Обобщенная функциональная схема ОЭП измерения на примере теплопеленгатора

На первой лекции мы давали такое определение ОЭП:

Определение Мирошникова М.М.

Оптико-электронными называют приборы, с помощью которых сведения о размерах, форме, положении, а также об энергетическом, спектральном, поляризационном состоянии объекта, содержащееся в потоке излучения, извлекается путем его специальной обработки и преобразования в электрический сигнал, который также обрабатывается с целью выделения из шумов и с последующей регистрацией.

Отметим еще раз, что в этом определении говорится о специальной обработкепотока излучения в ОЭП еще до регистрации его на приемнике излучения (ПИ). Именно эту особенность отражает дополнительный функциональный блок АИ – анализатор изображения.

Обобщенная функциональная схема ОЭП измерения :

И.И. Слой пространства

Объект Пр.ОС АИ ПИ Эл. Блок

Внешние фоны и помехи

Рассмотрим ее на примере ОЭП для определения угловых координат удаленного точечного объекта (теплопеленгатора, если ОЭП работает в ИК диапазоне спектра)

В фокальной плоскости приемного объектива (ПО) установлен АИ. Он представляет (см. рис.) собой вращающийся вокруг оптической оси растр. Угловая скорость вращения – ω_р . В простейшем случае растр состоит из прозрачной и непрозрачной частей.

Угловое положение точечного объекта определяется в полярной системе координат углами ψ_р,φ_р.

ПО

АИ

f'’ И

Эл. блок

Датчик фазы блок

ПИ

φр

ψр

Фш

Фс

ψр

φр

ωр

В плоскости установки АИ мы рассматриваем следующие составляющие оптического сигнала:

Ф_ш - шумовая составляющая сигнала

Ф_с - полезный сигнал от объекта

Ф_s - сигнал смеси.

Мы рассматриваем три типа объектов, отличающихся пространственными характеристиками:

- точечный источник, размер которого много меньше поля зрения приемного канала ;

- площадной источник, размер которого не превышает поле зрения приемного канала;

- протяженный источник, размер которого больше поля зрения приемного канала.

В нашем случае объект – точечный источник. Он формирует поток Ф_с

Внешний фон или сигнал от подстилающей поверхности – протяженный источник. Это наиболее распространенная внешняя помеха. Обычно рассматривается равномерно распределенный фон по всему полю зрения. Он формирует поток Ф_ш.

Естественные или организованные помехи могут быть и точечными и площадными.

Положение объекта:

1. Ψ=0 2. 0< Ψ≤ d/2f’ 3. Ψ> d/2f’

Ψ

d

На ПИ поступает сигнал Ф_с от источника (полезный сигнал) и от внешнего фона (подстилающей поверхности) (Ф_ш )- равномерно распределенный по полю зрения сигнал.

Фш

Фш +фс/2

Фш +фс

t

Ф

Для первого случая расположения объекта к сигналу фона Ф_ш добавляется половина полезного сигнала от объекта - Ф_с/2, т.е.

Ф_s = Ф_ш +Ф_с/2

Для второго случая появляется переменная составляющая полезного сигнала, амплитуда которого зависит от величины Ψ.

Временная частота модуляции -

Коэффициент модуляции или пеленгационная характеристика:

Км

К_м = f(Ψ)

Ψ

d/2f’

Таким образом, зная пеленгационную характеристику, мы можем определить координату

Вторую координату φ определяем с помощью датчика фазы.

Итак, АИ, представляющий из себя вращающийся растр, в простейшем случае состоящий из прозрачной и непрозрачной частей, создает на выходе сигнал, амплитуда и фаза которого определяются угловыми координатами точечного объекта.

Еще одна функция АИ.

Как видно, сигнал от подстилающей поверхности – это постоянный сигнал. Избавиться от него можно простым способом – использовать в электронном блоке фильтр, пропускающий сигнал на частоте модуляции

АИ работает в этом случае как фильтр, пропускающий полезный сигнал и отсекающий шумовой.

Анализатор изображения осуществляет две функции:

- переводит двумерный пространственный оптический сигнал в одномерный временной, но содержащий информацию о двух координатах Ψ и φ;

- фильтрацию оптического сигнала от фона и помех за счет разницы в их пространственных характеристиках.