Исследование методов и средств определения вероятностных характеристик пороговой чувствительности сканирующих многоканальных оптико-электронных приборов обнаружения и пеленгации инфракрасного диапазона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.07, кандидат наук Васильев, Владимир Николаевич

• Васильев, Владимир Николаевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Васильев, Владимир Николаевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

Введение

1 АНАЛИЗ МЕТОДИЧЕСКОГО И СТЕНДОВОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРОГОВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ И ПАРАМЕТРОВ ОБНАРУЖЕНИЯ СКАНИРУЮЩИХ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ ОБНАРУЖЕНИЯ И ПЕЛЕНГАЦИИ ИНФРАКРАСНОГО ДИАПАЗОНА

1.1 Сканирующие многоканальные оптико-электронные приборы обнаружения и пеленгации ИК диапазона, основные фотоэлектрические параметры и характеристики

1.2 Традиционные методы и средства определения пороговой чувствительности

1.3 Параметры обнаружения ОЭП

1.4 Направления совершенствования методического и стендового обеспечения определения пороговой чувствительности и параметров обнаружения сканирующих оптико-электронных приборов обнаружения

и пеленгации ИК диапазона

1.5 Выводы по главе

2 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОРОГОВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ МНОГОКАНАЛЬНЫХ СКАНИРУЮЩИХ ОЭП ОБНАРУЖЕНИЯ И ПЕЛЕНГАЦИИ ИК ДИАПАЗОНА

2.1 Метод выборочной оценки

2.2 Метод щелевого источника

2.3 Математическая модель для расчетной оценки вероятностной характеристики пороговой чувствительности

2.4 Влияние вероятностной характеристики пороговой чувствительности

и излучения внешнего фона на параметры обнаружения ОЭП

2.5 Метод экспериментальной оценки вероятностной характеристики пороговой чувствительности

2.6 Выводы по главе

3 РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ И СОЗДАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРОГОВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СКАНИРУЮЩИХ МНОГОКАНАЛЬНЫХ ОЭП ОБНАРУЖЕНИЯ И ПЕЛЕНГАЦИИ ИК ДИАПАЗОНА

3.1 Средства для проведения экспериментальной оценки вероятностной характеристики пороговой чувствительности и параметров обнаружения сканирующих многоканальных ОЭП ИК диапазона

3.2 Макет сканирующего многоканального оптико-электронного прибора обнаружения и пеленгации

3.3 Экспериментальный стенд для оценок характеристик пороговой чувствительности

3.4 Тест-объект для проведения оценок вероятностных характеристик пороговой чувствительности

3.5 Выводы по главе

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЕРОЯТНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРОГОВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СКАНИРУЮЩЕГО МНОГОКАНАЛЬНОГО ОЭП ОБНАРУЖЕНИЯ И ПЕЛЕНГАЦИИ ИК ДИАПАЗОНА

4.1 Оценка пеленгационных характеристик

4.2 Оценка плотности вероятности пороговой чувствительности

4.3 Оценка влияния фоновой помехи на плотность вероятности пороговой чувствительности

4.4 Результаты экспериментальных исследований вероятностных

характеристик пороговой чувствительности

4.5 Выводы по главе

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Список иллюстративного материала

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование методов и средств определения вероятностных характеристик пороговой чувствительности сканирующих многоканальных оптико-электронных приборов обнаружения и пеленгации инфракрасного диапазона»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время из-за значительного увеличения перечня предназначенных к обнаружению целевых объектов наблюдается усложнение технико-конструктивных решений, применяемых при создании многоканальных оптико-электронных приборов обнаружения и пеленгации ИК диапазона. Во вновь создаваемых приборах для повышения пространственно-энергетического разрешения и, как следствие, расширения перечня обнаруживаемых целевых объектов используются современные образцы охлаждаемых многоэлементных фотоприёмных устройств с предельно высоким энергетическим разрешением, оптические системы с малым уровнем собственного (фонового) излучения и дифракционно-ограниченным качеством изображения, блоки автоматической обработки информации. Наличие большого числа новых решений приводит к повышению актуальности проведения оценок эффективности работы ОЭП по назначению и корректное сравнение прибора с аналогами на этапе стендовых испытаний, обеспечиваемое выбором оптимального набора технических параметров и характеристик, описывающих свойства создаваемого прибора, разработкой и совершенствованием методов определения данных параметров и характеристик.

Основным параметром, характеризующим пространственно-энергетическое разрешение многоканального ОЭП обнаружения и пеленгации, является среднее значение пороговой чувствительности информационных каналов прибора, определяемое уровнем облученности на входном зрачке оптической системы от малоразмерного объекта, вызывающей на выходе информационного канала прибора значение сигнала равное шуму. Большинство существующего методического и стендового обеспечения определения пороговой чувствительности рассчитано на проведение оценок чувствительности в нормальных условиях окружающей среды для оптико-электронных приборов с небольшим количеством каналов и имеет ограничение по информативности получаемых оценок. Известные методы определения предполагают проведение

оценок пороговой чувствительности для ограниченного числа каналов ОЭП в условиях имитации работы с малоразмерным объектом, изображение которого располагается в центре площадки фоточувствительного элемента канала. Недостатками данных методов являются отсутствие в результатах оценок данных о вероятностных характеристиках пороговой чувствительности, связанных с разбросом энергетических и пеленгационных характеристик каналов, и случайным положением малоразмерного объекта в поле зрения ОЭП. Проведение оценок в нормальных условиях окружающей среды зачастую приводит к искажению получаемых результатов оценок пороговой чувствительности из-за влияния внешнего и внутреннего (приборного) фона от элементов конструкции испытуемого прибора и стендового оборудования. Проведение оценок при пониженном давлении и температуре (имитация условий эксплуатации), вызывает трудности из-за отсутствия необходимого стендового оборудования.

