Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Отношение сигнал/шум на выходе приемника в общем виде
CC
(Ib=^sl = -й-. (14.21)
^ш.вых ^ш.вых
Рассмотрим случай, когда преобладают внутренние шумы — шумы приемника со спектральной плотностью фш(/), а внешними шумами можно пренебречь, т.е. считаем, что в (14.20) WJf) =0. Будем учитывать, что частоты модуляции при паспортизации шт= 2я/т и при работе ОЭП Coc= 2л/гс могут быть различны.
Иногда удобно пользоваться спектральной характеристикой не чувствительности sv, а обнаружительной способности приемника, т.е. D*(X), которую можно представить в виде
Ї A-Af/2
где А — площадь чувствительного слоя приемника; ашт — среднее квадратическое значение шума приемника в полосе Af, имеющее место при его паспортизации.
При fT » Af и постоянстве частотной характеристики sjf) в узкой полосе частот Af для условий паспортизации можно принять фш(/) = фшт и
Dl(X) = Svu(X) 1-А. (14.23)
\1 т iiit
431 JO. Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Подставляя полученное из (14.23) значение Svf^ (А.) в (14.21) с учетом (14.20) при WAf) = 0, получим
И«=
bSUdf
ф
шт
Используя понятие об эквивалентной полосе шума Af3, которая определяется как ширина идеализированного прямоугольного спектра мощности шума с амплитудой фшс (на частоте /с) и с площадью, равной площади реального спектра мощности шума, причем центр этой полосы лежит на частоте модуляции сигнала /с, интеграл в знаменателе последнего выражения можно заменить следующим образом:
_і Фшт Фшт
Принимая введенное в § 14.5 обозначение kf для отношения 7Фшт /Фшс . получим формулу для расчета отношения сигнал/шум в рассматриваемом случае:
Vu =-
-ЦД,
(14.24)
Следует отметить, что при расчете рц по формуле (14.24) и другим, рассмотренным ниже, необходимо учитывать зависимость Svf^ и D^ от уровня фоновой засветки приемника, создаваемой, например, излучением сред, через которые проходит полезный сигнал, или помех, находящихся в угловом поле ОЭП. Этот учет возможен, если известны фоновые и энергетические характеристики Svf^ и D^.
Если при вычислении рц по формулам (14.21), (14.24) и другим удобно пользоваться нормированными значениями Sufr и D^, т.е. их спектральными характеристиками в относительных единицах, то следует пересчитать к условиям работы ОЭП абсолютные значения Svf^ тах и D*^ тах, выносимые из-под знака интеграла в этих формулах. Методика такого пересчета описывалась в § 6.4.
Величину Фс(л), входящую в формулы для Pii, можно выразить через параметры излучателя, среды и ОЭП. Напомним, что в соответствии с принятыми в § 14.3 обозначениями для точечного излуча-
432 Глава 14. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов
теля — источника полезного сигнала
ФС(Х) = Zc(X)Ic (х) AsJl2, ч
для «площадного» излучателя |
Oc(X)=Zc(X)Lc(X)AAAaJl2, \ (14.25)
для протяженного излучателя I
Подставляя эти выражения в формулы для цц соответственно конкретному типу излучателя, можно определить взаимозависимость параметров всех звеньев ОЭП.
В практике работы многих ОЭП преобладающее влияние имеют внешние шумы, прежде всего шумы фона (шумы модуляции «пестрого» фона). Если известна спектральная плотность этих шумов Wrex(COp) (двумерный или многомерный спектр Хинчина-Винера), то спектр мощности шума на выходе СПОИ может быть найден по методике, описанной в § 10.9, путем приведения спектра Hira(Co) на выходе анализатора к выходу всей СПОИ.
Определение спектра мощности фоновых шумов Wbx(COp) (или выбор его модели) часто затруднено. Поэтому иногда рекомендуется (см., например, [24]) в качестве исходной величины выбирать некоторый, чаще всего средний квадратический, уровень переменной составляющей яркости «пестрого» фона стЬф и считать фон протяженным излучателем. Тогда при малых угловых полях AQ090 среднее квадратическое значение потока, приходящего от фона на вход ОЭП и образующего сигнал помехи на его выходе, будет
а®Ф M = (xH M А.Х Afi оэп. где тс(Я.) — спектральный коэффициент пропускания среды распространения, Albx — площадь входного зрачка, AQ03n— телесный угол, соответствующий угловому полю ОЭП.
Отношение сигнал/шум для рассматриваемого случая
Цц=-2--. (14.26)
Ax AQoanf ^At (^tc Mvt (I)M
о
Часто ОЭП должен чувствовать различие между сигналами, поступающими на его вход в случае присутствия в угловом поле на-
433 JO. Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
блюдаемого объекта и в случае его отсутствия. Анализ поля может проводиться путем сканирования анализатором или путем просмотра поля многоэлементным приемником. На рис. 14.6 показаны примеры сигналов, образующихся на выходе приемника при сканировании или просмотре поля, когда обнаруживаемый объект отсутствует (рис. 14.6, а) или присутствует (рис. 14.6, 6) в просматриваемом поле.
U-Ф ~фф
а)
Uva'
U9'
-мґЛ
фр —Vsw-
Рис. 14.6. Сигналы на выходе приемника излучения при сканировании поля
обзора
Флуктуации сигнала могут возникать как вследствие шумов (пестрый фон, случайные дрожания ОЭП и т.п.), так и вследствие внутренних шумов, главным образом, шумов приемника излучения.
