Файл: Козелкин В.В. Основы инфракрасной техники учебник.pdf

Теплопеленгатор устанавливается на авиационном или кос­ мическом носителе так, что ось вращения зеркала 1 параллель­ на направлению движения носителя, а линия визирования на­ правлена вниз, на Землю. Вращением зеркала просматривается узкий, в виде строки, участок местности на Земле под прямым углом к направлению движения носителя. При движении носи­ теля вперед осуществляется суммирование (кадрирование) * просмотренных зеркалом строк (см. рис. 9.12, б). Чтобы после­

У z

довательные линии развертки (участки местности) точно приле­ гали друг к другу, необходимо соблюдать ряд условий. Важней­ шими из этих условий являются выбор скорости сканирования и мгновенного угла поля зрения оптической системы в зависи­ мости от высоты и скорости полета носителя. Указанные пара­ метры выбираются следующим образом (см. рис. 9.12,6). Если мгновенное поле зрения системы в направлении полета состав­ ляет Д|3.у радиан, то при сканировании зеркала на Земле обра­ зуется строка, ширина которой

пройти носитель между двумя последовательными строками, что-

Кадр может быть получен и с помощью зеркала, если после просмотра строки его мгновенно разворачивать на некоторый угол вокруг второй оси. перпендикулярной движению носителя. В этом случае будет телевизионная развертка местности.

249

бы не было пропусков или перекрытий изображений. Следова­ тельно, скорость носителя при образовании п строк в секунду должна быть меньше v<^nA$xH. Скорость носителя может быть увеличена, если вдоль оси х разместить линейку из Я-приемни- ков. В этом случае

Н

Отношение v/H в формуле (9.11) характеризует угловую ско­ рость (рад/с), с которой точка на Земле следует под носителем. Важно выбирать это отношение таким, чтобы просматриваемая местность находилась перед носителем.

При просмотре зеркалом строки со скоростью со мгновенный угол Дрг = с£>ДД Если Д(32 соответствует угловому размеру прием­ ника излучения, то величина At будет временем, в течение кото­

рого изображение находится на приемнике, или временем, в те-

до

Соотношение (9.13) является важной величиной при расчете уси­ лителя (см. гл. XI).

Чтобы приемник успевал реагировать на излучение, длитель­ ность импульса должна быть не менее постоянной времени егот, т. е. Д ^ т .

Следовательно,

2да

откуда

250

Из формул (9.15) и (9.16) следует, что мгновенное поле зре­ ния теплопеленгатора, предназначенного для снятия тепловой карты местности, определяется отношением скорости полета носи­ теля к высоте и постоянной времени приемника. Применение мозаичных приемников существенно улучшает характеристики теплопеленгатора. Покажем это на примере.

Предположим, что теплопеленгатор установлен на спутнике Земли, летящем на высоте #=1000 км со скоростью 8 км/с, и использует в качестве приемника сернистосвинцовый фоторезисгор (т=2-10~4 с) с числом элементов N= 1.

В этом случае

При высоте в 1000 км это позволит различать теплоизлучающие объекты размерами 3 x 3 км. Такими объектами могут быть об­ лака, города и т. д.

Если использовать приемник в виде линейки из 100 элемен­ тов, то Д{5 составит 3-10-4 рад, что позволит различать объекты размерами 3 0 0 x 3 0 0 м. Применив при этом приемник из сурьмя­ нистого индия с т=2-10-6 с, можно с помощью теплопеленгато­ ра выделять на местности объекты размерами 3 0 x 3 0 м, т. е. иметь довольно подробную тепловую карту местности. Поэтому используются мозаичные системы с очень большим количеством приемников. Однако применение мозаичных приемников вызыва­ ет конструктивные трудности — необходимо несколько усили­ телей фототока (по числу чувствительных элементов) или же коммутирующее устройство, поочередно подключающее элемен­ ты мозаики к общему усилителю.

Известны три типа теплопеленгационных систем с мозаичны­ ми приемниками:

— каждый элемент мозаики имеет отдельный усилитель;

/2nv

251

— все элементы мозаики поочередно подключаются к обще­ му усилителю;

— мозаичный инфракрасный впдпкон.

