Пороговыми параметрами ПЛЭ являются следующие:
Порог чувствительности Фп в заданной полосе частот, который определяется как среднее квадратическое значение (СКЗ) первой гармоники модулированного потока излучения с заданным спектральным распределением, действующего на ПЛЭ. При этом СКЗ напряжения (тока) сигнала равно СКЗ напряжения (тока) шума в заданной полосе частот на частоте модуляции потока. На практике Фп часто определяют, измеряя уровень шумов в схеме включения ПЛЭ и выходной сигнал V, заметно превышающий и соответствующий потоку Ф, т.е.
. (2.13)
Порог чувствительности Фп1 в единичной полосе частот, определяемый как отношение величины Фп к полосе частот:
. (2.14)
Обнаружительная способность D – величина, обратная Фп1:
(2.15)
Удельная обнаружительная способность D* определяется выражением (с учетом конструкции ПЛЭ):
. (2.16)
Инерционность. Эта характеристика ПЛЭ оценивается его постоянной времени , в качестве которой принимают время нарастания или спада сигнала. Время нарастания (0,1...0,9) – интервал времени между точками переходной характеристики ПЛЭ, за который сигнал на выходе ПЛЭ изменяется при внезапном облучении от 0,1 до 0,9 своего установившегося значения при длительном облучении. Время спада (0,9...0,1) – интервал времени уменьшения сигнала после прекращения облучения ПЛЭ от 0,9 до 0,1 его установившегося значения.
Постоянная времени определяет граничную частоту ПЛЭ fгр – частоту синусоидально модулированного потока излучения, падающего на ПЛЭ, при которой его чувствительность снижается до значения 0,707 чувствительности при немодулированном излучении.
Сопротивление. Этот параметр особенно важен при выборе или расчете цепи включения ПЛЭ. Для различных ПЛЭ используются разные параметры, с помощью которых можно оценить сопротивление чувствительного элемента. Например, для фоторезисторов в качестве параметра рассматривается темновое сопротивление RТ – сопротивление ПЛЭ в случае отсутствия его облучения. Для фотодиодов обычно приводят значение дифференциального сопротивления Rд, которое равно отношению малых приращений напряжения сигнала к фототоку при заданных эксплуатационных условиях, например при заданной облученности ПЛЭ.
Геометрические, электрические и другие параметры. Для оценки конструктивных особенностей ПЛЭ при их работе в составе оптико-электронных систем необходимо знать такие их параметры, как площадь и конфигурация чувствительного слоя, оптические свойства (коэффициенты поглощения, преломления и отражения), емкость, напряжение питания, температура чувствительного слоя и ряд других параметров, описывающих его свойства.
Исходя из особенностей использования ПЛЭ в ОГСН, наиболее важными характеристиками ПЛЭ можно считать их спектральные характеристики, учитывающие спектральный диапазон излучения целей на встречных и догонных курсах, и их удельную обнаружительную способность. В связи с тем, что геометрические размеры ПЛЭ в большинстве случаев соизмеримы с размерами модулирующего растра, а изображение цели после модулятора на один-два порядка меньше размеров ПЛЭ, то для исключения неравномерной чувствительности ПЛЭ по площади перед чувствительным слоем ПЛЭ устанавливается иммерсионная линза, которая обеспечивает равномерное облучение всей площади чувствительного слоя.
Трехстепенной гироскоп. Свободный гироскоп является объектом управления СКЦ (рис. 2.14).
Рис. 2.14. Гироскоп с элементами оптической системы:
1, 2, 7 – балансировочные винты; 3 – бленда; 4 – ротор; 5 – зеркало-магнит; 6 – втулка кардана; 8, 10 – чувствительные подшипники; 11 – балансировочное кольцо; 12 – кольцо кардана; 13 – ПЛЭ; 14 – линза конденсора; 15 – скоростной подшипник
Он обладает рядом свойств. Первое свойство заключается в том, что ось собственного вращения ротора гироскопа стремится сохранить неизменным свое направление в пространстве при отсутствии возмущающих факторов (воздействий). Это свойство позволяет исключить колебания (наклоны, повороты) корпуса ракеты на положение оптической оси СКЦ, т.е. поле зрения оптической системы остается стабилизированным в пространстве. Второе свойство свободного гироскопа – прецессия. Сущность прецессии заключается в том, что при приложении к ротору гироскопа внешнего момента ось собственного вращения ротора прецессирует в направлении кратчайшего совмещения векторов внешнего момента и угловой скорости вращения ротора гироскопа.
2.3.2. Принципы построения электронного блока СКЦ
Электронный блок СКЦ предназначен для преобразования модулированного сигнала с ПЛЭ и выработки электрического управляющего сигнала, несущего информацию о величине и направлении ошибки рассогласования. Состав и принцип действия элементов электронного блока СКЦ определяется видом модуляции лучистого потока и устройством анализатора изображения. Обобщенная структурная схема электронного блока СКЦ представлена на рис. 2.15.
Рис. 2.15. Обобщенная структурная схема электронного блока СКЦ
В состав обобщенной схемы электронного блока СКЦ входят:
предусилитель, обеспечивающий предварительное усиление сигналов с ПЛЭ с регулируемым схемой АРУ коэффициентом усиления и согласование выходного сопротивления ПЛЭ с входным сопротивлением усилителя несущей частоты;
усилитель несущей частоты, обеспечивающий основное усиление сигнала на несущей частоте fн и формирование требуемой полосы пропускания f (обычно f = fн + fг, где fг – частота вращения растра и ротора гироскопа);
схема АРУ, обеспечивающая автоматическую регулировку усиления в широком динамическом диапазоне изменения входных сигналов;
детектор, обеспечивающий выделение сигнала ошибки слежения СКЦ на частоте вращения ротора гироскопа;
усилитель огибающей, предназначенный для выделения сигнала на частоте вращения ротора гироскопа, усиления этого сигнала по напряжению и формирования полосы пропускания fг 20...30 Гц;
усилитель коррекции, предназначенный для усиления сигнала огибающей до мощности, необходимой для осуществления коррекции гироскопа, и выдачи сигнала в автопилот. Нагрузкой усилителя коррекции служат катушка коррекции и последовательно соединенные с ними активные сопротивления, сигналы с которых поступают в автопилот и цепь отрицательной обратной связи усилителя коррекции.
При АФМ и ШИМ в качестве детектора используется амплитудный детектор с фильтром, выполняющий задачу преобразования пачек импульсов (см. рис. 2.8, 2.9) в синусоидальный сигнал на управляющей частоте (частоте вращения ротора гироскопа). Сущность преобразования иллюстрируется рис. 2.16 и 2.17.
Рис. 2.16. Формирование управляющего сигнала при АФМ потока
На рис. 2.16 изображены пачки импульсов напряжения, поступающего от ПЛЭ на электронный блок при АФМ, для случаев, рассмотренных на рис. 2.8. Амплитудный детектор выделяет огибающую пачек, представляющих собой пульсации прямоугольной формы. Амплитуда пульсаций пропорциональна амплитуде колебаний несущей частоты. В результате фильтрации прямоугольных пульсаций в электронном блоке выделяется первая гармоника (косинусоида) огибающей пачек. Амплитуда косинусоиды пропорциональна величине угла рассогласования между оптической осью и линией визирования. Фаза косинусоиды отображает направление рассогласования.