Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
Здесь Mc(X) и Mn(X) — спектральные плотности излучения источника полезного сигнала и помехи соответственно; тс(Х) и T0(X) — спектральные характеристики пропускания среды распространения и оптической системы; s(A.) — спектральная чувствительность приемника излучения.
При оптимальном выборе xJX) и X1... X2 отношение UJUa будет максимальным. Практически даже при известных Mc(X), Ma(X), хс(Х), х0(Х), что далеко не всегда имеет место, трудно достичь такого оптимума, так как технологически сложно или даже невозможно изготовить фильтр с требуемой Тф(Х), а кроме того, эти функции могут заметно меняться в процессе работы ОЭП.
Можно показать, что с учетом внутренних шумов прибора и, в первую очередь, шумов приемника излучения оптимальный фильтр име-
и минимизировать сигнал помехи
318 Глава 11. Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах
ет спектральную характеристику в виде кусочно-постоянной функции (Л-образного вида), т. е. такая фильтрация осуществляется путем выделения (режекции) такого участка оптического спектра, в котором достигается максимальный контраст между излучениями полезного сигнала и помехи. Дальнейшее выделение полезного сигнала происходит в электронном тракте, например, путем установления определенного порога срабатывания (см. ниже §11.6 и §11.9).
В [25] рассмотрен случай оптимизации спектральной характеристики оптического фильтра, используемого в приборе с угловым полем (B0 при регистрация излучателя с угловым размером юи.
Приняв S1(X) = Ma(X), S2(X) = Mc(X) + (1 -р)-Ма(Х), р = юи/ю0, получим, что при выборе в качестве критерия оптимальности максимума отношения) [S2(X) - S1(X)JZS1(X) оптимальный фильтр должен иметь характеристику вида
т л, ЛMc(X)-PMn(X)
Mn(X) ' (11-23)
где А = Mn(Xmax)/[Mc(Xmax) - Mn(Xmax)], Xmax - длина волны, при которой отношение монохроматических сигналов Mc(X) и MJX) максимально.
Применение оптического фильтра с характеристикой вида (11.23) позволяет повысить контраст между полезным сигналом и помехой на несколько десятков процентов по сравнению с отсекающим двусторонним (Л-образным) фильтром. Однако изготовить фильтр с рассчитанной по (11.23) характеристикой часто практически невозможно. В то же время отсекающие интерференционные фильтры хорошо освоены в производстве.
Для точечного излучателя, т.е. при юи « га0 ир ® 0,
что соответствует характеристике согласованного фильтра.
Для протяженного излучателя (при юи > ю0) и р « 1
Mn(X) • (п-25>
Как следует из (11.23)-(11.25), при изменении соотношения между со0 и сои меняются вид и границы пропускания спектральной характеристики Тф(Х) оптического фильтра.
319 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
Иногда качество спектральной фильтрации можно оценивать с помощью понятия «эффективная спектральная ширина полосы пропускания»:
Здесь
I ^max
VvlCsLax О
^•г -
I ^max
\ с /max О
где Xmax — длина волны, при которой произведение Mc(X)-S(X) достигает максимума; (McS)max — максимальное значение функции Mc(X)-S(X).
В ряде практических вычислений используют несколько видоизмененное выражение для АХэф, например, в качестве ДХэф принимают интеграл, входящий в формулы для X1 и X2, причем для его вычисления берут относительные значения Mc(X) и s(X).
Следует указать, что в случае когерентного излучения при анализе выражений типа (11.6) или при синтезе спектральной характеристики оптимального фильтра очень часто необходимо учитывать фазовый сомножитель.
Режекторная фильтрация, сочетающаяся с пороговым ограничением, мало эффективна в случае малых отличий в спектральных характеристиках селектируемого излучателя и фона или помех, например, при близких их температурах, и особенно в тех случаях, когда случайные изменения этих характеристик сравнимы с такими отличиями или больше их.
Другим методом спектральной фильтрации, иногда применяемым на практике, является формирование отношения двух сигналов (потоков ), взятых на различных участках спектра излучения объекта. По этому принципу, в частности, работают цветовые пирометры, с помощью которых осуществляется идентификация излучателей по цвету («по сине-красному отношению»).
Если цветовая температура Тц обнаруживаемого объекта, принимаемого за черный или серый излучатель, известна, то отношение спектральных плотностей яркости на длинах волн X1 и X2 определяется в соответствии с законом Планка при XT < 3000 мкм-К:
J__J_ T11KX1 X2
320 Глава 11. Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах
Отсюда
In
1I-Y1, (11.26)
ц
Выбрав X1 и X2 и зная приборные постоянные
можно однозначно определить, соответствует ли логарифм отношения сигналов, пропорциональных Lu и Lk2 (на длинах волн X1 и Х.2), известной априорно температуре Tts. Отличие значения'логарифма отношения сигналов от заданного значения, соответствующего T , свидетельствует о наличии помехи или ложной цели в угловом поле прибора. Одна из возможных схем реализации алгоритма (11.26), позволяющая выделить полезный сигнал ис - In (LxicZLx2c), приведена на рис. 11.6.
