Xreferat.com » Рефераты по коммуникации и связи » Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Оглавление


Техническое задание

Расчет требуемого отношения сигнал шум

Объект пеленгации

Среда распространения

Оптическая система

Модулятор анализатор изображения

Приемник излучения

Расчет реализуемого отношения сигнал шум

Анализ полученных результатов


Техническое задание


Рассчитать реализуемое отношение сигнал-шум на выходе сканирующей оптико-электронной системы обнаружения, обеспечивающей максимальную дальность действия Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора при условной вероятности правильного обнаружения Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора и условной вероятности ложной тревоги Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора. Излучающая поверхность объекта обнаружения плоская диффузная круглой формы, температура поверхности Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора, площадь Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора, коэффициент излучения Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора. Положение объекта в пространстве характеризуется горизонтальным направлением нормали к поверхности излучения. Обнаружение должно осуществляться при положении линии визирования относительно нормали к излучающей поверхности в диапазоне углов Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора.

Фон представляет собой облачную структуру. Дисперсия яркости фона Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора, угловой радиус корреляции фона Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора.

Объектив сканирующей ОЭС имеет следующие параметры: фокусное расстояние линзового объектива Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора, диаметр входного зрачка Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора. НКФР ОИзС аппроксимируется двумерной гауссоидой при кружке рассеяния Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора.

В качестве ПИ используется охлаждаемый до 195 [K] фоторезистор из сернистого свинца. Паспортная интегральная чувствительность, измеренная по АЧТ (500К), Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора, постоянная времени Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора.

Просмотр углового поля осуществляется засчет строчно-кадрового сканирования с перекрытием строк, равным 1/3 ширины строки. Линейная скорость сканирования Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора. Угловая скорость поворота оптической оси в направлении строки

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора.


Расчет требуемого отношения сигнал шум


Поскольку в ТЗ заданы величины Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора и Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора, то в проектируемой ОЭС предполагается использовать правило решения на основе критерия Неймана - Пирсона. В этом случае требуемое ОСШ определяется следующим образом:


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатораЭнергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Объект пеленгации


Объектом пеленгации является "точечный" излучатель, имеющий температуру 1000 К и находящийся на расстоянии 10 км. При таких условиях относительная функция яркости представляет собой функцию Дирака: Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора. Пространственный спектр излучателя в таком случае будет функция: Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатораЭнергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Среда распространения


Оптический сигнал от объекта распространяется в атмосфере. Зависимость коэффициента пропускания атмосферы от длины волны аппроксимируется следующей функцией:


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора.


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Передаточная функция слоя пространства выглядет следующим образом:

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатораЭнергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Оптическая система


Объектив сканирующей ОЭС имеет следующие характеристики:

фокусное расстояние 120мм

диаметр входного зрачка 100мм

интегральный коэффициент пропускания Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

радиус кружка рассеяния Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгаторамм

Оптическая передаточная функция оптической системы аппроксимируется двумерной гауссоидой.


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Модулятор анализатор изображения


МАИ представляет собой диафрагму размером 1 х 1 мм.

Передаточная функция такого МАИ выглядит следующим образом:


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Приемник излучения


В качестве ПИ используется охлаждаемый до 195 К фоторезистор из сернистого свинца. Паспортная интегральная чувствительность по АЧТ (500 К) Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора. Постоянная времени Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора. Относительная спектральная чувствительность:

Относительная спектральная характеристика фоторезистора PbS с рабочей температурой Тпи = 195 К.


l, мкм So (l) l, мкм So (l)
1.00 0.26 2.40 0.98
1.10 0.30 2.50 1.00
1.20 0.35 2.60 0.99
1.30 0.40 2.70 0.94
1.40 0.45 2.80 0.83
1.50 0.52 2.90 0.70
1.60 0.58 3.00 0.53
1.70 0.64 3.10 0.36
1.80 0.70 3.20 0.21
1.90 0.76 3.30 0.10
2.00 0.82 3.40 0.03
2.10 0.87 3.50 0.01
2.20 0.91 3.60 0.00
2.30 0.96 3.70 0.00

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

При анализе частотных свойств ПИ его рассматривают как апериодическое звено с постоянной времени Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора. В этом случае модуль его временной ПФ равен:


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Расчет реализуемого отношения сигнал шум


Для полихроматического потока излучения, учитывая, что ПИ осуществляет интегрирование излучения по длинам волн λ, при апериодическом движении МАИ получим:


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


При линейном сканировании МАИ вдоль оси O’x’ функцию Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатораЭнергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора можно записать в следующем виде:

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


После подстановки и преобразований получим:


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора,

где Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


- интегральная сила излучения объекта вдоль линии визирования, приведенная к плоскости чувствительного слоя ПИ;


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


- интегральная чувствительность ПИ по отношению к полезному сигналу (т.е. по отношению к потоку излучения от объекта обнаружения, попадающему на ПИ в условиях его работы в ОЭС.

При измерении паспортных характеристик ПИ в качестве стандартного излучателя использовалось АЧТ, имеющее температуру Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора. Тогда


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


В таком случае выражение Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора будет выглядеть следующим образом:

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Будем считать, что объект является диффузным излучателем. В этом случае


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора - интегральная сила излучения объекта по нормали к его излучающей поверхности;

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора - интегральная яркость излучения объекта;

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора - угол между линией визирования и нормалью к излучающей поверхности;

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора - постоянная Стефана - Больцмана;

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора - площадь и температура излучающей поверхности;

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора - коэффициент излучения поверхности;

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора - относительная спектральная плотность излучения АЧТ, имеющего температуру Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора.

Окончательно имеем:


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Интегралы в полученном выражении будем вычислять численно. Для этого воспользуемся функцией относительной энергетической светимости, приведенной к одной переменной:

Moeo (l,T) = y (x),


где x=l/lмакс; lмакс = 2898/T,


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Значения функции y (x) приводятся в справочных таблицах.


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатораЭнергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатораЭнергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Подставляя полученные значения в исходное выражение, получим:


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Передний апертурный угол:


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Окончательно:


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Перейдем к определению энергетического ЧВС фоновой помехи на выходе ПИ.


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Энергетический ЧВС суммарной помехи на выходе ПИ:

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


где Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора - энергетический ЧВС внутреннего шума ОЭС, приведенного к выходу ПИ. В данном случае это собственный шум приемника. Однако в общем случае он может включать в себя помимо шума ПИ шум элементов ЭС и шум от излучающих элементов конструкции.


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Функцию Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора в соответствии с рисунком 6.2 [1] аппроксимируем следующей функцией:


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


В таком случае энергетический ЧВС суммарной помехи на выходе ПИ можно записать следующим образом:


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Теперь определим реализуемое отношение сигнал шум на выходе ЭС, выполненной в виде оптимального частотно-временного фильтра:


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора

Далее определим передаточную функцию оптимального фильтра:


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Теперь возникает задача создания подоптимального фильтра, т.е. реального фильтра с МПФ, в той или иной степени близкой к оптимальной. Например, можно создать фильтр со следующей АЧХ:


Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Определим в этом случае отношение сигнал шум:

Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора


Анализ полученных результатов


Расчеты показали, что реализуемое отношение сигнал помеха много меньше требуемого. Из выше сказанного вытекает ниже следующее: при данных условиях нельзя обнаружить исходный объект с заданными вероятностями правильного обнаружения и ложной тревоги.

Однако, изменив некоторые параметры ОЭС, можно достичь требуемого отношения сигнал помеха. Так, например, увеличение диаметра входного зрачка оптической системы в 2 раза приводит к почти двукратному увеличению ОСШ (засчет увеличения полезного сигнала). Возможен и другой вариант: увеличение фокусного расстояния в 2 раза (т.е. уменьшение заднего апертурного угла) приводит к повышению ОСШ практически на порядок! Это происходит за счет уменьшения влияния фоновой помехи. Также можно заменить приемник излучения на более чувствительный.

Если внесенные изменения не помогут достичь требуемого ОСШ или изменение этих параметров невозможно из конструктивных соображений, то следует пересмотреть техническое задание. Возможно, удастся смягчить требования к ОЭС: например, понизить вероятность правильного обнаружения или уменьшить дальность действия. Если это невозможно, то ОЭС сможет работать лишь в ночных условиях, когда влияние фоновой помехи пренебрежимо мало.

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: