Как отмечалось выше, важнейшие параметры ОЭП можно определить на основе анализа энергетических соотношений между сигналами, поступающими на вход прибора, и порогом чувствительности ОЭП – величиной минимального потока ФП ОЭП или освещенности ЕП ОЭП на входе прибора, эквивалентной уровню шумов и помех, приведенных к этому входу.
Рассмотрим обобщенную методику энергетического расчета ОЭП [1]. Основные этапы энергетического расчета следующие.
1. Определение потока Фвх или освещенности Eвх (полезного сигнала) на входном зрачке приемной оптической системы в рабочей полосе частот (или по оптическому спектру, т.е. по длинам волн λ или частот ν, или по пространственным частотам, или по спектру временных частот при модуляции потока).
2. Приведение к тому же входу шумов (с учетом их внешних и внутренних источников) или порога срабатывания исполнительного элемента либо индикатора, т.е. определение пороговых значений ФП ОЭП или ФП ОЭП для той же полосы частот.
3. Составление основного энергетического уравнения, устанавливающего необходимое для правильной работы прибора соотношение между полезным сигналом, сигналами фона и помех и порогом чувствительности ОЭП. Это может быть отношение ФВХ/ФП ОЭП, большее некоторой величины µ, или выражение для контраста между полезным сигналом ЕВХ и сигналом от фона ЕФ, превышающее порог чувствительности прибора по контрасту в заданное или рассчитанное число раз и т. п.
4. Выбор или расчет величины µ, входящей в основное энергетическое уравнение.
5. Решение основного энергетического уравнения относительно одного из входящих в него параметров прибора (например, дальности действия).
6. Выбор или расчет на основе энергетического уравнения остальных параметров прибора (например, диаметра входного зрачка).
7. Окончательный энергетический расчет.
Порядок проведения первых этапов может быть различным и при данной методике не сказывается на конечных результатах.
Очень часто на первой стадии энергетического расчета, во время разработки эскизного проекта, ведется упрощенный расчет, когда величины ФВХ, ЕВХ, ФП ОЭП, ЕП ОЭП рассчитывают без учета пространственно-частотных характеристик (ПЧХ) отдельных звеньев прибора, т.е. на основе использования их условно обобщенных или интегральных характеристик. Это связанно, прежде всего, с аппаратной неопределенностью ПЧХ большинства звеньев ОЭП, а также с трудностью синтезирования этих звеньев по выбранным или заданным ПЧХ.
На второй стадии энергетического расчета или при окончательном расчете, т.е. после выбора параметров прибора, можно учесть ПЧХ реальных сигналов, помех и всех звеньев ОЭП.
Общий вид основного энергетического уравнения (неравенства) зависит от назначения конкретного ОЭП, от конкретных условий его работы. В случае обнаружения полезного сигнала ФВХ на фоне шумов, приведенных к входу прибора, оно имеет вид:
 |
(42.1) |
Если необходимо обеспечить превышение разности между полезным сигналом ФС и сигналом от фона ФФ, то это уравнение может иметь вид:
 |
(42.2) |
Важно отметить, что все величины ФВХ, ФФ, ФП ОЭП, входящие в основное энергетическое уравнение, берут в виде эффективных величин, т. е. пересчитанных к реальным условиям работы ОЭП или приведенных к его эффективной полосе пропускания. Например, с учетом коэффициентов использования для реальных условий работы прибора – φP и для условий паспортизации – φП выражение (42.1) можно записать в виде:
 |
(42.3) |
или
 |
(42.4) |
На третьем этапе расчета выражения для ФВХ, ФC, ФФ, ФП ОЭП необходимо представить в развернутом виде, т.е. в виде функций параметров и характеристик объекта наблюдения, среды, оптической системы, приемника излучения и электронного тракта.
На четвертом этапе энергетического расчета, при выборе или расчете величины μ, необходимо рассматривать статистические соотношения, характеризующие полезные сигналы и помехи, поскольку и те и другие практически всегда являются случайными величинами, хотя и с различными вероятностными характеристиками.
Пятый этап энергетического расчета состоит в решении развернутого энергетического уравнения относительно искомого параметра ОЭП. Основная трудность состоит в том, что на этой стадии проектирования ОЭП неизвестными обычно являются многие параметры. Поэтому приходится задаваться рядом из них, пользоваться методом последовательных приближений, проводить проверочные расчеты, вести математическое и физическое моделирование. Другая трудность состоит в том, что развернутое энергетическое уравнение является весьма громоздким и сложным для решения или анализа. Поэтому необходимо прибегать к помощи ЭВМ, а также к имеющимся в специальной литературе графикам, таблицам, номограммам.
Заключительные этапы энергетического расчета ОЭП можно проводить неоднократно, на различных стадиях разработки прибора, вплоть до корректировки рабочей документации.
