- •«Оптические и оптико-электронные системы»
- •Основные задачи и проблемы в развитии
- •Классификация оэс
- •Понятие системы
- •Обобщенная схема оптико-электронной системы
- •Параметры оптического излучения
- •Законы теплового излучения
- •Спектральный анализ оптических сигналов
- •Сложный периодический процесс
- •Спектр последовательности прямоугольных импульсов
- •Спектр прямоугольного импульса
- •Спектр непериодических сигналов
- •Спектр одиночного импульса
- •Единичный скачок
- •Единичный импульс
- •Оптические сканирующие системы по виду сканирующего элемента подразделяются на:
- •Сканирование плоским зеркалом
- •Сканирование оптическими клиньями
- •Сканирование отверстием
- •Тема 9. Электромеханические модуляторы: принципы работы и построения, форма сигнала и его свойства, особенности, достоинства, недостатки, основные параметры и погрешности.
- •Параметры и погрешности растровых модуляторов
- •Ошибки изготовления растра – модулятора излучения
- •Тема 10 . Оптические системы оэп. Назначение оптической системы. Линзовые, зеркальные и зеркально-линзовые системы в приемном и передающем трактах оэп Оптические системы оэп
- •Линзовые системы
- •Зеркальные системы
- •Зеркально-линзовые системы
- •Оптические системы с конденсором
- •Приемник излучения
- •Спектральная характеристика
- •Спектральная плотность напряжения шума
- •Тема 12. Структура эквивалентной схемы приемника излучения по сигналу, частотная передаточная функция, амплитудно-частотная характеристика, логарифмическая ачх фпу.
- •Шумы фотоприемного устройства и точки их приложения
- •Точки приложения шумов
- •Методы описания шума
- •Общий суммарный шум
- •Оценка диаметра входного зрачка фпу
- •Расчет дальности действия оэп
- •Распределение энергетической силы света в пространстве
- •Пространственная фильтрация
- •Функция веса оптической системы
- •Одномерная и многомерная фильтрация
- •Простейшие виды фильтров
- •Вероятностные характеристики обнаружения
- •Обнаружение методом непосредственного сравнения
- •Оптимальная фильтрация
- •Энергетический расчет эоп
- •Электронно-оптические ик-приборы ночного видения
- •Тема 17. Медицинские оптические приборы: эндоскопы, офтальмологические приборы. Эндоскоп
- •Точечный источник круглой формы и постоянной яркости. Распределение яркости описывается функцией
- •Излучатель в виде отрезка идеальной прямой линии постоянной яркости.
- •Отрезок прямой линии конечной ширины постоянной яркости.
- •Структура поля излучения
- •Реакция фотодетектора на падающий поток
- •Охлаждение приемников излучения
- •Чувствительность фпу как один из параметров, характеризующих его обнаружительную способность
- •Расчет фпу и уровня шумов
- •Московский государственный университет приборостроения и информатики
- •107996, Москва, ул. Стромынка, д. 20
Оценка диаметра входного зрачка фпу
Важнейшими габаритными параметрами приемной системы ОЭП являются: диаметр входного зрачка объектива D, его фокусное расстояние f', угловое поле σА. их значения во многом определяют уровень полезного сигнала, приходящего на вход, отношение сигнал/шум.
Рис.2.
Кп – коэффициент, учитывающий превышение полезного сигнала над пороговым,
L – яркость источника,
Qист – площадь источника,
SI – интегральная чувствительность приемника,
- коэффициенты пропускания трассы и оптической системы.
Поток, падающий на входной зрачок:
(5)
Если весь поток попадает на фотодетектор, то
(6)
- диаметр входного зрачка.
(7)
Чем больше апертурный угол, тем больше энергии приходит на вход системы, тем больше imin.
Если на входе действует монохроматический поток излучения, то
,
- спектральная плотность энергетической яркости;
,
- спектральная энергетическая плотность светимости,
- излучающая способность;
- реакция фотодетектора на падающий поток.
.
Таким образом, фиксируем сигнал от объекта.
Для следящей системы необходимо поставить анализатор, для обнаружения между оптической системой и фотоприемником должен располагаться модулятор, преобразующий сигнал от объекта в функцию времени.
Выбирается определенный частотный диапазон работы:
- полоса частот должна быть там, где действие шумов минимально;
- необходимо учитывать скорость перемещения объекта (движение цели вызовет потерю объекта);
- учитывается также наличие фотодетектора.
Выбираем параметры ФПУ. Освещенность, созданная полезным сигналом, должна быть выше суммы освещенностей, создаваемых фоном.
Расчет дальности действия оэп
Дальность действия ОЭП зависит от многих параметров и характеристик самого прибора, излучателя, среды распространения излучения, от характера фона и помех, попадающих в угловое поле ОЭП.
Диапазон дальностей ограничивается максимальным Dmax и минимальным Dmin расстояниями до объекта. Чем больше ΔD= Dmax - Dmin, тем шире возможности прибора. Однако увеличение диапазона дальностей встречает ряд серьезных технических затруднений, связанных с тем, что условия работы ОЭП при D= Dmax и D= Dmin могут существенно различаться. Основная трудность, которую необходимо преодолеть для увеличения Dmax, связана с малым уровнем полезного сигнала на входе прибора, т.е. малой освещенностью, создаваемой объектом в плоскости входного зрачка (габаритов всего прибора), увеличения чувствительности ПИ, повышения качества согласования характеристик элементов системы первичной обработки информации и электронного тракта прибора с характеристиками полезного сигнала. При работе на минимальных дальностях характеристики полезного сигнала изменяются. Повышается его интенсивность, которая может возрастать в несколько десятков тысяч раз. Это приводит к нежелательному изменению некоторых параметров ПИ, в частности, к значительному понижению его чувствительности. Увеличение угловых размеров объекта 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.
Определяется на основе проведения энергетического расчета. Исходными являются данные, характеризующие излучение объекта, фона, прозрачность среды и элементов оптической системы, чувствительность ПИ.
В зависимости от назначения ОЭП могут задаваться в качестве исходных следующие варианты:
1. Известны спектрально-энергетические характеристики излучателя, измеренные экспериментально:
а) функция, характеризующая распределение излучения в пространстве, заданная графически в виде , где θ – направление излучения;
б) функция, характеризующая спектральный состав излучения, для каждого направления, заданная в относительных единицах в виде при θ1 = θ2 …= θn = const.
, (8)
Sвх.зр. – площадь входного зрачка прибора, м2;
Ф*пасп – паспортный пороговый поток, Вт/Гц1/2;
Δf – полоса пропускания электронного тракта, Гц;
n – отношение сигнал/шум;
ηm – коэффициент, учитывающий эффективность вида модуляции;
φ – угол, между осью оптической системы прибора и линией визирования;
- учитывает влияние на значение пороговой чувствительности отклонения выбранного режима фотодетектора ФПУ от паспортного (изменения частоты модуляции, температуры окружающей среды, фонового сигнала, питающего напряжения);
ηθ и ηст – характеризуют эффективность работы фотоприемника по реальному и стандартному источникам излучения.
.
2. Известно, что распределение интенсивности в пространстве определяется функцией , а спектр излучения объекта можно считать близким к спектру излучения АЧТ при температуре Т.
, (9)
Sλ – спектральная чувствительность ФД.
3. Излучатель задан в виде диффузно – рассеивающей поверхности, имеющей характеристики близкие к характеристикам АЧТ при температуре Т.
.
Иногда дальность определяется из условий обеспечения необходимой точности измерения. В этом случае значение отношения сигнал/шум выбирают из условия обеспечения допустимой погрешности.