ID: 2887

Название работы: Оптические и лазерные системы

Категория: Конспект

Предметная область: Физика

Описание: Оптические и лазерные системы Помехи в ОВД. 1)Внешние 2)Внутренние 2) Внутренние помехи определяются. Процесс генерации фотоэлектронов имеет случайную характеристику рассеивание излучения микрочастицами атмосферы естественных источников излучения (солнце и т.д.)...

Язык: Русский

Дата добавления: 2012-10-21

Размер файла: 3.67 MB

Работу скачали: 85 чел.

Оптические и лазерные системы

Помехи в ОВД.

1)Внешние

2)Внутренние

2) Внутренние помехи определяются τ2ш - дисперсия шумового фототока,

а)τ2ш=(2egIT +4uТRnN)ΔF;

4uТRnN - тепловые шумы нагруженного сопротивления ФД.

                      

 

- квантовая эффективность фотодетектора.

Процесс генерации фотоэлектронов имеет случайную характеристику.

б), ФЭУ- случайная величина;

u - постоянная Больцмана;

Rn - сопротивление нагрузки;

N - фактор шума первых каскадов усиления видеоусилителя;

ΔF - полоса пропускания эл. Канала оптических приемников (определяется ПП самого ФД).

1) Внешние помехи и шумы

а)фоновая

б)обратного рассеивания (ПОР)

а) рассеивание излучения микрочастицами атмосферы естественных источников излучения (солнце и т.д.).

В дневное время фоновой помехой является излучение Солнца.

Pф=B(λ)ΔλфS’AΩ;

B(λ)- яркость излучения;

Δλф - ПП оптической системы, определяемая спектральным фильтром или интерференционным фильтром;

S’A - площадь раскрыва приемной антенны;

Ω - телесный угол приемной оптической системы;

В(λ) = μI(λ);

μ - коэфф.пропускания атмосферы, зависящий от азимута зенита и других факторов;

I(λ) - интенсивность излучения (Солнца на границе атмосферы).

φ - угол места.

P'ф=5,6*10-6 Вт.

В ночное время фон помехи определяется рассеянием атмосферы звезд.

Р"ф = 3 10"14 Вт.

ΘАПЕР - эфф.ширина диаграммы направленности передающей антенны;

ΘАПР - эфф.ширина диаграммы направленности приемной антенны;

Диаграммы всегда пересекаются на расстоянии

ΔRф - расстояние, в пределах которого пересекается диаграмма направленности.

; PПАД = PИЗЛ = PC ;

δR- элемент атмосферы, равный разрешающей способности;

П - поток мощности на входе приемной антенны.

;   PОТР = KδRPC ;   ;   ;

С учетом затухания:

α - коэфф.ослабления оптического излучения в атмосфере.

«2» означает, что излучение лазера проходит двойной путь от лазера до элемента.

Зависимость PПОР = ∫(R)

R ≤ R0 – RПОР = 0 , т.к. ДН недосегаема.

R < R < R0 + Rф - (площадь перекрытия)

По мере роста площади перекрытия ДН ΔS↑, ΔPПОР↑

т.о. в оптическом диапазоне волн РПОР = РПОР (R) , в радио диапазоне не зависит.

1. В случае непрозрачности атмосферы, когда расстояние дальности > 100 м Рпор↑,

2. Поскольку является функцией дальности, то для обеспечения необходимо:

а) вводить переменную n0

б) вводить [временную] ВАРУ (автоматическая регулировка усиления).

Модель оптического сигнала на входе приемника:

1 - оптический сигнал.

nм - мультипликативный момент (возникает за счет неоднородности атмосферы);

ne + nад

Квантованный шум обусловлен квантовой природой оптического излучения.

Фотон взаимодействует с веществом, образованный фотоэффектом генерирует фотоэлектрон, причем количество моментов возникновения фотоэлектронов является случайной величиной. Даже при отсутствии помех в сигнале присутствуют флюктуации, т.е.сигнал будет случайной величиной.

Методы приема лазерного излучения.

1.  Прямого детектирования (электрочувствительный прием).
   1.  Супергеторативный.

1 .Энергочувствительный приемник.

- ОПФ, используется для уменьшения момента ФЭД.

ПФ предназначен для фильтрования оптического излучения, за счет узкой ДН передающей и приемной оптической антенны.

Используется также временная фильтрация ВФ (с помощью «строб»).

R0 + ΔRф - ПОР.

ЭЧП работает в двух режимах:

а) режим слабого сигнала - счетный (в этом режиме на выходе ФЭД не выделяются огибающие оптического сигнала, а электрический сигнал iс = iф представляет собой одиночные импульсы или

импульсы от одиночных ē.

В момент появления ОИ является случайной величиной, и структура ЭЧП будет выглядеть:

 

ФСИ - формирователь стандартных импульсов.

Порог задается случайным количеством фотоэлектронов.

п<п0, п≥п0,

б) режим выделения огибающей (сильного сигнала).

Блок-схема ЭЧС, работающего в режиме большого сигнала.

и > и0 - цель присутствует.

- количество фотонов в секунду.

;   .

Когерентный приемник.

f = vГ - vС

Недостаток:

В п/п пластине теряется мощность оптического излучения. Для устранения недостатка используют гетеродин.

2. Супергеторотивный приемник.

1)  >> 1. ФЭД (в качестве ФЭДА применяют ФЭУ [ЛФД]).

2)  Ψ ≤ 1. Целесообразно применять супергеторотивный приемник.

Применение СГП для приема в атмосфере сильно ограничено, за счет когерентности излучения. По существу СГП для излучения малопригоден.

Статистические характеристики сигнала, шума и их смеси на выходе фотоэлектронного детектора.

Основной характеристикой взаимодействия оптического и фотоэлектронного детектора (ФЭД), является вероятность появления заданного количества n фотоэлектронов на выходе ФЭД.

1. Взаимодействие кванта hυ с ФЭД имеет случайный характер

2.  hυ меняется во времени. Зависимость Р(п) определяется количеством степеней свободы.

S = Ms • Ns

Ms - количество пространственных степеней свободы

Ns - количество временных степеней свободы

При распространении через атмосферу когерентность нарушается.

где NS - количество ячеек волнового фронта, в которых сохраняется когерентность;

Т - интервал наблюдения; τк - интервал когерентности.

где П - полоса пропускания ФЭД

Начальная фаза излучения кванта является случайной величиной. hʋ можно рассматривать как импульс с начальной фазой или фазоманипулированный сигнал. Спектр будет больше на 1/2 • τи.

τи = 10-8с

Пмин = 0,5 • 108 МГц

Пмакс = 1010 МГц

τк = τи

NS = 0,5 ÷ 102

где МS - количество пространственных ячеек когерентности; SП - площадь раскрыва приемной оптической антенны; Sк - пространственная когерентность.

,  - диаметр приемной оптической антенны.

,     R - текущая дальность, λ - длина, dц - диметр оптического пятна.

При λ = 1мкм, R = 1км, dп = 0,1м, dц = 1м                    Ms = 104

где W - энергия излучения;  - среднее количество фотоэлетронов

Предположим что Р(W) известно, тогда закон распределения фотоэлектронов на выходе

 - (*) Мандель

Закон распределения фотоэлектронов на выходе ФЭД с учетом флюктуации энергии квантов

1.   

(**)

  

2. Общий случай, подчиняется гамма распределению

   - отрицательно биномиальный

                          

•  
•  Оптический сигнал почти некогерентный

     

      

     

Законы распределения ФЭД за счет шумов

1.  Фоновая помеха
2.  Помеха обратного рассеивания (ПОР)

1)      Гауссовское поле меняющееся во времени и пространстве. В случае спектральной и пространственной фильтрации (СФ и ПФ) уровень фоновой помехи на фоне ФЭД не значителен.

           → Пуассоновский закон

          

2)      Мощная помеха, подчиняется закону ОБ. Когда оптический тракт блокируется, то закон распределения nПОР→ П.

Помехи статистически независимы.

Тепловые шумы подчиняются Пуассоновскому закону

Воздействие сигнала и помех на ФЭД является независимыми событиями (статистически независимыми) плотность распределения сигнала и шума на выходе ФЭД определяется:

где  - плотность распределения за счет сигнала; - плотность распределения за счет шума.