Таким образом, для создания новых образцов ОЭП пеленгации и обнаружения ИК диапазона является актуальной задача по совершенствованию методического и стендового обеспечения определения пороговой чувствительности для повышения достоверности и информативности получаемых результатов. В настоящей работе для повышения информативности результатов определения пороговой чувствительности многоканальных ОЭП обнаружения и пеленгации предлагается использование вероятностных характеристик пороговой чувствительности, полученных с учетом разброса энергетических и пеленгационных характеристик информационных каналов, положения малоразмерного объекта в поле зрения ОЭП, заданного характера и уровня внешнего и внутреннего (приборного) фонового излучения. Достоверность результатов определения достигается проведением оценок пороговой чувствительности для всех каналов испытуемого прибора, применением более совершенных методов и средств измерений снижающих погрешность измерений

Объектом исследования в настоящей работе являются сканирующие многоканальные оптико-электронные приборы обнаружения и пеленгации малоразмерных объектов в инфракрасном диапазоне (сканирующие

многоканальные теплопеленгаторы). Предметом исследования является методология определения пороговых характеристик (в т.ч. пороговая чувствительность и параметры обнаружения) оптико-электронных приборов (ОЭП) обнаружения и пеленгации малоразмерных объектов в инфракрасном (ИК) диапазоне.

Целью работы является исследование методов и средств определения вероятностных характеристик пороговой чувствительности сканирующего многоканального оптико-электронного прибора обнаружения и пеленгации инфракрасного диапазона, направленное на повышение полноты и достоверности информации о свойствах прибора, получаемой на этапах его разработки и стендовых испытаний.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: -провести анализ основных направлений развития сканирующих многоканальных ОЭП обнаружения и пеленгации ИК диапазона, а также существующих методов и средств определения вероятностных характеристик пороговой чувствительности. Выбрать направления совершенствования методов и средств определения вероятностных характеристик пороговой чувствительности;

-исследовать соотношения, определяющие вероятностные характеристики пороговой чувствительности сканирующих многоканальных ОЭП обнаружения и пеленгации ИК диапазона с учетом совместного влияния разброса энергетических и пеленгационных характеристик каналов, положения малоразмерного (целевого) объекта в поле зрения ОЭП;

-разработать математическую модель для расчетной оценки вероятностных характеристик пороговой чувствительности и параметров обнаружения ОЭП.

-разработать метод экспериментальной оценки вероятностных характеристик пороговой чувствительности сканирующего многоканального ОЭП обнаружения и пеленгации ИК диапазона, учитывающий разброс энергетических и пеленгационных характеристик каналов, положение малоразмерного объекта в поле зрения прибора, и обеспечивающий высокую информативность и

достоверность результатов оценок, эффективность их использования при определении параметров обнаружения;

-разработать методику и средства для проведения экспериментальных оценок вероятностных характеристик пороговой чувствительности сканирующего многоканального ОЭП обнаружения и пеленгации ИК диапазона с учетом влияния фонового излучения на результаты оценок;

-провести экспериментальные исследования разработанных метода, методики и средств экспериментальной оценки вероятностных характеристик пороговой чувствительности для подтверждения информативности и достоверности, получаемых результатов оценок, их эффективности при проведении испытаний современных образцов ОЭП. Научная новизна работы: -представление пороговой чувствительности сканирующих многоканальных ОЭП пеленгации и обнаружения малоразмерных объектов в инфракрасном диапазоне с использованием вероятностных характеристик, отличающееся учетом совместного влияния разброса энергетических и пеленгационных характеристик каналов, положения малоразмерного (целевого) объекта, что позволяет повысить информативность и достоверность оценок пороговой чувствительности, параметров обнаружения и эффективности применения по назначению ОЭП;

-разработана математическая модель расчетной оценки вероятностных характеристик пороговой чувствительности сканирующих многоканальных ОЭП обнаружения и пеленгации ИК диапазона, отличающаяся учетом равновероятного положения малоразмерного объекта в поле зрения прибора и характеристик внешнего фонового излучения, что обеспечивает повышение достоверности и информативности определения пороговой чувствительности и параметров обнаружения ОЭП;

-разработан метод экспериментальной оценки вероятностных характеристик пороговой чувствительности сканирующих многоканальных ОЭП обнаружения и пеленгации ИК диапазона, отличающийся использованием тест-объектов, имитирующих равновероятное расположение малоразмерных (целевых) и

фоновых объектов в поле зрения одновременно большого числа каналов, что позволяет учитывать в результатах оценки совместное влияние энергетических и пеленгационных характеристик каналов, и характеристик внешнего фонового излучения;

-разработаны методика и средства экспериментальной оценки вероятностных характеристик пороговой чувствительности сканирующего многоканального ОЭП пеленгации и обнаружения ИК диапазона, отличающиеся применением сочетания традиционных методов на основе близко расположенного протяженного и коллимированного (удаленного) источников излучения, что обеспечивает учет влияния на результаты оценок уровня внутреннего (приборного) фонового излучения и нелинейности функции передачи сигналов каналами;

-результаты экспериментальных исследований и практической реализации на стендах методов определения вероятностных характеристик пороговой чувствительности сканирующего многоканального ОЭП обнаружения и пеленгации ИК диапазона, позволяющие подтвердить адекватность описания пороговой чувствительности с использованием вероятностных характеристик, учитывающих совместное влияние разброса энергетических и пеленгационных характеристик каналов, случайное положение малоразмерного объекта в поле зрения ОЭП, и провести сравнение информативности и достоверности результатов оценок, получаемых при помощи традиционных и разработанного методов определения.

