Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Контрольные вопросы
1. Какие звенья ОЭП наиболее чувствительны к изменению мощности оптического сигнала, приходящего на вход прибора?
2. Приведите пример адаптации зрительного органа живых организмов.
3. Что сильнее влияет на значение потока, приходящего на вход ОЭП: изменение расстояния до излучателя или изменение силы его излучения?
4. Сравните адаптивные системы с фазовым сопряжением и с апертурным зондированием. Глава 14. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов
Часть III
МЕТОДЫ РАСЧЕТА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ
Глава 14. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ
14.1. Критерии качества оптико-электронных приборов
В связи с большим многообразием ОЭП критерии их качества могут быть самыми различными. Учитывая, что для многих ОЭП одна из важнейших задач - это уверенный прием сигнала на фоне помех и шумов и качественное воспроизведение его параметров, наиболее распространенными критериями качества являются статистические критерии, ряд которых был рассмотрен или упомянут выше. К ним относятся средний риск г (см. § 11.1), условные вероятности правильного обнаружения, ложных тревог и т. д. и рассчитываемое на их основе отношение правдоподобия А (см. § 11.2).
Приборы, предназначенные для измерений, характеризуются прежде всего точностью, оценками которой служат нормируемые метрологические характеристики: функция преобразования, систематическая и случайная составляющие инструментальной погрешности прибора,-вариация выходного сигнала, динамические
405 JO. Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
характеристики и др. Некоторые из них будут рассмотрены ниже, в гл. 15.
Специфическими для ОЭП являются критерии, определяющие энергетическое разрешение прибора. К ним прежде всего относятся пороговая чувствительность или порог чувствительности ОЭП, определяемые как минимальные значения потока Фпоэп или облученности ,Erioori на входном зрачке, при которых обеспечивается отношение сигнал/шум ц, необходимое для правильного (надежного) срабатывания прибора, например, для обеспечения заданной вероятности правильного обнаружения. В случае, когда преобладают внутренние шумы приемника излучения, пороговую чувствительность ОЭП можно определить как
?поэп ~ !^^А/ДяХхПоэп).
где А — площадь чувствительного слоя приемника; Д/ — полоса пропускания электронного тракта; D — удельная обнаружительная способность приемника, пересчитанная от условий паспортизации приемника к реальным условиям его работы (см. § 6.4); Abx — площадь входного зрачка; г|оэп — КПД ОЭП (см. § 14.5).
За рубежом энергетическая чувствительность ОЭП обычно оценивается эквивалентной мощностью шума (NEP) или эквивалентной шумам плотностью потока (NEFD), которая представляет собой облученность входного зрачка ОЭП при отношении сигнал/шум на выходе прибора, равном единице.
Очень часто для оценки качества ОЭП используется зависимость Enom или NEFD от длины волны, которая определяет облученность на каждой длине волны, необходимую для образования сигнала, равного уровню шума прибора.
Для оценки ОЭП, работающих с импульсными сигналами, служит отношение максимальной амплитуды сигнала, деленной на среднее квадратическое значение шумов, к значению -E1103n или NEFD.
Оптико-электронные приборы, создающие изображение в ИК области спектра (тепловизоры), часто характеризуются эквивалентной шумовой температурой (ЭШТ), которая определяется как температура эквивалентного черного тела, помещенного в плоскость объекта и создающего на выходе прибора отношение сигнал/шум, равное единице. Иногда пороговую характеристику такого ОЭП определяют как разность температур двух черных тел, при которой обнаруживается их различие.
В зарубежной научно-технической литературе эквивалентную шумам разность температур (NETD) часто нормируют, приводя ее к
406 Глава 14. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов
единичном полосе пропускания делением на корень квадратный из значения полосы пропускания Af.
Качество некоторых типов ОЭП, например, систем тепловидения, оценивают их контрастной чувствительностью (пороговым контрастом на входе прибора), которая сравнивается с контрастом, определяемым соотношением яркостей наблюдаемого объекта и фона в плоскости расположения объекта и называемым иногда контрастным отношением «сигнал-фон» в плоскости объекта
Mk=-т-->
ч
где Lo6 иЬф — яркости объекта и фона в плоскости объекта.
При малых разностях температур объекта и фона AT, принимаемых за черные тела, можно записать
, ч дМ(Х,Т)/дТ
При выполнении условия XT < 3000 из закона Планка (см. § 3.5)
следует
C9AT
\iK(X,AT) = Например, для Т=300°К
'2 ' XT2
Отсюда легко определить, как меняется контраст при изменении спектрального диапазона работы ОЭП, т.е. длин волн X.
Контрастная чувствительность ОЭП (контрастное отношение «сиг-нал-фон» на входе ОЭП), обычно определяется как
_ Аэб.вх ~ Afr-bx
MKBX- Т >
Ч
где Lo6 вх и Ьф вх — яркости объекта и фона, на котором он наблюдается, приведенные ко входу (входному зрачку) ОЭП.