Обнаружение оптических сигналов

Прием оптических сигналов подразумевает:

1.  Обнаружение
   1.  Оценка параметров

На выходе ФЭД имеется случайная реализация.

Две гипотезы:

Hi - в реализации (сигнал + шум) имеется сигнал

Н0 - в реализации имеется только шум.

D - вероятность правильного обнаружения

F - вероятность ложкой тревоги (в Н0 присутствует сигнал)

D = 1 – РП

  Для оптимизации процедуры обнаружения сигнала требуется критерий оптимальности (критерий Неймана-Пирсона):

Требуется чтобы D = max, при заданной вероятности F.

D = max

F = задано

Отношение правдоподобия:

Рс+ш - многомерная плотность вероятности сигнал + шум

Рш - многомерная плотность вероятности только шум

Для конкретизации по критерию производится дискретизация реализации.

совокупность выборок:

Тогда отношение правдоподобия будет иметь вид:

и → многомерные

Реализация	Отношение		Пороговое
	Правдоподобия  λ		устройство
				λ0

  Н1-  λ > λ0

     Н0 -  λ ≤  λ0

У нас имеется энергочувствительный приемник, работающий в счетном режиме. На выходе ФЭДа имеются одиночные фотоэлектронные импульсы.

В каждом подинтервале Δti на выходе ФЭДа соответствует пi фотоэлектрону.

Для данного случая отношение правдоподобия:

Где P(n1,n2,…,ni,…,nN) - сигнал + шум;

P(n1с+ш,n2с+ш,…,niс+ш,…,nNс+ш)  мгновенная условная плотность вероятности (МУПВ) фотоэлектронов на выходе ФЭДа, когда действует сигнал + шум;

P(n1*,n2*,…,ni*,…,nN*)  - шум;

P(n1ш,n2ш,…,niш,…,nNш)  - мгновенная условная плотность вероятности (МУПВ)

фотоэлектронов на выходе ФЭДа, когда действует шум.

Момент возникновения фотоэлектронов на выходе ФЭД является независимой величиной, то (МУПВ) можно представить в виде произведений одномерных плотностей вероятности:

, где  - среднее количество фотоэлектронов на интервале наблюдения. Учитывая Пуассоновский закон распределения, получим:

Производится подсчет фотоэлектронов для ¡-го подинтервала. При этом пс1- - среднее количество сигнальных фотоэлектронов на подинтервале ДТ; пШ[ - среднее количество фотоэлектронов выбитых из ФЭД за счет только шума. При обнаружении оптических сигналов используют логарифм отношения правдоподобия:

Оптимальный обнаружитель будет иметь вид:

Поскольку неизвестно количество фотоэлектронов в каждом подинтервале ni, переходят оптимального к квазиоптимальному. От многоканального переходят к одноканальному. Оценка реализации производится на всем интервале 0 ÷ Т.

Квазиоптимальная функция правдоподобия:

где с - среднее количество сигнальных фотоэлектронов за τи ;

ш - среднее количество шумовых фотоэлектронов за τи.

Может быть получено путем рассмотрения одномерного закона распределения:

 

[n0] - целочисленное значение порога.

Квазиоптимальный алгоритм обнаружения:

Часто вместо счетчика на выход ставится интегрирующая RС-цепь.

Когда FП = 1... 10 Гц производится подсчет импульсов в пачке.

Когда неизвестно время прихода лазерного импульса, структура квазиоптимальных обнаруженных оптических сигналов имеет многоканальную структуру. Количество каналов N:

где δR - разрешающая способность по дальности.

Оптимальный и квазиоптимальный алгоритмы обнаружения соответствуют случаю распределения фотоэлектронов, соответствующих закону Пуассона. Структура квазиоптимальных обнаружителей остается такой же, меняется только n0.

Характеристики обнаружения. Пороговая мощность обнаружения.

Характеристика обнаружения - это зависимость вероятности правильного обнаружения вероятности ложной тревоги.

- средне количество шумовых фотоэлектронов

- средне количество сигнальных фотоэлектронов

   Рп - мощность помехи

η - постоянная кванта выхода

hʋ - энергия кванта

iт - темновой ток ФЭДа

е - заряд электрона

G - коэффициент усиления ФЭДа

Вероятность ложной тревоги F при Пуассоновском распределении определяется выражением:

 

При других законах распределения Рс и Рш , расчет ведется формулам для нормального закона распределения.