Угол обзора в мозаичной системе определяется величиной мозаики и объективом. Обзор местности осуществляется непод­ вижным лучом, образованным каждым элементом мозаики. В этом одно нз достоинств мозаичных систем. Тепловое излуче­ ние от объекта, промодулировапиое диском, фокусируется опти­ ческой системой на один из элементов мозаики. С помощью ком­ мутатора, ротор которого поочередно обегает все элементы мо­ заики, сигнал подается на вход усилителя. Усиленный сигнал по­ ступает на электроннолучевой индикаторный прибор, развертка луча которого синхронизирована с движением ротора коммута­ тора и качанием зеркала. Поэтому положение светящейся точки

излучения Ф) зеркала 6 с датчиком координат 7, осуществляю­ щего поиск (обзор), объектива 2, модулятора 3, апертурной ди­ афрагмы 5, мозаики из элементов 4 с накопительными электри­ ческими фильтрами 8, коммутатора 11 с приводом 9, усилите­ ля 12, генератора пилообразных напряжении 10 н электронно­ лучевого индикатора 1.

Апертурная диафрагма служит одновременно и фильтром, ко­ торый в нее вмонтирован. Фильтр пропускает излучение в поло­ се 1,8—2,7 мкм. Модулятор представляет собой сетку из 60 вер­ тикальных нитей с интервалом между ними 0,0432 мм. Поверх­ ность сетки изогнута по форме фокальной плоскости корриги­ рующей линзы и имеет размеры 31,75x3,81 мм.

Мозаика состоит из 30 элементов размером 1X2 мм, располо­ женных вертикально. Элементами служат сернистосвинцовые фо­ торезисторы. Мгновенное поле зрения оптической системы и од­ ного элемента в горизонтальной плоскости (по азимуту) 2,7°, в вертикальной (по углу места) 1,3°.

При сканировании в горизонтальной плоскости просматрива­ ется пространство под углом в 90°; в вертикальной плоскости просмотр осуществляется при последовательном подключении чувствительных элементов ко входу усилителя. Сигналы, снимае­ мые с чувствительных элементов, накапливаются в специаль­ ных колебательных контурах, настроенных на частоту 8 Гц. Сиг­ нал в контуре сохраняется на время «опроса» коммутатором всех элементов.

Конденсатор С не пропускает на контакты коммутатора по­ стоянную составляющую сигнала. Коммутатор имеет 60 ламелей,

252

что позволяет за один оборот ротора дважды подключить к уси­ лителю каждый из 30 контуров.

Усилитель собран на пяти транзисторах и имеет узкополос­ ный фильтр. Для получения большого соотношения сигнал/шум полоса пропускания усилителя Д/=40 Гц и согласована с дли­ тельностью импульса с одного элемента мозаики т = 0,023 с.

2

Рис. 9.13. Блок-схема теплопеленгатора с мозаичным при­ емником:

/ —электроннолучевой индикатор; 2— объектив; 3—модулирующая сетка; 4—приемники мозаики; 5—диафрагма; 6—сканирующее зеркало: 7—датчик координат; 8—электрические фильтры; 9— привод; 10—генератор пилообразных напряжений; / / —комму­ татор; 12—усилитель

Полное время просмотра поля обзора 1,5 с. В табл. 9.1 при­ ведены основные параметры теплопеленгатора с серннстосвинцовым приемником.

Для снятия тепловой карты местности могут использоваться теплопелеигаторы, сконструированные по типу радиометра «Оп­ титерм», рассмотренного в гл. VIII. Такой теплопеленгатор об­ ладает большой разрешающей способностью и, просматривая местность с помощью сканирующего зеркала, обеспечивает на

253

экране электроннолучевого индикатора изображение обнаружен­ ных предметов в виде контуров, по которым можно распознать предметы на местности (тепловидение).

Таблица 9.1

Характеристика теплопеленгатора

Из других способов получения построчной развертки следует отметить применение системы вращающихся объективов (рис.

9.15). Система состоит из нескольких объективов 1, экрана 2 и приемника 3. Экран и приемник непо­ движны. Экран ограиичи-

вает поле зрения приемника и обеспечивает прием излучения одновременно только от одного объектива. Для просмотра про­

254