Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Часто сигнал, поступающий от какого-либо объекта на вход ОЭП, можно рассматривать в виде суммы двух основных составляющих: собственного излучения объекта, например теплового, и рассеянного или отраженного от поверхности объекта излучения, создаваемого посторонним источником. В этом случае значение монохроматической плотности излучения, описывающей создаваемый объектом сигнал, можно представить как
Met = во6 (X)Meo6 (X)+ ra (X)Eeo6(X).
Здесь єоб(Х) — спектральная излучательная способность (коэффициент излучения) объекта; Meo6(X) — функция Планка для черного тела, имеющего температуру объекта; га(Х) — спектральный коэффициент яркости поверхности объекта1; Eeo6(X) — спектральная плотность облученности, создаваемой посторонним источником на поверхности объекта.
Рассмотрим случай, когда на вход ОЭС поступает излучение фона, находящегося в угловом поле прибора AQ03n. Если представить фон в виде протяженного ламбертовского источника со средним значением (математическим ожиданием) яркости Еф и пренебречь излучением среды распространения, приходящим на вход ОЭП, то среднее значение монохроматического потока на входе ОЭП в отсутствие объекта — источника полезного сигнала в соответствии с (14.8) равно
ФФД = тс>.,ф ' ' Л^ОЭП ' Діх •
При появлении в угловом поле ОЭП «площадного» объекта с яркостью Lo6 х, перекрывающего часть AQ0311, равную его угловому размеру AQo6, монохроматический поток, поступающий на входной зрачок прибора от этого объекта и от оставшейся неперекрытой части усредненного фона, равен
L06,,AQ06 + тсЛ>ф LtfX (AQ03n - AQ06)] Abx,
коэффициентом яркости поверхности га по направлению а называется отношение яркости La поверхности в этом направлении к яркости одинаково освещенной (облученной) с ней равнояркой по всем направлениям поверхности, имеющей коэффициент отражения р =1. Для идеально матовой (диффузной) поверхности, частично поглощающей или пропускающей излучение с коэффициентом отражения яркость La одинакова для всех направлений, т.е. ra — const = р и L = рЕ/п, г де E — (облученность), создаваемая падающим извне на эту поверхность излучением.
418 Глава 14. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов
гДе tc x об и тс x ф — коэффициенты пропускания среды на пути от объекта и фона, соответственно, до ОЭП.
Изменение входного сигнала, которое должен зарегистрировать прибор, равно
ДФх =Ф0б+Фд-ФфД = (1
с,;. ,oS 'А)б,х тсд ^ I^1AjAQo6 'Abx
Рассмотрим другой пример, а именно, случай работы ОЭП, когда на входной зрачок поступает излучение от фона с яркостью іф; и от отдельных, находящихся в термодинамическом равновесии п слоев среды, расположенной между фоном и ОЭП, с яркостью каждого отдельного і-го слоя Lc у г Это встречается, например, при наблюдении объекта через атмосферу по наклонной по отношению к земной поверхности трассе, причем фоном может являться либо земная поверхность (наблюдение сверху вниз), либо нижняя граница облаков (наблюдение снизу вверх). При расчете общего коэффициента пропускания среды дія наклонных трасс удобно разделить всю трассу на п слоев, в пределах каждого из которых принять коэффициент пропускания і-го слоя т.. . постоянным.
Допуская, что излучение фона обусловлено, главным образом, его собственным, а не отраженным излучением, можно записать для монохроматического потока, приходящего на вход ОЭП:
Ф
>.,ф+с
M
i=l
і Aix
где Ll
— яркость і-го слоя среды, принимаемого за черное тело с коэффициентом излучения Єс ? ; =I-Xc х єф х — коэффициент излучения фона; Ьфд — яркость черного тела, имеющего температуру фона.
При появлении в угловом поле ОЭП (в fe-м слое среды) объекта с яркостью L06 х и угловым размером AQo6, меньшим AQ0311, к излучению неперекрытого объектом фона и излучению среды добавляется поток 1.1)б х AQ06 Abx хс>Л об, где тХб — монохроматический коэффициент пропускания среды на трассе от ОЭП до объекта. Составляя, как и в предыдущем примере, выражения для потока Фх 0б+с+ф и определяя изменение входного сигнала ДФХ как разность потоков Фх об+с+ф и Фх с+ф, получим
ДФ х= 4б,х"
j=k+l тс,об,x ДЦзб Ajx •
Ф.х-^Ф.х ГТтс,х,; j=k+l
419 JO. Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Иногда помимо фонового и помехового излучения, определяемого внешними по отношению к ОЭП источниками, следует учитывать (с учетом места ее приложения) помеху, образующуюся вследствие собственного излучения наиболее нагретых оптических компонентов, которые находятся в угловом поле приемника излучения. Это особенно важно в случае работы в ИК диапазоне оптического спектра. Поток, определяющий эту составляющую помех, может быть приближенно вычислен по формуле
P
Ф).,опт.пом = ~ tO,k,q)^,q А^пи.д Ли » 4=1
где т0д — коэффициент пропускания оптической системы на пути от q-го компонента до приемника; Lx — яркость 9-го оптического компонента; р — число нагретых оптических компонентов; ДПпи — телесный угол, под которым из центра приемника виден q-й компонент; Aml — площадь чувствительного слоя приемника.
