книги из ГПНТБ / Учебник механика военно-воздушных сил ракетное вооружение

магнитных волн, а основная мощность излучения фона — в ультрафиолетовой области спектра. Таким образом, контрастом самолетов, позволяющим наблюдать их на

этом контрасте и основано устройство инфракрасных координаторов цели систем самонаведения ракет.

Существуют важные в военном отношении цели, ко­ торые являются мощными источниками радиоизлучения. Это радиомаяки аэродромов, посты управления зенит­ ными ракетами, радиолокаторы обзора, радиостанции и т. п. Контраст таких целей на окружающем фоне ос­ нован на большой интенсивности излучения электромаг­ нитных колебаний по сравнению с излучением фона.

Многие цели являются хорошими отражателями ра­ диоизлучения. Облучая такие цели электромагнитными колебаниями, можно уловить отраженную энергию и тем самым обнаружить цель. К таким целям относятся са­ молеты, вертолеты, корабли, железнодорожные мосты и другие цели, выполненные в основном из металла.

Количество энергии, отраженное целью, зависит от ее размеров, материала, конфигурации и положения цели относительно фронта облучающей радиоволны. Если об­ лучать цель, например самолет, радиоизлучением оди­ наковой интенсивности, то количество отраженной по различным направлениям энергии будет неодинаково. Причиной этого являются сложная конфигурация и не­

понимают площадь, перпендикулярную направлению из­ лучения, отражающую такое же количество энергии в данном направлении, что и цель. Эффективная площадь цели определяется экспериментально. Так, например,

В радиолокационных системах самонаведения исполь­ зуются сантиметровый и миллиметровый диапазоны длин волн. Это объясняется двумя причинами: габаритами ап-

110

Фильтр в оптической системе предназначен для по­ вышения контрастности цели. Как уже отмечалось, излу­ чение целей, например самолетов, по спектральному со­ ставу отличается от излучения фона. Энергия излучения цели в основном сосредоточена в инфракрасном диапа­ зоне длин волн, а энергия излучения фона — в ультра­ фиолетовой части спектра. Если выбрать фильтр с боль­

(оптическая) фильтра­ ция цели. В качестве фильтров применяют кремний, гер­

маний, желантин и другие материалы. Роль фильтров могут выполнять и зеркала оптической системы. Для этого поверхность зеркала покрывается тонким слоем пленок из германия и окиси кремния, которые сильно уменьшают коэффициент отражения при излучении с длинами волн меньше 1 мк.

Чувствительный элемент оптического координатора предназначен для преобразования энергии излучения в энергию электрического сигнала. Взаимодействие веще­ ства чувствительного элемента с излучением возможно по следующим трем механизмам. Если энергия излучения достаточно велика, то происходит «выбивание» электро­ нов из вещества, т. е. имеет место в н е ш н и й ф о т о- э ффе к т . Чувствительные элементы, работающие на принципе внешнего фотоэффекта, используются в фото­ умножителях и электронно-оптических преобразователях. Если энергия излучения недостаточна для получения внешнего фотоэффекта, но превышает некоторое значе­

ных носителей тока в веществе чувствительного элемен-

та. Чувствительные элементы, работающие на принципе внутреннего фотоэффекта, называются ф о т о с о п р о ­ т и в л е н и я м и . Наконец, если энергия излучения меньше, чем необходимо для возникновения внутреннего фотоэффекта, то наблюдается повышение температуры элемента вследствие увеличения колебаний кристалличе­ ской решетки материала. Чувствительные элементы, ра­

ния независимо от ее распределения по длинам волн. Приемники, работающие на принципах внутреннего и внешнего фотоэффектов, обладают избирательностью-— воспринимают энергию излучения только на определен­ ных длинах волн.

В оптических координаторах систем самонаведения ракет широкое применение получили фотосопротивления. Фотосопротивление — это полупроводник, изменяющий свое внутреннее сопротивление при попадании на него электромагнитного излучения. В полупроводниках при низких температурах электроны связаны с атомами кристаллической решетки. Под действием энергии излу­ чения колебания атомов в решетке увеличиваются, и они теряют электроны. Появление свободных носителей тока приводит к уменьшению внутреннего сопротивления по­ лупроводника. Обычно фотосопротивления изменяют свою проводимость прямо пропорционально энергии па­ дающего на них излучения.

В оптических координаторах систем самонаведения ракет применяются фотосопротивления из сернистого свинца (PbS), селенистого свинца (PbSe), теллуристого свинца (РЬТе) и других материалов.

Основными характеристиками фотосопротивления являются спектральная чувствительность, частотная ха­ рактеристика и порог чувствительности. Спектральная чувствительность фотосопротивления определяет измене­ ние проводимости под действием энергии излучения на данной длине волны. На рис. 66 приведены спектральные характеристики фотосопротивления PbS (в относитель­ ных единицах). Как следует из рисунка, максимальная чувствительность сернистосвинцового фотосопротивления при температуре +20°С будет по отношению к излуче­ нию с длиной волны 2,2—2,4 м/с. При охлаждении фото­

114

сопротивления его спектральная характеристика сме­ щается в область более длинных волн.

