Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Контраст изображения объекта определяется разностью сигналов, соответствующих наличию и отсутствию объекта. Можно принять, что эта разность АФ пропорциональна разности потоков, приходящих на вход прибора при наличии объекта и в его отсутствие (Фоб и фф).
Если считать, что среднее квадратическое значение потока стф , приходящего на вход ОЭП, остается постоянным в обоих случаях, то контрастное отношение сигнал/шум
Иквх = АФ/аф
может быть определено как
ФО6-ФФ
Мк вх
\іаФвн +®ПОЭП
где СТфВН— дисперсия внешних шумов; Фпоэп— дисперсия внутренних шумов, приведенных ко входу ОЭП.
434 Глава 14. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов
Соответственно, контрастное отношение сигнал/шум на выходе ОЭП
Huk = аи/^ши .
где Au — разность сигналов на выходе ОЭП (его СПОИ); стШи — среднее квадратическое значение шумов, приведенное к той же точке схемы ОЭП, что и Au.
Для расчета величины АФ, т.е. образования разности Фо6-фф, можно воспользоваться теми же формулами (14.5), (14.6), (14.25) и им подобными, применительно к условиям работы конкретного прибора.
Например, если ОЭП работает в спектральном диапазоне X1... X2 и предназначен для обнаружения объекта, имеющего яркость Lo6(X) и перекрывающего поочередно с фоном яркостью L^(X) все мгновенное угловое поле прибора AQoan, с учетом (14.8) можно записать
К А^ОЭП AiX
jk об m^ m-1«, ф ml* mk мч md*
Приведенные выше формулы могут быть несколько видоизменены применительно к различным случаям работы или различным схемам ОЭП. Так, используя формулу (5.10), при малых угловых полях со и квадратной форме чувствительного слоя приемника, в которую вписывается сечение пучка в виде круга диаметром I1, площадь чувствительного слоя можно представить как
A = If= (2DKtgco)2 = (4 n)D2K2ACl, (14.27)
где телесный угол мгновенного поля зрения AQ = (4/n)-(2tg ю)2; K=f'/ D. Подставляя (14.27) в (14.24) с учетом (14.25) для протяженного источника, получим
X
кмкп!тШ2Авх Jтс(X)T0(X)Lc(X)Dl (X)dX
Цц =----------о-^------- (14.28)
2 KD J Af3
или при круглой форме входного зрачка, т.е. при Abx= nD2/4,
^km^mmwm^.
В том случае, когда в оптической системе ОЭП применяется коллектив, т.е. размер площади приемника в соответствии с формулой
435 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
(5.9) I2 = 2DKKtg ©, последние выражения сохраняют свою справедливость при замене К на Кк.
Это выражение может быть использовано, например, при энергетическом расчете оптико-электронного радиометра.
При работе ОЭП активного типа, когда передающая система может быть представлена излучателем, имеющим площадьАвых и яркость L' (см. § 14.3), а основным видом шума является шум приемника излучения, пользуясь описанной выше методикой, можно получить следующее выражение для отношения сигнал/шум:
^ = )zc{l)z01(X)z02(l)V(l)Dl(l)dl, (14.29)
где йм — коэффициент, учитывающий потери потока при модуляции (см. § 9.3). Здесь принимается, что передающая система, имеющая яркость источника L1(X), коэффициент пропускания X01(X), площадь выходного зрачка Авых, имеет диаграмму направленности, полностью перекрывающую угловое поле приемной системы, т.е. рассматривается как протяженный излучатель. Такой случай типичен, например, для оптических систем связи.
В тех случаях, когда передающая система облучает («подсвечивает») исследуемый объект, а приемная система принимает отраженное или рассеянное излучение от этого объекта (см. рис. 14.3), выражение для величины может быть найдено путем подстановки в (14.24) ФС(А.), определенного по формуле, аналогичной (14.11), в которую следует ввести спектральный коэффициент пропускания приемной оптической системы I02(X).
14.8. Расчет пороговой чувствительности оптико-электронного прибора
Полученные в §§14.2 -14.7 формулы позволяют рассчитать один из важнейших параметров ОЭП — пороговую чувствительность. Для систем обнаружения энергетическая пороговая чувствительность обычно определяется как значение входного сигнала — потока или освещенности на входном зрачке прибора, обеспечивающего заданное отношение сигнал/шум ц0. Иными словами, в спектральной полосе АХ,
сигнал, приходящий на входной зрачок и равный j Фс(Х)йХ, должен
Ak
превышать порог чувствительности прибора Фпоэп в \х0 раз, т.е.
дх
436 Глава 14. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов
Для систем воспроизведения (измерительных или следящих систем) помимо энергетической пороговой чувствительности часто говорят о пороге чувствительности по измеряемому или отслеживаемому параметру а, например по угловому рассогласованию, определяемому часто средней квадратической погрешностью аа (см. § 10.1).
Если пороговую чувствительность ОЭП выразить через эквивалентную шуму облученность входного зрачка площадью Авх, то
¦Е-П ОЭП = Фпоэп/ Ax
/ дх
Для систем обнаружения величину р0 находят из характеристик обнаружения (см. § 14.6).
Пороговая чувствительность En оэп может быть также найдена в виде функции параметров ОЭП, если вместо р0 в (14.30) подставить величину рц, определяемую по формулам, приведенным в § 14.7. Такая подстановка позволяет более наглядно представить зависимость ^n оэп от параметров ОЭП, в частности, от параметров приемника изучения и электронного тракта, и варьировать ими в процессе проектирования прибора. Во всех случаях следует сопоставить рассчитанное с помощью формул § 14.7 значение Enosn с E0amn, и если Eno3n > E0nosn, то путем изменения тех или иных параметров необходимо добиться соблюдения неравенства Enosn < E0nosn т.е. рц> р0.
