Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
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 Enmn), 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 ит 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=ис/иш; 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> цФпоэп; превышение контраста между полезным сигналом и сигналом от фона (освещенности, создаваемые источником полезного сигнала Ec и фона ?ф соответственно) некоторого порогового значения Kn, т.е. E- Еф/(Ес+Еф) >Ка, и т.п.
2. Представление входящих в это уравнение величин полезных сигналов, шумов и помех, т. е. Фвх, Фпом, Ec, Еф, ис, иш и т.д., в виде функций параметров и характеристик излучателя, передающей системы, наблюдаемого объекта, среды распространения и приемной системы. Здесь часто бывает полезным выяснить, не является какая-либо из составляющих шума явно преобладающей над другими, и учесть это при приведении шумов к той точке структурной схемы, для которой составлено основное энергетическое уравнение.
3. Выбор или расчет параметра (величины ц), устанавливающего требуемое для качественной (надежной) работы ОЭП соотношение между сигналом и шумами.
4. Решение основного энергетического уравнения (неравенства), представленного в соответствии с пп. 2, 3 в развернутом виде, отно-
410 Глава 14. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов
сительно одного или нескольких1 входящих в него параметров.
5 Выбор или расчет остальных параметров ОЭП.
6. Окончательный (проверочный) энергетический расчет, сводящийся часто к проверке выполнения неравенства — основного энергетического уравнения — после окончательного выбора или определения всех входящих в него величин.
Порядок проведения первых трех этапов расчета может быть иным, что не сказывается на конечных результатах.
Часто на первых этапах энергетического расчета величины Фвх, Фпом, Ec, Еф, ис, ит и другие рассчитывают без учета частотных характеристик (особенно ПЧХ) отдельных звеньев структурной схемы ОЭП, включая излучатель, помехи, фон и среду распространения излучения, г.е. используют их условно обобщенные или интегральные характеристики. Это связано прежде всего с априорной неопределенностью ПЧХ и других характеристик большинства звеньев структурной схемы ОЭП, а также с трудностью синтезировать эти звенья по выбранным или заданным частотным характеристикам.
Знание частотных характеристик или передаточных функций от-іельньїх звеньев особенно важно для приведения сигналов и шумов к одной и той же точке структурной схемы, например, ко входу ОЭП. С четом опыта, накопленного оптико-электронным приборостроением, наиболее часто порог чувствительности ОЭП (Фпоэп или Епоэп) определяется путем приведения порога чувствительности (порогового потока) приемника Фп ко входному зрачку прибора, т. е. принимается, что основной составляющей внутренних шумов ОЭП является шум приемника. Для приведения Фп ко входу необходимо знать некоторый коэффициент, иногда условно называемый КПД системы первичной обработки информации ОЭП — rjTOn, определяющий, какая доля сигнала, поступающего на вход прибора, используется для создания выходного полезного сигнала. С определенным приближением можно считать, что
Фпоэп = Фп/Лоэп-
1 Необходимость определения нескольких неизвестных параметров из одного уравнения часто затрудняет проведение расчета. При этом целесообразно пользоваться методами нелинейного программирования, например методами последовательной безусловной оптимизации функций многих переменных и рядом других, а также использовать априорные данные об условиях работы прибора или использовать опыт предшествующих аналогичных разработок. Большую помощь здесь оказывает использование современной вычислительной техники и методов моделирования.
411 JO. Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Величина Ti03n является функцией параметров звеньев, составляющих СПОИ ОЭП. На первых этапах энергетического расчета п