Достоверность полученных научных результатов подтверждается теоретическими расчетами и экспериментальными исследованиями по оценке вероятностных характеристик пороговой чувствительности и сравнении с традиционными методами измерений пороговой чувствительности. Отработка выполнялась на макетном образце теплопеленгатора на основе линейки с числом ФЧЭ 200.

Практическая ценность диссертационной работы:

-разработана математическая модель для расчетной оценки вероятностных характеристик пороговой чувствительности сканирующего многоканального ОЭП

обнаружения и пеленгации ИК диапазона, позволяющая прогнозировать пороговые характеристики ОЭП с высокой информативностью и достоверностью на этапах разработки и проектирования;

-разработан метод для экспериментальной оценки вероятностных характеристик пороговой чувствительности сканирующего многоканального ОЭП пеленгации и обнаружения ИК диапазона с использованием тест-объектов, позволяющий сохранить информативность и достоверность результатов оценок, значительно снизить трудоёмкость и длительность процедур оценки;

-разработана методика для экспериментальной оценки вероятностных характеристик пороговой чувствительности сканирующего многоканального ОЭП пеленгации и обнаружения ИК диапазона, обеспечивающая учет в результатах оценок влияния нелинейности функции передачи сигналов каналами и уровня внутреннего (приборного) фонового излучения. Методика позволяет автоматизировать измерения пороговой чувствительности для обеспечения измерений приборов с большим числом информационных каналов и энергетическим разрешением близким к предельному значению;

-разработан испытательный стенд и изготовлены, входящие в его состав, средства, для экспериментальной оценки вероятностных характеристик пороговой чувствительности сканирующего многоканального ОЭП пеленгации и обнаружения ИК диапазона, реализующие разработанные метод и методику определения вероятностных характеристик пороговой чувствительности. Положения, выносимые на защиту:

-представление пороговой чувствительности сканирующих многоканальных ОЭП обнаружения и пеленгации ИК диапазона с использованием вероятностных характеристик, учитывающих разброс энергетических и пеленгационных характеристик каналов, положение малоразмерного объекта в поле зрения ОЭП, позволяет повысить информативность и достоверность определения пороговой чувствительности и параметров обнаружения ОЭП, подтвердить эффективность прибора при решении поставленных задач;

-применение тест-объектов, имитирующих равновероятное расположение малоразмерных (целевых) и фоновых объектов в поле зрения одновременно большого числа каналов ОЭП при проведении экспериментальных оценок вероятностных характеристик пороговой чувствительности, обеспечивает проведение поканальных оценок для приборов с числом информационных каналов до 20 000 и более, сохранение информативности и достоверности результатов, учет влияния характеристик внешнего фонового излучения на результаты, снижение трудоёмкости и длительности оценок;

-использование сочетания протяженного близко расположенного и коллимированного (удаленного) источников излучения при проведении экспериментальных оценок вероятностных характеристик пороговой чувствительности, позволяет проводить оценки для ОЭП с предельным энергетическим разрешением (реализующим режим ограничения фоновым излучением), с учетом влияния уровня внутреннего (приборного) фонового излучения и нелинейности функции передачи сигналов каналами на результаты оценок.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 5 конференциях: конференция "Прикладная оптика" (2004, 2006, 2010 г.г.), 2-ая международная научная конференция "Экология и космос-2007", VI Всероссийской научно-технической конференции "Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования Земли"

Публикации основные материалы диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах, среди которых 7 статей в изданиях ВАК. Основные положения защищены авторскими свидетельствами на изобретения.

Реализация научных результатов разработанные методы расчетной оценки и измерений вероятностных характеристик пороговой чувствительности использованы при изготовлении теплопеленгатора космического базирования и выполнении опытно-конструкторских работ по созданию оптико-механических систем и оптико-электронных испытательных стендов на предприятии АО "НИИ

ОЭП" (Ленинградская область, г.Сосновый Бор), что подтверждено актом внедрения.

Результаты работы отражены в отчетах по НИР, проводимых коллективом Научно-образовательного центра оптико-электронного приборостроения Университета ИТМО, что подтверждено актом использования материалов при выполнении НИР.

Структура диссертации и аннотация её глав диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами по каждому из них, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка литературы, списка иллюстрационного материала.

Во введении показана актуальность темы диссертации, приводится постановка задач и краткая аннотация содержания работы по главам, дана оценка научной новизны, достоверности и практической ценности результатов работы, сформулированы защищаемые положения.

В первой главе на основании обзора литературы выполнен анализ методов и средств определения пороговой чувствительности сканирующих многоканальных ОЭП обнаружения и пеленгации ИК диапазона, обоснован вероятностный характер пороговой чувствительности данных приборов.

