Разработка методов уменьшения фоновой облучённости для повышения эффективности ИК пеленгаторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат наук Правдивцев Андрей Виталиевич

• Правдивцев Андрей Виталиевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Правдивцев Андрей Виталиевич

Введение

Глава 1. Анализ технических решений для повышения

эффективности ИК пеленгаторов

1.1. Постановка задачи исследований

1.2. Анализ влияния фоновых излучений на эффективность ИК пеленгаторов

1.3. Обзор методов анализа фоновой облучённости в ИК пеленгаторах

1.4. Метод переноса оптических элементов в криогенную область приёмника

1.5. Анализ особенностей пеленгаторов с широкоугольными оптическими системами

Выводы по главе

Глава 2. Метод расчёта фоновой облучённости в

оптико-электронных системах ИК диапазона

2.1. Постановка задачи разработки метода расчёта фоновой

облучённости от внешних и внутренних источников

2.1.1. Модель компонентов оптической системы как

источников внутреннего фонового излучения

2.2. Оценка адекватности метода расчёта фоновой облучённости

2.3. Апробация метода расчёта внешних и внутренних фонов ИК

пеленгаторов

2.3.1. Объектив без промежуточного изображения и

протяженной оправы

2.3.2. Объектив с промежуточным изображением и

протяжённой межлинзовой оправой

Выводы по главе

Глава 3. Методы уменьшения фоновой облучённости приёмника путём оптимизации конструктивных и технологических параметров оптической системы ИК пеленгатора

3.1. Общие положения

3.2. Анализ технических и конструктивных возможностей для снижения фоновой облучённости приёмника

3.2.1. Оптимизация оптических свойств покрытий оправ

3.2.2. Оптимизация конструкции оправ

3.2.3. Выбор оптимальной температуры ИК объектива

3.2.4. Комплексирование конструктивных и технологических параметров для снижения фоновой облучённости приёмника

3.2.5. Численная оценка эффективности снижения фоновой облучённости при переносе элементов в охлаждаемую область

3.3. Экспериментальная апробация метода расчёта фонового потока 113 Выводы по главе

Глава 4. Метод анализа и оптимизации мгновенного углового поля и фонового потока в широкоугольных оптических системах ИК пеленгаторов

4.1. Постановка задачи и метод её решения

4.2. Метод расчета величины мгновенного углового поля и потока

в пикселе при разработке широкоугольных оптических систем

4.3. Расчёт мгновенного углового поля оптических систем для типовых условий работы PI К пеленгаторов

4.3.1. Расчёт мгновенного углового поля при обнаружении удалённых (точечных) объектов

4.3.2. Расчёт мгновенного углового поля при обнаружении объектов на плоской подстилающей поверхности

4.3.3. Расчёт мгновенного углового поля при обнаружении объектов на внешней стороне полусферы

4.4. Апробация метода анализа и оптимизации мгновенного углового поля и фонового потока в широкоугольных оптических системах ИК пеленгаторов

Выводы по главе

Заключение

Список используемых обозначений

Список литературы

Приложение А. Таблица данных для случая анализа оптических свойств оправ

Приложение Б. Таблица данных для случая анализа конструкции оправ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов уменьшения фоновой облучённости для повышения эффективности ИК пеленгаторов»

Введение

В настоящее время разрабатывается и производится большое количество оптико-электронных систем (ОЭС), работающих в ИК диапазоне спектра, и предназначенных для решения различного рода оборонных и народно-хозяйственных задач, причем требования, предъявляемые к ним, постоянно растут. Так, например, одна из тенденций построения ОЭС, базирующихся на подвижных объектах использование набора сенсоров, распределённых по поверхности носителя [1, 2], предназначенных для получения кругового беспропускного обзора. Для реализации данного подхода требуется минимизация габаритов систем, при сохранении высоких характеристик.

Так как ОЭС ИК диапазона имеют широкое применение, то задача повышения их характеристик (дальности обнаружения при заданных значениях вероятности правильного обнаружения и вероятности ошибочных решений, точности определения координат), с уменьшением габаритов и при полноценном учёте всех особенностей широкоугольных оптических систем (угловое поле более 90°), является актуальной. Основные характеристики ОЭС напрямую привязаны к отношению «сигнал/шум» (ОСШ). Поэтому основная идея исследования состоит в поиске способов увеличения величины ОСШ в тепловизионных приборах(ТВП) и ИК пеленгаторах, с матричными фотоприёмными устройствами (МФПУ), функционирующим в режиме ограничения чувствительности фоном (ОФ), за счёт уменьшения внешних шумов [3, 4]. Рассматриваются внешние по отношению к фотоприёмнику шумы, вызванные его фоновыми засветками с элементов оптической системы ТВП ИК пеленгатора; а так же внешние по отношению ИК пеленгатору и ТВП шумы, вызванные излучением наблюдаемого сюжета.

Диссертационная работа базируется на результатах фундаментальных

исследований, полученных в теории оптико-электронного приборостроения Л.З. Криксуновым [5], Дж. Ллойдом [6],К).Г. Якушенков [7], М.М. Мирошниковым [8], Ж. Госсоргом [9] В.Я. Колючкиным [10], А.PI. Омелаев, В.А. Овсянниковым, P.M. Алеев, В.П. Иванов [11 14], Н.С. Шестовым [15] и многими другими.

В настоящее время развитие вычислительной техники позволяет перейти к использованию методов оптимизации ОЭС, которые ранее не могли быть реализованы из-за технических ограничений. Постоянно повышается роль математического моделирования при разработке ОЭС [16], позволяющего рассматривать, сравнивать и выбирать различные варианты формирования ОЭС, а так же отказаться от дорогостоящих натурных исследований и испытаний на первых этапах проектирования вновь разрабатываемых систем.

Используемые в настоящее время методики расчета фонового излучения являются приближенными и зачастую основываются на результатах исследований уже разработанных систем. В тоже время возможности вычислительных средств позволяют решать задачи синтеза и оптимизации при создании конструкций ОЭС, обеспечивающих минимальный уровень внешнего и внутреннего фоновых потоков на приёмнике излучения. Поэтому, в настоящее время, важной задачей является разработка вычислительного метода моделирования и оптимизации внутренних и внешних фоновых излучений оптических систем среднего и дальнего PI К диапазона.

Известным методом уменьшения фонового потока является применение охлаждаемой диафрагмы. Платой за использование является усложнение конструкции и увеличение габаритов оптических систем. Альтернативой является техническое решение, при котором часть линз переносится в охлаждаемую зону непосредственно вблизи чувствительного слоя МФПУ.При этом уменьшается фоновый поток и габариты системы, за счет усложнения технологического процесса на этапе разработки и изготовления.

На современном уровне технологии создания криогенноохлаждаемых МФПУ такая операция сложна, может осуществляться только индивидуально для конкретной оптической системы и конструкции МФПУ, технически затратна. Поэтому чрезвычайно важна методика предварительной количественной оценки выигрыша её реализации, чтобы прогнозировать рентабельность достигаемого увеличения эффективности всего ПК пеленгатора или ТВП.

Третье поколение ОЭС основано на широком использовании МФПУ [17], что стало возможным благодаря успехам в технологии изготовления полупроводниковых элементов и МФПУ [18]. Применение МФПУ позволяет при регистрации оптического сигнала обеспечить в заданном широком угловом поле требуемое пространственное разрешение [19]. При разработке

ОЭС с использованием сверхширокоугольных ОС (угловое поле более °

углового поля в пространстве предметов и, связанный с ним, фоновый поток в пикселе, влияющий на ОСШ. В работе выделяется три группы задач, различающиеся, в конечном итоге, разными требованиями к характеру изменения величины мгновенного поля зрения оптической системы от центра к периферии поля зрения ОЭС.

