Анализатор изображения с ВИМ. Принцип действия такого анализатора основан на изменении временного интервала между двумя импульсами или длительности импульса при изменении ошибки рассогласования. АИ с ВИМ могут быть построены как по схеме с подвижным растром, так и по схеме с подвижным изображением.
Довольно распространенным типом вращающегося растрового анализатора, определяющего координаты изображения в полярной системе координат (, ), является диск, профиль которого – спираль Архимеда, либо непрозрачный диск с прорезью-щелью, выполненной по этой спирали или по эвольвенте.
Например, если граница между прозрачной и непрозрачной частями растра (рис. 2.11) имеет вид спирали Архимеда, в соответствии с уравнением которой = k, где k – коэффициент пропорциональности, а – радиус-вектор, то длительность импульсов потока на выходе АИ будет зависеть от радиуса-вектора изображения, т.е. при постоянной угловой скорости диска = /. При = на радиусе R, соответствующем предельному размеру анализируемого поля, k = :R и =:(R), т.е. статическая характеристика АИ является линейной. Однако такая форма рисунка растра не обеспечивает пространственную селекцию точечных излучателей на фоне крупноразмерных.
Рис. 2.11. Растр для времяимпульсной модуляции лучистого потока с прямой зависимостью длительности импульса от ошибки рассогласования
Если в рисунке растра, представленного на рис. 2.11, поменять местами прозрачную и непрозрачную части и затем сузить прозрачную часть растра до = 0 на радиусе R, то получим растр, изображенный на рис. 2.12.
Рис. 2.12. Времяимпульсная модуляция лучистого потока с обратной зависимостью длительности импульса от ошибки рассогласования
В этом случае длительность импульсов потока на выходе АИ будет равна = T(1-:R):2, где T=2 : – период вращения растра. Приняв = kопт, где kопт – постоянный коэффициент, характеризующий величину поля зрения оптической системы, получим зависимость длительности импульсов потока на выходе АИ от ошибки рассогласования в виде
= T(1-k/R)/2. (2.7)
Согласно этой зависимости, чем больше ошибка рассогласования, тем меньше длительность импульса и наоборот (рис. 2.12, а - г). Отсюда можно сделать вывод, что при воздействии на такой АИ крупноразмерного фонового образования длительность импульса потока на выходе АИ будет достаточно большой и соответствовать малой ошибке рассогласования. Таким образом, такой АИ обеспечивает не только обратную линейную зависимость длительности импульсов от ошибки рассогласования, но и приемлемую пространственную селекцию точечных излучателей на фоне крупноразмерных.
Во всех случаях, когда модуляция потока излучения производится путем периодического перекрытия потока излучения или другим путем изменения прозрачности модулятора, всегда имеют место потери мощности оптического сигнала. Если при модуляции прерыванием по закону Ф(t) теряется часть энергии, то эти потери можно оценить с помощью коэффициента k1 [5]:
Числитель этого выражения определяет среднее квадратическое (эффективное) значение потока. В зависимости от способа обработки сигнала, пропорционального k1Ф0, в электронной схеме используется та или иная его доля, которую можно обозначить k2. Коэффициент k2 учитывает, например, тот факт, что в последующих за ПЛЭ звеньях происходит изменение спектра этого сигнала с использованием лишь его части. Произведение kм = k1k2 является коэффициентом, учитывающим потери при модуляции, поскольку kм определяет долю полезной мощности, используемой в приборе, по отношению к мощности немодулированного сигнала. В работе [5] приведены следующие значения коэффициента kм для последовательностей:
синусоидальных импульсов, промодулированных прямоугольной функ-цией, – 0,16;
прямоугольных импульсов, промодулированных синусоидальной функ-цией, – 0,16;
прямоугольных импульсов, промодулированных прямоугольной функ-цией, – 0,20;
частотно-модулированных прямоугольных импульсов – 0,37 при индексе модуляции b = / = 1,8.
Приемник лучистой энергии (ПЛЭ) предназначен для преобразования модулированного лучистого потока в модулированный электрический сигнал. Помимо преобразования одного вида энергии в другой некоторые ПЛЭ выполняют и другие функции: преобразуют закон распределения освещенности (об-лучения) в соответствующий электрический сигнал, служат для анализа закона распределения освещенности в изображении, определения координат изображений и их отдельных зон, фильтрации полезного сигнала на фоне помех и т.д. Типичным примером специального ПЛЭ являются электровакуумные передающие телевизионные трубки.
ПЛЭ разделяются на два основных класса – фотоэлектрический (фотонный) и тепловой [5].
Принцип действия фотоэлектрических ПЛЭ основан на внешнем (фотоэлементы, фотоэлектронные умножители) или внутреннем (фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы и др.) фотоэффекте. Все фотоэлектрические ПЛЭ являются селективными, т.е. их чувствительность зависит от длины волны (частоты) падающего на них излучения.
В тепловых ПЛЭ энергия излучения сначала преобразуется в тепловую, а лишь затем происходит изменение свойств ПЛЭ: возникает термоЭДС (термоэлементы), изменяется проводимость (болометры) или диэлектрическая постоянная (пироэлектрические ПЛЭ). Тепловые приемники неселективные.
ПЛЭ характеризуются рядом параметров: чувствительностью, пороговыми и шумовыми, инерционностью, сопротивлением, геометрическими, электрическими и другими параметрами [5].
Чувствительность. В общем случае чувствительность ПЛЭ - это отношение изменения электрической величины на выходе ПЛЭ, вызванного падающим на него излучением, к количественной характеристике этого излучения в заданных эксплуатационных условиях. Наиболее важной характеристикой чувствительности является спектральная чувствительность, которая характеризует зависимость чувствительности от длины волны падающего на ПЛЭ монохроматического потока излучения. Спектральные характеристики некоторых ПЛЭ представлены на рис. 2.13.
К другим характеристикам чувствительности ПЛЭ можно отнести:
токовую чувствительность si для фоторезисторов или вольтовую sv для фотодиодов;
статическую чувствительность, определяемую отношением постоянных значений измеряемых на выходе и на входе ПЛЭ величин, и динамическую – отношением малых приращений этих величин.
Пороговые и шумовые параметры. Помимо полезного регулярного сигнала на выходе ПЛЭ всегда имеется хаотический сигнал со случайными амплитудой и частотой – шум ПЛЭ, который не позволяет регистрировать сколь угодно малые сигналы из-за их незаметности на фоне шума.