Глава 2. Основы теории энергетического расчета оэп в режиме обнаружения

§ 2.1. Постановка задачи

Как известно, задача энергетического расчета оптико - электронного пеленгационного прибора в самом общем случае связана с установлением того диапазона дальностей до объекта пеленгации, в пределах которого прибор позволяет обеспечить заданные вероятностные характеристики обнаружения этого объекта и измерение его относительных угловых координат с заданной точностью.

Диапазон дальностей ограничивается максимальным и минимальным расстояниями до объекта пеленгации. Чем больше тактические возможности прибора. Однако увеличение диапазона дальностей встречает ряд серьезных технических затруднений, связанных с тем, что условия работы ОЭП при и могут существенно различаться. Основная трудность, которую необходимо преодолеть для увеличения , связана с малым уровнем полезного сигнала на входе прибора, т.е. малой облученностью, создаваемой объектом пеленгации в плоскости входного зрачка прибора. Это требует увеличения размеров входного зрачка (т.е. габаритов всего прибора в целом), увеличения чувствительности приемника излучения, повышения качества согласования характеристик элементов системы первичной обработки информации и электронного тракта прибора с характеристиками полезного сигнала, а также повышения помехоустойчивости ОЭП в сложных условиях воздействия внешних (фоновых) и внутриприборных помех. При работе на минимальных дальностях характеристики полезного сигнала изменяются. Повышается его интенсивность, которая может возрастать в несколько десятков тысяч раз (например, при использовании следящего ОЭП в системе самонаведения УРС). Это приводит к нежелательному изменению некоторых параметров приемника излучения, в частности, к значительному понижению его чувствительности. Увеличение угловых размеров объекта пеленгации при сближении с ним вызывает изменение пространственной структуры его изображения, (формируемого оптической системой прибора. Как следствие, ухудшается эффективность пространственных фильтров (растров), рассчитанных на работу по "точечным" излучателям.

Естественно, что требуемые значения и зависят от назначения прибора. Например, для следящего ОЭП, работающего в качестве головки самонаведения, перепад дальностей может достигать от нескольких десятков километров до нескольких десятков метров. Пеленгация с поверхности Земли искусственных спутников требует обеспечения уже значительно меньшего перепада дальностей (всего в несколько раз), который зависит от степени эллиптичности орбиты спутника. Для пеленгаторов систем астроориентации околоземных летательных аппаратов требуемый перепад дальности можно считать равным единице, так как изменение высоты полета над Землей практически не меняет расстояния до небесного светила, по которому осуществляется ориентация. Таким образом, задача энергетического расчета, рассматриваемая с позиции обеспечения максимальной дальности действия, возникает при проектировании любого ОЭП. Аналогичная задача в аспекте минимальной дальности ставится лишь в том случае, когда это продиктовано требованиями технического задания на прибор, вытекающими из его назначения в условий работы.

Общая постановка проблемы энергетического расчета может быть сформулирована следующим образом. В теоретическом плане требуется установить взаимосвязи между характеристиками объекта пеленгации, фоновых образований, канала связи на дальности L (они полностью определяют полезный сигнал и помеху на входе прибора), характеристиками внутриприборного шума и всех элементов схемы ОЭП как системы обработки входной информации и выходными характеристиками прибора, определяющими качество его работы как системы обнаружения и измерения угловых координат. Практическая сторона расчета состоит в том, чтобы, используя полученные взаимосвязи, определить диапазон дальностей, в пределах которого прибор, имеющий заданную структурную схему и заданные параметры ее элементов, позволяет получить требуемые выходные характеристики.

В ряде случаев задача практического расчета может ставиться и несколько по-иному: при заданной дальности (или диапазоне дальностей) и известной структурной схеме прибора нужно определить характеристики по крайней мере некоторых элементов схемы с целью обеспечения требуемых выходных характеристик. Однако при постановке задачи как в первой, так и во второй формулировке структурная схема прибора остается заданной, т.е., по существу, энергетический расчет относится к категории задач, решаемых при анализе схемы прибора. Задача синтеза, при которой по заданным характеристикам процесса на входе должна определяться структура прибора, обеспечивающая получение требуемых выходных характеристик, здесь остается в стороне.

В условиях воздействия фоновых и внутриприборных помех, имеющих случайный характер, энергетический расчет ОЭП базируется на математическом аппарате теории статистических решений, объединяющей и использующей основные научные и практические достижения теории вероятностей, теории связи и управления. В рамках теории статистических решений возможна постановка задачи не только с позиций анализа, но и оптимального синтеза, позволяющего оптимизировать структуру прибора. Последнее означает, что при известных характеристиках процесса на входе прибора появляется возможность определить его передаточную функцию, при которой обеспечивается получение наилучших (т.е. оптимальных с позиций некоторого заранее выбранного критерия) выходных характеристик.

В связи с большим объемом имеющегося в литературе материала, а также с невозможностью доведения некоторых результатов теоретических исследований до инженерных формул, в настоящем пособии излагаются лишь основные положения теории статистических решений применительно к решению задачи обнаружения. Приводится также ряд примеров конкретного расчета.