Обычно в системах, предназначенных для обнаружения объектов, требуется одинаковая величина мгновенного углового поля пикселя в пространстве предметов. Однако существуют задачи, в которых мгновенное угловое поле должно быть неодинаковым в пределах всего углового поля. Как правило это системы теплопеленгации, в которых в отличии от тепловизионных систем, не требуется получать неискаженное изображение окружающего пространства, но требуется обеспечить максимальное ОСШ при пеленгации точечного объекта. В этом случае алгоритм обнаружения сможет выделить малоразмерный объект из совокупности внутренних шумов и фоновых помех. Особенность ПК пеленгаторов такого типа в широком

и сверхшироком поле зрения, сопровождающимся различными размерами мгновенного поля в центре и на краю поля зрения.

Примером может служить широкоугольная система, установленная на поверхности Земли, предназначенная для обнаружения объектов в заданном диапазоне высот в полусфере. При ограничении высот, на которых могут наблюдаться объекты, из-за более длинной наклонной трассы и меньшего коэффициента пропускания атмосферы, целесообразно требовать более высокого отношения «сигнал/шум» на краю поля. Это может быть достигнуто за счёт оптимизации мгновенного углового поля. При уменьшении величины мгновенного углового поля, поток от фона уменьшится, в то время как отклик от объекта не изменится (предполагая, что объект меньше мгновенного углового поля); тем самым увеличится ОСШ (для МФПУ, функционирующего в режиме ОФ). Требуемое изменение величины мгновенного углового поля в пространстве предметов может быть достигнуто за счёт геометрических искажений в виде дисторсии и проективных искажений, возникающих из-за взаимного расположения в пространстве объекта и ОЭС. В некоторых случаях коррекция неравномерности может быть выполнена на этапе цифровой обработки сигналов, но для этого оптическая система не должна вносить критические искажения в сигнал.

Востребованность ПК систем несканирующего типа, обеспечивающих непрерывный и беспропускной обзор широкой области пространства, требует создания современного рабочего инструментария расчёта «сверхширокоугольных» ОС ПК диапазона. Поэтому актуальной задачей является разработка метода синтеза и оптимизации широкоугольных оптических систем, с заданными требованиями по пространственному распределению значения мгновенного углового поля и потока фонового излучения в пикселе.

Проектирование оптических систем с широким полем зрения имеет

свои особенности, которые нельзя рассматривать отдельно от процесса регистрации оптических сигналов с помощью МФПУ. Поскольку задача создания теплопеленгаторов с нужной эффективностью решается с учётом многих переменных исходных данных и характеристик других функциональных блоков ОЭС, то требуется инструмент расчёта ОС, который обладал бы быстродействием, достаточного для проведения большого объёма расчётов и одновременно не увеличивающий погрешность результатов.

Целью диссертационной работы является разработка методов снижения уровня фоновой облучённости на приёмнике излучения для повышения эффективности ПК пеленгационных ОЭС.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать метод расчета и оптимизации фоновой облучённости на приёмнике от внешних и внутренних источников в пеленгационных ОЭС среднего и дальнего ПК диапазона и провести численное моделирование распространённых оптических систем.

2. Разработать метод оптимизации величины углового разрешения и потока излучения на пикселе в оптических систем широкоугольных ПК пеленгаторов и провести исследование влияния параметров оптических систем на поток излучения в пикселе.

3. Разработать метод коррекции конструктивных параметров оптических систем, влияющих на аберрационные харатекристики, позволяющая обеспечить выполнение требований по угловому разрешению и закону изменения потока на пикселе для пеленгационных ОЭС со светосильными широкоугольными оптическими системами.

4. Провести экспериментальные исследования для подтверждения

правильности разработанной метода расчёта фоновой облучённости и определения границ применимости.

Научная новизна

1. Разработан метод, позволивший оптимизировать конструкцию оптических систем ИК диапазона (путём варьирования оптимальной формы оправ, подбора оптических характеристик элементов конструкции) для уменьшения собственного и переотражённого излучения. В рассмотренных системах удалось снизить уровень фоновой облучённости в 1,5-4 раза.

2. Для светосильных широкоугольных оптических систем ИК диапазона показана возможность достижения изменения углового разрешения и интенсивности фонового потока на пикселе менее 10% по полю зрения за счёт применения разработанного численно-аналитического метода расчёта.

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

1. Метод численного моделирования фоновой облучённости от внутренних и внешних фоновых источников в пеленгационных ОЭС среднего и дальнего ИК диапазона, позволивший оценить фоновый поток на элементах МФПУ.

2. Оптимизация схемных, конструктивных и технологических параметров оптических систем оптико-электронных систем позволила уменьшить внутренний фоновый поток в 4 раза относительно среднего варианта, суммарный фоновый поток в 1,5 раза для системы предназначенной для наблюдения поверхности Земли.

и

3. Результаты расчета фонового потока ИК оптических систем с элементами, размещенными в криогенной области приёмника. В рассмотренных системах удалось повысить отношение сигнал/шум в 1,07-1,6 раза.

4. Численно-аналитический метод расчёта, позволивший получить в рассмотренных широкоугольных оптических системах отклонение мгновенного углового поля и потока на пикселе менее 10%.

Практическая значимость

Разработан метод анализа фоновой облучённости, который позволяет повысить эффективность пеленгационных ОЭС ИК диапазона путём оптимизации конструкции системы и численно оценить конструктивные решения, в том числе, перенос компонент ОС в охлаждаемую зону МФПУ. Метод был применён в процессе разработки ряда ИК объективов. Произведен анализ технического решения по конструктивному исполнению ОС с расположением линзовых компонент в криогенной области охлаждаемых приёмников по величине отношения «сигнал/шум». Разработан численно-аналитический метод анализа и оптимизации величины мгновенного углового поля и потока на пикселе в широкоугольных оптических системах.

Апробация работы Основные результаты диссертации докладывались на следующих конференциях: XII 1-я. IX-я и Х-я международные конференции «Прикладная оптика» (2008, 2010, 2012 и 2018 г., Санкт-Петербург), Научно-техническая конференция ОАО «НПК «СПП» (2009 г.), Международная конференция DSPA-2010 - «Цифровая обработка сигнала и её применение» (Москва, 2010 г.), XXI, XXII и XXIII Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения (Москва, 2010, 2012, 2014 г.), VIII Всероссийский молодежный Самарский конкурс-конференция научных работ по оптике

и лазерной физике (Самара, 2010 г.), международная конференция SPIE Electro-Optical and Infrared Systems: Technology and Applications VIII (Прага, 2011), международная конференция SPIE Optical Modelling and Design II (Брюссель, 2012 г.), 8-th International Conference on Optics-photonics Design & Fabrication (Санкт-Петербург, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах, входящих в перечень российских рецензируемых научных журналов ВАК и 3 и изданиях, входящих в международные базы цитирования Scopus и Web of Science.

Личный вклад автора Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объём диссертации 187 страниц, из них 150 страниц текста, включая 72 рисунка. Список литературы включает 137 наименований на 16 страницах.

Глава 1

Анализ технических решений для повышения эффективности ИК

пеленгаторов

1.1. Постановка задачи исследований

Задачу обнаружения малоразмерных и протяженных объектов с борта подвижных носителей можно решать с использованием оптико-электронных систем (ОЭС), различающихся способом обзора пространства. Современная тенденция построения ОЭС с матричными приёмниками, базирующихся на подвижных объектах это переход от сканирующего обзора пространства к постоянному обзору группой сенсоров, накрывающих заданную область наблюдения, т.е. переход к системам «смотрящего типа»; причём сенсоры разносятся по поверхности носителя. Данный переход обусловлен выигрышем, который обеспечивают системы «смотрящего типа»: повышенная механическая надёжность; отсутствие слепых временных зон при обзоре; отсутствие компонент смаза изображения, вызванных сканированием; упрощённые схемы обработки изображения и т. п. С другой стороны, формирование сферической или полусферической диаграммы обзора требует применения большого количества устройств регистрации, что приводит к удорожанию системы. Но неуклонное увеличение формата приёмника [19] (в настоящий момент времени, для большинства поддиапазонов от ультрафиолетового и до дальнего ИК доступны приёмники с форматом 1000 х 1000, в ближайшем будущем прогнозируется появление решений 2000 х 2000) нивелирует этот недостаток.

