Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Постановочно-схемный анализ световозвращающнх систем и методов измерений энергетических световозвращательных характеристик 16
1.1. Постановка задачи измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП с целью проектирования измерительного лазерно-электронного стенда 20
1.2. Схемный анализ световозвращающнх систем 30
1.3. Методы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП 53
1.4. Схемные модельные представления лазерно-электронных систем измерения энергетических световозвращательных характеристик, идентифицирующих полунатурный измерительный процесс 64
Выводы по главе 1 78
Глава 2. Математический анализ процесса преобразования сигналов в лазерно-электронной системе измерения энергетических световозвращательных характеристик, идентифицирующей полунатурный измерительный процесс 82
2.1. Энергетические световозвращательные характеристики ОЭП как выходные параметрические характеристики лазерно-электронной измерительной системы 82
2.2. Когерентная и некогерентная функции рассеяния световозвращателя 85
2.3. Когерентная и некогерентная передаточные функции световозвращателя 90
2.4. Структурные математические модельные представления лазерно-электронной системы шмерення энергетических световозвращательных характеристик, полунатурный шмерительный процесс 91
2.5. Алгоритмическая модель оптического измерительного канала лазерно-электронной системы измерения энергетичесюгх световозвращательных характеристик 97
Выводы по главе 2 102
Глава 3. Расчётные методы для предваритслыюй оценки энергетических световозвращательных характеристик ОЭП 105
3.1. Сравнительный анализ классических методов расчёта энергетических световозвращательных характеристик ОЭП 105
3.2. Идентификация измеряемых энергетических световозвращательных характеристик современных ОЭП 112
3.3. Полунатурный подметод "виртуальных диафрагм" для измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП 134
Выводы по главе 3 149
Глава 4. Разработка и экспериментальные исследования ПСВ-стенда для измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП 151
4.1. Конструирование и изготовление де-факторной полунатурной стендовой модели лазерно-электронной системы измерения энергетических световоз вращательных характеристик ОЭП в виде полунатурного ПСВ-стенда 151
4.2. Методика светоэнергетического расчета полунатурного ПСВ-стенда для измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП 163
4.3. Особенности цифровой обработки распределения облучённости в функции рассеяния световозвращателя при измерении энергетических световозвращательных характеристик ОЭП 173
4.4. Анализ погрешностей подметода "виртуальных диафрагм" 198
4.5. Экспериментальные исследования погрешности измерения энергетических световозвращательных характеристик разработанного ПСВ-стенда, идентифицирующих адекватность методики виртуальных диафрагм 208
4.6. Экспериментальные исследования энергетических световозвращательных характеристик анализируемых ОЭП 218
Выводы по главе 4 249
Общие выводы 254
Список литературы 267
Приложения 273
- Постановка задачи измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП с целью проектирования измерительного лазерно-электронного стенда
- Структурные математические модельные представления лазерно-электронной системы шмерення энергетических световозвращательных характеристик, полунатурный шмерительный процесс
- Идентификация измеряемых энергетических световозвращательных характеристик современных ОЭП
- Методика светоэнергетического расчета полунатурного ПСВ-стенда для измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП
Введение к работе
В современной лазерной оптике и локационной технике активная лазерная (оптическая) локация оптико-электронных приборов (ОЭП), основанная на эффекте световозвращения (ретроотражения), является одним из ведущих направлений для решения задач обнаружения, распознавания (селекции) и идентификации классов ОЭП при лазерном дистанционном зондировании. Эффект световозвращения проявляется в том, что при зондировании ОЭП оптическим излучением (обычно лазерным) излучение возвращается по направлениям, близким к обратному направлению по отношению к направлению падающего излучения. Иначе говоря, это специфическое ди-фракционно-геометрооптическое отражение, обусловленное особенностями конструкции оптических систем лоцируемых ОЭП. При этом оптическую ciiCTeivry, иден-тифицирующую процесс световозвращения, называют световозвращающей оптической системой. В частности, лоцируемый ОЭП, включающий один или несколько световозвращающих элементов принято называть световозвращателем (Свз).
Суть лазерной локации заключается в обнаружении и получении информации об объекте локации (цели) по параметрам ретроотраженного излучения, а в ряде случаев и распознавании лоцируемого объекта. Широкое практическое применение во многих областях современной науки и техники получили устройства дистанционного измерения расстояний, скорости и других параметров объекта, основанные на лазерной локации с использованием оптических Свз.
Способность ОЭП ретроотражать зондирующее лазерное излучение характеризуется световозвращательными характеристиками. В результате ретроотражения происходит преобразование энергетических, поляризационных, временных и спектральных информационных характеристик лазерного зондирующего излучения. Эти характеристики определяются конструктивными оптическими параметрами лоцируемого ОЭП, а также длиной волны зондирующего излучения и используются для решения ряда специфических задач, прежде всего обнаружения и распознавания лоцируемых объектов. Особое значение имеют энергетические световозвраща- і тельные характеристики лоцируемых ОЭП. К ним относятся: распределение интенсивности в плоскости изображения когерентной функции рассеяния (КгрФР) оптической системы Свз, ивдикатриса ретроотражения, показатель световозвращения (ПСВ), пеленгационная и дисперсионная характеристики. Определяющей энергети ческой ретроотражателыюй характеристикой ОЭП является ПСВ, который определяется, как отношение силы излучения, отражённого в данном направлении, к об-лученности входного зрачка и измеряется в [м /ср]. Он показывает, как переизлучает область зрачка единичной площади в пределах единичного телесного угла.
Поэто\гу научной задачей, решению которой посвящена диссертация является разработка и исследование лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик оптико-электронных приборов. Наиболее эффективно она может быть решена в рамках модельного синтеза лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик.
