Составление в общем виде основного светоэнергетического уравнения

Лекция 7

Обобщенная методика свето-энергетического расчета

 

Итак, как определить значение требуемого отношения сигнал/шум мы разобрали на предыдущей лекции.

Теперь встает следующая задача – обеспечить это значение при дальнейшей разработке ОЭП – при проведении свето-энергетического расчета (СЭР).

В предыдущих лекциях мы упоминали про СЭР, отмечали его важность, отмечали, что при проектировании любого ОЭП его необходимо проводить.

 

Для качественной работы ОЭП необходимо обеспечить определенные энергетические соотношения между полезным сигналом и шумом, т.е. .

Определение этих соотношений и на их основе ряда важнейших параметров ОЭП – составляет главное содержание свето-энергетического расчета.

Он позволяет определить:

- Параметры приемной ОС: площадь входного зрачка, относительное отверстие, угловое поле.

- Энергетические характериситики: пороговый поток, пороговая освещенность.

- Выбрать фотоприемник

- Сформулировать требования к источнику излучения

- Сформулировать требования к передающей ОС

- Обосновать тактические характеристики прибора – например, дальность действия.

Даже такое перечисление тех параметров, которые определяются при проведении СЭР, говорит о его важности. И позволяет сделать следующий вывод: после проведения свето-энергетического расчета в основном определяется конструктивный облик ОЭП.

 

Обычно принято записывать энергетические соотношения между полезным сигналом и шумом для т.1 и т.2 по функциональной схеме ОЭП измерения.

Т.1 - это входной зрачок приемной оптической системы ОЭП. Она интересна тем, что для нее обязательно вычисляются значения потоков от источника полезного сигнала и внешних шумов. И для этой же точки известны пороговые энергетические характеристики - Ф_{п оэп}.

Т.2 – это выход приемника излучения. Для нее известны шумы приемника – U_ш.

Ф_вх ,Ф_поэп  ; Е_вх , Е_поэп - это параметры сигнала и пороговые характеристики на входе ОЭП.

 -  U_c,U_ш  -

Это параметры сигнала на выходе фотоприемника

 

Условно СЭР можно разделить на три этапа.

 

Этапы светоэнергетического расчета.

Составление в общем виде основного светоэнергетического уравнения.

Основное светоэнергетическое уравнения - это уравнение, которое устанавливает необходимое для качественной работы системы соотношение между сигналом и шумом. Оно составляется на основе анализа общего алгоритма работы ОЭП.

 

Некоторые примеры: 

1. В простейшем случае для входа ОЭП измерения: μ_тр=Ф_вх/Ф_ш   .

Для выхода ПИ:: μ_тр=U_вх/U_ш

2. При наличии помехи в поле зрения прибора: μ_тр=(Ф_c - Ф_п)/Ф_ш

 

3. Для рассмотренного выше высокоточного углового дискриминатора:

 

μ_тр=(U₁ - U₂)/U_ш

 

Можно отметить, что для каждого ОЭП основное светоэнергетическое уравнение будет свое. Приведенные примеры лишь подчеркивают этот факт. Записать его – это отдельная и важная задача.

 

Представление входящих в это уравнение величин сигналов, помех, шумов в виде функций параметров и характеристик: излучателя, передающей ОС, наблюдаемого объекта, среды распространения, приемного канала ОЭП.

Структура оптического сигнала поступающего на вход ОЭП:

 

Структура интегрального сигнала, поступающего во входной зрачок ОЭП, достаточно сложна. Это подчеркивается следующей схемой, на которой изображен объект (например, летящий самолет), помеха (например, солнце), и фон от подстилающей поверхности, в данном случае – рассеянное в атмосфере излучение того же солнца. Прямое, переотраженное и рассеянное излучение – это все составляющие интегрального сигнала, поступающего на вход ОЭП.

На этом этапе полезно выяснить, не является ли какая-нибудь составляющая шума явно преобладающей над другими.

Ниже приведем основные выражения, позволяющие записать потоки на входном зрачке от точечного, площадного и протяженного излучателя.

Расчет потоков облученности на входе ОЭП.

 

1. Точечный излучатель. Его энергетическая характеристика – сила света

 

 

Чтобы увеличить поток, нужно увеличить D_вх

2. Площадной излучатель. Его энергетическая характеристика – яркость.

 

3.  Протяженный излучатель

 

 

           

 - площадь полевой диафрагмы

Для этого случая поток увеличивается за счет увеличения относительного отверстия.

Приведенные выражения могут быть использованы для нахождения потоков создаваемых как источником полезного сигнала, так и источником помех именно они используются на втором этапе светоэнергетического расчета.

 

 

3.Решение светоэнергетического уравнения. Определение параметров ОЭП.