Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, рассчитав характеристики обнаружения для конкретных условий работы ОЭП или воспользовавшись уже известными характеристиками, находим по ним значение р, при котором обеспе-
428 f
Глава 14. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов
чиваются заданные значения DnF, а также требуемое отношение правдоподобия, т.е. решаем задачу, поставленную на третьем этапе обобщенной методики энергетического расчета ОЭП (см. § 14.2).
Для многих измерительных и следящих ОЭП выбор отношения сигнал/шум зависит от требований к их точности. Например, для оптико-электронной следящей системы, рассмотренной в § 10.1, величину /л можно найти по формуле (10.6):
если известны заданная средняя квадратическая погрешность слежения ста, линейная зона статической характеристики ал и передаточный коэффициент цепи обратной связи K3. Аналогичная (обратная пропорциональная) зависимость между ц и ста существует и для измерительных ОЭП.
14.7. Расчет отношения сигнал/шум на выходе системы первичной обработки информации
Полученные в гл. 10 выражения для спектров сигналов и шумов (помех) на выходе приемника излучения или на выходе системы первичной обработки информации ОЭП позволяют рассчитать отношение сигнал/шум, определяемое для оптимального фильтра общей формулой вида (11.11), а в случае учета некоррелированных внешних и внутренних шумов по формуле
где S(j(?>) — спектр сигнала; W(co) и ср(со) — спектральные плотности мощности (спектры Хинчина-Винера) внешних и внутренних шумов соответственно.
Числитель подынтегрального выражения определяется с помощью методики, рассмотренной в § 10.6. Часто в качестве внешнего шума рассматривают случайный сигнал, возникающий при сканировании «пестрого» излучающего фона, а в качестве преобладающей составляющей внутренних шумов — шум приемника излучения. Все спектры, входящие в эту формулу, приводятся к одной и той же точке структурной схемы ОЭП, например ко входу прибора или к выходу системы первичной обработки информации (СПОИ).
Методика такого приведения и преобразования многомерных (в простейшем случае двумерных) спектров детерминированного сигнала и шумов к одномерным спектрам — функциям временной частоты рас-
И = <*л/(СТ<Дз).
(14.17)
429 JO. Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
смотрена в гл. 10. Формулы, приведенные в §§10.6...10.9, позволяют рассчитать отношение сигнал/шум на выходе СПОИ ОЭП, если известны спектры сигнала и помех, а также частотные характеристики оптической системы, анализатора-модулятора, приемника излучения, электронного тракта СПОИ.
Рассмотрим достаточно простую и удобную для ряда практических применений методику расчета отношения сигнал/шум на выходе приемника.
Если на вход ОЭП поступает сигнал в виде потока излучения ФС(Х), являющегося функцией длины волны излучения X, то сигнал после его прохождения через оптическую систему, модулятор-анализатор и приемник излучения может быть представлен в виде
30
с.вых
= AifJoc(X) 1O (x)sufT{1-)dX. (14.18)
о
где kv — коэффициент, учитывающий видоизменения и, в частности, потери мощности сигнала за счет модуляции потока, и преобразования сигнала в электронных звеньях ОЭП (см. § 9.3); t0(X) — спектральная характеристика пропускания всей оптической системы, включая и модулятор; svf (X) —спектральная характеристика вольтовой чувствительности приемника излучения для центральной частоты /т полосы пропускания электронного тракта, при которой проводилась паспортизация приемника, т.е. определение sv. Значения ФС(Х) и Svf (X) в (14.18) берутся обычно в абсолютных единицах.
В общем виде kM можно выразить через спектр сигнала на выходе модулятора Ф^(со), частотную характеристику приемника sv(со) и частотную характеристику электронного тракта Кэ(а>), как
К(*) = Jk jo,(co)su(co)^3(co)exp(7cot)dco, (14.19)
-ЗО
т.е. kM(t) описывает форму сигнала на выходе СПОИ ОЭП. (Методика определения Ф ((в) рассматривалась в § 10.6. Значения Ф^(о>), эДсо) и Кэ(со) берутся в относительных единицах). В зависимости от того, какое значение ис вЬ1Х берется для образования отношения сигнал/шум — пиковое или эффективное, функцию ku(t) можно заменить соответствующим коэффициентом kM. На первых стадиях расчета ОЭП, когда частотные характеристики его звеньев неизвестны, можно для выбранного вида модуляции сигнала воспользоваться априорными приближенными значениями kM, приведенными, например, в § 9.3.
430 Глава 14. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов
На практике часто удобнее в качестве аргумента спектров и частотных характеристик звеньев ОЭП использовать циклическую частоту f = а/2л.
Среднее квадратическое значение шума на выходе приемника излучения можно найти, если известны спектральные плотности мощности внутренних шумов фш(/) и внешних шумов Wra(Z), приведенных ко входу приемника:
<W = J + (14.20)
'І -XJ
О методике определения WJf) говорилось в § 10.9 (см., например, (10.9)). Реальные пределы интегрирования в (14.19) и (14.20) определяются полосой пропускания Af конкретного ОЭП.
