Параметры современных ОР

В настоящее время существует большой выбор ОР, технические параметры которых приведены в табл. П4. Все современные ОР имеют устройства для накопления СОР от отдельных точек ВТ и логарифмирования СОР, оперативное запоминающее устройство для хранения результатов измерения СОР в каждой точке. В состав ОР входит графический дисплей, позволяющий по зарегистрированной рефлектограмме с помощью одного или нескольких курсоров и встроенных функций определять различные параметры ВТ. Большинство ОР имеют возможность обмениваться данными с компьютером через стандартный интерфейс.

Наиболее важными параметрами ОР являются динамический диапазон, время измерения, пространственное разрешение и ширина мертвой зоны.

5.4.1. Динамический диапазон

Динамический диапазон определяет максимальное затухание ВТ, при котором отношение СОР к шуму ³ 1. Строго говоря, динамический диапазон не является параметром ОР. Он зависит от типа исследуемого ВС и используемой длины волны. Динамический диапазон возрастает с увеличением мощности и длительности зондирующего сигнала, увеличения числа накоплений и времени измерения, а также с уменьшением уровня шума ФПУ. Обычно приводимый в рекламных проспектах динамический диапазон ОР соответствует максимальной мощности и длительности зондирующего импульса, максимальному числу накоплений и времени измерения. Динамический диапазон можно определить для конкретной рефлектограммы, как разность между максимальным СОР в ближней зоне и уровнем шума за пределами ВТ.

Уровень шума (порог реагирования) определяется параметрами ФПУ и может быть выражен в единицах оптической мощности P_пор или в логарифмических единицах Y_пор по отношению к некоторой мощности P_н, принятой за 0 дБ

Y_пор = 5 lg (P_пор/P_н). (5.14)

Порог реагирования ФПУ зависит от типа фотоприемника, коэффициента шума предварительного усилителя и от полосы пропускания D F усилителя ФПУ. Пороговая мощность может быть выражена через спектральную плотность шума S_ш, приведенную ко входу ФПУ

P_пор = S_ш D F (5.15)

Полоса пропускания D F ФПУ выбирается исходя из допустимых искажений отраженных от неоднородностей ВТ оптических импульсов на выходе ФПУ. Причем, между длительностью импульса t_и и требуемой полосой пропускания D F существует обратно пропорциональная зависимость. Полагая, что известен порог реагирования P_{пор 0} ФПУ для длительности импульса, при которой нормируется относительный уровень СОР в ближней зоне ВТ, т. е. при t_и =1 нс, можно записать порог реагирования ФПУ для любой длительности импульса

P_пор = P_пор0 (t_{и 0} / t_и) ^0.5 (5.16)

Для увеличения отношения сигнала к шуму, а следовательно, и для увеличения динамического диапазона используют накопление СОР на выходе ФПУ. Накопление или усреднение сигнала в каждой точке рефлектограммы эквивалентно многократным измерениям с последующим расчетом среднего значения. Отношение сигнала к шуму возрастает при этом в корень из N раз, где N –число накоплений (измерений) в одной точке.

С учетом сказанного, для порога реагирования в логарифмических единицах можно записать

Y_пор = 5 lg (P_{пор 0} / P_н) + 2.5 lg (t_{и 0}/ t_и)- 2.5 lg (N). (5.17)

Используя определение динамического диапазона, а также (5.6) и (5.17), получим для динамического диапазона

D= 5 lg (P ₀ /P_{пор 0} ) + Y_{s 0} + 7.5 lg (t_и /t_{и 0} ) + 2.5 lg (N) - a_оп. (5.18)

Динамический диапазон может быть определен экспериментально по зарегистрированной рефлектограмме, как показано на рис. 5.7. Определить по рефлектограмме максимальный уровень обратного рассеяния Y_sm достаточно просто. Сложнее определить уровень, соответствующий среднеквадратическому уровню шума Y_ш (шум ведь процесс случайный). В то же время максимальный уровень шума Y_im за пределами ВТ определить достаточно легко.

Рис. 5.7. Экспериментальное определение динамического диапазона

Для оценки динамического диапазона можно использовать следующий подход.

Полагаем, что максимальный уровень шума P_шm в линейном масштабе примерно в 3 раза превышает среднеквадратическое значение уровня шума P_ш. Тогда после логарифмирования среднеквадратический уровень шума Y_ш будет меньше максимального на 2.4 дБ.