Вопросам исследования эффекта световозвращения посвящены работы Н.В.Барышникова, В.Е.Карасика, З.Г.Николавы, В.В.Рыбальского, Ю.В.Хомутского, А.МХорохорова, А.Ф.Ширанкова. В упомяігутьіх работах рассмотрены расчётные методы определения энергетических световозвращательных характеристик, экспериментальные методы их измерения, а также приведены эти характеристики для некоторых ОЭП. При этом в рассмотренных работах приведены разрозненные данные и содержатся, в основном, оценочные значения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП. В то же время точные численные значения энергетических световозвращательных характеристик являются исходными данными при расчётах и проектировании оптико-локационной аппаратуры дистанционного контроля, и селекции ОЭП, систем лазерного мониторинга, устройств навигации и пеленгации, использующих оптические Свз. Кроме того, для того, чтобы учесть влияние погрешностей изготовления, а также сборки и юстировки оптической системы ОЭП на её световоз-вращательные характеристики, необходимо провести экспериментальные измерения характеристик на реальных образцах. Следует отмеппъ, что экспериментальные данные энергетических световозвращательных характеристик ОЭП служат отличительными признаками классов лоцируемых световозвращателей, что находит свое применение при решении задач селекции и идентификации. Современные ОЭП наблюдения, и появляющиеся новые типы Свз, имеют широкий диапазон ПСВ от 10"4 до 10"4 лА ср. Существующие к настоящелгу времени натурные и полунатурные экспериментальные установки для измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП позволяют находить ПСВ только свыше 5 м /ср, так что с их помощью уже нельзя измерять характеристики многих современных ОЭП. Таким образом, актуальность диссертационного исследования обусловлена, прежде всего, необ ходимостью высокоточного измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, а также создания банка данных этих характеристик, с целью использования его для решения задач обнаружения, распознавания (селекции) и идентификации классов ОЭП при лазерном дистанционном зондировании.
Ограниченность существующих измерительных установок обусловлена устаревшей элементной базой. Поэтому актуальным является применение современной элементной базы, и прежде всего ФПЗС-матриц, на основе которой в рамках полунатурного метода шмерений разрабатывается новый подметод шмерений. Предложенный оригинальный подметод «виртуальных диафрагм», опирающийся на совремешгую элеменпгую базу, идентифицирует создание нового средства измерения в віще создаваемого лазерно-электронного измерительного стенда (ЛзЭлнИзмртл ПСВ-стенда, или ПСВ-стенда). В рамках подметода «виртуальных диафрагм» определение энергетических световозвращательных характеристик ОЭП с помощью ПСВ-стенда заключается в шмерений показателя световозвращения на основе зарегистрированного с помощью ФПЗС-матрицы оцифрованного изображения функции рассеяния световозвращателя.
Цель работы
Разработка элементов теории лазерно-электронных систем измерения энергетических световозвращательных характеристик, создание на этой основе измерительного лазерно-электронного стенда и накопление банка данных в виде изображений когерентных функций рассеяния (КгрФР), показателей световозвращения (ПСВ), пеленгационных и дисперсионных характеристик.
Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие залами:
1. Разработка инженерно-графовой методики полного модельного синтеза ла-зерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик на основе трёх основных графовых моделей: метаорграфа системы предметных и теорелпіеских моделей, содержащего как известные модели, так и новые модели, созданные автором; девятиэтапного связного орграфа, задающего этапы разработки и исследования создаваемой системы; и предметно-физического графа, задающего предметную цель моделирования в віще лазерно-электронного измерителя.
2. Анализ схемных модельных представлений лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик. Построение структурной схемы системы, реализующей полунатурный измерительный процесс и функциональной схемы синтезируемой системы, определяющей все пре образующие элементы ПСВ-стенда. Идентификация принципиально нового полунатурного подметода измерения энергетических световозвращательных характеристик с помощью "виртуальных диафрагм", которые заменяют реальные измерительные диафрагмы в оптическом тракте приёмного канала ПСВ-стенда.
3. Формирование структурно-поведенческого математического прообраза синтезируемой системы и идентификация энергетических световозвращательных характеристик лоцируемого ОЭП как его выходных характеристик. Построение внешних структурных моделей лазерно-электронной системы и оптического юмерителыюго канала. Разработка связного орграфа внутренней структурной модели оптического измерительного канала и построение на её основе математической модели поведения.
4. Создание расчётных методик и формирование оценочного диапазона измеряемых параметров и характеристик. Разработка на основе классических вычислительных приёмов методики расчёта энергетических световозвращательных характеристик систем скрытого видеонаблюдения с объективами типа «pinhole». Построение орцепи, идентифицирующей алгоритм вычислительного процесса расчёта ПСВ ОЭП на основе распределения облучённости в когерентной ФР Свз.
5. Проектирование на основе разрабатываемых модельных представлений технического объекта в віще лазерно-электронного измерителя энергепшеских световозвращательных характеристик ОЭП, представляющего собой лазерно-злектроїшьш стенд для гомерения показателя световозвращения (ЛзЭлнРЬмртлПСВ-стенд, или ПСВ-стенд).
6. Изготовление с помощью разработанной автором проектной документации ПСВ-стенда в виде де-факторной полунатурной стендовой предметно-физической модельной вариации системы на основе современной элементной базы.
7. Проведение анализа погрешностей подметода "виртуальных диафрагм", реализуемого на созданном лазерно-электронном стенде для гамерения показателя световозвращения ОЭП. Оценка суммарной теоретической среднеквадратической погрешности и идентификащш основных независимых составляющих.
8. Разработка методики цифровой обработки распределения облучённости в функции рассеяния световозвращателя на основе создаваемого алгоритма и проведение экспериментальных измерений энергетических световозвращательных характеристик лоцируемых ОЭП в рамках подметода "виртуальных" диафрагм.
9. Создание банка экспериментальных данных в виде совокупности энергетических визуальных и измеренных световозвращательных характеристик совре менных оптических и оптико-электронных приборов.
10. Внедрение полученных результатов в практику научных и прикладных исследований и в учебный процесс.
Научная новизна
Новизна работы включает в себя:
• инженерно-графовую методику модельного синтеза создаваемой системы на основе трёх основных графовых моделей: метаорграфа системы предметных и теоретических моделей, девятиэтапного связного орграфа и предметно-фшического графа для разработки (проектирования и изготовления) и исследования синтезируемой системы;
• анализ 23-х схемных модельных представлений лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательпых характеристик, на основе которого идентифицирован принципиально новый полунатурный подметод измерения энергетических световозвращательпых характеристик с помощью "виртуальных диафрагм" с целью автоматизации и повышения точности измерений;
• формирование структурно-поведеііческого математического прообраза синтезируемой системы и идентификация энергетических световозвращательпых характеристик лоцируемого ОЭП как его выходных характеристик с целью построения внешних и внутренних структурных моделей системы и оптического измерительного канала для создания на их основе математической модели поведения;
• создание расчётных методик и формирование оценочного диапазона измеряемых параметров и характеристик с целью вычисления энергетических световозвращательпых характеристик систем скрытого видеонаблюдения с объективами типа «pinhole» и построения орцепи, идеігпіфищфующей алгоритм вычислительного процесса расчёта ПСВ ОЭП на основе распределения облучённости в когерентной ФР Свз;
• накопление банка данных в виде изображений когерентных функций рассеяния, показателей световозвращения, пеленгационных и дисперсионных характеристик современных оптических и оптико-электронных приборов с помощью спроектированного и шготовленного ПСВ-стенда для решения задачи селекции различных видов лоцируемых световозвращателей.
