Работа оптической системы обработки

Поясним работу оптической системы, используя известные принципы оптической голографии. Запись отраженных сигналов (электромагнитного поля) на фотопленку аналогична записи голограммы. Роль опорного луча при записи оптической голограммы в РСА играет опорный сигнал, подаваемый на фазовый детектор. В случае РСА записываются одномерные голограммы, представляющие собой интерференционную картину биений принимаемого и опорного сигналов отдельно в каждом канале дальности. Каждая голограмма представляет собой чередующиеся прозрачные и непрозрачные участки пленки, расстояния между которыми соответствуют фазовой модуляции траекторного сигнала. Множество объектов, находящихся в зоне обзора, формируют сигнал, который записывается в виде суммы сигналов точечных целей, образующих сложный интерференционный узор-голограмму. Поэтому первичную пленку часто называют голограммой. Благодаря высокой плотности записи (десятки линий на миллиметр) внешне голограмма выглядит как равномерно серая пленка, а интерференционную картину можно наблюдать только при сильном увеличении.

В оптическом процессоре при освещении голограммы пучком когерентного света происходит фокусировка света на определенном расстоянии от пленки и формируется изображение целей. Получение световой волны при освещении фотопленки лазерным светом аналогично процессу восстановления волнового фронта в оптической голографии.

Устройство оптической записи сигналов в РСА имеет электроннолучевую трубку (ЭЛТ) и фотокамеру (рис. 6.3). На экране ЭЛТ формируется однострочная развертка дальности с яркостной модуляцией, соответствующей напряжению сигналов на выходе ФД. Линия развертки дальности проектируется на фотопленку и записывается в виде линии с переменным почернением (плотностью).

вдоль пленки путевой дальности х:

- скорость развертки на индикаторе.

определяется разрешающей способностью по дальности.

После фотохимической обработки прозрачность пленки (коэффициент пропускания) изменяется пропорционально уровню записанного сигнала. При наличии многих объектов в зоне обзора РСА в результате суммирования сигналов на первичной пленке образуется запись в виде сложного интерференционного узора.

Фоторегистратор должен соответствовать основным требованиям, предъявляемым к фоторегистратору сигналов РСА. Рассмотрим эти требования.

- коэффициент запаса по разрешению ЭЛТ и пленки).

. При боковом обзоре сигнал цели

имеет в центре записи нулевую доплеровскую частоту (поднесущая частота отсутствует) (рис. 6.4,а). При освещении такой голограммы изображение цели фокусируется на оптической оси. Там же проходит прямой луч лазера, обусловленный наличием постоянной составляющей прозрачности пленки.

4. Одноканальная запись на поднесущей частоте требует повышения частоты дискретизации сигнала по азимуту (частоты повторения

, где

(в периодах на 1 мм), которое определяется разрешением ЭЛТ, оптической системы (объектив - пленка) и стабильностью механической системы протяжки пленки.

, так как яркость свечения экрана ЭЛТ и прозрачность пленки являются величинами, принимающими только положительные значения. Уровень смещения должен превышать максимально возможную амплитуду записываемого сигнала (рис. 6.4,в).

с записанным сигналом,

должна быть

- коэффициент контрастности фотопленки, определяемый свойствами пленки и режимом проявления.

Оптическая система преобразует изображения сигналов на первичной пленке (голограмме) в РЛИ объектов. Для этого первичная пленка освещается параллельным пучком когерентного света. В результате прохождения света через пленку и оптическую систему на выходной плоскости (вторичной фотопленке) формируется РЛИ участка местности, расположенного в пределах ширины луча реальной антенны. При протяжке первичной пленки выходное изображение также перемещается вдоль оси путевой дальности. Для получения радиолокационной карты большого участка местности и обеспечения некогерентного накопления вторичная пленка в выходной плоскости оптической системы движется со скоростью, равной скорости перемещения изображения.

(рис. 6.4,г).

Фокусирование сигнала происходит в процессе распространения света в свободном пространстве (рис. 6.5). Волны, проходящие через

первичную пленку в светлых участках записи сигнала точечной цели, далее распространяются во все стороны. В некоторой точке 1 разность хода волны

от светлых

участков пленки оказывается кратной длине волны света, поэтому в этой точке волны от светлых участков складываются синфазно. Темные участки первичной фотопленки значительно ослабляют волны, приходящие в точку 1 в противофазе. Поэтому в точке 1 образуется яркое пятно - изображение точечной цели. Расфокусированное изображение (пятно 2) образуется в результате прямого прохождения луча лазера.

с заданным масштабом (обычно 1:1).

может быть выполнен

(рис. 6.6).

на первичной пленке (без учета здесь и в

дальнейшем несущественных множителей):

где кс = 2п/Хс; Хс - длина волны света.

Квадратичный характер фазовой переходной характеристики свободного пространства имеет простое физическое объяснение. Точечный источник света на входной первичной пленке §(хп) испускает сферическую волну, которая падает на выходную (вторичную) пленку. Сферический фронт волны обуславливает квадратичное запаздывание фронта относительно выходной плоскости. Сравнивая требуемую переходную характеристику (6.1) и полученную (6.2), можно отметить их идентичность.

Рассмотрим прохождение записанного на первичной пленке траекторного сигнала через такую оптическую систему. Распределение света при освещении первичной пленки параллельным лучом света лазера будет пропорционально траекторному сигналу:

смещено в точку

. Поэтому радиолокационное изображение местности по путевой дальности формируется на плоскости, наклоненной к оптической оси системы. Изображение по оси наклонной дальности формируется проецированием первичной пленки на наклоненную вторичную пленку с помощью специальной оптической системы с цилиндрической линзой (рис. 6.7).

Недостатком такой простой системы обработки является большое расстояние фокусирования и, следовательно, большое изменение этого расстояния в пределах полосы обзора РСА (большой угол наклона вторичной пленки).

с

. Коэффициент уменьшения масштаба изображения телескопической

системой равен отношению фокусных расстояний линз.

В свободном пространстве между плоскостью Р и вторичной пленкой происходит фокусирование изображения на плоскость вторичной пленки. При этом новое расстояние фокусирования определяется по формуле

и может составлять всего несколько сантиметров, а угол наклона выходной плоскости - несколько градусов,

образуют телескопическую систему, формирующую вблизи фокальной

изображение записи сигналов вдоль пленки. Для

обеспечения фокусирования изображения во всей полосе обзора по дальности вторичную пленку располагают под небольшим углом к оптической оси (единицы градусов). Подбором угла наклона и перемещением вторичной пленки вдоль оптической оси системы производится согласование расстояния фокусирования для объектов, расположенных в ближней и дальней частях полосы обзора РСА.

, то для передачи изображения без искажения первичная пленка

также наклонена , но в другую сторону.

и, следовательно,

такое число кадров РЛИ может некогерентно накапливаться для сглаживания спекл-шума изображения.

В заключение отметим, что для устранения шумов, обусловленных случайным изменением толщины фотоэмульсии на пленке и колебаниями толщины подложки фотопленки, первичную пленку с записью сигналов РСА в фильмовом канале оптической системы погружают в жидкость (иммерсионный фильмовый канал). При этом выбирают такую жидкость, коэффициент преломления которой равен коэффициенту преломления фотопленки (четыреххлористый углерод, водный раствор спирта и т.д.).