Основы оптико-электронного приборостроения (стр. 2 )

11.3.  Фильтрация сигналов в электронном тракте...................................................

11.4.  Оптическая корреляция..................................................................................

Часть III

МЕТОДИКИ РАСЧЕТА И ВЫБОРА НЕКОТОРЫХ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

И ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ……………………..

Глава 12. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

12.1.  Критерии качества оптико-электронных приборов........................................

12.2.  Обобщенная методика энергетического расчета............................................

12.3.  Расчет значений потоков и облученностей на входе оптико-электронного прибора

12.4.  Расчет потерь потока в оптической системе...................................................

12.5.  Расчет коэффициента полезного действия системы первичной обработки информации

Глава 13. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ОПТИКО_ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ………………………………………………..

13.1. Расчет вероятностей обнаружения сигнала на фоне помех………………………

13.2.  Расчет отношения сигнал-шум на выходе системы первичной обработки информации

13.3.  Расчет пороговой чувствительности

оптико-электронного прибора......................................................................................

13.4.  Расчет дальности действия оптико-электронных
приборов...............................................................................................................

13.5.  Основные этапы точностного расчета

оптико-электронных приборов..........................................................................

13.6.  Общая методика расчета инструментальных погрешностей.....................

Глава 14. РАСЧЕТ И ВЫБОР РЯДА КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

14.1. Расчет основных конструктивных параметров оптической системы ………….

14.2. Выбор и расчет основных параметров источника излучения…………………..

14.3. Выбор и расчет основных параметров приемника излучения…………………..

14.4. Сравнительная оценка различных видов модуляции оптических сигналов.

Выбор рабочих частот модуляции и ширины полосы пропускания……….……

14.5. Краткие сведения о настройке и испытаниях оптико-электронных приборов…….

Список литературы....................................................................................................... …

Предисловие

В настоящее время оптико-электронные приборы (ОЭП) используются при решении самых разнообразных задач: при линейных и угловых измерениях, автоматическом слежении и управлении, исследовании природных ресурсов и окружающей среды, обработке оптических изображений. Их применяют во всех отраслях народного хозяйства, науки, техники, в том числе в геодезии и дистанционном зондировании, и области приложения этих приборов непрерывно расширяются.

Курс «Основы оптико-электронного приборостроения» посвящен изложению физических принципов работы и построения ОЭП, описанию их типовых узлов, рассмотрению методов приема оптических сигналов и способов выделения сигналов от наблюдаемых объектов на фоне помех. При выборе или оценке эксплуатационных возможностей ОЭП для использования в геодезической практике важно владеть простейшими методиками расчета основных параметров ОЭП, которые помогут оценить эффективность этого использования. Данный курс является общепрофессиональным для студентов геодезических специальностей.

По сравнению с первым изданием учебника, вышедшим в свет в 1977 году, книга существенно переработана и дополнена, что связано, в первую очередь, с появлением новых поколений элементной базы оптико-электронного приборостроения.

Книга состоит из трех частей. В части I изложены сведения о законах оптического излучения и основных типах излучателей, используемых в оптико-электронном приборостроении. Затем кратко рассматриваются некоторые положения физической и атмосферной оптики. В последующих главах этой части книги описаны типовые узлы ОЭП, причем автор стремился подчеркнуть взаимосвязь их основных параметров и характеристик, единство структуры ОЭП как комплекса оптических, электронных и других звеньев.

Сложность задач, решаемых ОЭП, побуждает рассматривать этот прибор как часть общей системы обработки информации, причем последняя может состоять из большого числа устройств, различных по физическому принципу работы. Поэтому целесообразно при расчете ОЭП или при оценке его эффективности воспользоваться положениями общей теории сигналов. Некоторым основным аспектам её применения в оптико-электронном приборостроении посвящена часть II учебника, в которую включены разделы о методах приема оптических сигналов, структурных схемах типовых ОЭП и способах выделения сигналов на фоне помех.

В части III учебника рассмотрены методы расчета основных параметров и характеристик ОЭП, базирующиеся на использовании обобщенных методик энергетического и точностного расчетов. Здесь же приводятся сведения о расчете наиболее важных для геодезической практики показателей эффективности и основных конструктивных параметров ОЭП.