Дальность оптической локации.

μ - интегр. коэффициент пропускания передающей антенны

 G - коэффициент усиления передающей антенны.

Поток мощности оптического излучения в близи цели будет равен:

Это выражение не учитывает потери оптического излучения в атмосферу с учетом потерь.

 

          R >10 км - применение оптической локации на большие расстояния затруднено.

Лазерные локаторы.

Работают в двух режимах:

                 1.    Сканирование пространства и обнаружение цели

                 2.    Захват и сопровождение цели

1. Режим сканирования.                                                                  Сектор сканирования задается углами места и азимута: φs, φr.

В лазерной локации используется случайный и построчный способы сканирования.

- Спиральная развертка

- Построчная развертка

Qm – шаг сканирования

Tобз = Tстрz + Tox

Tобз = min

Tстр = min

z = min (из условия непропуска цели)

Qas – диаграмма направленности в вертикальном направлении

λmax –  максимальная скорость сканирования

 

 

Существенным недостатком лазерных локаторов является большое время обзора.

Чтобы не пропустить цели нужно:

           1.    Минимизация сектора обзора

           2.    Режим в начале широкого луча, а после обнаружения для точности определения дальности и угловых координат переводится в режим малого луча.

Структурная схема лазерного локатора

Лазерные дальномеры.

В настоящее время применяют:

•  Импульсные
•  Фазовые
•  Частотные

Наибольшее распространение находят импульсные и фазовые дальномеры.

Импульсные лазерные дальномеры.

Принцип измерения дальности как и в радио диапазоне.

По tз определяется дальность.

ФПУ - фото приемное устройство

ИВИ - измеритель временных интервалов

Измеритель временных интервалов имеет следующую структуру:

Излученный сигнал                                                                                      

 

Происходит запуск ГСИ

Кол-во подсчит. импульсов

        

- период  дискретизации

Структурная схема импульсного лазерного дальномера:

Ри - мощность излучения

К0 - коэффициент усиления приемной и передающей антенны

Sц - площадь геометрического сечения цели

ρц - коэффициент отражения цели

dоб - диаметр входного зрачка приемной антенны

Рcmin - пороговая мощность обнаружения

- ширина диаграммы направленности

q- отношение сигнал шум

В приведенной блок схеме уровень помехи обратного рассеяния сведен к минимуму или уменьшен за счет стробирования ФПУ, за счет запирания стопового ФЭД.

РПОР = f(R)

Для стабилизации вероятности ложной тревоги вводится временная АРУ. Кроме этого видеоусилитель имеет АЧХ согласованную со спектром сигнала.

Отношение сигнал шум определяется отношением среднего количества фотоэлектронов, среднеквадратичное значение дисперсии внутренних шумов и квантованных шумов. В случае распределения шумовых фотоэлектронов по Пуассону:

Обращаясь к (1) можно сделать вывод: дальность ИЛД определяется параметрами лазера(Ризл), параметрами цели(Sц, ρц), параметрами ФПУ(Pcmin, ,q.dоб) и свойствами атмосферы(d∑ = dп + dр).

Фазовый лазерный дальномер

В подобных дальномерах используют непрерывный режим работы лазера. Фотоприемник

должен быть когерентным. ФЛД используется косвенный метод измерения дальности.

Необходимо замерить фазу принятого СВИ колебания и определить дальность.

φ0тр - набег фаз в дальнометре

φ0тр - набег фаз при отражении оптического излучения от цели

За счет дестабилизирующих факторов (наличие помех), погрешности измерения φд и φ0тр, а выражение (1) будет записано через дифференциал:

 

Точность измерения дальности зависит от отношения сигнал шум.

Для уменьшения погрешности σR, нужно увеличить масштабную величину ωм . Кроме указанных противоречий, при выборе ωм необходимо учитывать принцип однозначности определения дальности.

Масштабная частота. Таким образом в ФЛД масштабная частота

Измерители угловых координат. Следящие дискриминаторы по направлению.

Лазеры работают в непрерывном или импульсном режиме.