Рассмотрены направления развития сканирующих многоканальных ОЭП обнаружения и пеленгации ИК диапазона, определяющие пути совершенствования методов и средств определения технических характеристик приборов на этапах разработки и стендовых испытаний. Отмечены направления развития приборов, заключающиеся в повышении пространственно-энергетического разрешения, увеличении поля обзора и числа разрешаемых спектральных интервалов, применении бортовых средств обработки выходных сигналов для решения задач обнаружения и пеленгации. Показано, что данные улучшения обеспечиваются применением новых образцов многоэлементных фотоприёмных устройств ИК диапазона на основе субматриц фоточувствительных элементов (ВЗН линеек) с энергетическим разрешением близким к определяемому фоном значению (ОФ-режим), технико-

конструктивными решениями по снижению приборного (фонового) излучения и выравниванию чувствительности каналов прибора, оптимизацией алгоритмов бортовой обработки выходных сигналов, повышением достоверности и информативности стендовых (экспериментальных) оценок параметров ОЭП.

Рассмотрен основной параметр сканирующего многоканального ОЭП обнаружения и пеленгации ИК диапазона, характеризующий его пространственно-энергетическое разрешение, в форме пороговой чувствительности каналов при работе по малоразмерному объекту, выраженной в единицах эффективной облученности входного зрачка объектива. При этом среднее значение пороговой чувствительности каналов соответствует пороговой чувствительности прибора в целом, среднеквадратическое отклонение от среднего значения описывает разброс значений пороговой чувствительности отдельных каналов. Отмечено влияние положения малоразмерного объекта в поле зрения информационных каналов на значение пороговой чувствительности.

Рассмотрены традиционные методы экспериментальных оценок пороговой чувствительности (энергетической калибровки) каналов ОЭП, предполагающие проведение оценок выходных сигнала шума и сигнала от удалённого малоразмерного объекта, расположенного в центре поля зрения канала и создающего известный уровень облученности на входном зрачке прибора. Полученные значения сигналов используются в расчете пороговой чувствительности для измеренных каналов ОЭП (метод поканальной оценки), число каналов ограничено ввиду высокой продолжительности и трудоёмкости экспериментальных оценок, из-за необходимости совмещения изображения целевого объекта с центром фоточувствительной площадки канала. Распространение результатов оценок на остальные каналы ОЭП выполняется при проведении дополнительных оценок выходных сигналов каналов от протяженных источников излучения, перекрывающих поле зрения ОЭП и обеспечивающих расчеты относительного разброса энергетической чувствительности и пороговой чувствительности всех каналов ОЭП (метод коллимированного "щелевого" источника и метод близко расположенного протяженного источника излучения).

Показано, что при проведении экспериментальных оценок применяются длиннофокусные коллиматорные объективы для имитации засветок ОЭП от удалённых на большое расстояние объектов заданной формы и интенсивности излучения; используются источники с известным спектральным составом и интенсивностью излучения (модели черного тела); обеспечиваются условия окружающей среды близкие к эксплуатационным условиям для повышения достоверности получаемых результатов за счет регулирования внешнего фонового излучения и уменьшения влияния поглощения излучения в атмосфере в рабочем спектральном диапазоне прибора.

Проведен анализ пороговой чувствительности многоканальных ОЭП при работе с малоразмерными объектами, указывающий на вероятностный характер пороговой чувствительности прибора, из-за разброса энергетических характеристик каналов (в т.ч. энергетическая чувствительность, шум) и зависимости выходного сигнала от положения объекта в их поле зрения (пеленгационных характеристик). Отмечена перспективность сочетания существующих методов экспериментальных оценок пороговой облученности для повышения информативности и достоверности результатов оценок, а также снижения трудоёмкости процедур проведения экспериментальных оценок.

Рассмотрены принципы построения существующих испытательных стендов, реализующих традиционные методы экспериментальных оценок пороговой чувствительности сканирующих многоканальных ОЭП обнаружения и пеленгации ИК диапазона.

Во второй главе представлены вероятностные характеристики пороговой чувствительности многоканального сканирующего оптико-электронного прибора ИК диапазона и направления совершенствования метода и средств определения вероятностных характеристик пороговой чувствительности.

Показано, что пороговая чувствительность сканирующего многоканального ОЭП носит вероятностный характер, обусловленный разбросом энергетических и пеленгационных характеристик фоточувствительных элементов в составе каналов; геометрией взаимного расположения фоточувствительных элементов

(ФЧЭ) соседних каналов; положением малоразмерного (целевого) объекта в поле зрения ОЭП. Предложено представление вероятностных характеристик пороговой чувствительности в виде функции плотности вероятности р(гп{1р), получаемой при

условии равновероятного расположения малоразмерного объекта в пределах поля зрения каждого из каналов прибора.

Представлена разработанная автором математическая модель для расчетной оценки функции р(£1пор) образцов сканирующего многоканального ОЭП

обнаружения и пеленгации ИК диапазона с фотоприёмным устройством на основе линейки ФЧЭ. Показано значительное отклонение полученных распределений вероятности пороговой чувствительности от нормального закона распределения, что указывает на невозможность их достоверного описания при помощи первых моментов, характеризующих распределение случайной величины среднего значения и дисперсии пороговой чувствительности, величин получаемых при использовании традиционных методов определения пороговой чувствительности.

Получено расчетное соотношение описывающее плотность вероятности пороговой чувствительности сканирующего многоканального ОЭП р(Е ) с

учетом разброса энергетической чувствительности и пеленгационных характеристик каналов при равновероятном положении малоразмерного объекта в поле зрения ОЭП (в расчетах приняты аппроксимация пеленгационной характеристики экспоненциальным законом и описание разброса пороговой чувствительности Епор ^ нормальным законом распределения вероятности).