Дальнейший логичный шаг развития пассивных ОЭС «смотрящего типа», это формирование единой мультиканалыюй приёмной системы за

счёт объединения сигнала ОЭС с различных носителей, действующих согласованно при решении задачи пеленгации объектов, и в определённом роде, компактно расположенных в пространстве, что позволяет формировать единое поле обзора для всей группы [20]. В зависимости от назначения, угловое поле зрения отдельного поста может достигать как десятков градусов [2, 21], так и не превышать нескольких градусов [22]. Но в обоих случаях от отдельного поста требуется компактность в совокупности с высокими характеристиками.

Поэтому важными являются вопросы создания широкоугольных ОС, обладающих одновременно высокими характеристиками и небольшими габаритами. Развитие вычислительной техники позволяет применять методы, которое ранее были недоступны из-за высокой сложности и трудоёмкости. Повышение эффективности ОЭС может быть выполнено различными путями. В данной работе будут рассмотрено повышение эффективности за счет снижения уровня фонового излучения в системе, а также учета и оптимизации мгновенного углового поля и фонового потока в пикселе.

В работе основное внимание уделено разработке ИК пеленгаторов, работающих в диапазонах 3-5 и 8-14 мкм, и предназначенных для автоматического обнаружения объектов и измерения координат.

Основными задачами ИК пеленгатора, предназначенного для работы с удалёнными объектами, являются:

1. обнаружение и селекция объектов на заданных расстояниях при определённых значениях вероятности правильного обнаружения и вероятности ошибочных решений;

2. определение угловых координат объектов.

Для решения данных задач могут использоваться ОЭС как пассивного, так и активного типа. В данной работе рассматриваются ИК пеленгаторы

пассивного типа, работающие с малоразмерными объектами, наблюдаемыми на больших дальностях, когда справедливы допущения точечного источника излучения.

Эффективность ИК пеленгатора оценивается совокупностью параметров, характеризующих качество выполнения задач, поставленных перед системой. Как показано в работе [23] при выбранном алгоритме обнаружения, вероятности правильного обнаружения и вероятности ошибочных решений на заданных расстояниях на одном шаге зависят от отношения «сигнал/шум». В соответствии с критерием Байеса вероятность правильного обнаружения рассчитывается как:

00

1 г

р = ехр

V 2ж J

&

вероятность ложной тревоги:

00

Р™ = 1

л/2-к

ехР (- 1т) ^ (1'2)

где д - отношение «сигнал/шум», полученное с применением тех или иных алгоритмов обработки сигналов, в том числе оптимальных алгоритмов;

* = +1. м

где Св - пороговое отношение правдоподобия.

В работе остановимся только на улучшения качества работы на первом этапе предварительной обработки сигналов, когда осуществляется обнаружение сигналов от объектов. При этом существенное влияние на эффективность пеленгационных ОЭС оказывает величина пикового отношения сигнала к шуму. Поэтому рассмотрим пути повышения пикового отношения «сигнал/шум» в ОЭС. Так как обычно характеристики объектов и дальности до них являются заданными, то при заданных основных

параметрах ОС, повлиять мы можем на помехи от приёмника излучения. Ниже будет рассмотрено влияние фона на величину шума приёмника в ОС PI К пеленгаторов.

1.2. Анализ влияния фоновых излучений на эффективность ИК пеленгаторов

Для анализа возможностей повышения эффективности ИК пеленгаторов, рассмотрим разделение изделия на подсистемы по принципу преобразования сигнала в них для определения возможности улучшения качества системы. Обобщённая функциональная схема ИК пеленгатора представлена на рисунке 1.1 [24].

Рисунок 1.1 - Обобщённая функциональная схема ИК пеленгатора

Как видно из рисунка 1.1, ОЭС можно условно разделить на три большие части. Разработка каждой из них требует участия специалистов разных областей знаний. Оптическая система (ОС) разработка конструкции оптической схемы, конструкции оправ, технологии изготовления, сборки, юстировки и т.д.; матричное фотоприёмное устройство (МФПУ) специалистов в физике твёрдого тела, по разработке и производства полупроводниковых структур; блок цифровой обработки информации (БЦОИ) разработка алгоритмов, программного обеспечения, обеспечивающих реализацию функциональных задач обнаружения и измерения координат целей, а также реализация аппаратной части.

Выполним анализ преобразования сигналов в ИК пеленгаторе с матричным приёмником излучения. Примем допущения о том, что пеленгация осуществляется на пространственно равномерном фоне, а в качестве приёмника используется МФПУ, в котором отсутствует разброс параметров и взаимное влияние элементов. В этом случае единственной помехой, препятствующей решению задачи пеленгации объекта, является аддитивный шум МФПУ. Выведем математические соотношения, описывающие сигнальную и шумовую составляющие МФПУ.

Источник сигнала

Распределение яркости в пространстве предметов представляется спектральным распределением яркости в виде [24]:

Ь(х,у,\1) = Ьвсх(Х) + ДЬ(\х,у,1), (1.4)

где Ьвсх(^) ~ спектральная плотность распределения яркости пространственно равномерного фона; ДЬ(Х,х,у,Ь) - полезный сигнал, определяемый как приращение сигнала от малоразмерного объекта относительно уровня спектральной яркости пространственно равномерного фона:

ДЬ(Х, х, у, ¿) = АЛм-Ьп б[х - хо,у - уо], (1.5)

где Д3\м ~ максимальное значение приращения спектральной силы излучения объекта; 3\п - нормированное спектральное распределение приращения силы излучения от объекта, определяемое как:

J\n -

[Lo\(\, х, у, t) - LBGX}dxdy, (1.6)

ДJ\м

Ао

где А0 - площадь проекции излучающей поверхности объекта в направлении

визирования; хо, уо - проекции на оси х и у случайного вектора перемещения объекта в связанной с пеленгатором системе координат.

Оптическая система

На вход оптической системы (ОС) ИК пеленгатора, после прохождения слоя атмосферы, приходит распределение яркости от фона и находящихся на нём объектов V(х,у,\, t). Величина яркости, меняющейся во времени, может быть различна по полю, а также зависить от длины волны. Внешний поток формирует на МФПУ распределение облучённости EftXt(x', у', t), зависящее как от характеристик сигнала, так и самой ОС; хХ и у' - координаты на МФПУ. В тоже время ОС сама является источником теплового излучения, попадающего на МФПУ и формирующего распределение освещенности Ec^s(х', у', t). Таким образом, па МФПУ формируется распределение облученности, представляющего сумму данных составляющих:

Er(x', у', t) = EfV, У', t) + Eg5,(X, у', t). (1.7)

В свою очередь распределение облучённости от внешних источников EftXt(x', у', t) на МФПУ вычисляется:

E]RXt(x', у', t) = E%G + AE [X - хо, у'- Уо], (1.8)

где - облучёипиость от подстилающей поверхности; AE[х' — х0, у' — о]

ОС, обусловленное приращением сигнала от объекта относительно фона, рассчитывается как:

AE[х' — хо, у' — уо] = kik2H0s[х', у'; хо, уо], (1.9)

где Hos[х',у'; хо, уо] - функция рассеяния пространственно неинвариантной ОС;

оо

ki =

AJXn (X)ratm(X)ros (X)sri (X)d\; (1.10)

0

, AJ\M Aep /1 11\ k2 =-T~2-, (1-11)

ljrp

где Aep - площадь входного зрачка ОС; Lt - дальность до объекта; ^atm(^) и Tos коэффициенты пропускания атмосферы между объектом и теплопеленгатором и оптической системы соответственно; sri (X) -спектральная чувствительность приемника излучения.

Поток от объекта в приближении пространственной инвариантности ОС можно записать как:

АЕ (х', у') = тгтаРт (X) sin2 а'А, A JS <g> Hos (х', у') =

00

= жTatm(X)sin2a'A,ß 2 AJ

S(Z',rf) Hos(*' - í',y' - r/)d£'dr/ = (1.12)

= KTatm(X)s in2(j'A,H0s (x',y') = tAe^A'] Hos (x',y'),

brj!

