Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Одним из наиболее распространенных выражений для ATpa3p как функции пространственной частоты fx [мрад1] является [14]:
1/2
A T (f) 3- АГд (ДР^РшлИ /1/11ч
. AW4M I *ЛЯ J ' (14Л)
где GogtIfx) — передаточная функция (частотная характеристика) всей системы «ОЭП+ наблюдатель»; A? — угловой размер элемента приемника по вертикали, т.е. в направлении по оси у, перпендикулярном траектории сканирования, мрад; Vx — скорость сканирования (мрад-с1) по оси х; при постоянстве Vx частота сигнала f в Гц равна f=fxvx; Fk — частота кадров, Гц; ігл — время, которое система «глаз-мозг» человека-наблюдателя затрачивает на суммирование и осмысление визуального сигнала, с (часто принимают ?гл = 0,1...0,2 с); рш — так называемый коэффициент ширины полосы, определяемый как
Ршл. = —
/Фш {f)\K, (f)KC0 (іf)KTa (Z)Sinc(ZW10)I* df
А/з
Фш(/") — спектральная плотность мощности шума на выходе приемника излучения; K3(fx) — передаточная функция (частотная характерис-
408 Глава 14. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов
тика) электронного тракта ; Kc0(fx) — передаточная функция (частотная характеристика) системы отображения, например, видеоконтрольного устройства; Krn(fx) — передаточная функция (частотная характеристика) глаза наблюдателя; sine (fx/2f'T0) = sm(nfx/2f'TO)/(nf/2fm) — частотная характеристика, учитывающая узкополосную пространственную фильтрацию периодической структуры (миры), состоящей из прямоугольных полос с основной частотой /то [мрад"1], осуществляемую в зрительном аппарате; f'TO=fTOvx — частота (Гц), соответствующая основной пространственной частоте миры /т0, мрад"1; Af3 — эквивалентная шумовая полоса всей системы в Гц (см. § 14.7), f — частота в Гц.
Выше, в §§ 10.4, 10.5, 10.7, 10.8 были приведены выражения для расчета входящей в (14.1) передаточной функции G03c(Z1) и отдельных ее составляющих, в том числе K3{fx), Kco (fx) и KT4(fx).
Методы расчета основных энергетических пороговых характеристик ОЭП описаны ниже.
Помимо энергетического разрешения качество ОЭП может характеризоваться пространственной разрешающей способностью: пространственно-частотной характеристикой всего ОЭП или пороговым угловым или линейным разрешением, а также временным разрешением, определяемым динамическими характеристиками ОЭП. Нужно отметить, что все эти критерии качества ОЭП связаны между собой. Достаточно наглядно эта связь проявляется при проведении энергетического расчета ОЭП, которому посвящены последующие параграфы этой главы.
14.2. Обобщенная методика энергетического расчета
Для качественной работы любого ОЭП важно обеспечить определенные энергетические соотношения между полезным сигналом и шумом, источники которого могут быть как внутри прибора, так и вне его. Определение этих соотношений и на их основе некоторых важнейших параметров ОЭП составляет главное содержание и цель энергетических (светотехнических) расчетов.
В той или иной форме энергетический расчет выполняется практически всегда, т.е. при разработке любого ОЭП. Он позволяет найти важнейшие габаритные параметры оптической системы (площадь входного зрачка, относительное отверстие, угловое поле и др.), определить необходимое значение порогового потока или обнаружительной способности приемника излучения, сформулировать требования к источнику излучения, определить ряд требований к сканирующей сис-
409 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
теме и к электронному тракту ОЭП. Очень часто энергетический расчет помогает определить точностные характеристики ОЭП.
Соотношения между уровнями полезного сигнала и шумов, вообще говоря, могут быть рассмотрены для любой точки структурной схемы прибора. Однако наиболее часто на этапе энергетического расчета они определяются либо для входа ОЭП, либо для выхода системы первичной обработки информации (СПОИ). В первом случае рассматривается соотношение между потоками Фвх или облученностями Ebx на входном зрачке приёмной оптической системы и порогом чувствительности ОЭП (Фпоэп или Епоэп), эквивалентным уровню шумов и помех, приведенных ко входу прибора. Определению этих величин посвящены § 14.3 и 14.8. Во втором случае сигналы ис и шумы иш приводятся к выходу электронного тракта СПОИ. Пример подобного рода рассмотрен в § 14.7.
Основными этапами обобщенной методики энергетического расчета ОЭП являются:
1. Составление в общем виде основного энергетического уравнения, устанавливающего необходимое для качественной работы прибора соотношение между полезным сигналом, шумом и помехами и являющегося, по сути дела, обобщенным описанием алгоритма работы ОЭП. Такими уравнениями могут быть: отношение сигнал/шум на входе ОЭП цвх= Фвх/Фп оэп или на его выходе цвых=«с/«ш; условие превышения в заданное число раз ц разности между полезным сигналом Фвх и сигналом от помехи Фпом на входе прибора порога чувствительности Фпоэп прибора, т. е. Фвх- Фпом> цФП0ЭП; превышение контраста между полезным сигналом и сигналом от фона (освещенности, создаваемые источником полезного сигнала Ec и фона Еф соответственно) некоторого порогового значения Kn, т.е. E- ?ф/(?с+?ф) >Кп, и т.п.