Научные положения, выносимые на защиту
Создание элементов теории лазерно-злектрошіьіх систем измерешія энергетических световшвращателышк характеристик, на основе которых спроектирован, изготовлен и исследован лазерно-электронный ПСВ-стенд, позволяет вынести на защиту следующие новые положения и результаты:
1. Новая инженерно-графовая методика модельного синтеза создаваемой системы на основе трёх основных графовых моделей: метаорграфа системы предметных и теоретических моделей, девятиэтагаюго связного орграфа и предметно-физического графа для разработки (проектирования и изготовления) и исследования синтезируемой системы.
2. Принципиально новый полунатурный подметод измерения энергетических свето-возвращательных характеристик ОЭП с помощью "виртуальных диафрагм".
3. Новые структурные математические модельные представления лазерно-электрон-ной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик, идентифицирующие полунатурный измерительный процесс: внешние структурные модели ла-зерно-электронной системы и оптического измерительного канала, а также связный орграф внутренней, структурной модели оптического шмерителыюго канала.
4. Новая алгоріпмическая модель оптического измерительного канала на основе идеігш-фикации моделей поведения четырёх преобразующих алементов канала: фрауштэферовская алгоріпмическая модель подводящего слоя пространства, одноступенчатая свёрточная модель оптической системы зондируемого ОЭП, двухступенчатая свёрточная модель композиционного элемента "оптическая система Свз - отводящий фраунгоферовскш слой пространства", трёхступенчатая свёрточная модель оггпнеской системы приёмного коллиматора.
5. Ранее не существовавшая полная свёрточная модель, идентифищфующая результирующую фуіпщия рассеяния оптического шмерительного канала, которая в приближении идеальных коллимационных объективов с 6-образной функцией рассеяшш, представляет собой автосвёртку функции рассеяния оптической системы световозвращателя.
6. Новая методика расчёта в рамках графовой орцепи, идентифищірующей алгоритм вычисления ПСВ ОЭП на основе распределения облучённости в когерентной ФР Свз и подметодика цифровой обработки распределения облучённости.
Практическая ценность и применения результатов
Разработанная девятиэтапная инженерно-графововая методика модельного синтеза лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, структурно-функциональные схемы, математические модели, принципиально новый метод "виртуальных диафрагм" и алгоритм вычислительного процесса расчёта ПСВ ОЭП позволили создать лазерно-электронный ПСВ-стенд и сформировать банк данных. ПСВ-стенд позволяет измерять энергетические световозвращательные характеристики ОЭП на длинах волн Я = 0,53; 0,6328; 0,8; 0,9 и 1,06 мкм излучения зондирующего источника в широком диапазоне ПСВ (10 - 10 м /ср) с погрешностью не превышающей 10%. Накопленный банк данных представляет собой совокупность энергетических визуальных и измеренных световозвращательных характеристик современных оптических и оптико-электронных приборов (ФР, ПСВ, пеленгационная и дисперсионная характеристики) для 17-ти различных наблюдательных приборов, работающих как в видимом, так и в ИК диапазонах спектра.
Результаты диссертации внедрены на предприятиях: ФГУП «КБточмаш им. А.Э.Нудельмана», ФГУП «3 ЦНИИ МО РФ» и НИИ РЛ МГТУ им. Н.Э.Баумана. Результаты работы использованы в учебном процессе в курсах "Проектирование оптико-электронных приборов" и "Проектирование лазерных оптико-электронных приборов", а также при выполнении курсовых и дипломных проектов, квалификационных работ бакалавров и магистров. Акты о внедрении и использования приложены к материалам диссертации.
Апробация работы
Материалы диссертационной работы докладывались на:
XI, XIII, XIV и XV Международных НТК "Лазеры в науке, технике, медицине" (Сочи 2000, 2002, 2003 и 2005) и XI Международной НТК "Лазерные системы и их применения" (Кострома 2004).
Публикации
Материалы диссертации опубликованы в 12-ти научных работах, в том числе, 4-х статьях, 5-ти тезисах докладов на международных НТК, патенте на изобретение и в 2-х научно-технических отчётах по НИР.
Содержание работы
Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка литературы и приложения.
В первой главе сформулирована постановка задачи разработки и исследования лазерно-электронной системы измерения световозвращательных характеристик ОЭП и начата разработка элементов теории таких систем. Элементы теории представляют собой совокупность научных положений, сформированных на основе предложенной автором инженерно-графовой дееятиэтапной методики полного модельного синтеза разрабатываемой и исследуемой лазерно-электронной системы. Отмечено, что созданная автором методика модельного синтеза системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП по аналогии с общей методикой включает в себя девять этапов разработки и исследования синтезируемой системы: постановочный, схемный, структурно-поведенческий математический, компьютерно-предметный, компьютерно-математический, конструкторский, технологический, изготовительный и экспериментальный. Констатировано, что целью предложенной автором девятиэтапной методики является проектирование, изготовление и исследование лазерно-электронного измерителя.
На первом документно-постановочном этапе модельного синтеза сформулирована цель диссертации - разработка элементов теории лазерно-электронных систем измерения энергетических световозвращательных характеристик, создание на этой основе измерительного лазерно-электронного стенда и накопление банка данных в виде изображений когерентных функций рассеяния, показателей световоз-вращения, пеленгационных и дисперсионных характеристик.
В результате с помощью созданной автором девятиэтапной методики полного модельного синтеза лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик решена первая главная практическая задача диссертации. На основе разрабатываемых модельных представлений спроектирован технический объект в виде лазерно-электронного ПСВ-стенда. В рамках изготови-тельно-эксперименталыюй реализации полного модельного синтеза решена вторая главная практическая задача диссертации - изготовлен ПСВ-стевд, проведены исследования различных ОЭП и создан банк измеренных характеристик.
На первом постановочном этапе модельного синтеза сформулирована цель диссертации — разработка элементов теории лазерно-электронных систем измерения энергетических световозвращательных характеристик. Обоснована актуальность создания принципиально новых метода и средства измерения на основе автоматизированного цифрового дифракционно-геометрооптического метода регистрации функции рассеяния световозвращателя. Выделено: что измеряется, или объект измерения в виде совокупности энергетических световозвращательных характеристик; как измеряется, или полунатурный метод измерения с использованием реальных или "виртуальных" диафрагм; чем измеряется, или средство измерения в віще проектируемого ПСВ-стенда; и анализ погрешностей измерения. Рассмотрены основные классы световозвращающих ОЭП, измеряемые параметры и характеристики (ФР, ПСВ, пеленгационная и дисперсионная характеристики).
В рамках постановки задачи для разработки элементов теории на языке математических модельных представлений введён метаорграф системы предметных и тео ретпчесюк моделей лазерно-электрошюй системы измерения энергетических све-товозвращательных характеристик ОЭП. Он содержит графовые оболочки известных моделей и по мере выполнения работы заполняется новыми моделями. Эти модели лежат в основе разработки и исследования средства измерения в виде проектируемого ПСВ-стенда. С целью проектирования ПСВ-стенда реализован переход от метаорграфа к девятиэтапному связнолгу орграфу, задающему этапы разработки и исследования создаваемой автором лазерно-электрошюй системы измерения энергетических световозвращательных характеристик. Метаорграф наполняет модельным содержанием все этапы связного орграфа. В результате на графовом языке идентифицирована предметная цель моделирования и сформирован девятиэтапный математический прообраз процессов разработки и исследования ПСВ-стенда.
На втором схемном этапе построено исходное множество из 23-х структурных и функциональных схем, детализирующее структуру и поведение лазерно-электрошюй системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП. Детально изучены основные виды Свз. В результате анализа структурной схемы процесса лазерного зондирования показано, что основным источником измерительной информации в лазерно-электронной системе измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП является ретроотражешюе лазерное поле, идентифицирующее КгрФР Свз. Измерения могут проводиться, как в натурных условиях (дистанционные измерения), так и в полунатурных (лабораторные измерения).
Идентифицированы процессы лазерного зондирования и проведения натурного и полунатурного шмерений энергетических световозвращательных характеристик ОЭП. Исследованы особенности методов шмерения и введено понятие усреднённого ПСВ. В итоге впервые построена функциональная схема лазерно-электронной измерительной системы, определяющая все преобразующие элементы ПСВ-стенда. В результате идентифицирован полунатурный подметод "виртуальных диафрагм", которые заменяют физические диафрагмы в оптическом измерительном канале ПСВ-стенда.
Во второй главе па третьем структурно-поведенческом математическом этапе продолжена дальнейшая разработка элементов теории лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик с целью проектирования ПСВ-стевда и сформирован математический прообраз системы. Введены в рассмотрение: распределение интенсивности в плоскости изображения когерентной функции рассеяния световозвращателя; пространственная индикатриса ретроотражённого излучения; показатель световозвращения и пеленгационная ха рактеристика световозвращателя. Построены когерентная (Кгр) и некогерентная (НеКгр) функции рассеяния (ФР) световозвращателя, которые идентифицируют вид дифракционно-аберрационного изображения бесконечно удалённого зондирующего точечного источника, формируемого оптической световозвращающей системой в области дифракции Фраунгофера. Исследованы пространственно-координатное, пространственно-частотное, угловое пространственно-координатное и угловое пространственно-частотное модельные представления Кгр и НеКгрФР. Для описания пространственно-частотных свойств ретроотражённого излучения введены когерентная н некогерентная, в частности оптическая, передаточные функции Свз.
Разработаны структурные математические модельные представления лазерно-электронной системы измерения энергетичесгагх световозвращательных характеристик, іідеіггифицирующие полунатурный измерительный процесс. Построены внешняя структурная модель (ВншСМ) лазерно-электронной системы и ВншСМ оптического измерительного канала. Разработан связный орграф вігутренней структурной модели (ВнтрСМ) оптического шмерительного канала (ОИК) идентифицирующий основные преобразующих элементов (ПЭ). Введён алгоритмический оператор поведения шмерительного канала. Построена реализуемая вариация алгоритмической модели оптического шмерительного канала в результате идентификации операторов поведения четырёх основных ПЭ. Выделены подводящий слой пространства, оптическая система зондируемого ОЭП, композиционный элемент "оптическая система Свз - отводящий фраунгоферовский слой пространства" и оптическая система приёмного коллиматора. Впервые разработаны математические модели поведения ОИК лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик.
Разработано трёхступенчатое свёрточное представление полной алгоритмической модели оптического измерительного канала. Идентифицирован оператор поведения реального оптического измерительного канала в віще трёхступенчатой свёртки составляющих операторов поведения, который переводит КгрФР подводящего фраунгоферовского слоя пространства в результирующую ФР оптического измерительного канала. Рассмотрен частный случай идеальных коллимационных объективов с 5-образной функцией рассеяния, т.е. анаберрационных объективов, в которых дополнительно пренебрегают конечными размерами зрачка, т.е. не учитывают дифракционное размытие ФР. Найдено, что в этом случае результирующая функция рассеяния оптического измерительного канала представляет собой автосвёртку аберрационного оператора поведения световозвращателя.
В третьей главе на четвёртом компьютерно-предметном и пятом компьютерно-математическом этапах модельного синтеза лазерно-электронной системы проведены вычисления и получен оценочный диапазон измеряемых параметров и характеристик в рамках созданных расчётных методик. Идентифицированы поведенческие аспекты создаваемых методов и методик в виде графовых моделей (обычно орцепей). Показано, что этапы орцепи задают соответствующие шалі, реализующие осуществление метода или выполнения методики.
Проанализированы классические методы расчёта энергетических световозвращательных характеристик ОЭП. Исследованы параксиальный метод зон блеска, аберрационно-геометрооптический метод зон блеска и дифракционно-аберрационный метод. Разработана методика расчёта энергетических световозвращательных характеристик систем скрытого видеонаблюдения (СВИД) с объективами типа «pinhole», которая использована для исследования трёх таких Свз.
Проведена идентификация измеряемых энергетических световозвращательных характеристик современных ОЭП наблюдения. Рассмотрены методы уменьшения ПСВ ОЭП. Составлены сводные таблицы ПСВ и пеленгационных характеристик 16-ти таких приборов. Найдено, что для регистрации ПСВ в расширенном диапазоне от 10"4 до 104 м2/ср необходима разработка принципиально новой измерительной аппаратуры. В рамках полунатурного метода измерения энергетичесюгх световозвращательных характеристик ОЭП разработан принципиально новый подметод "виртуальных диафрагм". Предложен расчётный алгоритм и построена десятиэтап-ная орцепь идентифицирующая вычислительный процесс расчёта ПСВ ОЭП на основе распределения облучённости в когерентной ФР Свз.
В четвёртой главе в рамках шестого документно-конструкторского и седьмого документно-технологического этапов модельного синтеза лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП завершён процесс проектирования полунатурного ПСВ-стенда. На основе принципиально новой элементной базы изготовлен полунатурный лазерно-электронный ПСВ-стенд для измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП. Создана методика светоэнергетического расчёта измерительного ПСВ-стенда. На девятом экспериментально-исследовательском этапе показано, что ПСВ-стенд позволяет измерять значения ПСВ вплоть до 5 см ср при требуемом отношении сигнал/шум не менее 20. В рамках разработанной методики получены выражения для реализуемого отношения сигнал/шум измерительных каналов.
Исследованы особенности цифровой обработки распределения облучённости в ФР Свз при измерении энергетических световозвращательных характеристик ОЭП в рамках подметода "виртуальных диафрагм". Детально изучена цифровая фильтрация для подавления различных помех, возникающих при регистрации и оцифровке распределения облучённости в ФР Свз. Проведён сравнительный экспериментальный анализ линейного низкочастотного сглаживающего, нелинейного медианного и "взвешенного" медианного фильтров. Разработан алгоритм вычисления потока излучения, проходящего через "виртуалыгую диафрагму".
Дан сравнительный анализ погрешностей подметода "виртуальных диафрагм". Найдено, что суммарная теоретическая среднеквадратическая погрешность подметода "виртуальных диафрагм" не превышает 7,6 %.
Проведены экспериментальные исследования погрешностей измерения энергетических световозвращательных характеристик разработанного ПСВ-стенда, иден-тифицируюшдх адекватность методики "виртуальных диафрагм". Получена интегральная оценка энергетической погрешности созданного ПСВ-стенда с помощью мононаправленного световозвращателя в віще апертурно ограниченного плоского зеркала и эталонного выпукло сферического световозвращателя. В результате экспериментально установлено, что суммарная погрешность измерения энергетических световозвращательных характеристик на ПСВ-стенде по методике "виртуальных диафрагм" не превышает 10%.
В результате исследований на разработанном автором ПСВ-стенде большого количества анализируемых ОЭП решена третья главная практическая задача диссертации. Построен банк данных в віще совокупности энергетических визуальных и измеренных световозвращательных характеристик современных оптических и оптико-электронных приборов. Получено, что использование разработанной автором методики "виртуальных диафрагм" на созданном лазерно-электронном ПСВ-стенде позволяет автоматизировать процесс измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП.
В общих выводах сформулированы основные результаты диссертации.
В четырех приложениях приведены конструктивные параметры объективов типа "pinhole" и энергетические характеристики типовой ФПЗС-матрицы.
Постановка задачи измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП с целью проектирования измерительного лазерно-электронного стенда
При подсветке оптической системы оптико-электронного прибора (ОЭП) узконаправленным пучком света наблюдается эффект световозвращения (ретроот-ражения). Он проявляется в том, что при зондировании ОЭП оптическим излучением (обычно лазерным), свет возвращается по направлениям, близким к обратному направлению по отношению к направлению падающего излучения. Это свойство сохраняется при значительных изменениях направления падающего излучения [1]. При этом оптическая система, позволяющая получать световозвра-щающее отражение, называется световозвращающей оптической системой. В частности, лоцируемый ОЭП, включающий один или несколько световозвращаю-щих элементов принято называть световозвращателем (Свз).
Следует отметить, что эффект световозвращения присущ всем без исключения ОЭП. В частности, ретроотражепие зондирующего излучения происходит также от поверхностей оптической системы Свз.
В результате ретроотражения происходит преобразование энергетических, поляризационных, временных и спектральных информационных характеристик лазерного зондирующего излучения. Эти характеристики определяются конструктивными оптическими параметрами лоцируемого ОЭП, а также длиной волны зондирующего излучения и используются для решения ряда специфических задач, прежде всего обнаружения и распознавания лоцируемых объектов.
Относительную энергетику поведения световозвращателя в пределах ретроот-ражающего телесного угла Q. идентифицирует нормированная индикатриса ретро-отражения /дормр, которая задаёт пространственно угловое распределение силы излучения и вводится аналогично оптической индикатрисе. При этом основной светоэнергетической характеристикой излучения отражённого от Свз служит показатель силы света (ПСС) [1]. Он равен отношению силы света, отражённого световозвращателем в рассматриваемом направлении, к освещенности на световозвращателе при заданных углах освещения, наблюдения и поворота. ПСС при отражении в обратном направлении (ретроотражении) принято называть показателем свстовозвращсиия (ПСВ) и обозначать R. В свою очередь, зависимость ПСВ от угла пеленга \/ называют пеленгацнонной характеристикой Я(ц/).
В целом ряде случаев (например, когда неизвестна оптическая система Свз) определить все эти энергетические характеристики можно только экспериментально. При этом знание энергетических характеристик лежит в основе проведения светоэнергетического расчёта приборов создаваемого класса. В результате перед разработчиками и пользователями ОЭП возникает проблема измерения энергетических световозвращательных характеристик приборов и создания банка таких характеристик. Поэтому, в частности, разработка и исследование методов и аппаратуры измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, которой посвящена диссертация, является весьма актуальной задачей.
При разработке и исследовании лазерно-электропной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП ведущая роль принадлежит проектным работам. Проектирование в классическом представлении трактуется как разработка научно-технической документации, предназначенной для создания прообраза ещё несуществующего технического объекта. В настоящее время в основе эффективного и оптимального подхода к проектированию технических объектов лежат системно-модельный подход и методология модельного синтеза, разработанные В.Б.Немтиновым в рамках структурной теории оптико- и лазерно-электронных систем [2]. В соответствии с этим считается, что изучаемая система задана, если имеется какая-либо её модель, не обязательно математическая модель (ММ). В такой трактовке лазерно-электронную систему измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП с необходимостью анализируют и синтезируют в рамках тех или иных заместителей (образов, слепков и т.п.) - моделей. Для этого, используя основные положения структурной теории, строят связный метаорграф 0 в виде совокупности предметных и теоретических моделей над синтезируемой лазерно-электрошюй системой измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП (рис. 1.1).
С помощью созданной метаорграфовой системы моделей, прежде всего ММ, разработка и исследование лазерно-электронного измерителя энергетических свето-возвращательных характеристик ОЭП сводится к идентификации девяти этапов модельного синтеза на основе последовательно-параллельного перебора моделей. В результате этот перебор задаёт процессы проектирования, изготовления и исследования лазерно-электронного измерителя в рамках девятиэтапного связного орграфа 0, который содержит два раздела (рис. 1.2). В раздаче I представлена семиэтапная инженерно-графовая методика проектирования лазерно-электронного измерителя (теоретическое гоучение проблемы, расчёты и конструирование) как проектная реализация полного модельного синтеза лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, содержащая этапы: 1 -документно-постановочный; 2 - документно-схемный, формирующий схемный каркас; 3 -структурно-поведеііческий математический, опирающийся на "графовую сборку" моделей; 4- компьютерно-предметный; 5- компьютерно-математический; 6 - доку-меігпю-конструкторский; 7 - документно-технолопіческий. Раздел II посвящен двух-этапной изготовительно-экспериментальной реализации модельного синтеза, состоящей из 8 - изготовитель!юго и 9 - экспериментального этапов.
Введённые графы позволяют перейти к строгой форлгулировке постановки задачи разработки и исследования лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП. Они подчёркивают, что главной задачей диссертации является задача проектирования лазерно-электронного шмерителя.
Структурные математические модельные представления лазерно-электронной системы шмерення энергетических световозвращательных характеристик, полунатурный шмерительный процесс
Сформулирована постановка задачи разработки и исследования лазерно электронной системы измерения световозвращатель!гых характеристик ОЭП. Обоснована актуальность задачи, которая сводится к идентификации четырёх ас пектов процесса измерения световозвращательных характеристик. Выделено: что измеряется, или объект измерения в виде совокупности световозвращательных характеристик; как измеряется, или полунатурный метод измерения с использо ванием реальных или виртуальных диафрагм; чем измеряется, или средство изме рения в виде проектируемого ПСВ-стенда; и анализ погрешностей измерения. Указано, что на современном уровне математического моделирования немодель ных представлений системы, и в частности лазерно-электронной системы измере ния световозвращательных характеристик, не существует. Поэтому полная иден тификация измерительных аспектов проведена в рамках системно-модельного подхода, разработанного в структурной теории оптико- и лазерно-электронных систем. Для этого на языке модельных представлений введён метаорграф системы предметных н теоретических моделей лазерно-электронной системы измерения световозвращательных характеристик ОЭП. Он содержит графовые оболочки из вестных моделей и по мере разработки и исследования системы заполняется но выми моделями. Эти модели описывают структуру и поведение синтезируемой ла зерно-электронной системы и лежат в основе разработки и исследования средства измерения в виде проектируемого лазерно-электронного стенда для измерения ПСВ, или ПСВ-стенда. 2. В рамках постановки задачи с целью проектирования ПСВ-стенда реализован переход от метаорграфа к девятиэтапному связному орграфу полного модельного синтеза, задающему этапы разработки и исследования лазерно-электронной систе мы, измерения световозвращательных характеристик. Метаорграф наполняет мо дельным содержанием постановочный, схемный, структурно-поведенческий ма тематический, компьютерно-предметный, компьютерно-математический, кон структорский, технологический, изготовитель!іьій и экспериментальный этапы связного орграфа. В результате формируется девятиэтапный математический про 79 образ процессов разработки и исследования ПСВ-стенда. Показано, что на каждом этапе действия разработчика, направленные на различные цели, реализуются в наглядной форме в результате модельного наполнения каждого из девяти этапов. Дополнительно в рамках метаорграфа системы предметных и теоретических моделей лазерно-электронной системы измерения световозвращательных характеристик ОЭП формируется "графовый ячеистый модельный каркас" строения и функционирования проектируемого ПСВ-стенда. 3. На первом постановочном этапе определена предметная цель моделирования системы измерения световозвращательных характеристик и идентифицировано новое средство измерения - ПСВ-стенд как рабочий вид объекта проектирования. Для достижения поставленной предметной цели разработано ТЗ, сформулированы технические предложения и обоснованы исходные данные. Рассмотрены основные классы световозвращающих ОЭП, измеряемые параметры и характеристики (ПСВ и пеленгационная характеристика). Указаны диапазоны измерения ПСВ, а также режимы работы и допустимая погрешность измерения. 4. На втором схемном этапе создана исходная парадигма структурных и функциональных схем арности 23, детализирующая структуру и поведение лазерно-электронной системы измерения световозвращательных характеристик ОЭП и являющаяся отправной посылкой на пути проектирования ПСВ-стенда. Показано, что разработка исходной парадигмы, состоящей из трёх кардинальных парадигм, сводится к идентификации схемных прообразов тех или иных свойств процесса преобразования сигналов в лазерно-электронной измерительной системе. Схемное исследование системы проведено, начиная с анализа свойств световозвращателей и заканчивая построением функциональной схемы, идентифицирующей преобразующие элементы проектируемого ПСВ-стенда. Для описания процесса преобразования сигналов на геометрооптическом языке разработана первая кардинальная схемная парадигма арности 14. Впервые построена унарная структурная схема процесса лазерного зондирования в лазерно-электронной системе измерения световозвращательных характеристик ОЭП и выделены четыре каскада, идентифицирующие формирование зондирующего и рет 80 роотражённого лазерного поля, а также регистрацию и обработку измерительных сигналов. В рамках второго каскада формирования ретроотражённого лазерного поля рассмотрена тернарная подпарадигма структурно-функциональных оптических схем, описывающих геометрооптические свойства отражающих и световоз-вращающих систем. Исследована децимарная подпарадигма структурно-функциональных оптических схем, характеризующих виды световозвращателей (Свз): выпукло сферический зеркальный Свз, шаровой Свз, уголковый Свз, зеркально-линзовый Свз. Детально изучены три вариации зеркально-линзового Свз: стандартный зеркально-линзовый Свз, зеркально-линзовый Свз типа «кошачий глаз», зеркально-линзовый Свз типа «pinhole». 5. Показано, что в случае стандартного зеркально-линзового световозвращателя предельный угол световозвращения, при котором нормированный ПСВ i?N = 0 опре деляется половиной относительного отверстия xj/пред = 0,5 (d в// ). В частности, для относительных отверстий 1:8-1:5 при R = 0 величина \/пред = 3,6 - 5,7, а для /?N = 0,5 угол \/о,5 - 1,5 - 2,2. На основе этого сформулированы требования к точности угломерного устройства для измерения ПСВ. Найдено, что для зеркально-линзового световозвращателя типа «кошачий глаз» i?N « 0,9 для ij/пред 27. 6. В результате наполнения четырёх каскадов структурной схемы процесса лазерного зондирования реальными измерительными сигналами построена вто рая кардинальная квартарная парадигма структурно-функциональных оптиче ских схем для описания свойств процесса лазерного зондирования и идентифи кации натурного и полунатурного методов измерения световозвращательных ха рактеристик ОЭП. Квартарная парадигма состоит из бинарной подпарадигмы, описывающей формирование индикатрисы ретроотражения и когерентной функ ции рассеяния, а также бинарной подпарадигмы, идентифицирующей натурные и полунатурные измерения. Исследованы особенности методов измерения и введе но понятие усреднённого ПСВ. Получены выражения для согласования резуль татов расчёта усреднённого ПСВ с помощью обоих методов измерения и рас смотрено определение ПСВ контролируемого световозвращателя с помощью эталонного световозвращателя с известным ПСВ. 7. Разработана третья кардинальная квинтарная парадигма структурных и функциональных схем лазерно-электронных систем измерения световозвращательных характеристик ОЭП, идентифицирующих полунатурный метод измерения. В рамках созданной четырёхкаскадной структурной схемы процесса зондирования в лазерно-электронной измерительной системе впервые построена структурная схема системы, реализующей полунатурный измерительный процесс. Она включает в себя четыре главных устройства: два устройства формирования зондирующего и ретроотраженного лазерного поля соответственно, а также устройство регистрации и устройство обработки измерительных сигналов. На основе созданной структурной схемы и структурно-функциональной схемы установки-прототипа УСВ-2 впервые разработана структурная схема лазерно-электронной системы измерения световозвращательных характеристик ОЭП, идентифицирующая основные комплектующие изделия проектируемого ПСВ-стенда. В итоге впервые построена функциональная схема лазерно-электронной измерительной системы, определяющая все преобразующие элементы ПСВ-стенда, и дана функциональная оптическая схема приёмного канала.
Идентификация измеряемых энергетических световозвращательных характеристик современных ОЭП
Известно, что научный подход в технических науках всегда базируется на измерении. При этом цель любых измерений состоит, прежде всего, в экспериментальном обосновании выработанных теоретических положений и создании экспериментального банка данных. Однако прежде чем проводить измерения, необходимо полупіть предварительные числовые оценки. Для этого на четвертом компыотерно-предметном н пятом компьютерно-математическом этапах модельного синтеза в результате проводимых вычислений формируется оценочный диапазон измеряемых параметров и характеристик в рамках существующих методов расчёта.
В структурной теории оптико и лазерно-электронных систем [2] показано, что любой метод или методика идентифицируются в рамках модельных представлений первоначально на языке структурных схем. При этом метод трактуется как способ теоретического исследования явлений природы или практического осуществления чего-либо, а методика рассматривается в виде совокупности приёмов или этапов целесообразного проведения какой-либо работы или практического выполнения чего-либо в рамках данного метода. Разработка поведенческих аспектов создаваемых методов и методик индуцирует построение графовых моделей, обычно в виде ориентированных цепей (орцепей). Каскады структурной схемы или этапы орцепи задают соответствующие шаги, реализующие осуществление метода или выполнения методики.
В научно-технической литературе описан ряд методов расчёта энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, в частности ПСВ [3,6,12,55-57]. В этом разделе проведём сравнительный анализ известных расчётных методов, выделяя в них соответствующие этапы. К таким методам относятся параксиальный метод зон блеска, аберрационно-геомстрооптический метод зон блеска и дифракционно-аберрационный метод. На практике применение конкретного метода обусловлено вносимой им погрешностью и его трудоемкостью.
Основан на понятии зон блеска, определяемых в рамках параксиальных геомет-рооптических построений. Зонами блеска принято называть такие зоны зрачка Свз, проходя через которые, лучи на выходе ОЭП распространяются в пределах выбранного телесного угла усреднения Qcp [3]. Опираясь на понятия усреднённого ПСВ Rcp (см. (1.26)) и ПСВ в заданном направлении R(eu6n) (см. (2.2)), для
Определения R от к-ой поверхности оптической системы величины Ґ и Е вычисляются через поток фркстро ретроотражённого излучения, распространяющийся в малом телесном угле Qcp, ось которого совпадает с направлением на источник зондирования. Тогда на первом этапе параксиального метода зон блеска на основе закона сохранения энергии на входе и выходе ОЭП выражение для потока имеет вид где тк_і - суммарный спектральный коэффициент пропускания (к-І)-ой поверхностей оптической системы ОЭП на длине волны зондирующего излучения, рк -спектральный коэффициент отражения от к-ой поверхности на той же длине волны, рассчитываемый по формуле Френеля для нулевого угла падения; / - площадь нулевой (параксиальной) зоны блеска к-ой поверхности оптической системы прибора. С учетом (1.26), (2.2) и (3.1) получаем следующее выражение для ПСВ Rc для к-ой поверхности оптической системы ОЭП где соср - плоский угол усреднения, соответствующий телесному углу усреднения Qep (см. (1.2)); оск - угол падения луча на к-ую поверхность; h\, hK — высота падения луча на первую и к-ую поверхность соответственно; пк - показатель преломления среды между (к-І)-ой и к-ой поверхностью; Ск = \lrK , гк — радиус к-ой поверхности.