При работе над новым изданием книги автор пользовался советами и помощью своих коллег по кафедре оптико-электронных приборов Московского государственного университета геодезии и картографии. Большой вклад в подготовку рукописи к печати внесла , которой автор приносит искреннюю благодарность. Автор весьма признателен профессорам и за ценные предложения и замечания, сделанные ими в процессе рецензирования рукописи книги.

Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРАХ

1.1. Оптико-электронные приборы: определение, обобщенные схемы и методы работы

Свойства электромагнитного излучения широко используются в современной науке и технике, особенно в бесконтактных, дистанционных устройствах контроля, измерения, передачи и преобразования информации, сбора и передачи энергии и др. Среди приборов, основанных на использовании электромагнитного излучения, особое место занимают ОЭП, которым свойственны высокая точность, быстродействие, возможность обработки многомерных сигналов и другие ценные для практики свойства.

Оптико-электронными называются приборы, в которых информация об исследуемом или наблюдаемом объекте переносится оптическим излучением (содержится в оптическом сигнале), а её первичная обработка сопровождается преобразованием энергии излучения в электрическую энергию. В состав этих приборов входят как оптические, так и электронные звенья, причем и те и другие выполняют основные функции данного прибора, а не являются вспомогательными устройствами (например, узлами подсветки отсчетных шкал, устройствами термостабилизации и т. д.).

Структура многих современных ОЭП достаточно сложна. Она включает большое число различных по своей физической природе и принципу действия звеньев - аналоговых и цифровых преобразователей сигналов, микропроцессоров, механических и электромагнитных узлов и др. Поэтому ОЭП часто называют оптико-электронными системами (ОЭС).

Действие ОЭП основано на приеме и преобразовании электромагнитного излучения в различных диапазонах оптической области спектра, т. е. в ультрафиолетовой (УФ), видимой и инфракрасной (ИК) частях его. Одна из возможных обобщенных схем работы ОЭП представлена на рис. 1.1. Источник излучения естественного или искусственного происхождения создает материальный носитель полезной информации - поток излучения.

Рис. 1.1. Обобщенная схема работы ОЭП

Этим источником может быть сам исследуемый объект. Часто источник излучения дополняется передающей оптической системой, которая направляет поток на исследуемый объект или непосредственно в приемную оптическую систему (если наблюдается сам источник). Приемная оптическая система собирает поток, излучаемый наблюдаемым объектом или отраженный от него, формирует этот поток и направляет его на приемник излучения. Приемник превращает сигнал, переносимый потоком излучения (оптический сигнал), в электрический.

Источник излучения (с передающей оптической системой), приемная оптическая система, приемник излучения, а иногда и первые звенья следующего за приемником электронного тракта образуют систему первичной обработки информации ОЭП. Назначением её является получение сигнала (информации) от наблюдаемого или исследуемого объекта в виде, удобном для дальнейшей обработки или использования. В настоящей книге рассмотрены в основном отдельные звенья этой системы и процессы обработки в ней сигнала - носителя полезной информации.

Выходной блок формирует сигнал, по своим параметрам удовлетворяющий требованиям получателя информации.

Помимо исследуемого объекта («полезный» излучатель) на рис. 1.1. показаны и возможные на практике «вредные» излучатели (фоны, помехи). Взаимное расположение звеньев может быть и несколько иным. Отдельные звенья на практике представляют собой весьма сложные устройства, например, в состав источника излучения могут входить передающая оптическая система, фильтры, модулятор и т. п. Иногда в состав ОЭП не входят некоторые из перечисленных звеньев. Это определяется, как правило, методом работы прибора.

При активном методе работы (рис. 1. 2, а) исследуемый или наблюдаемый объект 2 облучается источником электромагнитных волн 1, параметрами и характеристиками которого может управлять оператор, проводящий исследование и наблюдение.

Рис. 1.2. Методы работы ОЭП: а - активный; б - пассивный; в - полуактивный.

При этом наилучшим образом удается согласовать параметры источника 1 (передающей системы), объекта 2, среды распространения излучения и приемной системы 3. Это очень часто позволяет решить задачу помехозащищенности ОЭП, например, достаточно эффективно отделить полезный сигнал от сигнала помехи.

При реализации активного метода необходимо иметь специальный источник, который иногда бывает достаточно сложным, громоздким и потребляет большую мощность.