Энергетический расчет оптико-электронной системы сканирующего пеленгатора
Отношение сигнал-шум на выходе сканирующей оптико-электронной системы обнаружения с максимальной дальностью действия. "Точечный" излучатель - объект пеленгации. Распространение оптического сигнала от объекта в атмосфере. Модулятор-анализатор изображения.
Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 24.11.2010 |
Размер файла | 1,9 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
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 при условной вероятности правильного обнаружения и условной вероятности ложной тревоги . Излучающая поверхность объекта обнаружения плоская диффузная круглой формы, температура поверхности , площадь , коэффициент излучения . 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 .
Фон представляет собой облачную структуру. Дисперсия яркости фона , угловой радиус корреляции фона .
Объектив сканирующей ОЭС имеет следующие параметры: фокусное расстояние линзового объектива , диаметр входного зрачка . НКФР ОИзС аппроксимируется двумерной гауссоидой при кружке рассеяния .
В качестве ПИ используется охлаждаемый до 195 [K] фоторезистор из сернистого свинца. Паспортная интегральная чувствительность, измеренная по АЧТ (500К), , постоянная времени .
Просмотр углового поля осуществляется засчет строчно-кадрового сканирования с перекрытием строк, равным 1/3 ширины строки. Линейная скорость сканирования . Угловая скорость поворота оптической оси в направлении строки
.
Расчет требуемого отношения сигнал шум
Поскольку в ТЗ заданы величины и , то в проектируемой ОЭС предполагается использовать правило решения на основе критерия Неймана - Пирсона. В этом случае требуемое ОСШ определяется следующим образом:
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: . Пространственный спектр излучателя в таком случае будет функция:
Среда распространения
Оптический сигнал от объекта распространяется в атмосфере. Зависимость коэффициента пропускания атмосферы от длины волны аппроксимируется следующей функцией:
.
Передаточная функция слоя пространства выглядет следующим образом:
Оптическая система
Объектив сканирующей ОЭС имеет следующие характеристики:
фокусное расстояние 120мм
диаметр входного зрачка 100мм
интегральный коэффициент пропускания
радиус кружка рассеяния мм
Оптическая передаточная функция оптической системы аппроксимируется двумерной гауссоидой.
Модулятор анализатор изображения
МАИ представляет собой диафрагму размером 1 х 1 мм.
Передаточная функция такого МАИ выглядит следующим образом:
Приемник излучения
В качестве ПИ используется охлаждаемый до 195 К фоторезистор из сернистого свинца. Паспортная интегральная чувствительность по АЧТ (500 К) . Постоянная времени . Относительная спектральная чувствительность:
Относительная спектральная характеристика фоторезистора PbS с рабочей температурой Тпи = 195 К.
, мкм |
So () |
, мкм |
So () |
|
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 |
При анализе частотных свойств ПИ его рассматривают как апериодическое звено с постоянной времени . В этом случае модуль его временной ПФ равен:
Расчет реализуемого отношения сигнал шум
Для полихроматического потока излучения, учитывая, что ПИ осуществляет интегрирование излучения по длинам волн л, при апериодическом движении МАИ получим:
При линейном сканировании МАИ вдоль оси O'x' функцию можно записать в следующем виде:
После подстановки и преобразований получим:
,
где
- интегральная сила излучения объекта вдоль линии визирования, приведенная к плоскости чувствительного слоя ПИ;
- 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 . Тогда
В таком случае выражение будет выглядеть следующим образом:
Будем считать, что объект является диффузным излучателем. В этом случае
- интегральная сила излучения объекта по нормали к его излучающей поверхности;
- интегральная яркость излучения объекта;
- угол между линией визирования и нормалью к излучающей поверхности;
- постоянная Стефана - Больцмана;
- площадь и температура излучающей поверхности;
- коэффициент излучения поверхности;
- относительная спектральная плотность излучения АЧТ, имеющего температуру .
Окончательно имеем:
Интегралы в полученном выражении будем вычислять численно. Для этого воспользуемся функцией относительной энергетической светимости, приведенной к одной переменной:
Moeo (,T) = y (x),
где x=/макс; макс = 2898/T,
Значения функции y (x) приводятся в справочных таблицах.
Подставляя полученные значения в исходное выражение, получим:
Передний апертурный угол:
Окончательно:
Перейдем к определению энергетического ЧВС фоновой помехи на выходе ПИ.
Энергетический ЧВС суммарной помехи на выходе ПИ:
где - 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.
Функцию в соответствии с рисунком 6.2 [1] аппроксимируем следующей функцией:
В таком случае энергетический ЧВС суммарной помехи на выходе ПИ можно записать следующим образом:
Теперь определим реализуемое отношение сигнал шум на выходе ЭС, выполненной в виде оптимального частотно-временного фильтра:
Далее определим передаточную функцию оптимального фильтра:
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:
Определим в этом случае отношение сигнал шум:
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.
Подобные документы
Исследование зависимости вероятности обнаружения малоразмерной цели оптико-электронным пеленгатором с фокальным матричным приёмником излучения. Оценка дальности действия пеленгатора при обнаружении объекта по критерию максимального правдоподобия.
контрольная работа [296,1 K], добавлен 06.06.2013Этапы создания круглосуточной телевизионной системы: оценка сквозной передаточной функции системы, дальности действия сигнала, разработка конструкции основных узлов изделия, изготовление вакуумно-плотной пластины и электронно-оптического преобразователя.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 24.11.2010Описание оптической схемы приемо-передающего тракта. Предназначение приемного телескопа - прием излучения, рассеянного атмосферой, и передача его в анализатор. Особенности построения фотоприемного канала. Оценка энергетических параметров принимаемого излу
дипломная работа [46,0 K], добавлен 03.03.2011Назначение телевизионной системы: формирование изображения передаваемой сцены, предназначенного для восприятия человеком. Подача сигнала с выхода устройства обработки и усиления на анализатор. Формирование оптического изображения, элементы светоделения.
реферат [2,0 M], добавлен 12.07.2010Проектирование устройства полупроводникового усилителя оптического сигнала ВОЛС, работающего на длине волны нулевой хроматической дисперсии кварцевых волокон – 1,3 мкм. Энергетический расчет, особенности конструирования узла оптического усилителя.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 19.04.2011Тактическое обоснование и необходимость совершенствования системы пеленгации. Требования к пеленгационным устройствам, технические характеристики, анализ возможных решений и операций обработки сигналов ПАП. Разработка структурной схемы системы пеленгации.
дипломная работа [397,1 K], добавлен 15.08.2011Схема включения фотоприемника. Принципиальная электронная схема предварительного усилителя, обеспечивающая согласование с приемником. Сигнал на выходе фотоприемного устройства. Спектральная чувствительность фотодиода. Усилитель сигнала на транзисторе.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 30.04.2011Разложение непериодического сигнала на типовые составляющие. Расчет изображения аналогового непериодического сигнала по Лапласу. Нахождение спектральной плотности аналогового непериодического сигнала. Расчет ширины спектра периодического сигнала.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 13.01.2015Преобразование изображаемого объекта в электрический сигнал. Электронные системы телевидения. Разделение строчных и кадровых синхроимпульсов. Четкость телевизионного изображения, ширина спектра телевизионного сигнала. Полоса частот для передачи сигнала.
реферат [3,0 M], добавлен 18.03.2011Классификация радиопередающих устройств. Разработка принципиальной схемы устройства для передачи сигнала. Выбор и обоснование функциональной и принципиальной схем FM-модулятора. Изготовление печатной платы. Безопасность работы с электронной техникой.
дипломная работа [4,0 M], добавлен 29.12.2014