Электронные системы специального назначения

Электронные системы специального назначения
Контрольные вопросы для проведения текущего контроля и
промежуточной аттестации, а также для контроля самостоятельной
работы обучающегося по отдельным разделам дисциплины.
Приведенные ниже термины, составившие глоссарий, отображают содержание
тестов и контрольных вопросов. Пояснения этих терминов составляют краткую
сущность ответа на нах. Более полные ответы базируются на материале,
содержащемся в рекомендуемой в п.7 литературе.
Глоссарий
А
Анализатор изображения — устройство, служащее для извлечения из оптического
сигнала в виде изображения наблюдаемого объекта (или поля объектов) информации о
параметрах или свойствах этого объекта (или поля).
Атмосфера земная - общее ослабление излучения в атмосфере обусловлено:
·поглощением газовыми компонентами, в результате которого происходит
преобразование энергии излучения в другие ее виды;
·молекулярным и аэрозольным ослаблением, или рассеянием, состоящим в изменении
направленности излучения.
Б
Бленда оптичическая - устройство для борьбы с рассеянным излучением, возникающим
при наличии так называемых боковых помех, находящихся за пределами углового поля
ОЭП.
Простейшая бленда
Блеск - величина, применяемая при визуальном наблюдении удалённого точечного
источника и измеряемая освещённостью, которую создаёт источник в плоскости зрачка
наблюдателя, перпендикулярно лучам.
Видикон — передающая телевизионная трубка, у которой фоточувствительный слой
выполнен из полупроводника.
Принцип работы видикона иллюстрирует рисунок. Объектив 1 строит изображение
на полупроводниковом фотослое 2, нанесенном на прозрачную подложку. С обратной
стороны фотослой сканируется электронным лучом, создаваемым электронным
прожектором, состоящим из катода 6 и управляющего электрода 5. Для фокусировки и
отклонения луча служат электростатическая 4 и магнитная 3 системы. Пучок электронов,
сканируя фотослой, заряжает его, приводя потенциал каждого элемента фотослоя к
потенциалу катода. За время Тк просмотра лучом всего кадра потенциал каждого элемента
повышается, стремясь достигнуть значения Uп. Чем больше освещенность какого-либо
элемента фотослоя, тем меньше его сопротивление и тем больше изменяется его
потенциал за время накопления Тк, т.е. компенсация изменения заряда осуществляется
большим числом электронов, стекающих через резистор нагрузки Rн и образующих
выходной видеосигнал Uв.
Схема видикона
Диссектор - электровакуумное устройство - передающая телевизионная трубка,
состоящая из двух секций: переноса изображения и электронного умножения
(см.рисунок). Эмиттируемые под действием падающего на фотокатод 1 потока излучения
электроны ускоряются электрическим полем в направлении анода - диафрагмы 4.
Фокусирующая система 2 переносит электронное изображение в плоскость диафрагмы 4.
С помощью двух пар отклоняющих катушек 3, создающих взаимно перпендикулярные
магнитные поля, осуществляется перенос электронного изображения по произвольной
траектории в плоскость 4. Этот перенос, т.е. развертка изображения, может быть
круговым, строчным и т.п. Электроны, прошедшие через отверстие в диафрагме 4,
попадают на электронный умножитель 5, с выхода которого снимается видеосигнал.
Схема диссектора
Достоинства диссектора :
• высокое быстродействие,
• возможность получения произвольной траектории развертки,
• простота конструкции.
Недостатки:
• невысокая чувствительность, обусловленная отсутствием накопления зарядов за
период сканирования.
Закон Погсона
Где
и
- звёздные величины двух небесных источников (звёзд)
и
- соответствующие им освещённости.
Звёздная величина- обозначается
и определяет блеск звезды.
И
Источники А, В, С
Параметры ПИ, работающих в видимом диапазоне, определяют по лампам накаливания —
источникам А с цветовой температурой вольфрамовой нити Tц = 2856 K, источникам В (Tц
= 4800 K) и С (Tц =6500 K).
К
Квантовая эффективность - отношение числа квантов, вызвавших фотоэффект, к
общему числу квантов излучения, попавших на чувствительную площадку ПИ.
Квантовый выход - отношение числа квантов, вызвавших фотоэффект, к общему числу
квантов излучения, попавших на чувствительную площадку ПИ.
Корреляторы оптические оптимальный линейный фильтр должен осуществлять, по сути
дела, корреляцию реального входного сигнала х(), т.е. смеси сигнала и помех, с сигналом
s(), для приема которого он предназначен. Если рассматривать оптические сигналы и
помехи, то для реализации корреляционного метода приема можно использовать
принципы и средства оптической корреляции
- некогерентные Одной из наиболее сложных задач при реализации схем
оптической корреляции является сдвиг функций f1() 8 f* 2() =0 . 5E0=8G5A:>5
?5@5<5I5=85 B@0=A?0@0=B>2 2 4>AB0B>G=> H8@>:>< 480?07>=5  8=>340
2K?>;=8BL A;>6=>, ?>MB><C 1>;55 ?5@A?5:B82=K AE5<K, 345 >?5@0F8O 2840
2K?>;=O5BAO 157 ?5@5<5I5=89 f1() 8 f*2(). 0 @8A. 11.26 ?@54AB02;5=0 B0:0O AE5<0
=5:>35@5=B=>3> :>@@5;OB>@0.
Схема некогерентного коррелятора
Корреляция оптическая оптимальный линейный фильтр должен осуществлять,
по сути дела, корреляцию реального входного сигнала х(), т.е. смеси сигнала и помех, с
сигналом s(), для приема которого он предназначен. Если рассматривать оптические
сигналы и помехи, то для реализации корреляционного метода приема можно
использовать принципы и средства оптической корреляции.
Приняв выражение для функции корреляции (функции взаимной корреляции) в
виде
можно отметить, что основными операциями по ее вычислению являются сдвиг одной
функции относительно другой на , ?5@5<=>65=85 MB8E DC=:F89 8
8=B53@8@>20=85. Все эти операции сравнительно просто можно выполнить с помощью
оптических средств.
• ослабления бленды Одним из основных параметров бленды является
коэффициент ослабления Ko, под которым понимают отношение освещенности от
боковой помехи на входном окне бленды к освещенности рассеянного излучения на
ее выходном окне. Значение Ko зависит от угла засветки .
• -преобразования анализатора Крутизна статической характеристики
определяет коэффициент преобразования (чувствительность) анализатора. Чем
больше крутизна, тем выше чувствительность анализатора к изменению
контролируемого параметра изображения.
• сканирования Отношение времени, требуемого для просмотра самого поля
обзора, к значению Tк называется иногда коэффициентом сканирования A
• Яркости по направлению  =07K205BAO >B=>H5=85 O@:>AB8 L
?>25@E=>AB8 2 MB>< =0?@02;5=88 : O@:>AB8 >48=0:>2> >A25I5==>9
(>1;CG5==>9) A =59 @02=>O@:>9 ?> 2A5< =0?@02;5=8O< ?>25@E=>AB8,
8<5NI59 :>MDD8F85=B >B@065=8O  =1. ;O 8450;L=> <0B>2>9 (48DDC7=>9)
?>25@E=>AB8, G0AB8G=> ?>3;>I0NI59 8;8 ?@>?CA:0NI59 87;CG5=85 A
:>MDD8F85=B>< >B@065=8O 1, яркость L >48=0:>20 4;O 2A5E =0?@02;5=89,
B.5. r=const= 8 L=E/, где Е — (облученность), создаваемая падающим извне на
эту поверхность излучением.
Матрицы фотоприемные Такие устройства сегодня достаточно хорошо освоены
в производстве и широко используются на практике. По ряду причин, связанных в первую
очередь со сложностью технологии изготовления, менее распространены матричные ПЗС.
Однако они весьма перспективны для применения в большом числе ОЭП и непрерывно
совершенствуются.
Модуляция амплитудная процесс управления амплитудой потока излучения. Часто этот
процесс сводится к созданию последовательности импульсов потока, форма которых
зависит от геометрических соотношений между площадью сечения пучка и параметрами
модулятора.
• - двухкратная В этом случае сигнал, содержащий полезную (низкочастотную)
информацию о наблюдаемом объекте, модулирует более высокочастотное (несущее)
колебание. Вследствие инерционности большинство приемников излучения,
используемых в настоящее время, не реагирует на изменения амплитуды
электромагнитного колебания, происходящие с оптической частотой (1014 ...1016 Гц).
• внешняя . осуществляется на пути сигнала от источника к приемнику
•
внутренняя выполняется непосредственно в источники излучения
• Импульсная С увеличением скважины N, т.е с уменьшением коэффициента
заполнения γ=1/N, расширяется спектр. При этом на долю первой гармоники будет
приходится все меньшее количество энергии
фазовая при которой модулируется фаза колебания, т.е. =0+  (t). При
синусоидальной модуляции (t)=sint фазомодулированное колебание будет иметь
следующий вид:
•
•
частотная при изменении частоты несущего колебания по закону (t).
При гармоническом характере (t)=cost и значении мгновенной частоты
Оптическая система зеркальная Достоинства зеркальных систем:
• возможность работы в широком спектральном диапазоне с небольшими потерями
энергии излучения;
• отсутствие хроматизма;
• меньшие продольные размеры.
Одиночное зеркало часто служит в качестве простейшего объектива, особенно если
оно является параболическим. Довольно широко используются и более сложные
зеркальные системы (система Гершеля, зеркальная система Кассегрена и др.), основным
недостатком которых является экранирование части входного зрачка либо приемником,
либо вторичными отражателями (контррефлекторами). При одинаковых значениях
относительного отверстия зеркальная система обеспечит выигрыш в количестве
собираемой энергии, если соблюдается неравенство
где 7 и ; — коэффициенты пропускания зеркального и линзового объективов
соответственно; d — диаметр экранирующей диафрагмы.
