Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
ДР-
Рис. 8.3. Траектория сканирования: а — строчная; б — спиральная круговая; в — розеточная; г — гипоциклоидальная; д — спиральная прямоугольная
217 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
гаемая зона нахождения объекта просматривается более подробно или чаще, чем другие зоны поля обзора. Например, если заранее известно, что объект с большой вероятностью может находиться в центре поля, то целесообразно выбрать розеточную траекторию (рис. 8.3, в).
Другими критериями для оценки преимуществ той или иной траектории могут быть: полоса частот сигнала, образуемого при сканировании; отсутствие перспективных искажений, ухудшающих качество воспроизведения сканируемого пространства около границ поля обзора; простота и надежность конструкции сканирующей системы, обеспечивающей выбранную траекторию. Во многих случаях траектория сканирования определяется не только законом перемещения сканирующей диафрагмы или приемника излучения, но и законом перемещения основания (носителя), на котором установлен весь ОЭП.
В большинстве современных сканирующих систем осуществляется равномерный просмотр поля обзора. Для этого используют строчные и спиральные траектории (рис. 8.3, а, б, д).
При исследовании прямоугольного поля обзора размером 2?їхх2?їу * часто применяют строчную траекторию, получаемую путем колебания мгновенного углового поля размером 2юмгн относительно двух взаимно перпендикулярных осей с разными скоростями (рис. 8.4). Например, перед объективом ОЭП устанавливается плоское зеркало, качающееся в кардановом подвесе вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, лежащих в плоскости зеркала. Другим способом получения такой траектории является перенос всей оптической системы вдоль оси у со скоростью Vy с одновременным колебанием со скоростью Vx зеркала перед объективом перпендикулярно направлению переноса, т.е. по оси X, причем vx» vy. Число строк в этих случаях
N = 2knny/(2coUTll), (8.1)
а число элементов разложения в одной строке
/(*»««)• (8.2) где kuy и knx — коэффициенты, учитывающие перекрытие (или пропуск) строк и элементов разложения вдоль осей у их. Подставив значения 2юмгн из (8.1) в (8.2), получим
"I=KnxNf(Kny). (8.3)
* В настоящем параграфе угловые поля и радиусы сканирования могут иметь размерности как угловых, так и линейных величин, будучи приведенными к какой-либо плоскости, например к фокальной плоскости объектива сканирующей системы. Соответствующие размерности имеют и скорости сканирования.
218 Глава 8. Сканирование в оптико-электронных приборах
Число элементов разложения во всем поле обзора (в кадре) п = tijN.
Рис. 8.4. К определению параметров сканирующей системы при строчной траектории и прямоугольном поле обзора
Если время тэ пребывания сканирующей апертуры (мгновенного углового поля) на элементе разложения равно постоянной времени приемника излучения т, то активная часть периода сканирования определяется как цсТк = тп или с учетом (8.3):
Гк = TfiA1^VM1A)- (8.4)
Обозначим через Tc период сканирования вдоль одной строки по оси х, а отношение времени просмотра одной строки к этому периоду через Tici. Время Tc включает в себя кроме времени просмотра 2Qx возможный «выход» сканирующего элемента или элементов за пределы 2?1Х (см., например, рис. 8.1, в, г) и возврат к началу следующей строки. Частота сканирования вдоль оси х
fc = l/Tc. (8.5)
Полоса частот сигнала Af, формируемого на выходе сканирующей системы, зависит от числа элементов разложения, укладывающихся вдоль строки сканирования размером 2С1Х. Если число таких элементов вдоль строки составляет nv то тэ определяется как отношение активной части периода сканирования г\с1Тс к числу элементов разложения tiv т.е.
тэ = Лсі ^c InI - Лсі /(/с Пі)' (8.6)
где Tici — коэффициент сканирования строки.
Принимая, например, Af = l/(kAfz3), где kAf — коэффициент, связывающий ширину полосы пропускания Af электронного тракта с временем т3 (обычно k&f = 0,5...2), получим
Af = U1I(Kf^1Tl) Или с учетом (8.3), (8.5) и (8.6) при k пх= 1
Af = nxvy/(2cola4clk&f). (8.7)
219 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Сопоставляя на основе полученных формул различные способы сканирования, можно заключить, что параллельный способ (см. рис. 8.1,6) при заданном времени просмотра поля обзора Tk позволяет иметь меньшие частоты, т.е. и скорости сканирования, а следовательно, полоса частот Af, занимаемая сигналом, в этом случае будет меньше. Однако неоднородность свойств элементов, просматривающих отдельные строки кадра, часто сводит «на нет» это преимущество параллельного сканирования.
Как было показано выше, отношение сигнал/шум ц при использовании метода последовательного сканирования с задержкой и интегрированием сигнала, снимаемого с линейки или матрицы фотоприемников, возрастает пропорционально корню квадратному из числа приемников и, соответственно, числа ступеней задержки и интегрирования. При этом принималось, что амплитуда сигнала и мощность шума линейно возрастают с увеличением этого числа.
