Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
443 JO. Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
чить следующее выражение:
Poefj-Sp) ЬрарФ
Здесь Стрф — среднее квадратическое значение рф. Отсюда, составляя равенство Дрп==?,рстрф и зная достижимое для конкретного прибора значение рц (см. § 14.7), можно оценить, какие изменения отражательной способности наблюдаемого объекта обнаруживает прибор.
В качестве примера укажем, что для средней прозрачности атмосферы (оптических толщ Ta порядка 0,4...0,5) в видимом и ближнем ИК диапазоне спектра наблюдения растительных покровов Земли из космоса со спутника «Лэндсет» характеризовались отношениями ро6/ Стрф порядка 5 ... 10 для сравнительно небольших угловых полей. Эти отношения увеличивались примерно в 2 раза при девятикратном расширении углового поля прибора, т.е. протяженности фона [31]. Значения Дрп при этом составляли 0,01...0, 05.
14.10. Расчет дальности действия оптико-электронных приборов
Для многих практических применений необходимо знать максимальную дальность действия ОЭП, на которой еще можно обнаружить исследуемый объект или измерить его параметры. В оптической локации и дальнометрии важно с необходимой степенью точности измерить дальность до исследуемого объекта или визирной марки.
Дальность действия ОЭП зависит от многих параметров и характеристик самого прибора, излучателя, среды распространения излучения, от характера фона и помех, попадающих в угловое поле ОЭП.
Энергетический (светотехнический) расчет является основой для проведения расчета дальности действия ОЭП. В каждом конкретном случае, зная геометрические, спектральные и энергетические параметры наблюдаемого излучателя, фона, помех, а также пороговую чувствительность системы, можно с помощью основного энергетического уравнения найти дальность действия прибора. Для этого необходимо подставить в это уравнение значение потока Фвх, приходящего на вход прибора, или соответствующей ему освещенности JЕвх, в развернутом виде (в виде функции дальности I) и решить указанное уравнение относительно I.
Например, в случае пассивного метода работы по точечному излучателю без учета фона и помех, когда основное энергетическое урав-
444 Глава 14. Энергетические расчеты оптико-электронных приборов
нение имеет вид
Ebx = тс i/l2 > цЕEno^, (14.36)
где пороговая чувствительность прибора En оэд рассчитана или задана для реальных условий работы ОЭП (см. § 14.8), дальность действия определяется как
г<[тс//(р??поэп)]1/2. (14.37)
Используя выражения, полученные в § 14.8, можно найти зависимость дальности действия ОЭП от различных конструктивных параметров прибора.
Следует отметить, что уравнения вида (14.36) не всегда просто решить относительно I, так как эта величина в большинстве случаев входит дважды в уравнение и притом в разной форме: в знаменатель — в форме квадрата расстояния, а в числитель — как аргумент функции хс(1), описывающей прозрачность атмосферы в зависимости от I (см. гл.4).
Поэтому в таких случаях дальность часто приходится находить методом последовательных приближений. Задаваясь некоторым значением і'(обычно близким к I аналогичных ОЭП), подсчитывают значение функции Xc(Ir) и из уравнения вида (14.37), решенного относительно I, находят значение I0 (нулевое приближение). Затем определяют Xc(I0) и, подставляя это значение в уравнение (14.37), снова решают его относительно I и получают I1 — первое приближение к искомой дальности. Аналогично определяется I2 — второе приближение к искомой дальности и т. д. Обычно можно ограничиться первым приближением. Оно, как правило, отличается от значения, полученного при практических испытаниях, не более чем на 25%. При моделировании условий функционирования прибора в лаборатории или на испытательных стендах можно получить более высокую точность расчета.
При проведении расчетов дальности необходимо знать точный вид функций т^, Mx, Ix, что иногда затруднительно. При работе в относительно узких спектральных диапазонах часто принимают Til= т = const.
Расчет существенно проще, если излучателем является черное тело или серое с известной температурой. В этом случае для вычисления величин Фвх и Ebx можно воспользоваться формулами вида (14.6, б) и им подобными.
При активном методе работы ОЭП общая методика составления энергетического уравнения и расчета I остается прежней. С учетом критерия работоспособности прибора (отношение сигнал/шум, аб-
445 JO. Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
солютное значение потока и т.д.) определяют выражения для полезного сигнала, сигнала от помех и фона.
Очень часто на первом этапе расчета принимают, что чувствительность ОЭП ограничивается лишь внутренними шумами, в первую очередь шумами приемника, а влиянием внешних помех можно пренебречь или его можно существенно ослабить описанными в гл. 11 методами фильтрации. Хотя это предположение весьма условно, с точки зрения общей методики расчета дальности действия ОЭП оно не столь уже принципиально, так как влияние внешних помех можно учесть соответствующим изменением вида основного энергетического уравнения, например, вводом в выражения типа (14.11), (14.36), (14.37) дополнительных алгебраических слагаемых, определяющих составляющие потока Фвх или освещенности Ebx от помех и фона.
