим, что температура всех элементов оптической головки одинакова и равна температуре окружающей среды. Такое допущение возможно в том'случае, если теплоемкости этих элементов близки, а температура окружающей среды изменяется медленно.
585
В этом случае
R3 =*¦¦ R„ = Ru — /?д.
Фдоп — anpRa [(е3 + р3е„) sin2 и'2 -|- Зе3 (sin и\ — sin' aj) —
— p.j sin2 «1 — fдрэрз (sin2 «1 — sin“ W3)].
Чтобы оценить влияние изменения температуры окружающей среды, найдем отношение приращений потоков Фоб и Фдс п если температура окружающей среды и объекта одинакова и изменяется на одну и ту же величину, т. е.
Roc 1 ==: Я3г. R062 ~~ Rзй-
Так как
АФоб Фои 2 Фоб 1 == С^прТдВоб (sin Sin W2) (Ro62 R06 1)»
ДФдоп Фдоп 2 Фдоп 1 == ф [(Вз Рз^п) Sin U4 -(-
¦ |~ Зе3 (sin2 «1 — sin‘ и2) — е3 sin” «1 —
— ЕдРэРз (sin2 и[ — sin2 «3) (Rs2-R31)',
(ез + Рзеи) Sirr> Н2 + Зез (sin 1 UI — sin^ ид —
АФдот, = ~ *3 Sin2 u\ - едрзра (Sin2 U\ - Sin - <)
ДФ°б T0Ro6 (sin2 u\ — sin2 u2)
Для рассматриваемого случая примем
80б--=1, е3 = 0,1, рз = 1 — е3 — 0,9, 7о=рз=0,73, рэ = 0,9, f,, = 0,8, и[ = 22°, «2 = 11\ «а — 3 .
Тогда, если кд = 0,8, то ДФд0п/АФ0б = —0,56; при ед = 0,1х X АФД011/АФ0б = 0,48.
Из полученного следует, что чувствительность радиометра к изменению температуры окружающей среды в том и другом случаях всего^лишь в два''раза меньше, чем чувствительность к изменению температуры объекта, т. е. изменение температуры окружающей среды па 10° внесет ошибку в показания прибора, равную ~5 . При ед = 0,8 увеличение темперетуры окружающей среды вызовет изменение показаний прибора, эквивалентное уменьшению температуры объекта, а при ед = 0,1 — возрастанию температуры объекта.
Таким образом, наличие в ИК-радиометре побочных потоков, излучаемых или отражаемых на приемник излучения элементами оптической системы, может обусловливать зависимость результатов измерений потоков ИК-излучения низкотемпературных объектов от температуры окружающей среды. Эту зависимость необходимо учитывать или принимать меры, устраняющие ее-
586
2.3. Неравномерный фон
Значительно более сложно осуществить выделение цели на неравномерном фоне, так как действие такого фона равносильно облучению приемника флуктуирующим потоком излучения.
Если спектр Хинчина—Винера распределения яркости неравномерного фона неизвестен, общее представление о характере процесса можно получить на основе следующих соотношений.
Пусть ДБ2 — дисперсия пространственного распределения яркости фона (или просто квадрат перепада яркости А В двух соседних фоновых образований, например освещенное облако — безоблачное небо). Тогда дисперсия флуктуаций потока излучения, падающего на приемник,