где А 1т - приращение силы излучения объекта, Ьт - расстояние от объекта, в г п (т'А, - синус заднего аппертурп ого угла, Нв(х\, у\) - пространственный импульсный отклик чувствительных элементов МФПУ.

АФ(хь уг) Tatm (Х)АЕ(xi, у{) * HR(x\, yi)AR =

Aep AIAr (1.13) = ratm(Х)-"2-Hos(x',y') * HR(xi, yi).

brj!

Поток от фона в это случае будет равен:

sin2°j¿r А Ас LbgAr = 10

Фвс = EbgAr = Ъ—-^- LbgAr = ^LbgÄr. (1.14)

С учётом эффектов пространственной фильтрации, а также пространственно-временной дискретизации, осуществляемых в МФПУ,

полезная составляющая сигнала после МФПУ может быть представлена в виде:

Ui[x -х'0,у - у'о\ = UmAr • Н[ж -х0,у - у'о\ • m(xi, yi, t), (1.15)

где Um - амплитуда сигнала; Ar - площадь элемента МФПУ; Н(xi, у\) _ и пул ьсн ы и пространственный отклик оптической системы и приемника излучения; m(xi, уi, t) - модулирующая функция, описывающая эффекты пространственной и временной дискретизации сигнала в МФПУ

Um = kihS\m, (1.16)

S\m величина спектральной энергетической чувствительности на длине волны \m (соответствует максимальной чувствительности МФПУ).

Н(xi, yi) = Hos(xi, yi,xo, yo) * Hr(xi, yi), (1.17)

где Hr (xi, yi) - пространственный импульсный отклик чувствительных элементов МФПУ с размером пикселя (1r.

Hr(Xi, yi) = ~^rect(xi; . (1.18)

Ar \(1r arJ

m(x, y, i) = comb ( x; ^ ) comb (y-; y \ comb \ , (1.19)

- I comb I ; *

'-x Ty J \ l>x ly J \T к ,

Tx, Ty - периоды расположения чувствительных элементов в МФПУ; lx, ly -

- к

следования кадров).

Эффективность ПК пеленгаторов в значительной степени зависит от значения пикового значения отношения «сигнал/шум», которое равно

»„ = —, (1-20)

где ад - среднеквадратичное отклонение шума приёмника.

Выражения, рассмотренные выше, можно переписать для определения дистанции, на которой будет обеспечивать заданное отношения «сигнал/шум»:

,к\ А,1АерАеЗ\м /1 О1\ Ьт =х -—-. (1.21)

Для увеличения дальности (при заданном отношении «сигнал/шум», характеристиках ОС и объекта), необходимо уменьшать уровень шума в системе. Рассмотрим, каким путями это может быть сделано. Помехи матричного приёмника излучения

Существующие МФПУ в ряде случаев функционируют в режиме ограничения чувствительности фоновым излучением (ОФ) [25, 26]. При допущении об отсутствии разброса характеристик чувствительных элементов МФПУ и отсутствии взаимного влияния соседних элементов, шум на выходе МФПУ приближенно можно считать белым с корреляционной функцией:

К (Ах, Ау, Д£) = Ып5 (Ах, Ау, Аг), (1.22)

Ып - спектральная плотность мощности белого шума:

^п = °1пТхТу. (1.23)

ан.п ~ дисперсия шума каждого из чувствительных элементов МФПУ. Значение дисперсии шума связано обнаружительной способностью И* МФПУ:

= эТ^И^, (1-24)

тах

где А / - эффективная частота пропускания шума, 0:*тах - максимальное значение обпаружителыюй способности.

В случае, если фотонные приемники работают в режиме ОФ, то обнаружительная способность ограничена флуктуациями фона [3, 4]. В этом случае обнаружительная способность рассчитывается как:

^ = ^с Х ^ №

где ^ - постоянная Планка, с - скорость света, г] - квантовый выход, -поток фотонов, Хв - пороговая длина волны, определяемая физическими процессами в МФПУ. Фоновый поток Ф^ являются суммой следующих составляющих:

Фк = Фех1 + Фоб = Фвд + Фква + Фоб , (1-26)

где Фе^ внешний поток, складывающийся из Фвд - поток от фона, на котором наблюдается объект, и поток, рассеиваемый или излучаемый атмосферой в направлении ОС - Фква] 2) собственное излучение оптической системы Фоб-

Среднеквадратичное значение флуктуации числа зарядов, обусловленных излучением, пришедшим на МФПУ, определяется [27, 28]:

(мвд = /Два, (1-27)

где два ~ среднее число зарядов, обусловленных квантами излучения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Правдивцев Андрей Виталиевич, 2019 год

Список литературы

1. Miller J. L., Way S., Ellison В., Archer C. Design challenges regarding high-definition electro-optic/infrared stabilized imaging systems // Opt. Eng. 2013. Vol. 52, no. 6. P. 061310.

2. Pravdivtsev A. V. Prospective use of cooled detectors with integrated optics in conformal multisensors electro-optical systems // Technical digest of 8-th International Conference on Optics-photonics Design & Fabrication. 2012. 2012. Pp. 79 80.

3. Хадсон P. Инфракрасные системы. Москва: Мир, 1972. С. 534.

4. Swift I. Н. Performance of background limited systems for space use // Infrared Phys. 1962. Vol. 2. Pp. 19 30.

5. Криксунов Л. 3. Справочник но основам инфракрасной техники. Москва: Советское радио, 1978. С. 400.

6. Ллойд Дж. Системы тепловидения, Под ред. А. 14. Горячева. Москва: Мир, 1978. С. 416.

7. Парвулюсов Ю. В., Родионов С. А., Солдатов В.П. и др. Проектирование оптико-электронных приборов, Под ред. Якушенкова Ю.Г. Москва: Логос, 2000. С. 488.

8. М.Мирошников М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. СПб: «Лань», 2010. С. 704.

9. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение, Под ред. Курбатова Л.Н. Москва: Мир, 1988. С. 416.

10. Колючкин В. Я., Одиноков С. В., Петров А. В. Преобразование

оптических сигналов в оптико-электронных системах с матричными приёмниками излучения. Москва: МГТУ, 1994. С. 43.

11. Алеев Р. М., Овсянников В. А. Основы теории анализа и синтеза воздушной тепловизионной аппаратуры. Казань: Изд-во Казанск. ун-та., 2000. С. 252.

12. Макаров А. С., Омелаев А. И., Филиппов В. Л. Введение в технику разработки и оценки сканирующих тепловизионных систем. Казань: Издательство «Унипресс», 1998. С. 320.

13. Иванов В. П., Овсянников В. А., Филиппов В. Л. Моделирование и оценка современных тепловизионных приборов. Казань: Изд-во «Отечество», 2006. С. 594.

14. Овсянников В. А. Системная оценка и оптимизация несканирующих тепловизионных приборов: Докторская диссертация / НПО ГИПО. 2007.

15. Шестов Н.С. Выделение оптических сигналов на фоне случайных помех. Москва: Советское радио, 1967. С. 352.

16. Торшина Е. П. Компьютерное моделирование оптико-электронных средств первичной обработки информации. Казань: Университетская книга; Логос, 2009. С. 248.

17. Тарасов В. В., Якушенков Ю. Г. Инфракрасные системы «смотрящего типа», Под ред. Якушенкова Ю.Г. Москва: Логос, 2004. С. 444.

18. Nesher О., Klipstein Р. С. High-performance IR detectors at SCD present and future // Proc. SPIE. 2005. Vol. 5957. P. 59570S.

19. Nesher O., andE. lian I. Pivnik, Calalhorra Z. et al. High resolution 1280x1024, 15 pitch compact InSb IR detector with on-chip ADC // Proc. SPIE. 2009. Vol. 7298. P. 72983K.

20. Makarenko A. V., Pravdivtsev A. V. Architectural solutions of conformal network-centric staring-sensor systems with spherical field of view // Proc. SPIE. 2011. Vol. 8185. Pp. 1 9.

