Основы оптико-электронного приборостроения (стр. 55 )

Значительное распространение получили системы АРЧ или АРУ. Функциональная схема типовой системы представлена на рис. 11.4. Напряжение с выхода линейной системы «приемник излучения – предусилитель (ПИ+ПУ)» поступает одновременно на усилитель сигнала УС и на детектор АРУ – Дару. Сюда же подается выбранное напряжение задержки Ез. После усилителя У и фильтра Ф сигнал АРУ поступает в регулируемые звенья (при АРЧ обычно для изменения напряжения питания приемника, при АРУ – для изменения коэффициента усиления ПУ).

Сигнал АРУ при uвых > Ез

где Kф, Kд, Kу – передаточные коэффициенты фильтра, детектора и усилителя АРУ соответственно. Инерционность системы АРЧ или АРУ для заданного диапазона изменения uвх выбирают из расчета допустимой демодуляции сигналов в частотном диапазоне работы ОЭП.

Рис.11.4. Функциональная схема системы АРУ

В некоторых ОЭП для устранения перегрузки выходных электронных звеньев используют логарифмические усилители, амплитуда выходного напряжения которых, начиная с некоторого значения входного сигнала, приблизительно пропорциональна логарифму относительного изменения этого сигнала.

Компенсация помех. В некоторых случаях в ОЭП наряду с основным каналом предусматривают дополнительный канал, принимающий только сигнал от помехи. При линейных преобразованиях в основном и дополнительном каналах, когда обеспечивается равенство уровня помех в них, можно значительно снизить влияние помех путем вычитания из сигнала основного канала, являющегося суммой сигнала и помехи, сигнала дополнительного канала, обусловленного помехой.

Такой способ был описан в §11.2, где говорилось о схеме вычитания низкочастотного (в области пространственных частот) фона из сложного сигнала с наиболее информативной высокочастотной областью. Достаточно успешно этот способ используется и применительно к электрическим сигналам, когда помимо компенсации с помощью дополнительного канала используется также черезпериодная компенсация помех или их декорреляция.

Частотная селекция. Этот распространенный вид селекции основан на различии спектров полезного сигнала и помех (шумов). Выше, в гл. 8, при описании процессов модуляции и демодуляции сигналов об этом уже говорилось. Частотная селекция обеспечивается подбором (созданием) надлежащего спектра сигнала и максимально возможным сужением полосы пропускания электронного тракта.

Очень часто этот вид селекции сочетается с пространственной фильтрацией и сканированием. Наиболее распространенное средство частотной фильтрации - это полосовые (узкополосные) фильтры, пропускающие основные гармоники полезного сигнала и по возможности подавляющие наиболее мощные составляющие спектра помех (шумов).

Эффективным методом частотной селекции является синхронное детектирование (см. §8.2), при котором уничтожаются несинфазные относительно полезного сигнала составляющие помехи.

Амплитудная селекция. Простейший вид селекции сигнала в электронном тракте – амплитудная селекция, основанная на различии амплитуд полезного сигнала и помехи в рабочем диапазоне частот. Для отделения помех, которые имеют меньшую амплитуду, чем сигнал, достаточно использовать в электронном тракте ограничитель снизу (ОСН). Используя раздельные ограничители сверху (ОСВ) и снизу (ОСН), а затем суммируя выходные сигналы ограничителей в сумматоре Σ (рис. 11.5, в), можно отфильтровать все составляющие входных сигналов помех, отвечающие условиям |uвх| < uогр.

Рис.11.5. Функциональная схема двустороннего амплитудного селектора:

а – характеристика ограничителя снизу; б – характеристика ограничителя сверху;

в – функциональная схема

Иногда, особенно в импульсных системах, когда амплитуда импульсов помехи превышает уровень полезного сигнала, применяют селекторы импульсов по уровню, исключающие прохождение импульсов помехи, которые превышают заданный уровень полезного сигнала. При этом используется ограничитель снизу ОСН, выделяющий лишь помехи, и схема НЕ (рис. 11.6).

Рис.11.6. Функциональная схема селектора импульсов по уровню

На схему НЕ подаются выходные сигналы uимп ограничителя и смесь полезного сигнала и помехи uвх. При совпадении сигналов помехи выходной сигнал схемы НЕ равен нулю, а при несовпадении (наличие полезного сигнала) она пропускает сигнал на выход.

