тепловизора при наблюдении объекта с температурой излучающей поверхности = 27° С и коэффициентом излучения eg = 0,5.

Дано: приемник излучения - фоторезистор на основе Ge: Au; длинноволновая граница = 10 мкм; пороговая чувствительность f = 10 * ВтДсм-Гц/); площадь чувствительной площадки = 1 мм; полоса пропускания частот электронной схемы усиления А/ = 640 кГц; диаметр объектива Cg =. 100 мм; коэффициент пропускания оптической системы т: = 0,8; мгновенный угол зрения \гн = 10~- ср (плоский угол 0,5°); коэффициент использования излучения 2898

К = 0.3. Решение: Я„ = = Ам = 10/9.63 = 1,04; г (К/К)=

= г (1,04) = 0.28;

пор = пор VlAf = 10- УЮ~ 6,4 . 10- = 8 . 10-8 Вт. . Принимая m = 5 и .р = 5 мкм = 5 - 10-* см, находим

3,14 . 5-8 10- . 5 10-*

мин S 14 . 1 *

0,3 . 0,28 0,5 1,439 . 0.8 6 10 5,67 . 10- . 300

Д7мин-0,55°.

* 6. приборы для снятия

тепловой карты местности

Приборы для дистанционного снятия тепловой карты местности (ПТКМ) широко применяют в различных областях народного хозяйства. С помощью этих приборов проводится картографирование местности, обнаружение пожаров, заболеваний лесной и сельскохозяйственной растительности, исследование природных ресурсов Земли, изучение тепловых и ледовых полей поверхности океана и т. д.

Основные требования, предъявляемые к ПТКМ:

рабочий спектральный диапазон прибора должен соответствовать спектральным областям наибольшего пропускания атмосферы и максимального излучения исследуемой поверхности;

чувствительность и разрешающая способность должны позволять обнаруживать и регистрировать мелкие объекты с малыми температурными контрастами;

угол обзора прибора должен быть достаточно большим, но при этом ухудшение разрешающей способности на краю поля обзора должно быть в пределах допустимого значения; ,

динамический диапазон линейности характеристики чувствительности должен обеспечивать правильную передачу тепловых контрастов на исследуемой поверхности.

Принцип действия ПТКМ основан на дистанционном регистрировании собственного излучения различных участков местности сканированием (по стр|оК1Е ) и прямолинейным движением носителя аппаратуры (по кадру ).

В результате сканирования на объектив прибора падает лучистый поток от исследуемой поверхности, который затем проецируется на приемник излучения. Изменение лучистого потока преобразуется в электрический сигнал, пропорциональный разности температур двух соседних участков местности. Электрический сигнал усиливается, фильтруется и поступает на вход индикаторного устройства. Индикатор воспроизводит в соответствующем масштабе пространственную тепловую карту местности в виде относительных температурных контрастов; при этом участки поверхности с повышенной температурой представляются более светлыми. Сканирование визирным лучом исследуемой местности, формирование оптического изображения поверхности

и проецирование его на приемник излучения обеспечивает приемная подсистема.

I Эффективная величина приращения лучистого потока AF, регистрируемая при последовательном визировании участков местности с различной температурой, определяется следующим образом:

А^зф = ,зф-/2эф = 0,25аТ:гАб'опТа[(Г+АГ)*-П/С. (7.5)

р. После несложных преобразований формула (7.5) Принимает вид

/ А^зф = <7А7Тмгн5обГоп-Д.

где - . .. -

к = --- (7.6)

- коэффициент использования излучения приемником; а - постоянная Стефана-Больцмана; Т - температура поверхности. К; Т = 273 -\-1; AT - разность температур между соседними участками поверхности; Т„, -угол мгновенного поля зрения прибора, рад; Sg - площадь светового диаметра объектива, см;

- относительная спектральная энергетическая яркость черного тела, имеющего температуру исследуемой поверхности; т^, т^ - максимальные значения коэффициентов пропускания излучения атмосферой и оптической системой соответственно; Тд, Тцпх - относительные спектральные характеристики пропускания атмосферы и оптической системы соответственно; - коэффициент излучения источника в рабочем спектральном диапазоне; - относительная спектральная характеристика чувствительности приемника излучения.

Формула (7.6) является исходной для определения энергетических характеристик ПТКМ. Она выведена при допущении AT < Т.

При проектировании ПТКМ в качестве порогЬвого значения регистрируемого лучистого потока А5зфцр принимают пороговое значение приемника лучистой энергии

fr fnop D* .

где m - отношение сигнал/шум; - площадь чувствительной площадки приемника излучения, см2; Af - полоса пропускания усилителя, Гц.

* Оптико-механический сканер приемной подсистемы может быть выполнен на основе одной из наиболее распространенных схем линейно-строчного сканирования: сканирующее зеркало в виде многогранной призмы (рис. 7.24, а) или в виде многогранной усеченной пирамиды (рис. 7.24, б). В ПТКМ, предназначенных для двухзональной съемки в среднем и дальнем диапазонах спектра, а также для уменьшения габаритных размеров сканирующего узла или увеличения угла обзора без изменения размеров зеркал применяют двух-канальную схему сканирования - с двумя оптическими каналами и приемниками излучения. В этом случае на одной оси размещаются две сканирующие призмы, развернутые одна относительно другой на угол Т/2.

Если при сканировании угол визирования должен оставаться постоянным, применяют схему'сканирования типа гусеница с зеркалом, вращающимся вокруг оси, перпендикулярной к нему,(рис. 7.25). При такой развертке строки представляют собой окружности, центры которых перемещаются со скоростью движения носителя.

Скорости, с , сканирования зеркала, обеспечивающие отсутствие пропусков иа местности, определяются по следующим формулам: для линейно-строчного сканирования

для кругового сканирования

n=-Wco%yi(HyJVlN), . -

где W, Н - скорость и высота носителя аппаратуры соответственно; М - число чувствительных элементов приемника излучения; Т^,, - среднее гео-

Рис. 7.24. Схема оптико-механического сканера:

а - сканирующее зеркало в виде многогранной призмы; б - сканирующее зеркало в виде многогранной усеченной пирамиды; / - многогранная призма; 2 -объектив; 3 - многоэлементный приемник излучения; НП - направление полета; 4 - многогранная пирамида

метрическое мгновенное поле зрения оптической системы; Т - угол обзора; N -число зеркальных граней сканера.

Размеры элемента разрешения на местности, соответствующие мгновенному углу зрения, определяются по формулам:

ЛГ = НУх/cos а; ау = НУу/cos а.

В случае линейно-строчного сканирования при повороте зеркала на угол а элемент разрешения вытягивается вдоль направления сканирования (рис. 7.26).

Для формирования оптического излучения применяют линзовые или зеркально-линзовые оптические системы, обеспечивающие пропускание лучистого потока в рабочем спектральном диапазоне (3-14 мкм).

В ПТКМ используют как одноэлементные, так и многоэлементные приемники излучения. Применение многоэлементного приемника излучения требует введения в схему формирования электрического сигнала специального скоростного коммутатора сигналов, чере который они последовательно от каждого элемента приемника поступают на общий усилитель. Устройство формирования электрического сигнала ПТКМ обеспечивает дополнительное усиление сигнала, ограничение полосы частот, детектирование и введение сформированного выходного сигнала в схему индикатора. Определение оптимальной полосы пропускания имеет важное значение для выделения сиг-