4.4. Математическая модель канала утечки информации применительно к телевизионной разведке

Подход к оценке возможностей аппаратуры телевизионной разведки (АТР) по информационным показателям в основном аналогичен рассмотренному в п.4.2. Особенностью в данном случае является то, что чувствительными элементами современной АТР являются приемники с дискретной структурой - твердотельные формирователи изображений на ПЗС (приборы с зарядовой связью) элементах. Эти элементы помимо внутренних шумов характеризуются шумами пространственной дискретизации.

В связи с изложенным воспринимаемое отношение сигнал/шум при дешифрировании изображений, полученных АТР, определяется формулой

(4.26)

где - воспринимаемое отношение сигнала к шуму пространственной дискретизации;

- воспринимаемое отношение сигнала к внутренним шумам приемника излучения.

Величина может быть рассчитана по формуле

, (4.27)

где значение n_э определяется согласно (4.15).

Для расчета воспринимаемого отношения сигнала к внутренним шумам по аналогии с (4.3) воспользуемся следующей формулой

. (4.28)

В (4.28) отношение сигнал/шум в элементе разрешения q_э представляет собой отношение разности Н действующих на приемник излучения экспозиций объекта и фона к уровню внутренних шумов приемника, который принято оценивать эквивалентной шуму экспозицией N_ш,

(4.29)

где Е_о, Е_ф – освещенность чувствительного элемента приемника, обусловленная объектом и фоном.

Освещенность чувствительного элемента АТР определяется формулой

, (4.30)

где Е_з – освещенность земли;

 - относительное отверстие объектива.

Поэтому, подставляя в (4.30) в (4.29), получим

. (4.31)

В выражении (4.31) не учитывается влияние пространственно-частотных характеристик объекта Т_об (ν) и чувствительного элемента АТР Т_п (ν) на процесс формирования изображения. Принимая во внимание, что ПЧХ характеризуют степень уменьшения контраста изображения при его прохождении через соответствующие звенья АТР, для корректного учета влияния ПЧХ преобразуем (4.31) к следующему виду

, (4.32)

где К_о= - натуральный контраст объекта.

В результате формула для расчета величины , с учетом влияния ПЧХ может быть записана следующим образом:

, (4.33)

а выражение для расчета воспринимаемого отношения сигнала к внутренним шумам приемника с учетом (4.33), (4.15) примет вид

(4.34)

Таким образом, на основе выражений (4.26), (4.27) и (4.34) может быть определено воспринимаемое отношение сигнал/шум в случае АТР. Последовательность действий для расчета по известной величине q_В информационных показателей оценки возможностей АРТ полностью аналогична указанной в подразделе 4.2.

4.5. Основные характеристики канала утечки информации применительно к инфракрасной разведке

Под инфракрасной разведкой (ИКР) понимается получение информации путем приема и анализа электромагнитных сигналов ИК диапазона волн, излученных или отраженных объектами и предметами окружающей местности.

ИКРВ (видовая) – это разведка, которая формирует изображение объектов в ИК диапазоне волн (от 0,75 мкм). Она позволяет обнаружить объекты в сложных метеоусловиях, обеспечивает получение информации в виде изображений различных объектов и местности.

ИКРП (параметрическая) – разведка, формирующая координатные данные об объекте (пространственные координаты, пространственные скорости). Аппаратура ИКРП – это аппаратура предупреждения ракетного нападения.

Основной особенностью канала утечки информации применительно к ИКР является то, что тело помимо внешнего источника энергии имеет собственное ИК излучение. Поэтому всегда существует контраст между телом и фоном.

Измерив длину волны полученного ИК сигнала, можно определить его тип:

1. 0.75–1,1 мкм – отраженный сигнал

2. 2-5 мкм – собственное излучение

3. 9-14 мкм – интенсивное излучение (как отраженное, так и собственное).

Рассмотрим основные характеристики, которые потребуются для изучения данного раздела.

Поверхностная плотность потока излучения определяется как величина потока излучения, приходящаяся на единицу площади и имеет размерность

Различают также энергетическую освещенность и энергетическую светимость.

Энергетическая освещенность в точке поверхности – это отношение потока излучения, падающего на элемент поверхности и содержащего рассматриваемую точку, к площади этого элемента.

,

где - падающий поток.

Энергетическая светимость в точке поверхности – это отношение потока излучения, испускаемого в полусферу элементом поверхности, содержащим данную точку, к площади этого элемента.

,

где - испускаемый поток.

Спектральная освещенность – это толика освещенности, приходящаяся на данный диапазон (освещенность в данном диапазоне).

Аналогично спектральная светимость – это светимость в данном диапазоне.

.

Рассмотрим далее поверхностно-угловые характеристики плотности потока излучения.

Энергетическая яркость в данном направлении в произвольной точке, лежащей на поверхности объекта, - это отношение элементарного потока излучения в данной точке к произведению телесного угла, в котором он распространяется, и площади, которую он составляет, а также .

,

где - угол между направлением наблюдения и нормалью к площади, - телесный угол.

Спектральная плотность энергетической яркости.

.

Чтобы говорить о температуре, необходимо вспомнить, что есть абсолютно черное тело (АЧТ).

АЧТ – это тело, поглощающее все падающее на него излучение, не зависимо от направления падения, спектрального состава и поляризации, т.о. для АЧТ:

Коэффициент поглощения ,

По закону Кирхгофа тела, находящиеся в состоянии термодинамического равновесия, поглощают столько энергии, сколько и испускают.

Энергетическая светимость зависит от двух параметров: L( ,T), но для АЧТ спектральный состав не важен, поэтому значение имеет лишь температура. В классической теории термодинамики энергетические характеристики определяются только температурой T. Т.о. АЧТ – это тело, которое излучает наиболее возможное количество энергии при данной T для всех длин волн. Заметим, что при различных температурах излучение по всем спектральным составляющим неодинаково.

АЧТ – это наиболее эффективный излучатель при данной температуре, и его излучающая способность зависит только от нее.

Для АЧТ различают температуру радиационную, яркостную и цветовую.

Радиационная энергетическая температура Т_р – это температура АЧТ, при которой его мощность излучения равна мощности излучения данного реального источника.

Для радиационной Т_р поток мощности излучения от АЧТ равен потоку мощности излучения от Т реального тела.

,

где (Т)_р - рабочая температура.

Яркостная температура – это температура АЧТ, при которой его спектральная плотность энергетической яркости для какой-либо длины волны равна энергетической яркости данного источника.

,

где - температура реального тела.

Цветовая температура – это температура АЧТ, при которой относительное распределение его спектральной плотности энергетической яркости и данного источника максимально близки в видимой области.

.