Частотная характеристика определяет зависимость проводимости фотосопротивления от излучения, быстро изменяющегося во времени. Опыт показывает, что если осуществить прерывание потока излучения, то величина

Рис. 66. Спектральная чувствительность фотосопротивления

проводимости фотосопротивления изменяется пропорцио­ нально мощности излучения только до определенной ча­ стоты прерывания. С увеличением частоты прерывания потока излучения происходит запаздывание в изменении проводимости фотосопротивления. Это запаздывание обусловлено тем, что при прерывании потока излучения в фотосопротивлении начинается процесс рекомбинации, т. е. процесс, при котором свободные носители тока свя­ зываются с определенными центрами (атомами или группами атомов). Если мгновенно перекрыть поток из­ лучения, то величина проводимости уменьшится не мгно­ венно, а с течением времени, обусловленным протека­ нием процесса рекомбинации свободных носителей тока.

Порог чувствительности фотосопротивления опреде­ ляется уровнем собственных шумов. Шумы фотосопро­ тивления обусловлены тем, что температура чувстви­

тельного элемента выше 0°К, и поэтому имеются хаоти­ ческие движения носителей тока в полупроводнике. Чем меньше уровень собственных шумов, тем более слабый сигнал может воспринимать фотосопротивление. Поэто­ му для увеличения дальности действия оптических коор­ динаторов цели применяют охлаждение фотосопротивле­ ний. Понижение температуры приводит к уменьшению

натор должен также изме­ рять координаты цели по отношению к координатору. Определение относительных координат дели осуществ­ ляется с помощью модулирующего устройства и генера­ тора опорного напряжения.

В оптических координаторах цели самонаводящихся ракет в качестве модулирующего устройства применя­

ция цели на окружающем фоне. Эта фильтрация осно­ вана на том, что цель представляет собой точечный ис­ точник излучения, а фон — пространственный источник.

Рассмотрим сущность пространственной фильтрации на примере модулирующего диска, изображенного на рис. 67. Диск представляет собой круглую пластинку диаметром несколько миллиметров, выполненную из оп­ тически прозрачного материала. На пластинке нанесен сложный рисунок: на одной половине диска — чередую­ щиеся прозрачные и непрозрачные секторы, а на дру­ гой— непрозрачные концентрические полуокружности. Число этих полуокружностей выбрано таким, чтобы средняя прозрачность обоих половин диска была одина-

116

ковой. Модулирующий диск вращается с постоянной уг­ ловой скоростью. Если в поле зрения оптической систе­ мы цель отсутствует и фоном является однородный из­ лучатель (чистое голубое небо), то при вращении диска модуляции потока излучения не будет. Это объясняется тем, что прозрачность обеих половин диска одинакова и при любом расположении диска обе его половины про-

Величина

облученности от цели

Рис. 68. Принцип модуляции лучистого потока

пускают одинаковый поток излучения. Прошедший через, диск поток излучения облучает фотосопротивление. Ве­ личину облученности фотосопротивления фоном можно условно представить в виде некоторого постоянного уров­ ня, как это показано на рис. 68.

Если в поле зрения оптической системы имеется цель, например самолет, то его изображение на фотосопротив­ лении создает значительную облученность (в виде боль­ шого импульса).

Вращение диска создает модуляцию облученности фотосопротивления (изображение цели то появляется, то исчезает). Следовательно, и проводимость фотосопротив­ ления, которая пропорциональна облученности, будет модулироваться во времени. Очевидно, что и ток, текущий через фотосопротивление, будет иметь переменную со­ ставляющую, обусловленную модуляцией потока излуче­ ния от цели. Однородный фон, создавая на фотосопро­ тивлении постоянную облученность, вызывает появление постоянной составляющей тока на фотосопротивлении. Для конфигурации модулирующего диска, показанного

117

На рис. 67, форма тока, текущего через фотосопротивлёние, имеет вид, изображенный на рис. 69. Постоянная составляющая тока j0 является суммой темнового тока (ток, протекающий через фотосопротивление при полном отсутствии потока излучения от фона и цели) и тока от излучения однородного фона. Переменная составляющая

Рис. 69. Форма тока, текущего через фотосопротнвление

тока представляет собой пакеты колебаний. Время от начала одного пакета колебаний до другого составляет

сетке усилительной лампы прикладывается только пере­ менное напряжение.

Огибающая переменного напряжения представляет последовательность импульсов. Получение огибающей переменного напряжения осуществляется детектирова­ нием. На рис. 71, а показацо переменное напряжение на

118

сетке первого каскада усилителя, на рис. 71, б — импуль­ сы, полученные детектированием переменного напряже­ ния, а на рис. 71,б — первая гармоника огибающей. Про­ стыми рассуждениями можно убедиться в том, что ам­ плитуда переменного сигнала зависит от величины от­ клонения пятна изображения цели от оптической оси. Для определения этой зависимости рассмотрим рис. 72.

Рис. 71. Обработка сигнала, снимаемого с фотосопро­ тивления

Вположении 1 пятно изображения цели находится точ­ но на оптической оси. При вращении диска амплитуда огибающей равна нулю, так как модуляция отсутствует.

Вположении 2 пятно изображения цели находится на некотором расстоянии от оптической оси. При вращении диска будет осуществляться модуляция потока излуче­ ния. Это приведет к появлению переменного сигнала с амплитудой, пропорциональной площади пятна изобра­ жения цели, попадающей в размер прозрачного сектора. Если пятно изображения цели отклонится от оптической оси еще больше, то площадь пятна, попадающая в проз­

рачный сектор, увеличится и, следовательно, возра­ стет амплитуда сигнала. Очевидно, что это будет про­ должаться до тех пор, пока пятно целиком будет вписы­ ваться в размер сектора (положение 3). При дальней­ шем отклонении пягпа изображения цели от оптической

119