Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
^a = GuCLJ(UcK3) = a J(IiK3). (10.6)
Отсюда ясно, что погрешность слежения можно уменьшить, увеличив отношение сигнал/шум ц= Uc/au и коэффициент передачи K3 цепи обратной связи (например, компенсатора).
Если, например, ал определяется размером изображения, то при слежении за точечным излучателем нужно стремиться к улучшению качества оптической системы (объектива), т.е. к уменьшению размера кружка рассеяния. При слежении за излучателем конечных размеров также часто стремятся к уменьшению размеров его изображения, так как и в этом случае при постоянном уровне сигнала Uc точность повышается за счет роста коэффициента усиления K1 (крутизны статической или пеленгационной характеристики ОЭП).
269 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
10.2. Структурная схема оптико-электронного прибора информационного типа
Одна из возможных схем ОЭП информационного типа, предназначенного для приема оптического многомерного сигнала, описывающего, например, исследуемое поле яркости или температуры, фильтрации этого сигнала от помех и преобразования к виду, удобному для дальнейшей обработки или восприятия, приведена на рис. 10.2. При этом, как и ранее, предполагается, что работа всех звеньев СПОИ происходит в линейном режиме.
СПОИ НШ(*'У) Аналоговый Цифровой сигнал
сткал «fx.y) r„(x,yJC,YA)
^ Эзихтранный ^ Выборка
L(x.V)
Оптическая система Приемник излучения
Рис. 10.2. Структурная схема ОЭП информационного типа
Информация о поле яркости L(x, у) преобразуется в цифровую форму, что облегчает дальнейшую обработку или передачу сигнала, а на выходе всей системы этот сигнал может быть преобразован снова в непрерывное распределение г(х, у), например, в картину на экране системы отображения, воспринимаемую визуально.
После предварительной фильтрации в электронном тракте обычно происходит выборка значений сигнала в отдельных равноотстоящих (на Х,У) точках поля, т.е. его дискретизация по координатам (х,у) и квантование по уровню (на k уровней), что упрощает дальнейшую обработку и передачу по каналам связи данных о состоянии поля Ь(х, у). Плотность этих данных при k=24 (при передаче г| битов сигнала) определяется в бит на метр в минус второй степени как
h = = (10-7)
Во многих ОЭП пространственная выборка осуществляется при сканировании или с помощью многоэлементных приемников излучения (МПИ) одновременно с преобразованием оптических сигналов в электрические.
Если спектр сигнала, подвергаемого выборке, содержит гармоники, превышающие 1/2 от частоты выборки, то спектр сигнала после выборки обогащается побочными гармониками, т.е. изображение после восстановления искажается. Иначе говоря, частота выборки должна, как минимум, вдвое превышать максимальную частоту в спектре обрабатываемого (передаваемого) сигнала, чтобы при выборке не воз-
270 Глава 10. Обобщенные структурные схемы оптико-электронных приборов
никали искажения спектра этого сигнала, т.е. обрабатываемый сигнал не должен содержать в своем спектре гармоник, больших — частоты Найквиста (см. § 7.10).
При выборке, осуществляемой в ОЭС, изменяется не только спектр полезного сигнала, но и спектр шума. Приближенное выражение для среднего квадратического значения шума, возникающего при квантовании аналогового сигнала, имеет вид:
о„„ = о
iM 12
где о — среднее квадратическое значение шума на входе квантующего звена; q — наименьшее значение бита квантования (уровня квантования). Эта формула, строго говоря, справедлива для случаев, когда q/a< 2.
Последней ступенью обработки информации часто является реконструкция непрерывного (аналогового) изображения из дискрети-зированного и квантованного сигнала гдк(х, у, X1Y1 k) или из его спектра Sak(O)x, со у, X, Y, k). Спектр на выходе равен
R(^x,(uy) = SAK(cox,(uy,X,Y,k)xB((ux,(uy),
где хв(ах, (ау) — частотная характеристика реконструирующего фильтра, полоса пропускания которого может быть выбрана из условия
гв(ю„со у\-
при
0
I I ГС I In ю, <—; со., < — X ' ' Y
других coj. И со
Спектр сигнала, прошедшего звено, осуществляющее восстановление, после фильтрации можно записать (в одномерном представлении) в виде
Л( со) = -Cb (со) ]Г S0 (гасовыб ± со) =
п=0
00
= ^B (o)S0 (со) + Tb (со)]Г S0 (псовыб ± со),
п=0
где тв(ю) — частотная характеристика восстанавливающего звена; S0(со) — спектр первоначального сигнала (оригинала); совы6 — частота выборки; гасовы6 — частоты, кратные совыб, которые искажают спектр восстановленного сигнала. Второе слагаемое правой части описывает иска-
271 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
жение первоначального сигнала.
Энергетический спектр шума после выборки и реконструкции (восстановления) сигнала определяется как
2 2 °° Wm (со) = |тв (со)| WBX(cu) + |T„(cu)j XwBX^Bbl6 ±©)>
п=0
где Wbx — спектральная плотность мощности шума на входе реконструирующего фильтра с частотной характеристикой тв(со).
Из простейшего анализа этого выражения ясно, что для уменьшения дополнительной составляющей шума, возникающей при выборке, недостаточно предварительной (до реконструкции) фильтрации. Нужно вводить дополнительный фильтр с частотой среза, близкой к частоте Найквиста, чтобы «отсечь» второе слагаемое в правой части последней формулы.
