Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время измерения координат ведутся во многих областях науки и техники: в приборостроении и машиностроении - для контроля геометрических параметров изделий. их пространственного положения, для точного позиционирования рабочих органов измерительной аппаратуры и станков; в навигации и ориентации - для определения положения ориентируемого объекта относительно выбранной системы координат или какого-либо ориентира; в астрономии и геодезии - при определении координат небесных или наземных объектов; в военной технике - при определении координат целей в оптико-электронных системах обнаружения, самонаведения и автоматического сопровождения.
В теории и практике оптических и оптико-электронных координаторов (ОЭК) достигнут немалый прогресс, определяемый успехами в оптике, лазерной технике, электронике, а также развитием новых методов определения координат.
Однако, большинство схем ОЭК работают на принципах амплитудной, частотной и фазовой модуляций и их комбинаций с использованием пространственно-частотных фильтров в виде растров с достаточно сложной топологией, что создает технологические трудности в их изготовлении. Кроме того, у существующих схем для определения координат объекта используются интенсивность, частота и фаза его излучения и не принимаются во внимание поляризационные свойства, что влияет в конечном итоге на точность определения координат и идентификацию объекта.
В литературе также отсутствуют данные об ОЭК, которые могут одновременно осуществлять поляризационную, амплитудную и пространственно-частотную фильтрацию оптического излучения объектов.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка теории и схем поляризационных оптических координаторов с комбинированными анализаторами изображений. В связи с этим необходимо решить следующие задачи:
разработать теорию поляризационной фильтрации оптического излучения применительно к активным и пассивным ОЭК;
разработать теорию работы и схемы поляризационных ОЭК на базе комбинированных анализаторов изображений;
разработать методику и провести исследования
чувствительности поляризационных ОЭК с комбинированными
анализаторами изображений; - разработать методику уточненного энергетического расчета
ОЭК активного типа с учетом формы объектов и состояния
поляризации пучка освещения, а также для ОЭК пассивного
типа. Методы исследования. Метод теоретического исследования заключается в использовании вектор-параметра Стокса для описания оптического излучения и матриц Мюллера для анализа оптических свойств элементов схем координаторов. В основу разработанных автором схем ОЭК заложен метод поляризационной фильтрации оптического излучения на базе комбинированных анализаторов изображений. Экспериментальные исследования проведены методом физического моделирования.
Научная новизна работы.
-
Впервые разработаны теория, принципы построения и схемы поляризационных оптических координаторов с комбинированными анализаторами изображений. которые позволяют при анализе плоскости изображений использовать поляризационные свойства излучения объектов.что повышает помехозащищенность и информативность приборов такого типа.
-
На основании формализма вектор-параметра Стокса и матриц преобразования Мюллера разработана теория поляризационной фильтрации оптического излучения объектов и помех применительно к активным и пассивным оптико-электронным приборам и системам, в том числе оптическим и оптико-электронным координаторам.
-
Теоретически и экспериментально исследованы оптические характеристики отражения объемных тел при освещении лазерным пучком^с гауссовым распределением энергии в поперечном сечении.
-
Разработана методика уточненного энергетического расчета для активных и пассивных ОЭК. которая в расчете дальности действия с использованием понятий коэффициента габаритной яркости и матриц отражения учитывает форму объектов и состояния поляризации пучков освещения.
-
Разработана методика расчета чувствительности поляризационных оптических координаторов, позволяющая производить анализ и реализацию параметров их схем в соответствии с заданными требованиями.
6. Теоретически и экспериментально исследована
чувствительность поляризационных оптических координаторов с комбинированными анализаторами изображений.
Защищаемые положения.
-
Методика поляризационной фильтрации оптического излучения применительно к активным и пассивным оптическим координаторам изображений.
-
Теория и схемы оптических координаторов с комбинированными анализаторами изображений в еидє суперпозиции амплитудных, поляризационных и пространственно-частотных фильтров.
-
Методика уточненного энергетического расчета оптических координаторов с комбинированными анализаторами изображений, учитывающая в расчете дальности действия форму объектов и состояние поляризации пучков освещения.
-
Методика и результаты теоретических и экспериментальных исследований оптических характеристик обратного отражения объемных тел при освещении лазерным пучком с гауссовым распределением энергии в поперечном сечении.
-
Методика и результаты теоретических и экспериментальных исследований чувствительности поляризационных оптических координаторов с комбинированными анализаторами изображений.
Практическая ценность.
-
Разработана методика поляризационной фильтрации оптического излучения объектов и помех. которая позволяет практически определять отношение сигнал/помеха и контраст в поляризованном свете применительно к различным активным и пассивным оптико-электронным приборам и системам.
-
Разработаны, теоретически и экспериментально исследованы новые схемы оптических координаторов с комбинированными анализаторами изображений в виде фазовой клиновой пластины и 2-х линейных поляризаторов, амплитудной клиновой пластины и 2-х линейных поляризаторов, шротно-импульсного растра, амплитудного фильтра и 2-х линейных поляризаторов. Чувствительность разработанных схем координаторов достигает значений 0",5 ...2".
-
Разработана методика исследований и получены практические результата по отражению объемных тел при освещении их лазерным
пучком с гауссовым распределением энергии в поперечном сечении, которые могут быть использованы в энергетических расчетах оптико-электронных локаторов, дальномерах и других лазерных ОЭС.
4. Разработана инженерная методика расчета дальности действия и чувствительности оптических координаторов с комбинированными анализаторами изображений.
Реализация результатов работы отражена четырьмя актами внедрения методик расчета и схем оптических координаторов от следующих организаций: Сибирской государственной геодезической академии. Конструкторско-технологического института прикладной ' микроэлектроники СО РАН, Центрального Конструкторского Бюро "ТочприСор" и Новосибирского опытного завода измерительных приборов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном совещании по распространению оптического излучения в дисперсной среде (Обнинск, 1978г.), 5-ой Всесоюзной конференции "Фотометрия и ее метрологическое обеспечение" (Москва, 1984г ). Международной конференции "Авангардные технологии, оборудование, инструменты и компьютеризация цроизводства оптико-электронных приборов в машиностроении" (Новосибирск. 1995г.). научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава НИИГАиК (СГГА) (Новосибирск, 1989-Э5Г. г.)
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 научных трудов, в том числе 8 статей и тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка из 37 наименований, содержит 133 страницы основного текста. 30 рисунков, 4 таблицы.