21. Ган M. А., Багдасаров А. А., Белякову Г. Ф. Панорамные системы кругового обзора // Международная конференция "Прикладная Оптика-2010"/ Сборник докладов, т.З. 2010. С. 231 237.

22. Brady D. J., Gehm М. Е., Stack R. A. et al. Multiscale gigapixel photography // Nature. 2012. no. 486. Pp. 386 -389.

23. Колючкин В. Я. Теория и математические модели информационно-измерительных оптико-электронных приборов: Докторская диссертация / МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2003.

24. Колючкин В. Я., Мосягин Г. М. Тепловизиоппые приборы и системы. Москва: МГТУ, 2003. С. 57.

25. Tribolet P., Chorier P., Pistone F. Key performance drivers for cooled large IR staring arrays // Proc. SPIE. 2003. Vol. 5074. Pp. 173 184.

26. Shtrichman I., Aronov D., ben Ezra M. et al. High operating temperature epi-InSb and XBn-InAsSb photodetectors // Proc. SPIE. 2012. Vol. 8353. P. 83532Y.

27. Ишанин Г. Г., Панков Э. Д., Андреев А. Л., Полыциков Г. В. Источники и приемники излучения. Санкт-Петербург: Политехника, 1991. С. 240.

28. Naveh О. Sensitivity of scanning and staring infrared seekers for air-to-air missiles // Proc. SPIE. 1997. Vol. 3061. Pp. 692 712.

29. Олейников Л. Ш. Криооитические системы. С-Пб: «ИПК «КОСТА», 2013. С. 352.

30. Shannon R. R. The art and science of optical design. Cambridge: Cambridge University press, 1997. P. 630.

31. Mann A. Infrared optics and zoom lenses. Bellingham: SPIE Press, 2009. P. 182.

32. Чиванов A. H. Методы повышения технических характеристик тепловизоров // Науч.-техн. вести. СПб ГУ ИТМО. 2004. № 15. С. 132 136.

33. Chen X., Li Y., Di Ch. et al. A novel non-uniformity correction method based on ROIC // Proc. SPIE. 2011. Vol. 8002. P. 800200.

34. Dulski R., Powalisz P., Kastek M., Trzaskawka P. Enhancing image quality produced by IR cameras // Proc. SPIE. 2010. Vol. 7834. P. 783415.

35. Ferrero A., Campos J., Pons A. Correction of photoresponse nonuniformity for matrix detectors based on prior compensation for their nonlinear behavior // Applied optics. 2006. Vol. 45, no. 11. Pp. 2422 2427.

36. Белоусов Ю.Т. Требования к перспективным фотоприемным устройствам I4K-диапазона // Прикладная физика. 2007. № 2. С. 89 93.

37. Белоусов Ю. 14. Оптические характеристики излучения целей и фонов - физическая основа создания оптико-электронной аппаратуры // Оптический журнал. 2006. Т. 73, № 10. С. 88 93.

38. Ивлев О. А., Колючкин В. Я., Макаренко А. В., Правдивцев А. В. Принципы синтеза алгоритмов обнаружения целей пассивными оптико-локационными станциями расположенными на подвижных носителях // Международная конференция "Прикладная Оптика-2008"/ Сборник докладов. 2008. С. 117 122.

39. Колючкин В. Я., Мосягин Г. М., Тимашова Л. Н. Расчёт эффекта Нарцисса в теиловизиоиных приборах // Вестник МГТУ. Приборостроение. Спец. выпуск. 1998. С. 108-120.

40. Dobson S. J., Сох A., Lu К. Calculation and optimization of Narcissus using paraxial ray tracing // Applied optics. 1997. Vol. 35, no. 16. Pp. 3059-3064.

41. Howard J. W., Abel I. R. Narcissus: reflections on retroreflections in thermal imaging systems // Applied optics. 1982. Vol. 21, no. 18. Pp. 3393-3397.

42. Lu K., Dobson S. J. Accurate calculation of Narcissus signatures by using finite ray tracing // Applied optics. 1997. Vol. 36, no. 25. Pp. 6393-6398.

43. Perrin J. C. Methods for rapid evaluation of the stray light in optical systems // Proc. of SPIE. 2004. Vol. 5249. Pp. 1-12.

44. Perrin J. C. Analysis of stray light in most complex situations // Proc. of SPIE. 2004. — Sep. Vol. 6667. Pp. 1-8.

45. Akram M.N. Design of a multiple field-of-view optical system for 3-5 дт infrared focal-plane arrays // Opt. Eng. 2003. no. 42. Pp. 1704-1714.

46. Akram M. N. Simulation and control of narcissus phenomenon using nonsequential ray tracing. I. Staring camera in 3-5 мт waveband // Applied optics. 2010. Vol. 49, no. 6. Pp. 964-975.

47. Akram M. N. Simulation and control of narcissus phenomenon using nonsequential ray tracing. II. Line-scan camera in 7-11 дт waveband // Applied optics. 2010. Vol. 49, no. 8. Pp. 1185-1195.

48. Singer M., Oster D. Design of a Cryogenic IR Detector with Integrated Optics // Proc. SPIE. 2010. Vol. 7660. P. 76601Z.

49. Zhu Yang, Zhang Xin, Liu Tao et al. Internal and external stray radiation suppression for LWIR catadioptric telescope using non-sequential ray tracing // Infrared Physics & Technology. 2015. Vol. 71. Pp. 163 170.

50. Jin-xing NIU, Shuheng SHI, Ren-kui ZHOU. Analysis to Stray Radiation of Infrared Detecting System // Proc. SPIE. 2011. Vol. 8193. Pp. 81931H 1 5.

51. Олейников Л.Ш. Методы и средства стабилизации оптических параметров криотелескопов космического базирования и наземных имитационно-испытательных комплексов: Докторская диссертация / ГОИ им. С.14. Вавилова. 2004.

52. Голубь Б. 14., Пономарев В. М. Об учете влияния собственного внутриприборного излучения элементов конструкции тепловизионных камер // Сб. научных трудов Тепловидение. 1992. № 9. С. 7 9.

53. Голубь Б. 14., Пономарев В. М. Расчет фоновой облученности в плоскости анализа изображения тепловизионных камер излучением элементов оптической системы // Сб. научных трудов Тепловидение. 1992. № 9. С. 15 21.

54. Голубь Б. 14., Смирнов А. В. Влияние фонового излучения элементов оптических систем на погрешность измерения температуры // Сб. научных трудов Тепловидение. 1998. № 12. С. 38 42.

55. Fest Е. С. Stray Light analysis and control. SPIE Optical Engeneering Press, 2013. P. 211.

56. Mittaz J. P. D., Harris A. R. A Physical Method for the Calibration of the AVHRR/3 Thermal IR Channels 1: The Prelaunch Calibration Data // Journal of atmospheric and oceanic technology. 2009. Vol. 26. Pp. 996 1019.

57. Якушенков Ю. Г., Немтинов В. В., Лебедев Е. Н. Теория и расчёт оптико-электронных приборов. Москва: Логос, 1999. С. 479.

58. Hoist G. С. Electro-optical imaging system performance. SPIE Optical Engeneering Press, 2003. P. 438.

59. Голубь Б. 14., Пахомов 14. 14., Хорохоров А. М. Собственное излучение элементов оптических систем оптико-электронных приборов. Москва: Машиностроение, 1978. С. 144.

60. Jain Ankur, Biswas Amiya. Parasitic Flux Analysis of Cooled Infrared Detectors for Space Applications // Defence Science Journal. 2017. Vol. 67, no. 2. Pp. 193 197.

61. Fischer R. E., Tadic-Galeb В., Yoder P. R. Optical system design. McGraw-Hill, 2008. P. 828.

62. Голубь В. 14. Повышение эффективности пассивных систем обнаружения и распознавания теплоизлучающих объектов: Докторская диссертация / МИРЭА. 2000.