Представлены сравнительные расчетные оценки распределения пороговой чувствительности для ОЭП без учета влияния пеленгационных характеристик (традиционный метод испытаний) и с учетом данного влияния при различных уровнях пересечения пеленгационных характеристик соседних фоточувствительных элементов линейки ФЧЭ (£/тп).

Предлагаемое представление пороговой чувствительности в виде функции плотности вероятности обеспечивает не только расчет параметров распределения (среднее, дисперсия и др.) необходимых для установления соответствия прибора

предъявляемым требованиям и сравнения различных ОЭП, но и может использоваться в дальнейшем при оценке параметров обнаружения каждого из каналов ОЭП. Приведены в графическом виде параметры обнаружения канала ОЭП с учетом пеленгационных характеристик и фоновых помех, описываемых нормальных законом распределения. Приведена расчетная оценка параметров обнаружения канала ОЭП при заданном значении облученности на входном зрачке от малоразмерного (целевого) объекта и распределениях сигнала от целевого объекта и фона, в.т.ч. порог срабатывания (^пор), вероятности

правильного обнаружения (Э) и ложных тревог (Р).

Представлен разработанный автором с участием соисполнителей метод экспериментальной оценки вероятностных характеристик пороговой чувствительности многоканального сканирующего ОЭП обнаружения и пеленгации ИК диапазона. Метод обеспечивает оценки, как минимальных значений пороговой чувствительности (при центральном расположении изображения малоразмерного объекта относительно фоточувствительного элемента канала), что характерно для традиционных методов, так и плотность вероятности пороговой чувствительности одновременно для большого числа каналов в условиях равновероятного расположения малоразмерного объекта в поле зрения каналов. В основе метода применение тестового объекта имитирующего матрицу равноярких объектов имеющих заданное пространственное положение, которое определяется параметрами испытуемого прибора (расположением ФЧЭ каналов, направлением сканирования поля обзора и пр.). Технический результат применения метода экспериментальной оценки в повышении информативности, точности и оперативности оценок, а также возможности автоматизации процедур экспериментальных оценок.

С учетом направлений развития многоканальных ОЭП пеленгации ИК диапазона предложена методика проведения экспериментальной оценки: первый этап - измерение напряжения шума и функции передачи сигналов для каналов, которое выполняется по методу близко расположенного протяженного источника

излучения; второй этап - измерение плотности вероятности сигнала на выходе каналов при условии равновероятно расположенного малоразмерного объекта, выполняемое с использованием приведенного выше метода тест объекта; третий этап - расчет вероятностных характеристик пороговой чувствительности. Применение данной методики обеспечивает учет в получаемых результатах оценок вероятностных характеристик пороговой чувствительности их зависимости от уровня фонового излучения и отклонений от линейности функции передачи сигналов каналов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Васильев, Владимир Николаевич, 2017 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Lawrie D.G., Lomheim T.S. "Advanced Electro-optical Space Based System for Missile Surveillance" // Report The Aerospace Corporation, 2001 - 32 стр.

2 Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. "Современные проблемы инфракрасной техники"// Москва, Изд-во МИИГА и К, 2011. - 84 с.

3 Иган Дж. "Теория обнаружения сигналов и анализ рабочих характеристик"//Изд-во Наука, Москва, 1983г.,216 с.

4 Левшин В.Л. "Обработка информации в оптических системах пеленгации"//Изд-во Машиностроение, Москва, 1978г., 168 с.

5 Тяпкин В.Н. "Основы построения радиолокационных станций радиотехнических войск" // Учебник. - Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2011. - 536 с.

6 "События в околоземном космическом пространстве" // Отчет - ЦНИИмаш, Выпуск 3 (22), 2012 год. - 53 стр.

7 Буткевич В.Г., Бочков В.Д., Глобус Е.Р. и др. "Фотоприемники и фотоприемные устройства на основе поликристаллических и эпитаксиальных слоев халькогенидов свинца"// Прикладная физика, № 6, 2001г., 66-112 с..

8 Васильев В.В., Предеин А.В. и др. "Линейчатый фотоприёмник формата 288*4 с двунаправленным режимом временной задержки и накопления"// Оптический журнал, №76, т.12, 2009, 30-35 с.

9 Филачев А.М., Бурлаков И.Д. и др. "Фотоприёмный модуль формата 1024*10 для приборов космического применения на основе КРТ на область 1-3 мкм"// ФГУП "НПО Орион", Труды конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения, 2012, 22-24 с.

10 Ортенберг Ф.С. "Методы инфракрасного зондирования Земли из космоса"// Изд-во Знание, Москва, 1987г., 214 с..

11 Сафронов Ю.П., Эльман Р.И. "Инфракрасные распознающие устройства" // Изд-во Воениздат, Москва, 207 стр.

12 Сокольский М.Н. "Допуски и качество оптического изображения"// Изд-во Машиностроение, Ленинград, 1989г. , 221 стр.

13 Vuillermet М. "Latest Developments of Cooled infrared Detectors at Sofradir, France"// Defence Science Journal, Vol.63, No.6, November 2013, 550-554 р.

14 Илюшин В.А. "Многоэлементные фотоприёмные устройства и тепловизоры"// Изд-во НГТУ, Новосибирск, 2003г., 57 с.