В импульсном режиме применяют 4-х элементные ФЭДы или 4-х площадные лавинные фотодиоды. Образуют 4-х квандрантный дискриминатор по направлению.

Схема измерения угловых координат:

  4-х квандрантный дискриминатор:

Смещение относительно пятна приводит к тому, что ΔUx может быть (- или +) и ΔUy может быть (- или +). Измерение угловых координат не является целью, необходимо обеспечить ACH (автоматическое сопровождение по направлению).

Наряду с импульсным режимом работы, в лазерах используется непрерывный режим.

Телевизионные дискриминаторы по направлению.

Используют в качестве ФЭД, передающую ТВ трубку(диссектор) как устройство у которого имеется наибольший диаметр фотокатода.

ВЭУ - вторичный электронный усилитель

 Развертка крестообразная

1. Поток фотоэлектронов отклоняется вправо , затем в центр, затем вверх(по координате у) и т.д.

Для формирования развертки требуются токи треугольной формы.

Структурная схема: ТВ дискриминатор по направлению

ЭК - электронный коммутатор

ГР - генератор развертки

СГ - синхро генератор

СРБ - счетно решающий блок

α - азимут

β - угол места

Погрешность измерения угловых координат

      1.   За счет турбулентности атмосферы σα=  σβ = 5 • 105 рад

      2.   За счет неоднородности приломленности слоев атмосферы σα = σβ = 105 рад

      3.   За счет шумов или помех

Лазерные доплеровские измерители скорости

В отличие от радиодиапозона ЛДСИ обеспечивает более точное измерение скорости. Два метода:

1. Измерение доплеровского смещения или непосредственного оптического излучения при отражении от движущейся цели(метод по несущей частоте)

2. Измерение доплеровской частоты СВЧ колебания, в котором производят модуляцию по амплитуде оптического излучения(измерение на под несущей).

Рассмотрим 1 -й метод.

Данный метод позволяет измерять скорости от 5 до 50 м/с, при таких скоростях частота Доплера меняется от 10 до 50 МГц. В случаях больших скоростей движений целей(космические объекты), частота Доплера может меняться от 10 до 50 ГГц. Для измерения больших скоростей используют метод гетеродирования со смещением частоты на fм.

Блок - схема:

1 и 2 это полупрозрачные зеркала. 1 зеркало выполняет роль расщепителя луча (расщепление излучения лазера на два потока). 2 зеркало выполняет роль смесителя, смешивание двух потоков (f0 ± fд и f0 – fм)

Существенные недостатки ЛДИС на несущей частоте является высокая точность юстировки приемно-передающего тракта. Необходимо обеспечить высокую временную и пространственную когерентность оптического излучения, а также пространственное совмещение волновых фронтов. Излучение f0 и отраженного от цели f0 ± fд. От указанного недостатка свободен от измерения на под несущей, и блок-схема ЛДИС работающего на под несущей.

В качестве источника оптического излучения с частотой f0 можно использовать когерентный или некогерентный источник. ЛДИС на под несущей легко реализуют режим измерения радиальной скорости путем непосредственного измерения доплеровской частоты.

Особенности проектирования ЛДИС на несущей частоте.

Задачи:

1.  Рационально выбрать несущую частоту или длины волны f0 или  λ
2.  Выбор режима излучения или детектирования
3.  Необходимо учитывать влияние атмосферы
4.  Необходимо учитывать отражательные способности поверхности цели.

В ЛДИС работающих на несущей частоте целесообразно использовать 8-13 мкм, в этом диапазоне волн наблюдается окно прозрачности, а также проявляется чувствительность когерентного приемника. 

Используя диапазон 8-13 мкм - лазер на углекислом газе работает в непрерывном режиме и длине волны 10,6 мкм. Этот лазер имеет мощность излучения десятки кВт, кпд лазера 20%.

Режим непрерывного излучения лазера в сочетании с когерентной обработкой принятого сигнала является единственным режимом ЛДИС на несущей. При этом возникают трудности при юстировки приемно-передающего тракта, так как должны быть выполнены пространственные и временные условия фотосмешения. При пространственном рассогласовании полей гетеродина воспринимаемым сигналом на поверхности детектора на его выходе:

η - квантовая эффективность ФЭД

PПР - мощность принятого сигнала

dф - диаметр фотокатода смесителя

γ - угол между волновыми фронтами сигнального и гетеродинного лучей

Δfc- ширина спектра принимаемого

 hϑ - энергия кванта

Выражение (*) следует жесткие требования к точности угловой юстировки, пучков и сигнала гетеродина.