Временна́я селекция импульсных сигналов. Этот вид селекции основан на различиях в импульсах сигналов и помех по длительности, моментам их появления и частоте повторения.

Селектор импульсов по длительности пропускает сигналы, длительность которых лежит в заранее установленном диапазоне. Например, если длительность импульса сигнала больше длительности импульса помехи (рис. 11.7), то, пропуская эти импульсы через линию задержки ЛЗ, задержка t которой немного меньше длительности сигнала, но больше длительности помехи, и схему совпадений И, можно выделить полезный сигнал.

Рис.11.7. Функциональная схема селектора импульсов по длительности:

а – функциональная схема; б – эпюры сигналов

Селекция импульсов по временно́му их положению используется, например, в импульсных оптико-электронных дальномерах и локаторах, электронный канал которых включается лишь на время действия принимаемого полезного сигнала (стробирование). Можно изменять момент стробирования, что применяется, например, в системах автоматического сопровождения по дальности.

Для исключения шумовых импульсов, возникающих в фотоприемнике, может служить схема, представленная на рис. 11.8.

Рис.11.8. Функциональная схема селектора для подавления импульсов шума фотоприемника

Поток, приходящий на вход ОЭП, делится на две части и поступает на два фотоприемника, ПИ1 и ПИ2, выходы которых подключены к схеме совпадения И. Шумовые импульсы фотоприемников совпадают по времени с малой вероятностью, поэтому большинство из них не проходит схему И.

Селекция импульсов сигнала по частоте их повторения fи осуществляется с помощью схемы И и линии задержки ЛЗ (см. рис. 11.7), задержка t которой равна периоду повторения Tи=1/fи. Если частота импульсов помех, длительность которых близка к длительности сигнала, не равна fи, то схема И их не пропустит. Возможна настройка схемы на заранее заданную частоту fи, а также задание этой частоты путем формирования последовательности опорных импульсов, с частотой которых сравниваются частоты поступающих извне сигналов. При точно известном и постоянном периоде повторения импульсов можно применять не одну, а несколько линий задержки (рис. 11.9), используя различные комбинации совпадений, а также реализуя метод накопления сигнала, который получает все большее распространение в ОЭП с МПИ, например с ПЗС.

Рис.11.9. Функциональная схема селектора импульсов по частоте их повторения с несколькими линиями задержки: а – последовательно; б – параллельно

Метод накопления. Этот метод состоит в том, что решение о наличии сигнала принимается не сразу после его поступления в прибор, а после суммирования или интегрирования ряда конечных выборок смеси сигнала и помех. Разделяя во времени эту смесь на п равных частей, соответствующих периоду повторения сигнала Т, и производя суммирование или интегрирование их, можно в случае аддитивных широкополосных помех и некоррелированных выборок получить выигрыш в отношении сигнал-помеха по мощности полезного сигнала в п раз, а по амплитуде в раз. Действительно, мощность полезного сигнала амплитуды uс на выходе сумматора будет равна Рс~(nuc )2, а мощность помех (сумма постоянных в каждой из п выборок дисперсий ) . Отсюда отношение сигнал-помеха

При постоянном входном сигнале

где Dtпом – время (радиус) корреляции помех.

Увеличение отношения сигнал-помеха при методе накопления достигается ценой увеличения времени обработки и принятия решения о наличии сигнала или ценой расширения полосы пропускания электронного тракта.

Метод накопления можно использовать не только при суммировании сигналов, отсчитываемых в разные моменты времени, но и сигналов, поступающих из п независимых каналов одновременно. Этот метод успешно реализуется в ОЭП с МПИ при последовательном сканировании (см. § 7.1). Обнаружительная способность приемника D* при использовании п выборок увеличивается в раз.

Метод накопления в последнее время часто используют применительно к пространственным реализациям смеси сигнала и помех, например при выделении изображения источника сигнала на фоне меняющих свое положение помех путем сложения мгновенных картин (снимков) сигнала и помех. Как правило, такое сложение проводится после преобразования оптического изображения в цифровую (электронную) форму.