15 Barnere F., Druart G. "Compact infrared cryogenic water-level camera: design and experimental validation"// Applied Optics, Vol.51, No.8, 10 march 2012, 1049-1051 р.

16 Формозов Б.Н. "Аэрокосмические фотоприёмные устройства в видимом и инфракрасном диапазонах"// СПбГУАП, СПб, 2002г.,121с.

17 Каменев А.А. "Основные направления развития оптико-электронной аппаратуры космических аппаратов наблюдения за объектами ракетно-космической техники"// Сборник трудов "Космические информационно-управляющие системы", выпуск №3, 2009г.

18 Сафронов Ю.П. "Инфракрасная техника и космос"// Изд-во Советское радио, Москва, 1978г., 248 с.

19 Мирзоева Л.А. "Космическая оптико-электронная аппаратура обнаружения очагов лесных пожаров" // Оптический журнал. № 8. 1992г., 17-21 с.

20 Хадсон Р. "Инфракрасные системы"// Изд-во Мир, Москва, 1972 г., 535 с.

21 Дж.Ллойд "Системы тепловидения"// Изд-во Мир, Москва, 1978 г., 417 с.

22 ГОСТ 17772-88 "Приемники излучения полупроводниковые фотоэлектрические и фотоприемные устройства. Методы измерения фотоэлектрических параметров и определения характеристик"// Комитет по стандартам СССР, Москва.

23 Васильев В.Н., Гридин А.С., "Методы калибровки системных параметров многоканальных оптико-электронных приборов"// Приборостроение №3, 2005, 58-61с.

24 Васильев В.Н. "Исследование методов аттестации информационных многоканальных оптико-электронных приборов"// Конференция "Прикладная оптика-2004", т.1, 139-144с.

25 Бочков В.Д., Дражников Б.Н. и др. "Исследование многорядных ФПУ формата 1024*10 на основе КРТ"// Успехи прикладной физики, 2014, т.2, №1, 65-69 стр.

26 Бочков В.Д., Дражников Б.Н., Кузнецов П.А., Козлов К.В., Соляков В.Н. "Метод исследования параметров ФПУ с ВЗН формата 1024*10 на основе КРТ"// Прикладная физика, №1, 2014г., 53-67 с.

27 Порфирьев Л.Ф. "Основы теории преобразования сигналов в оптико-электронных системах"//Изд-во Машиностроение, Москва, 1989г., 387 с.

28 Воронич В.Б. и др." Сравнительный анализ методов измерения параметров ФПУ с помощью точечного и щелевого излучателей"// Приборостроение, Ленинград, № 1, 1992г., 12-16 с.

29 Васильев В.Н., Дмитриев И.Ю, Дражников Б.Н., Козлов К.В., Кузнецов П.А., Соляков В.Н., Пономаренко В.П. "Сравнительный анализ методов измерения параметров ФПУ с режимом ВЗН" // Успехи прикладной физики, т.3, №5, 2015г., 486-494 с..

30 Отчет о НИР "Разработка методов и средств метрологического обеспечения измерения энергетических характеристик и градуировки спектрорадиометрической аппаратуры, применяемой в космических исследованиях"// Москва, Всесоюзный НТИЦ., 1987г., 60 с.

31 Михеенко Л.А., Микитенко В.И. "Энергетическая калибровка многоспектральных сканерных устройств высокого разрешения"// Космическая наука и технологии, т.15, №3, 2009г., 42-49 стр.

32 Chevrette Р. "Calibration of Thermal Imagers", Proceedings of SPIE on Optical Testing and Metrology, Vol.661, June 86.

33 Дмитриев И.Ю. "Методы энергетической калибровки многоканальных сканирующих оптико-электронных приборов"// Оптический журнал, том 75, №11, 2008 г., 42-46 с.

34 Русин С. П., Пелецкий В. Э. "Тепловое излучение полостей"// Изд-во Энергоатомиздат, Москва, 1987г., 152 стр.

35 Ишанин Г.Г., Мальцева Н.К., Мусяков В.Л. "Источники и приемники излучения" ГУ ИТМО, СПб, 2006г., 85 с.

36 ГОСТ 8.566-96 "Излучатели эталонные (образцовые) в виде моделей абсолютно черного тела для диапазона температур от минус 50 °С до плюс 2500 °С. Методика аттестации и поверки"// Госстандарт России, Москва. 33

37 Non-Contact Temperature Measurement, Thermal Imaging & Calibration Standards//Catalogue IMPAC-Mikron, 2011, 16 s.34

38 Васильев В.Н., Воронич В.Б., Дмитриев И.Ю., Гридин А.С. "Метод измерений основных фотоэлектрических параметров и характеристик оптико-электронного прибора обнаружения с использованием протяженной модели черного тела"// Конференция "Прикладная оптика - 2010", Сборник трудов, т.1, с.150-154.

39 Гектин Ю.М. и др. "Сканирующее устройство для дистанционного получения изображений"// Патент РФ 2498365, 2012г.