Допуск определяется выражением:

Влияние диффузного характера поверхности цели

Диффузно отражающиеся цели нарушают когерентность, если не принимать специальные меры, то информация о доплеровской частоте может быть потеряна.

Два приема:

1.  Ограничить апертуру приемной оптической антенны, ставить щелевые диафрагмы, но при этом теряется чувствительность.
2.  Производить фокусировку излучения лазера до уровня дифракционного пятна на цели

Точность измерения радиальной скорости

Относительная погрешность измерения:

- относительная погрешность измерения скорости света в атмосфере

- относительная погрешность излучения лазера

- относительная погрешность измерения частоты Доплера

, , - средне квадратичные погрешности измерения скорости света, излучение лазера и доплеровской частоты.

Для минимизации погрешности необходимо обеспечить кратковременную стабильность частоты. Стабильность лазера на углекислом газе - 1010 ÷ 10-11 , достаточно для измерения радиальных скоростей. Относительная точность измерения радиальных скоростей в радиодиапазоне:

Точность измерения радиальной скорости в ЛДИС на три порядка выше чем в радио диапазоне.

Лазерные импульсные альтиметры.

ЛА предназначены для измерения топографии поверхности Земли, луны и т.д. В основу ЛА положен принцип ИЛД(измерение расстояния до поверхности через t3 ).

Вертикальное (высотное) разрешение определяется длительностью лазерного импульса и точностью счетчиков импульсов (смотри ИЛД). При этом вертикальное разрешение в современных ЛА не превышает 1м, даже с орбитальных высот, когда Л А установлен на искусственном спутнике Земли с орбитой 800км. Измеряется не только дальность, но и снимается топография в двух направлениях. Горизонтальное разрешение зависит от размера пятна лазерного пучка на поверхности, а также от расстояния между последовательными импульсами. Угол расходимости лазерного пучка и высота носителя, на котором установлен ЛА, определяют размер пятна. А частота повторения и скорость носителя определяют расстояние между последовательными импульсами. С помощью ЛА с непосредственным измерением дальности можно получить информацию о структуре исследуемой поверхности. Структура: распределение по высоте и наклону можно определить используя быстродействующий анализатор формы отраженного эхо сигнала.

Анализ этой формы с помощью быстродействующих анализаторов формы. Для измерения профиля АЦП = 1 ГГц, а информация о распределении отраженного сигнала расширяется в 1 не. Средне квадратичное уширение характеризует измерение поверхности.

В ЛА каждый лазерный импульс позволяет проводить горизонтальные и вертикальные разрешения прибора.

Первые ЛА были использованы в программе Apollo. В этих ЛА использовался рубиновый лазер с накачкой лампы вспышки в режиме Q - модуляции. Т.е. это классическая схема твердотельного лазера. В последние годы был достигнут большой прогресс в исследованиях суши, атмосферы, искусственных спутников Земли.

На основе ЛА данных получены профили и карты топографии поверхности: глубин прибрежных вод, лесных массивов, топография ледникового покрова и волн в океане.

В значительной мере расширение лазерных альтиметров связано с достижением в технике твердотельных лазеров. В качестве генератора накачки использовался полупроводниковый лазер.

Структурная схема лазерного альтиметра:

Расширитель - задание диаметра пятна на поверхности. Излучение на основной волне (λ = 1,06 мкм). Для уменьшения уровня помех - пространственная фильтрация, временное стробирование. Влияние солнца для уменьшения фоновой помехи. Кремневый лавинный фотодиод, рабочая поверхность 0,82 мкм. В случае удвоения частоты (λ = 0,57 мкм) в качестве ФЭД используется ФЭУ.