- зеркально-линзовая В качестве примера на рис. приведена схема объектива, в
котором одна из отражающих поверхностей выполнена с отклонениями от сферы порядка
38...57 мкм, что позволило при относительном отверстии 1: 1,5, диаметре входного зрачка
16,6 см и угловом поле 5,8° сосредоточить 75% собираемой энергии в кружок диаметром
15 мкм.
Схема зеркально-линзового объектива
• - изопланатическая Если абберация оптической системы меняется медленно по
угловому полю, т.е для различных точек поля остаются практически постоянными,
то функцию описывающую распределение освещенности в плоскости изображения,
можно представит в виде: g (y’- βy, x’-βx)= g(y’-y’,x’-x’)
где β линейное увеличение системы
• - Кассегрена При вращении вокруг оптической оси системы Кассегрена
наклонного контррефлектора 1 изображения излучателя совершает круговое
движение в плоскости анализа, где размещен простейщий растр- круглая диафрагма
2 За диафрагмой установлен приемник излучения.
• - линзовая Основным ее недостатком является плохое качество изображения,
так как ей присущи все виды аберраций, среди которых особенно существенны
хроматизм и сферическая аберрация. Гораздо лучшее качество изображения за счет
устранения хроматизма и уменьшения сферической аберрации и комы обеспечивают
сравнительно простые двухлинзовые склеенные и несклеенные объективы. Их
относительное отверстие обычно не превышает 1:3 при угловом поле около 10° и
диаметре входного зрачка не более 100...150 мм.
- Максутова-Кассегрена с мениском в качестве первого компонента. Мениски
позволяют исправить сферическую аберрацию, кроме того, их можно сделать
ахроматичными. Иногда поверхности зеркал в этих системах выполняются
асферическими, а в ряде случае в них вводят и корригирующие линзы, помещаемые
обычно вблизи фокальной плоскости объектива.
• - Манжена в которых используется отражение от внутренней, а не от наружной
поверхности зеркала. В них сферическая аберрация легко сводится к минимуму.
Сканирующие системы механические осуществляющих просмотр пространства
объектов, оптическая система размещается на механическом устройстве, изменяющем
пространственное положение ее оптической оси. Эти системы вследствие их сложности и
громоздкости, малой частоты сканирования, больших ошибок, возникающих в
механических передачах, применяются сейчас сравнительно редко. Исключение
составляют оптико-электронные системы с многоэлементными приемниками излучения,
устанавливаемые на подвижном основании, например на самолете или спутнике . За счет
движения основания осуществляется сканирование в направлении этого движения.
Сканирующая система с вращающимися объективами:
а — вид сверху; б — оптическая система одного из каналов; в — вид развертки поля
обзора
- оптико-механические просмотр поля осуществляется путем перемещения не
всей оптической системы, а лишь одного-двух ее компонентов. В этих системах
используют те же оптические элементы, что и в компенсаторах: клинья, линзы,
плоскопараллельные пластины, призмы Дове, Пехана и многие др.
Широкое применение в этих системах находят вращающиеся или качающиеся
плоские зеркала.
Сканирование в двумерном пространстве осуществляется:
• колебанием зеркала с разными скоростями вокруг осей вращения, лежащих в
плоскости зеркала;
• вращением зеркала вокруг осей, не лежащих в его плоскости. В зависимости от
соотношения между скоростями колебаний зеркала меняется вид развертки.
Основные недостатки этих систем, как и оптических компенсаторов
• это большая инерционность (хотя и меньшая, чем у механических сканирующих
систем, где перемещается весь прибор, а не сравнительно небольшая деталь);
• и малые углы отклонения лучей, т.е. небольшие >17.
Конструктивные особенности и формулы для габаритного расчета оптикомеханических сканирующих систем рассмотрены в ряде монографий и учебных пособий
Некоторые схемы, где в качестве сканирующих элементов служат зеркала,
приведены на рис. 8.8.
Зеркала могут быть установлены:
• в параллельных пучках лучей;
• в сходящихся пучках лучей.
В первом случае они располагаются:
• либо перед объективом ОЭП;
• либо за телескопической приемной системой.
Зеркало, расположенное перед объективом (рис. 8.8, а), сканирует в пространстве
предметов и позволяет применить узкопольный объектив; однако размеры этого зеркала
должны быть большими и здесь трудно обеспечить высокие скорости сканирования, а
также получить некоторые рациональные для ряда конкретных применений траектории
развертки поля.
Оптико-механические сканирующие системы: а — с колеблющимся перед объективом
зеркалом; б — с телескопической системой и колеблющимся зеркалом; в — с
колеблющимся зеркалом в сходящемся пучке лучей; г — с зеркальной вращающейся
призмой; д — с многогранной вращающейся пирамидой.