Фильтрация оптических сигналов

Виды фильтрации.

- спектральная

(выделяется часть излучения спектрального диапазона соответствующая спектру излучаемого объекта)

- поляризационная

( выделяет излучение с поляризацией полезного источника)

- пространственная

(выделение полезного сигнала из фона и помех за счет различия в их пространственной структуре)

Существует понятие «оптимальная фильтрация»: оптимальный фильтр должен обеспечивать пропускание оптического сигнала в точном соответствии с характеристиками объекта.

Объект

Помехи

Что является оптимальным фильтром для точечного объекта (в соответствии с определением оптимального фильтра)?

Для точечного объекта оптимальным пространственным фильтром является точечная диафрагма, размер которой равен размеру изображения объекта.

Для просмотра всего поля зрения необходимо сканирование диафрагмы по всему полю зрения.

Недостатки: - большое время сканирования одного кадра;

- импульсная модуляция сигнала. В электронном тракте требуется широкая полоса пропускания => отношение сигнал/шум снижается.

Как правило, растровый АИ осуществляет гармоническую модуляцию сигнала, при которой полоса пропускания электронного тракта уменьшается до минимума, сл-но снижаются максимально шумы.

1. Точечный источник – сигнал модулируется с частотой

2. Площадной источник (помеха)– модулируется с частотой

3. Протяженный источник (сигнал от подстилающей поверхности) – постоянный сигнал

Как видно, сигнал от площадного источника не может быть отфильтрован простейшим АИ. Можно ли его отфильтровать и что для этого надо сделать?

Надо использовать растр более сложной формы – период растра согласован с размерами площадного источника.

1. Точечный источник – модулируется с частотой

2. Площадной источник – постоянный сигнал

3. Протяженный источник – постоянный сигнал

Вывод: конфигурация растра определяется пространственными характеристиками объекта, помех.

Процедура обнаружения сигнала на фоне помех связана со следующими этапами:

В поле зрения ОЭП существует источник сигнала, сигнал от внешнего фона и от естественных или организационных помех. Смесь полезного сигнала и внешних шумов поступает во входной зрачок ОС. После этого АИ фильтрует эту смесь с целью снижения уровня помех. Эта отфильтрованная смесь поступает на ПИ, где к ней добавляются внутренние шумы. После обработки этой смеси в электронном блоке сигнал должен превышать уровень шумов в µ_тр , чтобы мы могли утверждать, что сигнал в поле зрения есть.

В режиме измерения параметров требуется другой уровень отношения сигнал/шум

Рассмотрим высокоточный угловой дискриминатор. Он отличается тем, что в фокальной плоскости ПО установлен двух (четырех) площадочный ПИ. Дифракционное пятно рассеяния, сформированного в фокальной плоскости ПО имеет очень малые размеры. Измеряются сигналы с каждой площадки ПИ. Для одной координаты угол φ = f(U₁ –U₂).

В режиме обнаружения главный критерий - отношение сигнал/шум

µ_тр =f(U₁₍₂₎ /U_ш).

А в режиме измерения отношение сигнал/шум определяется уже разностью сигналов:

µ_тр =f((U₁ –U₂)/U_ш))

Вопросы для самоконтроля

1. Поясните функциональную схему ОЭП измерения на примере теплопеленгатора.

2. Что представляет из себя растровый анализатор изображения? Где он устанавливается в ОЭП?

3. Какие три типа источников излучения, отличающихся своими пространственными характеристиками, мы рассматриваем?

4. Как измеряются угловые координаты удаленного точечного источника в теплопеленгаторе?

5. Как осуществляется фильтрация шумов в теплопеленгаторе?

6. Какие виды фильтрации оптического сигнала известны?

7. Что такое оптимальный фильтр?

8. Какие существуют преимущества при использовании растрового анализатора изображения для фильтрации шумов?

9. Как соотносятся пороговые энергетические характеристики ОЭП, требуемые для реализации процедуры обнаружения сигнала и процедуры измерения параметров сигнала?