Передающий (лазер, телескоп) и приемный (телескоп, ПФ, объект, КЛФД) устанавливаются на одной платформе для жесткости и дъюсировки. Совмещение узлов зрения передающей приемной частей с помощью двухосной карданной подвески, на которой только одно поворотное зеркало. При исследовании поверхности необходимо обеспечить привязку к координатам цели, информацию астронавигации. С помощью системы Глонас.

Счетчик шум - для определения порога n0. Блок счета времени - аналог ИВИ ЛД.

Параметры	ИСЗ на орбите	ИСЗ на орбите	Самолет высота	Самолет ЛИА с
	до 800 км	100 км	12 км	выс.разреш. 1км
1. Энергия в	40	4	2	0,02
импульсе, МВт
2. Частота	50	50	50	40
повторения, Гц
З.Расст. до	300	100	3	1
поверхности, км
4.Размер лаз.	75-150	300-600	3-7	0,3-0,5
пятна
5. Диаметр	0,5	0,25	0,25-0,38	0,35
приемн.телес. м
б.Угол поля	0,5	1	2,5	3
зрения

JICB для автоматического сопровождения и определения

координат цели

PATS - ЛЛС первая, разработанная в США.

Precesión Aircrast Tracking System

ЛЛС PATS предназначена для автоматического сопровождения и определения координат целей снабженных угловыми отражателями. Блок - схема.

1.  Синхрогенератор
2.  Лазер (в режиме Q-модуляции)
3.  Коллиматор (параллельный пучок лучей)
4.  Автоматический аттенюатор (передающее устройство)
5.  Ось угломестная
6.  Привод
7.  Азимутальная ось
8.  Поворотное зеркало
9.  Видео визир
10.  Датчик
11.  Видео контрольное устройство (ВКУ)
12.  Ручка управления приводами
13.  Автоматический аттенюатор
14.  Интерференц. (полосовой) фильтр
15.  Пеленгатор
16.  Переключатель каналов
17.  Накопитель
18.  Приемник дальномерного канала
19.  Устройство измерения дальности
20.  Зеркало приемного телескопа

JIJIC PATS состоит из инфракрасного лазерного передатчика с рабочей длиной волны λ = 1,06 мкм приемного устройства, инфракрасного телевизира с ВКУ, опорно- поворотного устройства и устройства обработки регистрации результатов измерения.

В начале оператор с помощью ВКУ, сопряженного с телевизиром, ведет поиск цели, для этого ручка управляет приводами, которые вращая поворотное зеркало ориентируют оптическую ось системы в пространстве.

Когда отметка цели попадает в центр поля зрения телевизира, ЛJIC переходит в режим автоматического сопровождения цели, одновременно измеряя угловые координаты и дальность до нее. Автоматическое сопровождение цели осуществляется с помощью пеленгатора, а дальность измеряется устройством измерения дальности, для уменьшения влияния фонового излучения, в приемно-оптическом тракте ставится интереф. фильтр. Выходной сигнал - 16-ти разрядный код. Для компенсации больших отражений мощности, обусловленных измерениями автоматического аттенюатора передающего устройства и приемного канала. Исходное положение устанавливается вручную.

1.  4-х площадный ФЭД
   1.  Предварительный усилитель (ПУ)
   2.  Ключи, подается строб
   3.  Попарно - сопряженные логарифмический усилитель
   4.  Пиковые детекторы

В ЛЛС для уменьшения фонового излучения и ПОР осуществляется спектральная, пространственная, временная селекция.

ЛЛС для стыковки космических аппаратов

Впервые ЛЛС для стыковки разработаны в США в центре Маршалл. Эта система позволяла обнаруживать объекты до 120 км в поле зрения 10°.

1.  Система обнаружения и сопровождения
2.  Диссектор
3.  Система измерения на большой дальности
4.  Внутренний телескоп
5.  Свето - делитель
6.  ФЭУ
7.  Главное зеркало внешнего телескопа
8.  Импульсный лазер
9.  Отражатель
10.  Блок измерения дальности
11.  Лазер непрерывного действия

В ЛЛС для стыковки используются два лазера: импульсный режим (3-120 км) и в непрерывном режиме (ФЛД от 0-3 км)

Бортовые ЛСВ для ночной разведки.

Развертка местности осуществляется путем сканирования направлений перпендикулярно движению носителей, при этом растр представляет собой полоску развернутую строками, d - диаметр оптического пятна.