63. Lightsey P. A., Atkinson С., Clampin М., Feinberg L. D. James Webb Space Telescope: large deployable cryogenic telescope in space // Optical Engineering. 2012. Vol. 51, no. 1. P. 011003.

64. Lightsey P. A., Wei Z. James Webb Space Telescope observatory stray light performance // Proc. SPIE. 2006. Vol. 6265. P. 62650S.

65. Tian Qijie, Chang Songtao, He Fengyun, Qiao Yanfeng. A method to measure internal stray radiation of cryogenic infrared imaging systems under various ambient temperatures // Infrared Physics & Technology. 2017. Vol. 81. Pp. 1 6.

66. Tian Qijie, Chang Songtao, He Fengyun et al. Internal stray radiation measurement for cryogenic infrared imaging systems using a spherical mirror // Appl. Opt. 2017. Vol. 56. Pp. 4918 4925.

67. Tian Qijie, Chang Songtao, He Fengyun et al. Spherical warm shield design for infrared imaging systems // Infrared Physics & Technology. 2017. Vol. 85. Pp. 66 73.

68. Смирнов В. Д., Гатаудин В. М., Бендюговский А. Е., Кнороз 14. В. Зависимость предельной чувствительности телевизионных ИК-камер от теплового излучения компоненетов оптической системы // Известия ВУЗов, серия Приборостроение. 2005. Т. 48, № 4. С. 25 28.

69. Федосеев В. 14., Колосов В. А. Оптико-электронные приборы ориентирования и навигации космических аппаратов. Москва: Логос, 2007. С. 248.

70. Якушенков Ю. Г., Луканцев В. Н., Колосов М. П. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах. Москва: Радио и связь, 1981. С. 180.

71. Kolosov М. P., Eisourovich A. L. Distinctive features of making the wide-angle lenses of star trackers for attitude control of space vehicles // Proc. SPIE. 1997. Vol. 3086. Pp. 332 338.

72. Русинов M. M., Грамматин А. П., Иванов П. Д. и др. Вычислительная оптика, Под ред. РусиноваМ.М. Ленинград: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984. С. 423.

73. Xia W., Sun W., Wang X., Li Y. Study on stray light suppression in IRFPA Dewar // Proc. SPIE. 2012. Vol. 8417. P. 841721.

74. Макаренко А. В., Правдивцев А. В. Анализ влияния свойств поверхности оправ на величину теплового излучения оптических систем // Международная конференция "Прикладная 0нтика-2010"/ Сборник докладов, т.З. 2010. С. 208 212.

75. Правдивцев А. В. Анализ влияния конструкции оправ на величину теплового излучения оптических систем // Международная конференция "Прикладная Оитика-2012"/ Сборник докладов, т.1. 2012. С. 230 234.

76. Хитрик А. С., Быков М. П., Утенков Б. 14. Тепловизоры на основе неохлаждаемой болометрической матрицы // Оптический журнал. 2009. Т. 76, № 5. С. 34 36.

77. Zhu Yang, Zhang Xin, Liu Tao et al. Internal and external stray radiation suppression for LWIR catadioptric telescope using non-sequential ray tracing // Infrared Physics & Technology. 2015. Vol. 71. Pp. 163 170.

78. Oster D., Singer M., Koifman A., Markovitz T. Infra-red Imager // US patents // US 2011/0080483. 2010.

79. Reibel Y., Rubaldo L., Bonnouvrier G. et al. Latest developments in advanced MCT infrared cooled detectors // Proc. SPIE. 2011. Vol. 8185. P. 818503.

80. Gibbons R. C., Black S. H., Mullins R. N. Systems and methods for viewing an are using an optical systems position inside of a dewar // US patents // US 8,294,103. 2012.

81. Gibbons R. C., Black S. H., Mullins R. N. Systems and methods for viewing an are using an optical systems position inside of a dewar // US patents // US 8,044,355. 2011.

82. Демидов Е.Ф., Шаркова Э.В. Влияние параметров ОЭП на его пороговую чувствительность при наличии помех внешнего фона // Оптико-механическая промышленность. 1987. № 1. С. 1-5.

83. ГОСТ Р 8.619^2006. Приборы тепловизионные измерительные. Методика поверки. 2006. С. 18.

84. Thibault S. Distortion Control Offers Optical System Design a New Degree of Freedom // Photonics spectra. 2005. no. 5.

85. Esmonde-White Francis W.L., Esmonde-White Karen A., Morris Michael D. Minor Distortions with Major Consequences: Correcting Distortions in Imaging Spectrographs // Appl. Spectrosc. 2011. —Jan. Vol. 65, no. 1. Pp. 85-98.

86. Yue Tao, Suo Jinli, Xiao Yudong et al. Image quality enhancement using original lens via optical computing // Opt. Express. 2014. — Dec. Vol. 22, no. 24. Pp. 29515-29530.

87. Sidney F. R. Applied Photographic Optics. Focal Press, 2002. P. 656.

88. Русинов M. M. Техническая оптика, Под ред. Русинова М.М. Ленинград: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1979. С. 448.

89. Тарабукин В.В. Современные сверхширокоугольные дисторзирующие фотографические объективы // Труды государственного оптического института им С.И. Вавилова. 1981. Т. 49, № 183. С. 44-51.

90. Young S. S., Driggers R. G., Jacobs E. L. Signal Processing and Performance Analysis for Imaging Systems. Norwood: Artech house, Inc., 2008. P. 304.

91. Слюсарев Г. Г. Расчёт оптических систем, Под ред. Русинова М.М. Ленинград: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1975. С. 640.

92. Волосов Д. С. Фотографическая оптика. Москва: Искусство, 1978. С. 543.

93. Zemax Development Corporation, 3001 112th Avenue NE, Suite 202, Bellevue, WA 98004-8017 USA. Zemax User Manual, 2009.

94. Optical Research Associates. CODE V Reference Manual, 2010.

95. Rimmer M. Relative illumination calculations // Proc. SPIE. 1986. Vol. 655. Pp. 99-104.

96. Thibaulta S., Gauvinb J., Doucetb M., Wangb M. Enhanced optical design by distortion control // Proc. of SPIE. 2005. no. 596211.

97. Колобов К. В., Колючкии В. Я. Анализ формирования изображения в системах видеонаблюдения со сверхширокоугольными оптическими системами // Электромагнитные волны и электронные системы. 2011. Т. 16, № 7. С. 47-51.

98. Колобов К. В. Исследование и разработка панорамных систем видоенаблюдения: Кандидатская диссертация / МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2012.

99. Макаренко А. В., Правдивцев А. В., Юдин А. Н. Метод оценивания внутреннего паразитного излучения оптических трактов инфракрасных систем // Электромагнитные волны и электронные системы. 2009. № 12. С. 28-37.

100. Макаренко А. В., Правдивцев А. В. Ab initio метод оценивания собственного «паразитного» излучения оптических систем инфракрасного диапазона // // VIII Всероссийский молодежный Самарский конкурс-конференция научных работ по оптике и лазерной физике / Сборник конкурсных докладов. 2010. С. 226-232.

101. Официальный сайт Zemax / Zemax. URL: http: //www. zemax. com/ (дата обращения: 01.10.2018).

102. CODE V Optical Design Software / Synopsys. URL: https:// www.synopsys.com/optical-solutions/codev.html (дата обращения: 01.10.2018).

103. OSLO / Lambda Research Corporation. URL: https://www. lambdares . com/oslo-usonly/ (дата обращения: 01.10.2018).

104. FRED Software / Photon Engineering. URL: https://photonengr.com/ fred-software/ (дата обращения: 01.10.2018).

105. Light Tools / Synopsys. URL: https://www.synopsys.com/ optical-solutions/lighttools.html (дата обращения: 01.02.2012).

106. ASAP / Breault Research. URL: http://www.breault.com/software/ asap-f eatures (дата обращения: 01.10.2018).

107. Lambda Research Corporation официальный сайт // TracePro / Lambda Research Corporation. URL: https://www.lambdares.com/tracepro/ (дата обращения: 01.10.2018).

