9.2. Двухканальные системы

Влияние атмосферных помех, рассеяние и поглощение в атмосфере снижают возможности обнаружения объектов с помощью оптико-локационных систем. Для увеличения вероятности обнаружения целей применяют двухканальные или многоканальные системы. Использование дополнительных каналов позволяет также определить более широкий набор параметров целей. Ранее была рассмотрена двухканальная активно-пассивная система.

На рис.9.8 приведена пассивная двухканальная система.

Канал, работающий в условиях слабого внешнего освещения, выполнен на усилителе яркости 5. Все участки изображения строятся одновременно проецированием оптическими элементами 1,3,4 всего изображения наблюдаемой сцены на фотокатод электронно-оптического прибора 5. В канале тепловидения использовано последовательное (построчное) построение отдельных участков изображения, формируемого объективом 7. Сканирование со стороны линейки фотоприёмников 9 осуществляется призмой 8, а сканирование изображения с линейки светодиодов 11 производится призмой 12. Обе призмы вращаются синхронно от общего привода 13. Сигналы с выхода фотоприёмников 9 усиливаются блоком усилителей 10 и подаются на соответствующие элементы линейки светодиодов 11. С помощью элементов 14 и 16 проекционного объектива, зеркал 15 и 2 сканируемое изображе-

ние с линейки светодиодов 11 заводится в общий канал и проеци-

Рис.9.8. 1,3,4 –оптическая система, 2 – зеркало, 5- электронно-оптический усилитель яркости, 6 – окуляр; канал тепловидения:7 – объектив, 8 – сканирующая призма, 9 - линейка фотоприемников, 10 – блок усилителей, 11 – линейка светодиодов, 12 – сканирующая призма, 13 –общий привод, 14,16 – элементы проекционного объектива, 15 – зеркало

руется на фотокатод усилителя яркости 5. Такое совмещение изображений, получаемых в различных диапазонах (видимом и инфракрасном) позволяет выявить невидимые детали изображения и сделать его более чётким.

Системы оптического диапазона используются также совместно с радиолокационными системами и позволяют получить новые качества.

На рис.9.9, 9.10 приведена одна из таких систем. Структурная схема системы приведена на рис.9.10.

Сканирование производится диаграммой направленности 2 в азимутальном направлении. Положения радиолокационной антенны и оптической приёмной антенны согласованы и управляются от общего привода 17.

Рис.9.9. Обзор местности с самолета

После излучения зондирующего импульса в блоке 10 начинается формирование развёртки индикатора – блока отображении информации по дальности. С этого же момента блоком 14 начинается считывание информации в ИК-приёмном устройстве 15. Считывание производится в направлении от участков, расположенных ближе к наблюдателю, к более удалённым участкам.

Синхронизация углового положения антенны и углового положения сканирующего устройства в оптической системе 16 должна быть такой, чтобы в каждый данный момент времени в соответствующей точке на экране блока 11 отображалась информация от одного и того же участка местности как по радиолокационному, так и по инфракрасному каналам, одновременно или от одного из каналов.

Иногда возникает необходимость совмещения информации, получаемой в более широком секторе обзора (с меньшей разрешающей способностью) и в более узком секторах обзора. В этих случаях применяются системы телевизионного типа.

Двухканальная система обзора с широким и узким полями зрения приведена на рис.9.11.

Блоки 1 и 2 представляют собой телевизионные камеры широкопольного и узкопольного каналов соответственно. Они могут работать в одном диапазоне или в разных диапазонах: в активном, либо в пассивном режимах и использовать любой из рассмотренных выше принципов формирования изображения. В простейшем случае это могут быть телевизионные камеры с различными объективами в каждом из каналов.

Рис. 9.10. 4 – антенна, 5 – приемная РЛС, 6 – передатчик РЛС, 7 - модулятор, 8 – синхронизатор, 9 – блок обработки информации, 10 – блок развертки по дальности, 11 – блок отображения информации, 12 – формирователь напряжения азимутального положения, 13 – видеоусилитель, 14 – считывающее устройство, 15 - приемник ИК- диапазона, 16 – оптическая система ИК – канала, 17 – привод угла положения антенны и оптической системы

Рис. 9.11. Двухканальная система обзора с широким и узким полями зрения

На рис.9.11. 1,2 – входные информационные части широкопольного и узкопольного каналов, 3 – привод углового положения широкопольной системы, 4 – привод добавок углового положения узкопольной системы, 5 – электромеханический сумматор, 6 – блок широкопольной развёртки, 7 – блок узкопольной развёртки передающей телекамеры, 8 – формирователь строба, 10 – электронный сумматор, 11 – блок узкопольной развёртки индикатора, 12 – блок отображения информации. Угловые положения видеокамер 1 и 2 задаются приводами 3 и 4, причём привод 4 отрабатывает только добавки Δα и Δβ к угловому положению α и β, задаваемому приводом 3, позволяя перемещать поле зрения узкопольного канала в любое положение в пределах поля зрения широкопольного канала. Значения α и β суммируются с соответствующими добавками Δα и Δβ в электромеханическом сумматоре 5. Значения α, β, Δα, Δβ задаются от других систем или вводятся вручную оператором в виде напряжений U_α , U_β, U_Δα , U_Δβ.

