Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Исследование световозвращательных характеристик оптико-электронных средств в средневолновом и длинноволновом ик диапазонах спектра 11
1.1. Анализ световозвращательных характеристик оптико электронных средств ИК диапазона 12
1.1.1. Энергетические световозвращательные характеристики оптико-электронных средств 12
1.1.2. Пространственно-частотные световозвращательные характеристики оптико-электронных средств 15
1.1.3. Спектральные световозвращательные характеристики оптико-электронных средств 17
1.1.4. Поляризационные световозвращательные характеристики оптико-электронных средств 19
1.2. Разработка методики расчета световозвращательных характеристик ОЭС ИК диапазона, основанной на использовании их функции рассеяния
1.3. Разработка методик расчета световозвращательных характеристик ОЭС ИК диапазона, основанных на использовании конструктивных параметров их оптических систем 39
1.3.1. Методика расчета световозвращательных характеристик зеркально-линзовых световозвращателей 39
1.3.2. Методика расчета световозвращательных характеристик тетраэдрических световозвращателей 56
1.4. Исследование возможности использования эталонных тепловых излучателей для имитации характеристик ретроотраженного излучения 76
ГЛАВА 2. Разработка методики измерения световозвращательных характеристик оптико- электронных средств в ИК диапазоне 84
2.1. Аналитический обзор существующих методов и аппаратуры измерения световозвращательных характеристик оптико-электронных средств
2.1.1. Натурный и полунатурный методы измерения световозвращательных характеристик 84
2.1.2. Анализ существующей аппаратуры для измерения световозвращательных характеристик 91
2.2. Разработка функциональной схемы аппаратуры для измерения световозвращательных характеристик оптико-электронных средств в ИК диапазоне 97
2.2.1. Разработка функциональной схемы измерительной аппаратуры 97
2.2.2. Обоснование конструкции эталонного световетовозвращателя 101
2.3. Разработка методики измерения световозвращательных характеристик оптико-электронных средств в ИК диапазоне 108
2.3.1. Разработка методики относительных измерений световозвращательных характеристик оптико-электронных средств 108
2.3.2. Анализ погрешностей разработанной методики измерения световозвращательных характеристик оптико-электронных средств... 117
2.4. Обоснование технических требований к макетному образцу аппаратуры измерения световозвращательных характеристик оптико- электронных средств ИК диапазона 124
ГЛАВА 3. Разработка макетного образца измерительного стенда и экспериментальные исследования световозвращательных характеристик оптико-электронных средств ИК диапазона 127
3.1. Разработка макетного образца измерительного стенда 127
3.1.1. Расчет оптической системы макетного образца измерительного стенда 127
3.1.2. Анализ влияния негомоцентричности пучка рабочего лазера макетного образца измерительного стенда на угловую расходимость зондирующего излучения 137
3.1.3. Разработка методики светоэнергетического расчета оптико-электронной системы макетного образца измерительного стенда 140
3.1.4. Разработка конструкции макетного образца измерительного стенда 146
3.2. Экспериментальные исследования световозвращательных характеристик оптико-электронных средств ИК диапазона 151
3.2.1. Измерения световозвращательных характеристик оптико-электронных средств ИК диапазона и анализ полученных результатов.. 151
3.2.2. Экспериментальное исследование характеристик теплового имитатора ретроотраженного излучения 164
Выводы и заключения 173
Список использованной литературы 176
- Разработка методики расчета световозвращательных характеристик ОЭС ИК диапазона, основанной на использовании их функции рассеяния
- Разработка функциональной схемы аппаратуры для измерения световозвращательных характеристик оптико-электронных средств в ИК диапазоне
- Экспериментальные исследования световозвращательных характеристик оптико-электронных средств ИК диапазона
- Экспериментальное исследование характеристик теплового имитатора ретроотраженного излучения
Введение к работе
В последнее время во многих перспективных системах вооружения и военной техники активно применяются оптико-электронные средства (ОЭС), работающие в среднем (СрИК, 3-5 мкм) и длинноволновом (ДлИК, 8-14 мкм) ИК диапазонах спектра, обеспечивающие возможность ведения боевых действий ночью и в условиях плохой видимости. Это вызвано интенсивным внедрением в указанные системы матричных приемников ИК излучения, позволивших отказаться от оптико-механических сканирующих устройств.
Расширение функциональных возможностей и повышение эффективности действия ИК приборов стимулировали проведение исследований по разработке методов и аппаратуры постановки помех и оказания противодействия этим приборам. В указанном аспекте первоочередной является задача дистанционного обнаружения ИК оптико-электронных средств (ОЭС) и их селекции от ложных целей.
Один из наиболее эффективных подходов к решению этой задачи связан с созданием аппаратуры обнаружения, принцип действия которой основан на использовании эффекта световозвращения.
Эффект световозвращения возникает при зондировании любого ОЭС излучением, соответствующим его рабочему спектральному диапазону, и проявляется в том, что независимо от угла подсвета, отраженное излучение распространяется в направлении, близком к направлению его падения.
При световозвращении ОЭС выступает в роли преобразователя
состояния зондирующего излучения. Преобразующие свойства определяются
световозвращательными характеристиками (СВХ), а само ОЭС
рассматривается как световозвращатель (Свз). Именно СВХ определяют возможность и эффективность обнаружения ОЭС.
Исследования СВХ проводятся как в нашей стране, так и за рубежом.
Среди отечественных организаций, занимающихся такими исследованиями, следует отметить НИИ РЛ МГТУ им. Н. Э.Баумана, ФГУП
«Кбточмаш им. А. Э. Нудельмана», ФГУП «3 ЦНИИ МО РФ», ФГУП «НПО Астрофизика», ФГУП ГосНИИ ЛЦ РФ «Радуга», НПЦ «Транскрипт», МНПО «Спектр», а среди зарубежных - Electronics Command Research, Development and Engineering Center (США), CILAS (Франция).
Разработкам методов расчета и методик измерения СВХ в видимом и ближнем ИК диапазонах посвящены диссертационные работы А.А.Резунова, Н.В. Барышникова, И.В. Животовского. В этих работах исследуются пространственные, энергетические, поляризационные СВХ ОЭС указанного диапазона, разрабатывается аппаратура для их экспериментального исследования.
Вместе с тем, в указанных работах не рассмотрены специфические особенности проявления эффекта световозвращения в СрИк и ДлИК диапазонах. Более того, в доступных публикациях по данной тематике сведения о системных теоретических и экспериментальных исследованиях СВХ ИК ОЭС отсутствуют. Это, в свою очередь, затрудняет обоснование принципов и технических путей построения лазерной локационной аппаратуры, осуществляющей обнаружение ИК ОЭС и высокоточное наведение средств оптического противодействия.
В связи с этим тема диссертационной работы, связанная с разработкой
методов и аппаратуры для исследования световозвращательных
характеристик оптико-электронных средств в среднем и длинноволновом ИК диапазонах представляется весьма актуальной.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе были решены следующие научно-технические задачи:
1.Разработка методов, алгоритмов и программного обеспечения для расчета СВХ оптических систем ИК ОЭС, и проведение анализа СВХ различных типов ИК ОЭС и ложных целей в заданном спектральном диапазоне их работы;
2.Разработка методики измерения световозвращательных характеристик в СрИК и ДлИК диапазонах учитывающей особенности распространения РЖ излучения при ретроотражении.
3. Исследование возможности использования эталонных тепловых излучателей типа черное тело для имитации характеристик излучения ретроотраженного от ИК световозвращателей.
4.Создание стенда для измерения СВХ в СрИК и ДлИК и проведение на нем цикла экспериментальных исследований СВХ современных РЖ ОЭС с целью формирования информационного банка данных их отражательных характеристик.
Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы.
В первой главе разрабатываются методики расчета отражательных характеристик РЖ ОЭС.
Проводится анализ явления световозвращения и его основных характеристик. Показывается, что при световозвращении РЖ ОЭС выступает в роли преобразователя состояния зондирующего излучения, которое может быть описано его энергетическими, пространственно-частотными, спектральными и поляризационными параметрами. Вводятся соответствующие СВХ - энергетические, пространственно-частотные, спектральные и поляризационные. Отмечается, что особое место среди СВХ занимает показатель световозвращения (ПСВ), который дает интегральную оценку отражательной способности РЖ ОЭС и анализируется диапазон значений ПСВ типовых ИК световозвращателей.
Разрабатывается метод расчета пространственно-энергетических СВХ (индикатрисы отражения и ПСВ) ОЭС СрИк и ДлИК диапазонов, основанный на определении аберрационно-поляризационной функции зрачка РЖ Свз с последующим расчетом индикатрисы ретроотражения.
Приводятся результаты расчета индикатрис отражения и ПСВ ряда современных ИК приборов, а также различных типов тетраэдрических световозвращателей (ТСВ).
Исследуется возможность использования эталонного теплового излучателя на базе черного тела для имитации ретроотраженного излучения и разрабатывается конструкция имитатора -световозвращателя.
Во второй главе разрабатывается методика измерения энергетических СВХ ИК ОЭС.
Проводится анализ существующих методов и аппаратуры измерения энергетических СВХ, в результате которого устанавливается, что разработанная для видимого диапазона методика измерения, основанная на применении сферического эталонного Свз, непригодна для использования в СрИк и ДлИК диапазонах.
Обосновывается конструкция эталонного Свз в виде плоской отражающей поверхности, и анализируются СВХ ( индикатриса отражения и ПСВ) такого эталона.
Разрабатывается функциональная схема аппаратуры для измерения индикатрисы отражения и ПСВ ОЭС в СрИК и ДлИК диапазонах.
Предлагается оригинальный алгоритм измерений СВХ ОЭС ИК диапазона, позволяющий проводить измерения ПСВ при различных углах усреднения для эталонного и контролируемого Свз. Особенность алгоритма состоит в том, что он позволяет использовать при измерении всех СВХ только один матричный фотоприемник (МФПУ), в отличие от существующих методик, требующих дополнительно использования одноэлементного фотоприемника.
Исследуются погрешности разработанной методики измерения
световозвращательных характеристик оптико-электронных средств.
Доказывается, что в рамках предложенной функциональной схемы разработанная методика измерений позволяет определять ПСВ с
относительной погрешностью, не превышающей 7%.
Обосновываются технические требования к макетному образцу стенда для измерения световозвращательных характеристик оптико-электронных средств в СрИК и ДлИК диапазонах.
В третьей главе рассматриваются вопросы, связанные с экспериментальным исследованием СВХ ИК ОЭС.
Разрабатывается макетный образец измерительного стенда. При проектировании макетного образца выполняются габаритный, аберрационный и светоэнергетический расчеты оптической системы измерительного стенда.
На созданном оборудовании выполнен цикл экспериментальных исследований световозвращательных характеристик ряда РІК приборов, ложных целей, типовых эталонных Свз и теплового имитатора ретроотраженного излучения.
Целями проведенных исследований являлись:
- формирование банка данных отражательных характеристик ИК
Свз.
экспериментальная оценка погрешности, разработанных метода и аппаратуры измерения;
экспериментальное подтверждение правильности теоретических положений, разработанных в диссертации;
По результатам экспериментальных исследований плоского Свз осуществлена экспериментальна оценка погрешности измерения ПСВ с помощью разработанного стенда. Результаты оценки показали, что в пределах углов усреднения, представляющих практический интерес, ПСВ может быть измерен с погрешностью не превышающей 10-15 %.
Проводятся экспериментальные исследования характеристик теплового имитатора ретроотраженного излучения на базе ЧТ, в результате которых
обосновывается возможность использования такого имитатора для имитации ПСВ Свз в СрИК и ДлИК диапазонах.
Показывается, что в целом результаты проведенных экспериментальных
исследований подтверждают правильность теоретических положений и расчетных соотношений, разработанных в 1-й и 2-й главах диссертации.
В заключении приводятся основные достигнутые в диссертации результаты и формулируются выводы о степени решения поставленных в работе задач.
Разработка методики расчета световозвращательных характеристик ОЭС ИК диапазона, основанной на использовании их функции рассеяния
Расчет СВХ возможен в двух случаях — когда нет данных о конструктивных параметрах оптической системы (ОС) исследуемого ОЭС и когда эти данные известны.
Понятно, что имея конструктивные параметры оптической системы ИК ОЭС, можно рассчитать его индикатрису отражения, а затем и ПСВ. Такие методики расчета позволяют учесть аберрационные, дифракционные и поляризационные характеристики оптической системы и являются наиболее точными. Применительно к ИК ОЭС они рассматриваются в следующем разделе.
Однако, информация о конструкции оптической системы ИК ОЭС невсегда доступна. В этих случаях предлагается воспользоватьсяприближенной методикой расчета, основанной на использовании доступной априорной информации об оптической системе ОЭС. Наиболее важная априорная информация содержится в функции рассеяния ее оптической системы.
Рассмотрим основные этапы методики расчета СВХ, основанной на использовании параметров функции рассеяния ОС исследуемого Свз.Величина отраженного от зондируемого Свз потока излучения определяется выражением [10]:где Ф3 - поток зондирующего излучения, попадающий во входной зрачок Свз;гдо ТО.С.ФПУ. коэффициенты пропускания объектива и оптической системы фотоприемного устройства, входящих в состав Свз;рпи -коэффициент отражения поверхности приемника излучения Свз.
Энергетическая освещенность входного зрачка Свз, создаваемая зондирующим излучением, равна:где Вх3р -диаметр входного зрачка объектива Свз.Воспользуемся выражением (1-3) и после математических преобразований, с учетом (1.19) и (1.18), получим:
Телесный угол усреднения в приближении малых углов связан ссоответствующим плоским углом 4у соотношением [4]:
Величина ц/, входящая в (1.22) является характеристикой расходимости отраженного от Свз излучения. Она определяется аберрационно-дифракционным пятном рассеяния оптической системы Свз в прямом ходе. Т.к. при световозвращении излучение проходит через оптическую систему Свз дважды (в прямом и в обратном ходе), то значение величины ц/ удваивается .
Таким образом, у/ определяется из выражения:где / -заднее фокусное расстояние оптической системы Свз;сг-ширина функции рассеяния (диаметр пятна рассеяния) оптической системы Свз в прямом ходе.
Подставив (1.22) в (1.23), получим результирующее выражение для расчета ПСВ ИК ОЭС:Достоверность результатов, получаемых при использовании выражения (1.24), определяется правильностью задания значений исходных данных. В первую очередь это относится к величине диаметра пятна рассеяния а.
Рассмотрим два наиболее вероятных случая применения выражения (1.24) при различных вариантах задания величины а.
Первый случай имеет место, когда известна экспериментально измеренная функция рассеяния оптической системы Свз. Эта функция может быть пересчитана в функцию концентрации энергии (ФКЭ) в пятне рассеяния, формируемом оптической системой Свз. Далее необходимо определить аргумент (диаметр пятна), которому соответствует значение ФКЭ равное 90%. Найденный диаметр используем в качестве значения величины а для расчета ПСВ, обозначив его d lK3. Выражение (1.38) при этомпримет вид:
Данный случай, по сути, является полуэкспериментальным и потому не всегда может быть реализован.Второй случай имеет место, когда априорно известных исходных данных о параметрах функции рассеяния оптической системы Свз нет. Тогда, для расчета ПСВ можно принять диаметр пятна рассеяния х равным линейному размеру (стороне) аэ одного элемента матричного приемникаизлучения расположенного в фокальной плоскости исследуемого ИК ОЭС. Такое допущение правомерно, поскольку большинство производителей изображающих ИК ОЭС стараются согласовать характеристики оптической системы и матричного фотоприемника. Это согласование состоит в том, что формируемое оптической системой ИК Свз пятно рассеяния должно "вписываться" в один фоточувствительный элемент приемника излучения [11]. Считая, что условие согласования выполнено, можно записать формулу для вычисления ПСВ в виде:
Результаты расчета в данном случае имеют максимальную погрешность, которая обусловлена нарушениями условия согласования. Тем не менее, такая методика представляет интерес для использования в инженерной практике, поскольку размеры фоточувствительного элемента исследуемого прибора как правило известны.
Стоит отметить, что для использования выражений (1.25),(1.26) необходимо предварительно решить задачу определения коэффициента отражения фоточувствительной поверхности приемника рШ! Свз на длине волны зондирующего излучения. Постановка такой задачи подразумевает допущение о том, что фоточувствительная поверхность приемника имеет одинаковый коэффициент отражения в каждой своей точке. Строго говоря, такое допущение не выполняется в чистом виде ни для одного матричного ИК приемника. Однако при обоснованном подходе к определению рш оно существенно упрощает вычислительный процесс.
Предложим методику определения рш, основанную на учете влияния общих конструктивных особенностей, присущих распространенным типам современных матричных ИК приемников.Рассмотрим отдельно тепловые и фотонные матричные ИК приемники.
Среди тепловых матричных ИК приемников широкое применение получили неохлаждаемые микроболометры. Поэтому при определении рт, тепловых приемников будем ориентироваться именно на этот тип приемников. Рассмотрим типичный микроболометр UL01 производства фирмы ULIS (Франция). Его фоточувствительную поверхность можно разделить на две совокупности областей (рис. 1.2а). Первая совокупность -пиксельные области, покрытые поглощающим покрытием. Как правило, поглощающее покрытие делается на основе соединения xCr-(l-x)Si02 [12], имеющего малый коэффициент отражения рпикс, не превышающий 0.0 НО.05 в рабочем спектральном диапазоне ИК ОЭС. Вторая совокупность -межпиксельные промежутки кремниевой схемы считывания, не закрытые с освещаемой стороны. Эти промежутки имеют коэффициент отражения А,с порядка 0.25-0.3 [13].
Разработка функциональной схемы аппаратуры для измерения световозвращательных характеристик оптико-электронных средств в ИК диапазоне
Экспериментальные исследования световозвращательных характеристик оптико-электронных средств ИК диапазона
Сформулируем основные требования, которые будут заложены в основу разработки функциональной схемы измерительной аппаратуры.
Чтобы обеспечить возможность измерения СВХ при различных длинах волн зондирующего излучения, целесообразно разделить разрабатываемую функциональную схему на узлы общие для всех длин волн и сменные, используемые только с одной длиной волны.
К общим узлам следует отнести оптическую систему формирования зондирующего излучения, узел разделения зондирующего и ретроотраженного излучения, узел световозвращателей, узел формирования и передачи ретроотраженного излучения. Тогда к сменным узлам будут отнесены зондирующие лазеры и источник некогерентного РІК излучения, а также каналы регистрации ретроотраженного излучения, включающие в себя индивидуальные для каждого диапазона( СрИк или ДлИк) инфракрасное матричное фотоприемное устройство (РЖ МФПУ) и проекционный объектив.
Особенностью схемы разрабатываемого измерительного стенда является необходимость введения маркерного канала с видимым излучением, необходимого для проведения его юстировки.
Система юстировки должна обеспечивать возможность ввода ретроотраженного излучения в канал регистрации. Маркерный канал должен быть построен на базе лазера, работающего в видимом диапазоне, оптическая ось которого будет совмещена с оптической осью рабочего зондирующего лазера.Кроме того, в состав системы юстировки должен быть включен тепловой транспарант на матовой прозрачной подложке. При помощи такого транспаранта можно будет осуществлять пространственное совмещение излучения маркерного лазера с полем зрения канала регистрации. Для работы системы юстировки необходимо, чтобы оптическая система измерительной аппаратуры пропускала излучение как РЖ так и видимого диапазона спектра. Это возможно, если применять в схеме зеркальные элементы и элементы из соответствующих материалов (HanpHMepZnS, BaF2).
Разработанная в соответствии с выдвинутыми требованиями функциональная схема приведена на рис. 2.4.Как следует из функциональной схемы в плоскости входного зрачка эталонного 9 или исследуемого световозвращателя 8 при помощи телескопической системы, состоящей из зеркал 5 и 6, формируется поле равномерной освещенности. Отраженное от световозвращателя излучение при помощи светоделителя 7 и отклоняющего зеркала 10 направляется на приемный объектив-коллиматор 11. Распределение освещенности в фокальной плоскости приемного объектива 11 соответствует распределению ретроотраженного излучения в дальней зоне (индикатрисе ретроотраженного излучения). С помощью объектива 13 это распределение проецируется в заданном масштабе на фоточувствительную поверхность ИК МФПУ 14 или 15 в зависимости от установленного в схему зондирующего лазера. ИК МФПУ преобразует распределение освещенности в электрический временной сигнал.
Сигнал с выхода ИК МФПУ поступает через устройство видеозахвата 12 в компьютер 20 для сохранения и обработки.
Кроме того выходной сигнал ИК МФПУ контролируется осциллографом 18 с целью исключения возможности проведения измерений, в случае если этот сигнал достигает уровня насыщения. Визуализация распределения освещенности, регистрируемого ИК МФПУ, осуществляется при помощи монитора 19. Использование предложенной функциональной схемы для разработки метода относительных измерений СВХ в СрИК и ДлИК диапазонах требует решения принципиальной задачи, связанной с выбором типа и разработкой конструкции эталонного Свз.
Под эталонным понимается такой Свз, ПСВ которого может быть рассчитан с минимальной относительной погрешностью.
В разделе 2.1.2 описан сферический эталонный Свз, применяемый для измерения СВХ в видимом и ближнем ИК диапазонах.
Исследуем индикатрису ретроотражения такого Свз при помощи САПР Zemax. Для этого смоделируем процесс ретроотражения от сферической зеркальной поверхности с радиусом кривизны 20000 мм и установленной перед ней круглой диафрагмой диаметром 50 мм. В качестве формирующей оптической системы используем параксиальный компонент с фокусным расстоянием 100 мм. В фокальной плоскости параксиального компонента установим плоскость анализа и, с помощью функции "PSF cross section", получим дифракционное распределение освещенности, соответствующее индикатрисе ретроотражения от сферического Свз на длине волны 0.64 мм (рис. 2.5).
Форма индикатрисы изображенной на рис.2.5 близка к равномерной. При такой форме индикатрисы ПСВ имеет постоянное значение для различных углов усреднения. Эта особенность используется при измерениях СВХ в видимом диапазоне.
Определим, как изменяется вид сечения индикатрисыретроотраженного излучения при использовании сферического Свз в СрИК и ДлИК диапазонах. Для этого построим графики, аналогичные графику на рис.2.5, но соответствующие длинам волн 3.39 и 10.6 мкм (рис 2.6,2.7 соответственно), а также представим зарегистрированные в видимом (рис 2.8) и ДлИК (рис. 2.9) диапазонах распределения излучения, ретроотраженного от сферического Свз. Распределение на рис. 2.8 получено в [2], распределение на рис. 2.9 зарегистрировано автором настоящей работы на макетном образце установки для исследования СВХ ИК ОЭС [49].
Анализ вида графиков и распределений на рис 2.6-2.9 показывает, что индикатрисы сферических Свз имеют ярко выраженную пространственно-угловую неоднородность в СрИК и ДлИк диапазонах.
Эта особенность делает невозможным применение разработанной для видимого диапазона методики измерения СВХ и, требует применительно к ИК диапазону, исследования возможности использования других типов Свз в качестве эталонных и разработки новых методик измерения.В работе, в качестве эталонного Свз для ИК диапазона, предлагается использовать плоскую отражающую поверхность, совмещенную с круглой диафрагмой.
Попытки применения такого эталона уже имели место для решения аналогичных задач в видимом диапазоне [2,3]. Эти попытки выявили ряд принципиальных недостатков плоского эталона для видимого диапазона.
Основной недостаток - это "узкая" (порядка нескольких угловых секунд) индикатриса ретроотраженного излучения, "ширина" которой определяется только дифракцией зондирующего излучения на диафрагме эталона.
Экспериментальное исследование характеристик теплового имитатора ретроотраженного излучения
В главе 1 теоретически обоснована возможность использования тепловых источников типа АЧТ для имитации потоков излучения, ретроотраженных от ИК Свз. Отмечено, что такая имитация особенно полезна при тестировании приемных каналов ЛЛС в натурных условиях в широком спектральном диапазоне. Задачей настоящего раздела является экспериментальное подтверждение возможности использования теплового имитатора на базе АЧТ для создания потока излучения имеющего характеристики аналогичные характеристикам потока ретроотраженного от какого-либо ИК Свз. Решение поставленной задачи основано на сравнении экспериментально полученных характеристик потока излучения, формируемого тепловым имитатором, с характеристиками потока излучения ретроотраженного от имитируемого ИК Свз при его зондировании на созданной измерительной установке. Последовательность решения поставленной задачи включает в себя следующие этапы: - выбор имитируемого ИК Свз и измерение углового размера Смего индикатрисы ретроотражение и ПСВ Яс&ъ на созданной макетной установке. - расчет величин диаметра диафрагмы d и температуры Тп АЧТ, обеспечивающих угловую расходимость и величину потока излучения выходящего из имитатора, равные, соответственно, угловому размеру индикатрисы имитируемого ИК Свз и потоку ретроотраженному от этого СВЗ при заданной мощности зондирующего излучения. регистрация излучения теплового имитатора при установке рассчитанных значений диаметра диафрагмы d и температуры АЧТ Т„, а также определение угловой расходимости //„„ и величины потока Фи зарегистрированного излучения. - сравнение значений угловой расходимости и потока излучения, полученных при зондировании имитируемого Ик Свз и при работе теплового имитатора с целью верификации разработанного в разделе 1.4 способа имитации Ик Свз. Приведем характеристики теплового имитатора и имитируемого ИК Свз, используемых для решения поставленной задачи. Тепловой имитатор построен по схеме, предложенной в разделе 1.4 (рис 1.22), на базе АЧТ SR-800 и линзового коллиматора WFOV-8, производства фирмы CI-systems рис 3.21 (основные характеристики АЧТ и коллиматора представлены в таблице 11). В качестве имитируемого Свз используется выпуклая сфера радиуса г = 22м на поверхность которой нанесено алюминиевое отражающие покрытие. Выходной зрачок имитируемого Свз ограничен диафрагмой диаметром D = 60MM. Результаты измерения СВХ имитируемого Свз получены в предыдущем разделе (рис 3.14). Угловой размер индикатрисы ретротражения этого Свз находим по графику осевого сечения индикатрисы (рис 3.146 ), он составляет Свз = 3-Ю-3 рад По графику на рис 3.14г находим ПСВ соответствующий угловому размеру индикатрисы, он составляет
При этом значение диаметра, который должна иметь диафрагма имитатора, определяется по формуле 1.85 и составляет d = у/Св, fK = О.З.ш/. Чтобы вычислить требуемое для имитации значение температуры АЧТ необходимо построить зависимость R(T), соответствующую данному имитатору при выбранных условиях работы. Проанализируем эти условия. Очевидно, что для сравнения параметров излучения, создаваемого имитатором, с излучением, ретроотраженным от какого-либо Свз, стоит располагать имитатор на месте этого Свз, т.е. работать с ним в тех же условиях что и с Свз. Однако характеристики оптической системы макетного образца измерительной установки и коллиматора WFOV8, входящего в состав исследуемого имитатора, накладывают некоторые технологические ограничения на возможность такого размещения. Суть этих ограничений состоит в том, что размер формируемого при помощи имитатора распределения освещенности в фокальной плоскости зеркала 11 (см функциональную схему на рис 2.4) измерительной установки должен быть соизмерим с размерами индикатрис эмитируемых Свз. Для этого необходимо чтобы диаметр диафрагмы, установленной в фокальной плоскости коллиматора имитатора, удовлетворял выражению: где / ,. -заднее фокусное расстояние коллиматора теплового имитатора; / ,, -заднее фокусное расстояние зеркала 11; Dum) -диаметр индикатрисы ретроотражения Свз. Учитывая, что диаметры индикатрис ретроотражения DUHd, формируемых имитируемыми Свз, могут составлять в плоскости анализа несколько десятков микрометров, диаметр диафрагм имитатора при фокусных расстояниях fK = ЮОлш. и /п = ЮООлш., должен составлять несколько микрометров. Изготовление диафрагм с такими малыми диаметрами отверстий, подходящих при этом по своим теплофизическим свойствам для корректного использования с АЧТ (т.е. обеспечивающие равномерную температуру по всей своей поверхности и исключающие нагрев "ободка" вокруг излучающего отверстия) является задачей крайне сложной. Поэтому для регистрации излучения имитатора предлагается собрать модификацию плеча регистрации макетного образца измерительного стенда следующим образом. Имитатор 21 (нумерация согласно рис 2.4) необходимо установить в каркасную конструкцию измерительного стенда соосно с ИК МФПУ 14, снять поворотное зеркало 12 и заменить проекционный объектив 13 на фотографический объектив 20. Схема модифицированного таким образом плеча регистрации макетного образца, иллюстрирующая ход лучей при работе с тепловым имитатором изображена на рис 3.18а. Для сравнения на рис 3.186 представлен фрагмент функциональной схемы макетного образца установки, содержащий штатную модификацию плеча регистрации собранную для работы с Свз. Внешний вид модифицированного макетного образца измерительной установки собранного, согласно схеме на рис 3.18а, для работы с тепловым имитатором представлен на рис 3.19. Для такой модификации измерительного стенда выражение 1.86, описывающее зависимость R(T) должно быть дополнено коэффициентами пропускания и отражения оптических элементов, входящих в состав стенда. При этом выражение 1.86 примет вид: где г7,г13,т20,г21-коэффициенты пропускания светоделителя 7, проекционного объектива 13, фотографического объектива 20 и коллиматора теплового имитатора 21 соответственно (нумерация согласно рис.2.4 ). р7 -р10- /?,, -коэффициенты отражения делительного покрытия светоделителя 7, поворотного зеркала 10 и зеркала 11 соответственно. Используем выражение 3.45 и построим зависимость R(T) (рис 3.19) в рабочем спектральном диапазоне АЛ ИК МФПУ измерительного стенда при величине зондирующего потока Ф , =0.1.иш.(блок управления лазера ЛГ