Параметры системы должны быть такими, чтобы за время развертки одной строки носитель переместился на величину

Отраженный от поверхности луч будет промодулирован по интенсивности коэффициентом отражения ρ(х,у).

1 - лазер, работающий в непрерывном режиме;

2 - модулятор на ячейки Поккельса;

4 - развертывающее устройство совместно с усечённой зеркальной призмой 3;

5 - ФПУ, состоящее из приемной ОС и ФЭД (ФЭУ);

6 - Фотопленка совместно с лентопротяжным механизмом;

7 - п/п зеркало.

Отраженный световой поток поступает на ФПУ, детерминируется.

- масштабный коэффициент.

При изменении параметров носителя должна меняться скорость протяжки фотопленки.

Л = 0,63 мкм;

ризл=20 кВт;

ср =0,5-2 мрад;

Скорость полета 100 - 500;

Высота полета 20 - 400 м.

Сейчас есть υ = 1000 ; Н = 150 м.

υ = 2200 ;Н = 300 м.

JICB с повышенной чувствительностью.

Находят применение в наземной разведке.

РО - редукционный объектив.

Оптическое передающее устройство, содержащее лазер, осуществляет подсветку в заданном угловом поле.

Изображение объекта улавливается ПрОС (телескоп Ньютона) и усиливается по яркости электронно оптическим преобразователем. РО переносит изображение на ПЗС матрицу. Видео сигнал подвергается соответствующей обработке в электронном блоке. Для предварительной наводки ЛСВ используется оптический визор, установленный на подвижной платформе, которая может поворачиваться по азимуту и углу места.

ЛСВ могут работать в активном и пассивном режимах.

В пассивном режиме подсветки нет, и ЛСВ работает как ТВ система.

В активном на выход блока управления поступает сигнал запуска, фронт которого соответствует импульсу подсвета. Это сделано для защиты фотокатода. Лазер формирует строб-импульс, причем задержка строб-импульса относительно импульса запуска в диапазоне 2 -20 мкм, что соответствует дальности 0,3 - 0,9 км, причем предусмотрено изменение длительности строб-импульса.

Максимум спектральной чувствительности фотокатода лежит в диапазоне 0,78 - 0,82 мкм. Поэтому в качестве излучающего устройства используют александритовый лазер.

Лазер работает в режиме генерации затянутого дооноимпульса, что позволяет достигать высокий КПД и высокого импульса.

Длительность импульса 0,2 - 1 мкс.

Э= 10 мДж;

fп = 12,5 Гц.

Вес системы без монитора 16 кг.

На ряду с александритовыми применяют п/п лазеры.

Фильтрация помех на основе усреднения сигналов.

Достигается пространственно-временной обработкой.

Tk - начало следующего цикла повторения.

Предполагается, что помеха имеет среднее значение (n(jTg )) = 0:

Блок-схема нерекурсивного фильтра.

Чем больше циклов повторения ш, тем в большей мере сказываются искажения сигналов и изображений, а именно проявляется смаз подвижных изображений. Для того чтобы избавиться от указанных искажений в ЦФ необходимо вводить детектор движения, он управляет циклом повторения m. m = vаг.

Визуально это практически не сказывается на зашумленности изображения. Один из возможных схем трансверсального фильтра:

На компараторы поступают задержанные и незадержанные сигналы. Как правило исследуют рекурсивные фильтры.

Пространственная фильтрация в ЛСВ,

Осуществляется с помощью Ц ПОР. Вместо β(х,у) необходимо перейти к дискретному

представлению  математически определяется путем свертки:

- дискретизирующая функция.

Δх, Δу - шаги дискретизации.

Предположим, что имеется ЦПФ с импульсной характеристикой h(n, т):

Схематично пространственную фильтрацию можно представить рисунком:

Суммирование скользящей маски производится с весами пропорциональной значению двумерной импульсной характеристики маски.

Каждый отсчет подвергается фильтрации.

h(n,m) в случае КИХ называют фильтрующей маской.

m и n- размер маски.

В качестве сглаживающего фильтра рассмотрим Гауссовский фильтр.

 

   В дискретной форме:

as – яркость входного изображения;

asn – яркость выходного изображения;