только полезные сигналы, увеличивая отношение снгнал/шум. Частота коммутации (1200 Гц) значительно больше резонансной частоты контура LC, поэтому за время одной коммутации контур не успевает полностью разрядиться, запоминая координаты объекта до моментов последующего опроса.

Конденсаторы С1 не пропускают в коммутатор постоянную составляющую информационного сигнала и шумы, не модулированные несущей частотой. Одновременно этн конденсаторы улучшают условия работы резонансных контуров, уменьшая влияние на них шумов, возникающих в коммутаторе при изменении сопротивления подвижного контакта между щеткой н ламелямн.

Таким образом, в рассматриваемом теплопеленгаторе использована комбинированная электронно-механическая система сканирования. Обзор в вертикальной плоскости осуществляется последовательным подключением чувствительных элементов приемника ко входу усилителя фототока; обзор в горизонтальной плоскости - механическими колебаниями плоского зеркала.

.Основные параметры теплопеленгатора: порог чувствительности 4 X X 10~ Вт, спектральный диапазон чувствительности 1,8-2,7 мкм, размер чувствительной площадки приемника излучения (PbS) 1 X 2 мм, постоянная времени приемника 200 мкс, диаметр объектива 43,2 мм, относительное отверстие 1 : 1, размер изображения удаленного объекта 1,2 мрад, мгновенный угол зрения 1,2 X 2,7°, угол зрения ±45 X 40°, период обзора 1,5 с, габа- , рнтные размеры 200 X 150 X 150 мм, масса 4,5 кг [62]. к.

3. РАСЧЕТ МАКСИМАЛЬНОЙ ДАЛЬНОСТИ

ДЕЙСТВИЯ СКАНИРУЮЩИХ ТЕПЛОПЕЛЕНГАТОРОВ

Поле обзора при последовательно,м просмотре можно рассматривать как совокупность отдельных элементов, угловой размер которых равен мгновенному углу зрения прибора. Когда в мгновенном поле зрения появляется объект наблюдения, на выходе электронной схемы возникает рабочий сигнал. Максимальная дальность действия, на которой обнаруживается объект, зависит от отношения снгнал/шум. В том случае, когда шумы прибора определяются главным образом шумом приемника излучения, отношение напряжения рабочего сигнала к среднеквадрэтическому напряжению шума (Уц, определяется зависимостью [59]

где п - показатель преломления среды, окружающей приемник излучения; Тд, .

- коэффициенты пропускания атмосферы н оптической системы соответственно; Р = (#/#j,)2 - число элементов поля обзора; & - угол зрения прибора; D- диаметр объектива, ci; д^гн - мгновенный угол зрения; - порог чувствительности приемника, Вт; & = /Т^ - скорость обзора поля зрения, рад/с; обз- период обзора, с; L - расстояние между теплопеленгатором и объектом наблюдения (дальность), см; / - энергетическая сила света в диапазоне длин волн, соответствующем спектральному диапазону чувствительности приемника излучения, Бт/ср; ij) - коэффициент, зависящий от параметров оптимального фильтра, который применяют для получения максимального отношения UcfU- Обычно оптимальный фильтр описывается уравнением

/зь.х yi + i2nftj

где t , tф -- постоянные времени приемника излучения и фильтра соответственно.

Для прямоугольного поля оозора, прямоугольного импульса длительностью и оптимального электронного фильтра, описываемого уравнением (6.2), коэффициент -ф подсчитывают по формуле

2х (еж - 1)2 ехр

-- + --( + 3)в-д^ где X = tjt.

Если постоянная времени приемника излучения мала по сравнению с длительностью импульса ty, то, как показывают расчеты, коэффициент -ф принимает максимальное значение при х = tjt = 3 (рис. 6.7, кривая 2). При таком выборе обеспечивается хорошее воспроизведение формы импульса. Если отношение tjt велико (рис. 6.7, кривая 3), величину чр невозможно максимизиро-

D.OI

Рис. 6.7. Графики зависимости -ф от л: = t/t для электронного фильтра:

/ - шумы определяются флюктуациями излучения фона; г - шумы определяются собственными шумами приемника, =0,1; 3 - то же, при = 1,0

вать изменением t, сохраняя в то же время необходимую разрешающую способность фильтра. Для случая, когда шум прибора определяется флуктуациями излучения фона, коэффициент -ф определяется по кривой 1 на рис. 6.7.

Из формулы (6.1) получаем следующее выражение для идеализированной дальности Lq действия теплопеленгатора, при которой отношение напряжения сигнала к среднеквадратическому напряжению шума {/ равно единице:

Ь5 = /лх

пп sin Wxx

Пор

Вычислим зависимость вероятности обнаружения одиночного малоразмерного объекта от дальности действия прибора и числа элементов разложения. Предположим, что напряжение шума на выходе прибора за время просмотра одного элемента изменяется случайным образом и ха- i рактериуется вероятностью достижения

Рис. 6.8. Графики распределения плотности вероятности шума со средвим квадратическим отклонением U, при отсутствии (I) сигнала

и при наличии (2) рабочего

им определенного значения. Плотность вероятности считаем подчиняющейся нормальному закону распределения (закону Гаусса) со средним значением, равным нулю, и ео среднеквадратическим отклонением {/ (рис. 6.8, кривая 1). Если задаться каким-либо относительным значением напряжения шума, например U*/U, то площадь, расположенная под кривой 7, слева от ординаты, проходящей через

точку U*HJi, определяет вероятюсть того, что относительное напряжение шума меньше U*/Um, а площадь справа от £рдинаты, проходящей через ту же точку,- вероятность того, что оно больше U*IU. При наличии рабочего сигнала UJU кривая 2 плотности вероятности сдвигается вправо относительно кривой 1 на величину Vc/fJ. Площадь, расположенная под кривой 2; слева от ординаты, проходящей через точку U*/Uj, характеризует вероятность того, что относительное напряжение сигнала меньше U*/U, а площадь справа от ординаты, проходящей через ту же точку - вероятность того, что это напряжение больше U*/U.

Вероятность того, что за время просмотра одаого элемента поля обзора напряжение шума превысит заданную величину U*IU определяется выражением:

к 1 1

К. .

Вероятность того, что за время просмотра всего поля зрения напряжение шума меньше и*/и^, т. е. вероятность отсутствия ложного сигнала

где р =

Так как в сканирующих системах теплопеленгаторов р > I

P jln-i-. (6.3)

Задаваясь различными вероятностями Рд , можно вычислить соответствующие значения р, U*lU и U*, при которых напряжение шума не превысит значения U*lU за все время обзора.

Вероятность того, что суммарное напряжение сигнала и шума превысит вели-ЧШ1У и*1й^,

I If -!1

Рассчитаем вероятность обнаружения одиночного объекта, находящегося на различных расстояниях от прибора с различным числом элементов разложения. Зададимся вероятностью того, что за время просмотра всего поля обзора не возникнет напряжения шума, превышающего значение U*/U(t. е. вероятностью отсутствия ложного сигнала), р^ а= 0,5. Тогда в соответствии с формулой(6.3) получим р - 0,693/ . По табл. 6.1, где приведены значения интеграла вероятности,

находим величину U*/U. Так, при Р= 100 р = 6,93 10 ?; е dz =

о

= 0,5 - р = 0,4931, что соответствует U*/ij = 2,48.