для изменения параметров сигнала в соответствии какими-либо свойствами или параметрами наблюдаемого объекта, например, его углового положения относительно оптической оси СКЦ;
для выделения полезного сигнала на фоне помех и шумов, т.е. для решения задачи пространственной фильтрации.
Пространственная фильтрация заключается в выделении полезного сигнала на фоне помех за счет различия в их пространственно-частотных спектрах или, что фактически одно и то же, за счет различия в их пространственной структуре, например, в угловых размерах (точечного излучателя на фоне крупноразмерного). Решение этой задачи осуществляется путем "переноса" спектра сигнала в ту область частот, где меньше влияние внутренних и внешних помех.
Демодуляцией (детектированием) называется нелинейная операция выделения полезной (низкочастотной) информации, заключающаяся в "возвращении" спектра сигнала в низкочастотную область, т.е. в восстановлении модулирующего сигнала. Операция детектирования обычно реализуется в электронном тракте СКЦ.
Конструктивно АИ представляет собой плоскопараллельную пластинку с рисунком, образующим прозрачные и непрозрачные для лучистого потока участками.
В ОГСН существующих ЗРК БД широкое применение нашли следующие виды модуляции лучистого потока [4, 9, 10, 11, 12]:
амплитудно-фазовая (АФМ) – в ОГСН 9Э41, 9Э47;
широтно-импульсная (ШИМ) – в ОГСН 9Э46;
частотная (ЧМ) – в ОГСН 9Э45, 9Э47, 9Э418;
времяимпульсная (ВИМ) – в 9Э410.
Рассмотрим сущность этих видов модуляции более подробно.
Анализатор изображения с АФМ представляет собой модулирующий растр (рис. 2.8), разделенный на две половины, одна из которых имеет коэффициент пропускания равный 0,5, а вторая половина выполнена в виде чередующихся прозрачных и непрозрачных секторов (9 пар). Растр расположен в фокальной плоскости изображения цели и вращается вместе с элементами оптической системы, закрепленными на роторе-магните гироскопа. Размеры изображения цели в плоскости растра соизмеримы с поперечным линейным размером прозрачных секторов на радиусе растра.
Если направление на цель совпадает с оптической осью СКЦ, то изображение цели фокусируется в центре растра, и модуляции потока не производится, так как центр растра представляет собой "мертвую" зону.
При появлении углового рассогласования ( 0) изображение цели смещается относительно центра растра и секторная часть растра осуществляет амплитудную модуляцию лучистого потока. При этом глубина модуляции пропорциональна положению изображения цели относительно центра растра (рис. 2.8, в, г), так как количество энергии излучения, прошедшее через модулирующий растр на ПЛЭ, равно площади пятна, приходящегося на прозрачные секторы растра. Как следует из рис. 2.8, глубина модуляции пропорциональна углу рассогласования , а фаза пачки модулированного потока () определяет направление рассогласования. Модулированный поток за растром представляет собой пачки световых импульсов с частотой вращения ротора гироскопа г. Частота заполнения пачек зависит от числа пар прозрачных и непрозрачных секторов и скорости вращения ротора гироскопа.
Полупрозрачная часть растра выполнена в виде прозрачных и непрозрачных концентрических полос, ширина которых не превышает половины радиуса изображения цели, т.е. полупрозрачная часть растра модуляции потока не производит.
Рис. 2.8. Амплитудно-фазовая модуляция лучистого потока:
а – двухчастотный модулирующий растр; б, в, г – пачки импульсов лучистого потока от изображений цели Ц1, Ц2, Ц3 за один оборот растра
Так как растр в целом является полупрозрачным, то модуляции фона, облучающего всю площадь растра, не производится.
Таким образом, при АФМ потока излучения двухчастотным модулирующим растром информация о величине угла рассогласования заложена в амплитуде несущей частоты (в глубине модуляции), а информация о направлении угла рассогласования – в фазовом сдвиге пачки импульсов.
Анализатор изображения с ШИМ. Вращающийся вместе с ротором гироскопа двухчастотный модулирующий растр, осуществляющий широтно-импульсную модуляцию потока излучения, представлен на рис. 2.9.
Рис. 2.9. Широтно-импульсная модуляция лучистого потока:
а – двухчастотный модулирующий растр; б, в, г – пачки импульсов от изображения цели Ц1, Ц2, Ц3 за один оборот растра
Центр рисунка растра представляет собой "мертвую" зону, так как при попадании в него изображения цели модуляция не происходит. Криволинейные прозрачные и непрозрачные радиальные полосы имеют примерно одинаковую ширину, равную диаметру изображения цели. Ширина концентрических полос равна примерно половине диаметра изображения цели.
На основании анализа рис. 2.9 можно сделать следующие выводы:
глубина амплитудной модуляции не зависит от величины угла рассогласования;
информация о величине угла рассогласования заложена в длительности промежутка между пачками импульсов несущей частоты;
информация о направлении угла рассогласования заложена в фазовом сдвиге пачки импульсов;
близкая к линейной модуляционная характеристика (зависимость между угловым рассогласованием и длительностью промежутка между пачками) обеспечивается с помощью полуокружностей, отделяющих полупрозрачную часть растра от секторной.
Анализатор изображения с ЧМ. При частотной модуляции потока излучения цели информация о величине и направлении угла рассогласования между оптической осью СКЦ и линией визирования цели заложена в частоте следования импульсов.
Рассмотрим частотную модуляцию потока энергии на примере секторного модулирующего растра (рис. 2.10). Обычно, в отличие от вращающихся растров при АФМ и ШИМ, секторный модулирующий растр при ЧМ не вращается вместе с ротором гироскопа, а лишь имеет возможность "прокачиваться" в кардановом подвесе на углы пеленга. Для обеспечения ЧМ с помощью неподвижного секторного растра изображение цели сканирует по секторам растра на частоте вращения гироскопа. Сканирование изображения цели осуществляется с помощью наклона главного зеркала (или контрзеркала) оптической системы на небольшой угол по отношению к продольной оси КЦ.
Если оптическая ось КЦ совпадает с линией визирования цели ( = 0), то изображение цели (пятно Ц1) сканирует по окружности, центр которой совпадает с центром модулирующего растра. При этом частота следования импульсов энергии будет постоянной (рис. 2.10, б), поскольку изображение цели, перемещаясь по окружности с постоянной скоростью, пересекает прозрачные и непрозрачные секторы растра за одинаковые промежутки времени.
Если оптическая ось КЦ не совпадает с линией визирования цели, то центр окружности сканирования изображения цели будет смещен относительно центра растра. При постоянной скорости сканирования по окружности изображение цели будет пересекать секторы растра на различных его участках за различные промежутки времени. На рис. 2.10, в, г показаны зависимости изменения потоков энергии после модулирующего растра от изображения целей Ц2 и Ц3, траектории движения которых показаны на рис. 2.10, а.
Рис. 2.10. Частотная модуляция лучистого потока:
а – секторный модулирующий растр; б, в, г – модулированные лучистые потоки за один период сканирования изображений целей Ц1, Ц2, Ц3
Основными достоинствами АИ с ЧМ перед АИ с АФМ являются:
отсутствие "мертвой" зоны при = 0, т.е. зоны нечувствительности;
более высокая помехоустойчивость ЧМ (как вида модуляции) по сравнению с АФМ;
значительно проще реализовать автоматическую регулировку усиления в более широком динамическом диапазоне мощности потока излучения, так как полезная информация при ЧМ заложена не в амплитуде сигнала, а в его частоте.