40 ГОСТ 8.195-89 "Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений спектральной плотности энергетической яркости, спектральной плотности силы излучения и спектральной плотности энергетической освещенности в диапазоне длин волн от 0,25 до 25,00 мкм; силы излучения и энергетической освещенности в диапазоне длин волн от 0,2 до 25,0 мкм"//Госстандарт России, Москва

41 "Система метрологического обеспечения калибровки оптической радиометрической аппаратуры дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)"

// Материалы конференции 10 форума "Точные измерения основа качества и безопасности". -2013

42 Панфилов А.С., Гаврилов В.Р. и др. "Новая эталонная база России для радиометрической калибровки оптической аппаратуры наблюдения Земли и оценка возможных уровней точности получаемых радиометрических данных"// Современные проблемы дистанционного зондирования Земли и оценка возможных уровней точности получаемых радиометрических данных, 2011, т.8, №2, 303-309 с.

43 Беднов С.М. и др. "Вопросы создания объединенного метрологического центра коллективного пользования для калибровки ИК аппаратуры ДЗЗ"// Материалы конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса-2005", т.1, 163-170 стр.

44 Бугаенко А.Г., Зарипов Р.И. "Модернизированный высокоточный измерительный стенд ВЭ-1227М" // Оптический журнал., т.74, №1., 2007г., 20-23 с.

45 Алешко Е.И. "Калибровка дифференциальных коллиматорных стендов по разности радиационных температур"// Оптический журнал, том.74, №3,2007 г.,13-15 с..

46 ОСТ 3-6816-94. Метод измерения функции концентрации энергии// Издательство стандартов. Москва

47 ГОСТ 24724-81 "Метод измерения коэффициента рассеяния"// Комитет СССР по стандартам, Москва.

48 Якушенков Ю.Г. "Теория и расчет оптико-электронных приборов"// Изд-во Логос, Москва, 1999 г., 500 стр.

49 Шестов Н.С. "Выделение оптических сигналов на фоне случайных помех"// Изд-во Советское радио, 1967 г., 352 стр.

50 Купер Дж., Макгиллем К. "Вероятностные методы анализа сигналов и систем"//Изд-во Мир, Москва, 1989г.,376 с.

51 Филачев А.М., Пономаренко В.П. "Параметры сигнала многорядных фотоприёмников на основе КРТ с учетом коррекции неоднородности чувствительности"// ФГУП "НПО Орион", Тезисы конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения, 2004г., 20 с.

52 Раковский Ю.Н. "Возможность и условия адаптивного выравнивания каналов оптико-электронной аппаратуры с многоэлементным фотоприемником по сигналам наблюдаемой сцены" // Оптический журнал, № 1., 2004, 36-41с.

53 Perry D., Dereniak E. "Linear theory of nonuniformity corrections in infrared starring arrays"// Optical Engineering, vol. 32 №8? 1993, 1854р..

54 Shulz М. and Galdwell L. "Nonuniformity correction and correctability of infrared focal plane arrays" // Infrared Phys. Technol..,Vol. 36, 1995 763р..

55 Колмогоров А.Н. "Теория вероятностей и математическая статистика"// Изд-во Наука, Москва, 1986г., 585 с.

56 Бычков^ий Я.В. и др. "Установка для измерения параметров фотоприёмного модуля с временной задержкой накопления на основе КРТ"// НИЯУ МИФИ, Москва, 6-ая международная конференция по фотонике и информационной оптике, сборник научных трудов,2015 г., 322323 стр.

57 Белоусов Ю.И. и др." Влияние коэффициента заполнения матричного фотоприёмника на качество тепловизионного изображения"// Оптический Журнал, № 8, Т. 68, 2001. С. 75-80.

58 Белоусов Ю.И., Смирнов А.Л. "Оценка качества изображения, формируемого матричными ФП с различными коэффициентами заполнения"// Известия СПб ГЭТУ (ЛЭТИ), серия «Физика твёрдого тела и электроника», № 1, 2002. С. 50-54.

59 Артюков В.А. и др. "Особенности проектирования ИК камеры на основе ПЗС с силицидом платины для обнаружения удаленных малоразмерных объектов"// Оптический журнал, №6, 1997.

60 Гридин А.С., Дмитриев И.Ю., Васильев В.Н. "Влияние пеленгационных характеристик и разброса чувствительности элементов фотоприёмника на распределение пороговой чувствительности оптико-электронного прибора"// Конференция "Прикладная оптика - 2006", Сборник трудов, т.1, 139-144 с.

61 Давыдов В.С. "Исследование излучения верхней атмосферы Земли в видимой области спектра"// М., Машиностроение, 1986 г

62 Кринов Е.Л. "Спектральная отражательная способность природных образований"//. М., Л., АН СССР, 1947 г.

63 Малкевич М.С. "Оптические исследования атмосферы со спутников"//. М., Л., АН СССР, 1973 г.

64 Гридин А.С., Дмитриев И.Ю., Васильев В.Н., Воронич В.Б., "Способ определения энергетической пороговой чувствительности многоканального сканирующего теплопеленгатора и тестовый объект для его осуществления" // Патент РФ №2269796, 2004.

65 Дмитриев И.Ю., Васильев В.Н. "Метод энергетической калибровки оптико-электронной аппаратуры с многоканальными, в там числе матричными фотоприёмными устройствами с использованием специальных тестовых объектов" // Материалы 2-ой международной научной конференция "Экология и космос-2007"

66 Hayes А., Downs G. "The Seeker Experimental System at MIT Lincoln Laboratory"// SPIE Proceedings, Vol.6208, May 2006, 11 р.

67 Гвоздёва Н.П., Коркина К.И. "Теория оптических систем и оптические измерения"//Изд-во Машиностроение, Москва, 1981г., 384 с.