108. LucidShape / Synopsys. URL: https://www.synopsys.com/ optical-solutions/lucidshape.html (дата обращения: 01.10.2018).

109. Гарбуль А. А., Жданов Д. Д., Майоров В. А., Соколов В. Г. Недетерминированная трассировка луча в задачах светорассеяния и проектирования осветительных систем // Международная конференция "Прикладная Оптика-2010"/ Сборник докладов, т.З. 2010. С. 259 264.

110. Патрашин А. И. Метод расчёта фоновой облучённости МФПУ с холодной диафрагмой произвольной формы // Прикладная физика. 2010. Т. 3. С. 123 126.

111. Заказной H. П., Кирюшиы С. 14., Кузичев В. Н. Теория оптических систем. Москва: Машиностроение, 1992. С. 448.

112. Справочник технолога-оптика, Под ред. Окатова М.А. Санкт-Петербург: Политехника, 2004. С. 679.

113. ОСТ 3 — 6304 — 87 // Кристаллы фтористого кальция оптические. Технические условия. 1987.

114. ОСТ 3 — 6307 — 87 // Материал оптический поликристаллический марки

4

115. Кузнечик О. П., Захарич М. П. Статистические характеристики яркости неба в области 0, 5 — 12 мкм // Деп. Винити №2495. 1980. С. 47.

116. Pravdivtsev А. V., Akram М. N. Simulation and assessment of stray light effects in infrared cameras using non-sequential ray tracing // Infrared Physics & Technology. 2013. Vol. 60, no. 0. Pp. 306 311. URL: http: //www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350449513001187.

117. Asghar M. H., Khan M. В., Naseem S. Fisheye lens designs and their relative performance // Proc. Of SPIE. 2000. Vol. 4093. Pp. 360 369.

118. Snail K. A., Brown D. P., Costantino J. P. et al. Optical characterization of black appliques // Proc. SPIE. 1996. Vol. 2864. Pp. 465 474.

119. Miller J. L. Multispectral infrared bidirectional reflectance distribution function forward-scatter measurements of common infrared black surface preparations and materials // Opt. Eng. 2006. Vol. 45. P. 056401.

120. Gerin N., Chorier P. Scattering simulation software dedicated to the design of cooled infrared detector optical shieldings // Proc. SPIE. 1998. Vol. 3436. Pp. 802 812.

121. Правдивцев А.В. Анализ влияния оптических характеристик поверхности оправ ПК оптических систем на величину собственного и внешнего паразитного потока излучения // Прикладная физика. 2019. № 2. С. 0. Принята в печать.

122. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. Москва: Высш. Школа, 2006. С. 575.

123. Handbook of Optical Constants of Solids, Ed. by Palik E.D. Elsevier, 1987. P. 3227.

124. Гайнутдинов И. С., Шувалов Н. К ).. Сабиров Р. С. и др. Просветляющие покрытия на подложках из германия и кремния в окнах прозрачности ПК области спектра 3-5 и 8-12 мкм // Оптический журнал. 2009. Т. 76, № 5. С. 68-72.

1

Systems Handbook / Ed. by G. J. Zissis; The Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers. Bellingham, 1993. P. 373.

126. Mahulikar S. P., Potnuru S. K., Rao G. A. Study of sunshine, skyshine, and earthshine for aircraft infrared detection //J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2009. Vol. 11. P. 045703.

127. Попов Г. H., Голубев П. Г., Мордвин. Н. Н. Возможность обнаружения и подавления оптико-электронных средств // Прикладная физика. 2007. № 2. С. 124-127.

128. Кристаллы германия оптические. Физико-химические свойства. РТМ 3 — 1640 — 83. 1983.

129. Правдивцев А. В. Комплексирование конструктивных и технологических параметров для снижения фоновой облучённости

приёмника // Международная конференция "Прикладная Оптика-2018"/ Сборник докладов, т.1. 2018. С. 116 118.

130. Правдивцев А.В. О возможности расчёта широкоугольных объективов с особыми требованиями к мгновенному полю зрения и освещенности // XXII Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения / Труды конференции. 2012. С. 73 75.

131. Pravdivtsev А. V. An approach to the design of wide-angle optical systems with special illumination and IFOV requirements // Proc. Of SPIE. 2012. Vol. 8429. Pp. 8429 58.

132. Инфракрасный охлаждаемый объектив // Официальный web-сайт научно-исследовательской группы «Конструктивная Кибернетика» / «Конструктивная Кибернетика». URL: httр: //www. rdcn. ru/appl/ product/lens/lns_3-5_9_76_a.shtml (дата обращения: 01.02.2012).

133. Правдивцев А.В. Экспериментальное исследование влияния характеристик оправ на внешний и внутренний паразитные потоки в диапазоне 8-12 мкм // XXIII Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения. 2014. С. 134 137.

134. Горелик Л. 14., Кортиков М. В., Полесский А. В. и др. Тепловизионный прибор для спектрального диапазона 3-5 мкм на основе фотоприемного устройства из антимонида индия // Прикладная физика. 2010. № 1. С. 116 119.

135. Лапо Л. М., Совз 14. Е., Сокольский М. Н. Светосильные объективы для тепловизионных приборов // Оптический журнал. 2009. Т. 76, № 10. С. 5 10.

136. Kumler J., Bauer M. Fisheye lens designs and their relative performance // Proc. Of SPIE. 2000. Vol. 4093. Pp. 360-369.

137. Фихтенгольц Г. M. Курс интегрального и диффиринциального исчисленияя. Москва: Наука, 1969. Т. 3. С. 656.

Приложение А

Таблица данных для случая анализа оптических свойств оправ

В таблице приведены данные, полученные при определении оптимального набора оптических свойств оправ в разделе 3.2.1. Данные отсортированы в порядке увеличения М [Ф^]•

Таблица А.1 - Результаты для зеркального отражения

№ А В с М [Ф03 ] М [Фво]

0 0 0 0 0,14 1,09

1 0 1 0 0,2 1,02

2 1 0 0 0,21 0,96

3 0 2 0 0,26 1

4 1 1 0 0,27 0,9

5 2 0 0 0,27 0,85

6 1 2 0 0,32 0,86

7 2 1 0 0,32 0,8

8 0 3 0 0,33 0,95

9 3 0 0 0,36 0,73

10 2 2 0 0,36 0,79

11 1 3 0 0,39 0,82

12 0 0 1 0,4 0,85

13 3 1 0 0,4 0,71

14 2 3 0 0,43 0,77

15 3 2 0 0,44 0,7

16 0 1 1 0,44 0,79

17 1 0 1 0,45 0,71

18 0 4 0 0,47 0,91

19 0 2 1 0,47 0,74

20 1 1 1 0,48 0,7

21 2 0 1 0,49 0,65

22 0 0 2 0,49 0,74

23 3 3 0 0,5 0,7

№ А в С М [Ф,03 ] м [Фво]

24 1 2 1 0,51 0,66

25 4 0 0 0,52 0,63

26 1 4 0 0,52 0,8

27 2 1 1 0,52 0,64

28 0 3 1 0,52 0,73

29 0 1 2 0,53 0,73

30 4 1 0 0,53 0,62

31 1 0 2 0,54 0,66

32 2 2 1 0,55 0,62

33 3 0 1 0,55 0,58

34 2 4 0 0,56 0,74

35 4 2 0 0,56 0,61

36 0 2 2 0,56 0,7

37 1 3 1 0,56 0,66

38 1 1 2 0,57 0,65

39 3 1 1 0,57 0,56

40 2 0 2 0,58 0,61

41 0 0 3 0,58 0,72

42 2 3 1 0,59 0,6

43 1 2 2 0,6 0,62

44 3 2 1 0,6 0,57

45 2 1 2 0,6 0,6

46 0 3 2 0,61 0,66

47 4 3 0 0,61 0,61

48 3 4 0 0,61 0,7

49 0 1 3 0,61 0,68

50 0 4 1 0,62 0,68

51 2 2 2 0,62 0,6

52 1 0 3 0,63 0,65

53 3 0 2 0,63 0,55

54 3 3 1 0,64 0,56

55 1 3 2 0,64 0,59

№ А В С М [Ф,03 ] М [Фво]