Синхронизатор 9 , как и в обычном телевидении вырабатывает синхроимпульсы запуска блоков развёртки 6, 7 широкопольного и узкопольного каналов соответственно. Сформированные этими блоками напряжения развёртки используются в блоках 1 и 2. Напряжение широкопольной развёртки, амплитуда которого соответствует отклонению на весь экран в блоке отображения информации 12, поступает на этот блок для формирования широкопольного растра. Узкополосный растр (11– блок узкопольной развёртки индикатора) формируется развёртывающими напряжениями, представляющими собой суммы постоянной и переменной составляющих. Переменные составляющие являются масштабированными напряжениями развёртки узкополосной передающей камеры 2, причём величина масштабирования равна отношению угловых размеров полей зрения или линейных размеров широкопольного и узкопольного изображения на экране блока отображения 12. Постоянные составляющие определяются величинами угловых добавок Δα и Δβ, поступающих из блока 4.

Видеосигнал широкопольного канала бланкируется сигналами строба, угловые и временные положения которого задаются блоком 4, а его величина определяется соотношением угловых размеров полей. Местоположение бланкирующего строба на экране индикатора должно совпадать с положением сцены, отображаемой узкопольным каналом. Назначение строба – гашение сигнала широкопольного изображения на участке, где должно быть воспроизведено изображение узкопольного канала.

Блок отображения информации 12 может быть построен на электронно-лучевой трубке с двумя электронными пушками или на двух проекционных трубках, изображения с которых совмещаются оптически или на одной трубке с коммутацией режимов.

В двухканальных системах, совмещающих в каждой точке формируемого изображения, информацию от двух каналов одновременно, особые трудности вызывает совмещение изображений от разных фотоприёмников, поэтому строят системы с использованием общего фотоприёмника для обоих каналов, как например, в активно-пассивной системе ИК-диапазона, представленной на рис. 9.12.

Рис.9.12. Двухканальная система с использованием общего фотоприемника

Лазер 1 на CO₂ содержит пьезоэлектрический внутрирезонаторный амплитудный модулятор 2, на который подаётся модулирующее напряжение от генератора 3. Частота модуляции 250 кГц. Наличие модуляции лазерного излучения позволяет отфильтровать информацию активного канала. Лазерное излучение выводится через формирующую систему 4, зеркало 5, и сканирующее зеркало 6.

Приём собственного теплового (ИК) излучения и отражённого лазерного излучения ведётся через то же сканирующее зеркало 6. Сформированное оптической системой 7 изображение проецируется на линейку фотоприёмников 8. охлаждаемых до температуры жидкого азота. Каждый фотоприёмник соединён со входами двух каналов: активного и пассивного. Каждый активный канал состоит из полосового усилителя 9 (полоса пропускания 25018 кГц ), амплитудного детектора 10 и двухтактного усилителя 11.

Каждый пассивный канал состоит из усилителя низкой частоты (УНЧ) 12 с полосой от 60 Гц до 80 кГц и двухтактного усилителя 13. Уровни сигналов в каждом из каналов могут регулироваться для всех приёмников одновременно. Сигналы с выходов усилителей в положительной или отрицательной полярности через переключатели 14 и 15 и выключатели 16, 17 подаются на вход суммирующего усилителя 18. Выходы всех усилителей (аналогичных усилителю 18) подключены ко входам многоканального формирователя видеосигнала 19, в котором производится поочерёдный опрос всех усилителей. Сформированный видеосигнал поступает на вход блока отображения информации 20. Информацию можно выводить или с выходов активных каналов или с выходов пассивных каналов, а также совмещённую информацию в разной полярности (позитив или негатив) и регулировать уровень сигналов (активных и пассивных). Используется диапазон 8-14 мкм, на который приходится максимум собственного излучения тел при обычной температуре. Энергетическая яркость целей при этом составляет от 20 до 50 Вт /( м²·ср).

С целью повышения отношения сигнал / шум можно перейти к импульсной модуляции с более широкой полосой сигнала и большей пиковой мощностью.

Наиболее интересным является применение двухканальной системы для изучения астероидов и удалённых планет, в частности, Юпитера и его спутников. С помощью космических кораблей «Пионер». Прибор – фотополяриметр, схема которого изображена на рис.9.13.

На входе поляриметра установлена бленда 1 для защиты от

рассеянного излучения, падающего под углом 60º к оптической оси, ослабляет его в 3·10⁷ раз. Телескоп, выполненный по схеме Максутова (зеркало 4 – асферичное), строит изображение в диапазоне 390-720 нм для полей зрения от 0,5 до 40 мрад. Отражающие

Рис. 9.13. Двухканальная система для изучения удаленных

планет

слои алюминиевые с внешним диэлектрическим покрытием. Оптические элементы телескопа выполнены из плавленого кварца. В блоке сменных оптических элементов 5 имеются диафрагмы для изменения поля зрения, оптические элементы для поляризационного анализа (деполяризатор, полуволновая пластина, компенсатор) и калибрационный источник (люминофор с радиоактивным возбуждением).

Положительная линза 6 служит для уменьшения расходимости светового пучка и его поперечных размеров. Анализирующая призма (поляризационный расщепитель ) 7 – призма Волластона из кальцита. Разделение лучей призмой 7 осуществляется в плоскости, перпендикулярной плоскости сканирования телескопа. Линза 8 аналогична линзе 6. Спектральное разделение синего и красного цветов производится с помощью дихроичного многослойного делителя 9. Разделение усиливается оборачивающими линзами 11, 13, имеющими полосы пропускания 590…690 нм и 395…485 нм.

Блоки фотоприёмников 19 и 22 содержат по два канальных умножителя с фотокатодами диаметром 2,5 мм типа S-11 (бищелочной)–умножители 23, 24 и типа S-20 – умножители 20,21. Для обеспечения идентичности характеристик каждая пара умножителей выполнена в общем баллоне.

Построение изображения происходит благодаря сканированию перпендикулярно направлению полёта за счёт осевого вращения аппарата, а вдоль направления полёта – за счёт собственного перемещения в пространстве.

Передача видеоинформации производится по радиоканалу через блок уплотнения информации.