68 Михельсон Н.Н. "Оптические телескопы. Теория и конструкция" //Изд-во Наука, Москва, 1976г., 450 с.

69 Савицкий А.М. и др. "Оптические системы объективов для малых космических аппаратов"// Оптический журнал, 76, 10, 2009, стр. 83.

70 Cook L. "Flat field Schmidt telescope with extended field of view"// Patent US7933067, 2011г.

71 Cook L. "Reflective triplet optical form with external rear aperture stop for cold shielding"// Patent US20100110539A1, 2008.

72 Лебедева Г.И., Гурбуль А.А. "Перспективные аэрокосмические зеркальные объективы"// Оптический журнал, № 8, 57-62 с.

73 Горбунов Г.Г., Дёмин А.В. и др. "Гиперспектральная аппаратура для дистанционного зондирования Земли"// Оптический журнал, т.76, №10, 2009, 75-80 с.

74 Ульянова Е.О., Алдохин П.А. "ИК-объективы для широкоформатных охлаждаемых матричных фотоприёмных устройств диапазонов 3-5 мкм, 812 мкм"// Интерэкспо Гео-Сибирь, №1, т.5,2014.

75 Данилов В.А., Маламед Е.Р. и др."Схемно-технические решения оптико-электронных камер для дистанционного зондирования Земли, установленных на МКА"// Тезисы докладов IV Международной конференции выставке малых спутников. Книга 1, г. Королёв Московской области, 2004, стр. 136.

76 Акимов Н. П., Гектин Ю. М. и др. " ИК-радиометры нового поколения на основе многоэлементных приемников излучения"// Приложение к журналу "Мехатроника, автоматизация и управление" №5, 2007, 2-5 с.

77 Васильев В.Н., Дмитриев И.Ю., Тихонов С.В., "Модель протяженного абсолютно черного тела для проведения энергетической калибровки оптико-электронных приборов дистанционного зондирования Земли"// СПб, Оптический журнал, т.76, №9, с.71-75.

78 Vacuum blackbody //HGH Catalogue, 2015, 12 p.

79 Васильев В.Н., Дмитриев И.Ю., Линский П.М., Никитин Н.В., Томеев К.А. "Исследование характеристик бортового калибратора для космического ИК-радиометра"// Оптический журнал, 2014, т.81, №9, с.46-51.

80 Глебова Л.Н., Гридин А.С. "Способ формирования испытательных полутоновых тестов в ИК области спектра" // Оптический журнал, 1992, №8, 57-59 с.

81 Pape D., Carter J. "Digital mirror device infrared scene projector"// SPIE Proceedings, vol.2223, 42-54 p.

82 Beasley B., Bender M. "Dynamic IR Scene Projector Based Upon the Digital Micromirror Device"// SPIE 4366, Technologies for Synthetic Environments: Hardware-in-the-Loop Testing VI, 96 ,August 31, 2001.

СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО МАТЕРИАЛА

№ п/п Наименование иллюстрации

1 Таблица 1.1 - Основные технические характеристики современных образцов сканирующих многоканальных ОЭП обнаружения и пеленгации ИК диапазона

2 Таблица 2.1 - Результаты оценок пороговой чувствительности с применением выборочного метода

3 Таблица 2.2 - Результаты оценок пороговой чувствительности с применением метода "щелевого" источника

4 Таблица 2.3 - Сравнение результатов оценок пороговой чувствительности полученных с использованием поканального метода и метода "щелевого" источника

5 Таблица 3.1 - Параметры двухканального коллиматорного объектива

6 Таблица 3.2 - Конструктивные параметры канала имитатора малоразмерного объекта

7 Таблица 3.3 - Конструктивные параметры канала имитатора фоновых объектов

8 Таблица 3.4 - Технические характеристики калибратора

9 Таблица 3.5 - Основные технические характеристики макета сканирующего многоканального ОЭП обнаружения и пеленгации ИК диапазона

10 Таблица 3.6 - Характеристики тест-объекта ТС-100

11 Таблица 4.1 - Результаты оценки нормированных пеленгационных характеристик каналов ОЭП (с 1 -ого по 50-ый канал)

12 Таблица 4.2 - Расчетные значения аппроксимации усредненной пеленгационной характеристики

макета ОЭП функциями вида cos (x/a) и exp(-x2 /a)

13 Таблица 4.3 - Результаты оценки изменения пороговой чувствительности при равновероятном положении малоразмерного источника в поле зрения (для каналов макета ОЭП с 1-ого по 50-ый)

14 Таблица 4.4 - Плотность вероятности значения нормированной пороговой чувствительности с

№ страницы 25

44

49

50

97

97

98 106 110

119 127

131

132

учетом наличия пеленгационных характеристик

15 Таблица 4.5 - Значения пороговой облученности 141 каналов ОЭП при расположении изображения малоразмерного источника тест-объекта в поле

зрения каналов (в пределах поля зрения первых 20-ти каналов ОЭП)

16 Таблица 4.6 - Значения плотности вероятности 142 пороговой чувствительности макета ОЭП с учетом пеленгационных характеристик и разброса чувствительности каналов

17 Таблица 4.7 - Плотность пороговой облученности 147 с учетом пеленгационных характеристик и разброса чувствительности каналов ОЭП при различных уровнях внешнего фонового излучения

18 Таблица 4.8 - Отношение пороговых 150 чувствительностей, рассчитанных при использовании поканального метода измерений и

при использовании метода измерения вероятностных характеристик