Тогда на третьем этапе параксиального метода зон блеска с учётом (3.2) для ПСВ произвольной к-ой поверхности оптической системы ОЭП найдём При этом на основании (3.4) и (3.5) ПСВ, как отдельной поверхности, так и всего ОЭП в целом, определяется параметрами первого расчётного вспомогательного луча и показателями преломления оптических сред элементов объектива. К достоинствам параксиального метода зон блеска следует отнести способность оценивать энергетические световозвращательные характеристики ОЭП уже на стадии его проектирования, что особенно удобно при разработке Свз с заданными энергетическими световозвращательными характеристиками. Так как этот метод основан на расчете параксиального геометрооптического хода лучей, то он не учитывает аберрации оптической системы и дифракцию на входном зрачке Свз. Поэтому он обладает наибольшими методическими погрешностями, хотя и менее трудоёмок. Для более детального исследования энергетических световоз-вращательных свойств ОЭП необходимо учитывать аберрации объектива. 3.1.2. Аберрационно-геометрооптическнй метод зон блеска Влияние аберраций оптической системы ОЭП на энергетические, простран 108 ственно-частотные, поляризационные и спектральные световозвращательные характеристики Сю при любом угле пеленга для заданного телесного угла усреднения учитывается с помощью аберрацгюипо-геометрооптического метода зон блеска. Он основан на геометрической теории аберраций, из-за наличия которых в реальной оптической системе Свз ретроотражённый пучок лучей уже не является однородным. В этом случае усреднённый ПСВ световозвращателя, зависящий от плоского угла усреднения соср, определяется суммарной площадью одно-связных зон блеска с/ к на к-ой поверхности. Учитывая, что площадь каждой односвязной зоны блеска зависит от угла пеленга ц/лз, в рамках геометрической теории аберраций в соответствии с (3.2) ПСВ определяется выражением
Методика светоэнергетического расчета полунатурного ПСВ-стенда для измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП
В структурной теории оптико и лазерно-электронных систем [2] показано, что любой метод или методика идентифицируются в рамках модельных представлений первоначально на языке структурных схем. При этом метод трактуется как способ теоретического исследования явлений природы или практического осуществления чего-либо, а методика рассматривается в виде совокупности приёмов или этапов целесообразного проведения какой-либо работы или практического выполнения чего-либо в рамках данного метода. Разработка поведенческих аспектов создаваемых методов и методик индуцирует построение графовых моделей, обычно в виде ориентированных цепей (орцепей). Каскады структурной схемы или этапы орцепи задают соответствующие шаги, реализующие осуществление метода или выполнения методики.
В научно-технической литературе описан ряд методов расчёта энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, в частности ПСВ [3,6,12,55-57]. В этом разделе проведём сравнительный анализ известных расчётных методов, выделяя в них соответствующие этапы. К таким методам относятся параксиальный метод зон блеска, аберрационно-геомстрооптический метод зон блеска и дифракционно-аберрационный метод. На практике применение конкретного метода обусловлено вносимой им погрешностью и его трудоемкостью.
Основан на понятии зон блеска, определяемых в рамках параксиальных геомет-рооптических построений. Зонами блеска принято называть такие зоны зрачка Свз, проходя через которые, лучи на выходе ОЭП распространяются в пределах выбранного телесного угла усреднения Qcp [3]. Опираясь на понятия усреднённого ПСВ Rcp (см. (1.26)) и ПСВ в заданном направлении R(eu6n) (см. (2.2)), для
Определения R от к-ой поверхности оптической системы величины Ґ и Е вычисляются через поток фркстро ретроотражённого излучения, распространяющийся в малом телесном угле Qcp, ось которого совпадает с направлением на источник зондирования. Тогда на первом этапе параксиального метода зон блеска на основе закона сохранения энергии на входе и выходе ОЭП выражение для потока имеет вид где тк_і - суммарный спектральный коэффициент пропускания (к-І)-ой поверхностей оптической системы ОЭП на длине волны зондирующего излучения, рк -спектральный коэффициент отражения от к-ой поверхности на той же длине волны, рассчитываемый по формуле Френеля для нулевого угла падения; / - площадь нулевой (параксиальной) зоны блеска к-ой поверхности оптической системы прибора. С учетом (1.26), (2.2) и (3.1) получаем следующее выражение для ПСВ Rc для к-ой поверхности оптической системы ОЭП где соср - плоский угол усреднения, соответствующий телесному углу усреднения Qep (см. (1.2)); оск - угол падения луча на к-ую поверхность; h\, hK — высота падения луча на первую и к-ую поверхность соответственно; пк - показатель преломления среды между (к-І)-ой и к-ой поверхностью; Ск = \lrK , гк — радиус к-ой поверхности.
Тогда на третьем этапе параксиального метода зон блеска с учётом (3.2) для ПСВ произвольной к-ой поверхности оптической системы ОЭП найдём При этом на основании (3.4) и (3.5) ПСВ, как отдельной поверхности, так и всего ОЭП в целом, определяется параметрами первого расчётного вспомогательного луча и показателями преломления оптических сред элементов объектива. К достоинствам параксиального метода зон блеска следует отнести способность оценивать энергетические световозвращательные характеристики ОЭП уже на стадии его проектирования, что особенно удобно при разработке Свз с заданными энергетическими световозвращательными характеристиками. Так как этот метод основан на расчете параксиального геометрооптического хода лучей, то он не учитывает аберрации оптической системы и дифракцию на входном зрачке Свз. Поэтому он обладает наибольшими методическими погрешностями, хотя и менее трудоёмок. Для более детального исследования энергетических световоз-вращательных свойств ОЭП необходимо учитывать аберрации объектива. 3.1.2. Аберрационно-геометрооптическнй метод зон блеска Влияние аберраций оптической системы ОЭП на энергетические, простран 108 ственно-частотные, поляризационные и спектральные световозвращательные характеристики Сю при любом угле пеленга для заданного телесного угла усреднения учитывается с помощью аберрацгюипо-геометрооптического метода зон блеска. Он основан на геометрической теории аберраций, из-за наличия которых в реальной оптической системе Свз ретроотражённый пучок лучей уже не является однородным. В этом случае усреднённый ПСВ световозвращателя, зависящий от плоского угла усреднения соср, определяется суммарной площадью одно-связных зон блеска с/ к на к-ой поверхности. Учитывая, что площадь каждой односвязной зоны блеска зависит от угла пеленга ц/лз, в рамках геометрической теории аберраций в соответствии с (3.2) ПСВ определяется выражением
