Построитель местной вертикали с секущим типом сканирования

- удельный пороговый поток

- площадь чувствительной площадки  приемника излучения

- шумовая полоса приемника

- фактор шума электронного  тракта

- отношение «помеха/шум»

- коэффициент увеличения потока  за счет засветки

- коэффициент использования  эталонного излучателя

 О – относительное  отверстие 

,  
 

  

Найдем угловую  скорость сканирования:

Угловой размер сканирования(начинаем получать сигнал на приемнике на расстоянии 2 атмосферы):

рад

где - половина мгновенного поля зрения, - угловой размер земли с атмосферой. 

Угловая скорость сканирования:

Длительность  импульса:

Длительность  фронта:

Где - поле зрения прибора.

Верхняя частота:

Нижняя частота:

У пироэлектрического приемника на всей области его  работы шум типа , т.е. и , находятся в этой области. Следовательно, шумовую полосу частот рассчитаем по формуле:

Частоту модуляции  f_м выбираем равной , чтобы можно было отфильтровать несущую в электронном тракте. -частота механического вращения электродвигателя (частота сканирования). 

Рассчитаем  значение удельного порогового потока для пироэлектрического приемника:

  

Где -площадь фоточувствительного элемента, см;

Возьмем - верхняя частота, Гц;

- частота, на которой проводилось  измерение чувствительности ФЭП,  Гц. 

  

Получим зависимость  :

 

Табл. 2.2 Зависимость размера входного зрачка от относительного отверстия для пироэлектрического приемника.

  Полученные  значения диаметра входного зрачка удовлетворяют заданному критерию габаритов оптики при значениях относительного отверстия О, лежащих между 1:1 и 1:3.

 

  2.5 Расчет аберраций. 

  Виды  аберраций [1]:

  1) Сферическая - геометрическая аберрация, возникающая для непараксиальных лучей, падающих на сферическое зеркало, либо линзу.

  

  где – угловой диаметр кружка рассеяния в результате сферической аберрации.

  2) Кома - симметричный относительно главного луча пучок на входе системы становится несимметричным на выходе.

    

  где -  угол поля зрения, отсчитываемый от оптической оси.

  3) Астигматизм - пучки лучей в меридиональной и сагиттальной плоскостях, вышедшие из одной точки, не соберутся в точке после ОС.

  

  4) Дифракция - хроматическая аберрация, определяющая теоретический предел разрешающей способности ОЭП.

   

  Где - угловой диаметр дифракционного кружка рассеяния (кружка Эйри).                      

    – диаметр  входного зрачка.

   - длина волны, соответствующей  максимуму чувствительности выбранного ФЭП.

  Оцениваем для  =10мкм. 

  Суммарный угловой диаметр аберрационного кружка рассеяния:

    

  Табл. 2.3 Зависимость суммарного углового диаметра аберрационного кружка рассеяния  от относительного отверстия для  пироэлектрического приемника.

      

  Критерием выбора относительного отверстия являются – наименьшие габариты прибора и  допустимые аберрации. Будем считать, что допустимые аберрации равны:

    

  Где - поле зрения прибора.

    

  Если  допустимые аберрации, будут меньше трети поля зрения, то практически  вся энергия попадет на приемник излучения. 

  Из  табл. 2.3 видно, что полученные значения , которые удовлетворяют условию , при соотношении 1:2 удовлетворяют условию . Следовательно, мы можем использовать пироэлектрический приемник.

 

  Пункт 3. Расчет(построение) пеленгационной характеристики.

  Основная  характеристика ОЭС, измеряющей координаты (угловые) объектов, - погрешность измерения  этих координат. Для оценки этих погрешностей необходимо знать зависимости сигнала  на выходе электронного тракта ОЭС (или  коэффициент модуляции лучистого  потока от цели) от положения излучателя относительно оптической оси ее объектива  или посадочных плоскостей ее оптической части, т.е. пеленгационные характеристики.

Рис. 3.1 Положения Земли

₁ и _1’ - крайние точки сканирования

2 и 2’-при  смешении Земли

3– местная вертикаль построена правильно

3’ – местная вертикаль построена неправильно

 

Рис. 3.2 Идеализированный вид сигналов с ПИ в соответствующих положениях земли.

                                           

- амплитуда сигнала с ФЭП;

- амплитуда сигнала с ГОН;

Рис. 3.3 Вид ПХ.

 

  Пункт 4.  Расчёт погрешности  построения местной  вертикали.

  Т.к. наш  приемник работает в области белых шумов то для расчета СКО напряжения на его контактах будем рассчитывать по формуле:

   ,

   где  полоса пропускания усилителя.

  Полевой транзистор то же вносит искажения  в сигнал, СКО напряжения вносимого  им будет выглядеть:

  

  где g крутизна ВАХ полевого транзистора.

  Суммарное СКО будет:

  

U

ϕ

-α/2

α/2

СКО/2

Данное значение позволяет оценить  погрешность вносимую средствами измерения  и усилителем. Значение напряжения в пеленгационной характеристике будет  колебаться в некотором доверительном интервале. 
 
 
 
 
 
 

  Рис. 3.3а Вид ПХ.

 

  Пункт 5. Расчёт электронного тракта прибора. 

  5.1 Расчёт схемы предварительного усилителя.

  Предварительный усилитель является важнейшим элементом  преобразования оптического сигнала  в электрический, его основная задача согласовать последующие электронные каскады по сигналу и шумам. Согласование по сигналу обеспечивает передачу максимального сигнала от фотоэлектрического приемника к усилительному каскаду. Для этого необходимо, чтобы выходное сопротивление схемы включения приемника излучения было много меньше входного сопротивления предусилителя. Согласование по шумам обеспечивает меньший шум предусилителя по  сравнению c шумом самого приемника излучения. В качестве приемника излучения выбран пироэлектрический приёмник с темновым сопротивлением Rт = 1∙10¹¹ Ом.  В качестве схемы предусилителя выбираем  схему включения полевого транзистора с изолированным затвором(см. рис. 5.1).

  Характеристики  пироэлектрического приёмника излучения представлены в табл. 5.1

  Табл. 5.1 Характеристики пироэлектрического приёмника излучения.

    

  Рис. 5.1 Схема включения пироэлектрического приёмника с предусилителем на полевом транзисторе с изолированным затвором.

  Составим  эквивалентную схему предусилителя  по шумам:

  

  Рис. 5.2 Эквивалентная схема по шумам.

  Фактор  шума такой схемы можно вычислить  по формуле:

   ,  где                                              

  е = 1.6^.10^-19, Кл - заряд электрона

  k = 1.38^.10^-23, Дж_*К^-1 - постоянная Больцмана

  T = 300, K - рабочая температура ПИ

  С = 60, пФ - ёмкость ПИ

  R_ш – шумовое сопротивление – активное сопротивление, тепловой шум которого равен приведённому ко входу собственному шуму транзистора,

  R_ш = 0.6/gm, где gm – крутизна характеристики транзистора

  С_зи – емкость затвор-исток

  I_з – ток затвора

  tg(δ) – тангенс угла диэлектрических потерь. tg(δ) = 0,01.