Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРИЕМА СИГНАЛОВ В ПРИМЕНЕНИИ К ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫМ ПРИБОРАМ
Глава 10. ОБОБЩЕННЫЕ СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ
10.1. Структурная схема оптико-электронной следящей системы
Очень часто работу ОЭП можно рассматривать как работу следящей системы. Достаточно общую структурную схему ОЭП в этих случаях можно представить в виде совокупности трех основных узлов (рис. 10.1): системы первичной обработки информации (СПОИ), системы вторичной обработки информации (СВОИ) и цепи обратной связи (ЦОС).
В СПОИ обычно формируется сигнал, определенным функциональным образом связанный со значением входного рассогласования и в известной мере освобожденный от отдельных погрешностей. В большинстве ОЭП СПОИ, состоящая из оптической приемной системы, анализатора изображений, приемника излучения и предварительного усилителя сигнала и имеющая частотную характеристику Kj(J со), образует сигнал, среднее значение которого связано со значением отслеживаемого параметра авх на входе монотонной (необязательно линейной) зависимостью.
266 Глава 10. Обобщенные структурные схемы оптико-электронных приборов
Система вторичной обработки информации, характеризуемая частотной характеристикой K2(Ja), реализует дальнейшую обработку и фильтрацию сигнала. Обычно она служит для получения выходной величины авых в среднем как можно более близкой к входному рассогласованию
Рис. 10.1. Структурная схема оптико-электронной следящей системы
Цепь обратной связи с частотной характеристикой .K3Oco) осуществляет компенсацию рассогласования, т.е. обеспечивает компенсационный (нулевой) режим измерения или слежения, при котором достигаются большие точность и быстродействие прибора.
Шумы и помехи, существующие в такой системе, можно разделить на внешние со спектральной плотностью Фш(со) и внутренние (их удобно привести к выходу СПОИ) со спектральной плотностью иш(со).
На первом этапе рассмотрения данной структурной схемы примем, что все ее звенья описываются частотными характеристиками, аргумент которых (частота со) является временной частотой. Иными словами, подразумевается, что осуществлен переход к единой временно-ча-стотной форме представления как частотных характеристик, так и спектральных плотностей помех.
В §§ 10.6 и 10.9 будет показано, как выполняется переход от пространственно-частотной или пространственно-временной форм представления входных сигналов и помех на входе СПОИ к временно-час-тотной форме на выходе ОЭП.
Если принять, что система является линейной и имеет постоянные параметры, то ее частотная характеристика определяется выражением
Kj(JU)
ЦОС
K(Jta)
K1(Jco)K2(Jco)
! + K1(Ja)Ki(Jw)K3(Jw)'
267 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Дисперсия ошибки слежения авых, приведенной к выходу, будет
1 00 2
2-к
-со
1 00 -со
4Ки
l + K^K^jcojK^jco) JST2 (уев) JST2 (уев)
1 00
^KH
! + JSTi (/(b)JSTa (/(b)JST3(M) K2(jco)
1 + K1 (Zcb)JST2 (уев) JST3 (уев)
dco =
da +
dco.
(10.1)
Пользуясь (10.1), можно проанализировать степень влияния на величину оа2 внешних и внутренних помех. Так, если ошибка определяется только внутренними шумами системы, то при вычислении Oa2 первым слагаемым правой части (10.1) можно пренебречь.
Так как обычно в оптико-электронной следящей системе K1H (o)K2(j (o)K3(J са)» 1, то (10.1) можно переписать так:
¦г-к Км
і 00 Ы»)
K3(Jw) 1
dco +
K1 (уев) JST3 (уев)
dco.
(10.2)
Часто в реальных системах с большим коэффициентом усиления характеристики JST;(y ев) и K3(J ев) слабо зависят от частоты в рабочем диапазоне спектра, поэтому справедлива запись JST2O со) =JfiX3-
Тогда (10.2) можно видоизменить:
* 1 а 2 TiK і
ОС ^ со
[фш(св)Лв+-^ Juni(Co)Cfo J_ к,
или
о?=4+ a:
JS2 1у-2 тг2
3 К1 К3
(10.3)
(10.4)
268 Глава 10. Обобщенные структурные схемы оптико-электронных приборов
где о2 = — Ju111 (со)dco и Оф =— [фш(со)<2со —дисперсии внутренних и 2к 2 Tz
-oo -оо
внешних помех соответственно.
Из простейшего анализа (10.3) и (10.4) видно большое влияние на точность всего прибора параметров СПОИ. Действительно, даже при отсутствии внешних помех в (10.4) сохраняется второе слагаемое ее правой части, куда входит Kr
В то же время необходимо отметить большую роль СПОИ в борьбе с внешними помехами, т.е. целесообразно уже в первых звеньях ОЭП фильтровать полезный сигнал от помех.
Для сравнения качества различных СПОИ, работающих в одинаковых условиях, можно рассмотреть случай, когда точность их ограничивается главным образом внутренними помехами отдельных звеньев, т.е. из (10.4) при Фш(со) = 0 и Оф2 = 0 следует:
=Oj(K1Ks). (10.5)
Как следует из (10.5), инструментальная погрешность ОЭП, т.е. погрешность, определяемая только внутренними помехами, зависит от отношения уровня шума ош к произведению K1K3.
Так как коэффициент усиления СПОИ (добротность по рассогласованию) K1 = UJall, где Uc — сигнал на выходе системы, а ал — линейная зона статической характеристики (т.е. рассогласование, в пределах которого система линейна), то