56 0 2 3 0,64 0,65

57 3 1 2 0,65 0,53

58 1 1 3 0,65 0,62

59 1 4 1 0,65 0,64

60 4 0 1 0,65 0,51

61 2 0 3 0,66 0,58

62 2 3 2 0,66 0,58

63 4 1 1 0,67 0,5

64 3 2 2 0,67 0,54

65 2 4 1 0,68 0,59

66 1 2 3 0,68 0,6

67 4 2 1 0,68 0,51

68 2 1 3 0,68 0,57

69 0 3 3 0,69 0,64

70 0 4 2 0,69 0,63

71 3 3 2 0,7 0,52

72 2 2 3 0,7 0,55

73 0 0 4 0,71 0,69

74 3 0 3 0,71 0,52

75 3 4 1 0,71 0,54

76 4 4 0 0,71 0,62

77 1 3 3 0,71 0,57

78 1 4 2 0,72 0,57

79 4 3 1 0,72 0,51

80 3 1 3 0,72 0,53

81 4 0 2 0,72 0,5

82 2 4 2 0,73 0,55

83 4 1 2 0,73 0,48

84 0 1 4 0,74 0,68

85 2 3 3 0,74 0,55

86 3 2 3 0,74 0,51

87 1 0 4 0,75 0,63

№ А В С М [Ф,03 ] М [Фво]

88 4 2 2 0,75 0,47

89 0 2 4 0,76 0,64

90 0 4 3 0,76 0,62

91 4 3 2 0,77 0,47

92 3 4 2 0,77 0,54

93 1 1 4 0,77 0,59

94 3 3 3 0,77 0,52

95 4 4 1 0,78 0,51

96 2 0 4 0,78 0,58

97 1 4 3 0,78 0,54

98 4 0 3 0,79 0,46

99 1 2 4 0,8 0,57

100 2 1 4 0,8 0,55

101 4 1 3 0,8 0,45

102 0 3 4 0,81 0,62

103 2 4 3 0,81 0,52

104 4 2 3 0,81 0,46

105 2 2 4 0,83 0,54

106 4 4 2 0,83 0,47

107 3 0 4 0,83 0,5

108 3 4 3 0,84 0,51

109 1 3 4 0,84 0,56

110 4 3 3 0,84 0,45

111 3 1 4 0,85 0,49

112 2 3 4 0,86 0,54

113 3 2 4 0,86 0,48

114 0 4 4 0,88 0,59

115 4 4 3 0,89 0,46

116 3 3 4 0,89 0,49

117 1 4 4 0,91 0,53

118 4 0 4 0,91 0,45

119 4 1 4 0,92 0,43

№ А В С М [Ф,03 ] М [Фво]

120 4 2 4 0,93 0,46

121 2 4 4 0,93 0,51

122 4 3 4 0,95 0,44

123 3 4 4 0,96 0,47

124 4 4 4 1 0,44

Таблица А,2 - Результаты для смешанного закона отражения

№ А В С М [Ф03 ] Фво

0 0 0 0 0,14 0,93

1 0 1 0 0,21 0,9

2 1 0 0 0,25 0,77

3 0 2 0 0,27 0,85

4 1 1 0 0,31 0,74

5 2 0 0 0,31 0,69

6 0 3 0 0,35 0,84

7 1 2 0 0,36 0,74

8 2 1 0 0,37 0,68

9 3 0 0 0,4 0,62

10 0 0 1 0,41 0,74

11 2 2 0 0,41 0,65

12 1 3 0 0,42 0,7

13 3 1 0 0,44 0,61

14 0 1 1 0,45 0,72

15 2 3 0 0,47 0,65

16 1 0 1 0,48 0,63

17 0 4 0 0,48 0,82

18 3 2 0 0,48 0,59

19 0 2 1 0,49 0,68

20 0 0 2 0,5 0,69

21 1 1 1 0,52 0,6

22 2 0 1 0,52 0,57

23 0 1 2 0,54 0,66

№ А В С М [Ф,03 ] Фво

24 0 3 1 0,54 0,7

25 4 0 0 0,54 0,56

26 3 3 0 0,54 0,61

27 1 2 1 0,55 0,61

28 1 4 0 0,55 0,7

29 2 1 1 0,55 0,58

30 1 0 2 0,56 0,61

31 0 2 2 0,57 0,65

32 4 1 0 0,57 0,53

33 3 0 1 0,58 0,54

34 0 0 3 0,58 0,68

35 2 2 1 0,58 0,57

36 1 1 2 0,59 0,59

37 1 3 1 0,59 0,59

38 2 0 2 0,6 0,56

39 2 4 0 0,6 0,64

40 4 2 0 0,6 0,53

41 3 1 1 0,6 0,53

42 0 3 2 0,61 0,64

43 1 2 2 0,62 0,56

44 0 1 3 0,62 0,66

45 2 1 2 0,62 0,54

46 2 3 1 0,62 0,57

47 3 2 1 0,63 0,54

48 0 4 1 0,63 0,67

49 3 0 2 0,64 0,51

50 1 0 3 0,64 0,56

51 0 2 3 0,65 0,62

52 2 2 2 0,65 0,55

53 4 3 0 0,65 0,53

54 3 4 0 0,66 0,58

55 1 3 2 0,66 0,55

№ А В С М [ф,03 ] Фво

56 3 1 2 0,66 0,51

57 1 1 3 0,67 0,55

58 3 3 1 0,67 0,54

59 4 0 1 0,67 0,5

60 2 0 3 0,68 0,52

61 1 4 1 0,68 0,59

62 2 3 2 0,68 0,55

63 3 2 2 0,69 0,5

64 4 1 1 0,69 0,49

65 0 3 3 0,69 0,6

66 1 2 3 0,69 0,56

67 0 4 2 0,69 0,62

68 2 1 3 0,7 0,52

69 4 2 1 0,71 0,49

70 2 4 1 0,71 0,55

71 0 0 4 0,72 0,65

72 3 0 3 0,72 0,49

73 3 3 2 0,72 0,5

74 4 0 2 0,72 0,47

75 2 2 3 0,72 0,52

76 1 3 3 0,73 0,54

77 1 4 2 0,73 0,54

78 3 1 3 0,74 0,5

79 4 1 2 0,74 0,47

80 4 3 1 0,74 0,5

81 3 4 1 0,74 0,51

82 0 1 4 0,75 0,59

83 4 2 2 0,76 0,47

84 2 3 3 0,76 0,52

85 2 4 2 0,76 0,51

86 4 4 0 0,76 0,53

87 3 2 3 0,76 0,49

№ А В С М [Ф,03 ] Фво

88 1 0 4 0,76 0,55

89 0 4 3 0,77 0,58

90 0 2 4 0,78 0,59

91 4 3 2 0,78 0,47

92 4 0 3 0,78 0,46

93 3 3 3 0,79 0,48

94 3 4 2 0,79 0,49

95 1 1 4 0,79 0,53

96 1 4 3 0,8 0,53

97 2 0 4 0,8 0,51

98 4 1 3 0,8 0,46

99 4 4 1 0,81 0,48

100 0 3 4 0,81 0,59

101 4 2 3 0,82 0,46

102 1 2 4 0,82 0,52

103 2 1 4 0,82 0,51

104 2 4 3 0,82 0,51

105 3 0 4 0,84 0,47

106 4 3 3 0,84 0,45

107 2 2 4 0,84 0,49

108 4 4 2 0,84 0,48

109 1 3 4 0,85 0,52

110 3 4 3 0,85 0,49

111 3 1 4 0,85 0,48

112 3 2 4 0,87 0,45

113 2 3 4 0,88 0,48

114 0 4 4 0,89 0,57

115 4 4 3 0,9 0,45

116 3 3 4 0,9 0,46

117 4 0 4 0,91 0,45

118 4 1 4 0,91 0,44