Инфракрасные системы «смотрящего» типа

СХЕМЫ СТЕНДОВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ИКС

При стендовых оптических испытаниях имитируют фоноцелевую обстановку, а час­то и окружающие условия, в которых происходит работа ИКС. В состав стендов входят средства воспроизведения этой обстановки и окружающих условий, средства контроля и измерения параметров и характеристик аппаратуры и условий испытаний, а в ряде случаев, например при автоматизации всего процесса испытаний или отдельных его этапов, и устройства управления испытаниями [8, 9,21,60, 116, 144, 151, 218 и др.].

В процессе лабораторных стендовых и полевых испытаний ИКС определяется прак­тически вся совокупность показателей качества этих систем, рассмотренных в гл. 4: эк­вивалентная шуму разность температур А7^ (ЭШРТ), минимальная разрешаемая раз­ность температур Д7р (МРРТ), минимальная обнаруживаемая разность температур ДГор, угловое разрешение при нормированном контрасте, предельное температурное разрешение, элементарное и мгновенное угловые поля, спектральный рабочий диапа­зон, частота кадров, неравномерность яркости изображения и некоторые другие. К чис­лу важнейших характеристик ИКС, определяемых при испытаниях и исследованиях, относятся: температурно-частотная и температурно-пространственная характеристики, оптическая передаточная функция (функция передачи модуляции) и др.

Стенды для оптических и специальных испытаний включают следующие основные узлы (рис. 12.1):

- излучатели, чаще всего в виде черных тел (ЧТ);

- блоки задания спектральных, пространственных и временных параметров излуче­ния, в состав которых могут входить различные тест-объекты (Т-О) - миры, оптические

Ю*

Фильтры, маски-транспаранты, для имитации расположения которых в бесконечности используются коллиматоры;

- системы считывания сигналов (выходные регистрирующие блоки), в состав кото­рых могут входить видеоконтрольные или другие устройства отображения, записы­вающая аппаратура, устройства для предварительной обработки результатов испыта­ний и др.

Первые два узла часто объединяют под названием «имитатор излучения». Во всех случаях параметры и характеристики перечисленных блоков должны тщательно согла­совываться с параметрами и характеристиками испытуемой системы, а иногда некото­рые узлы ИКС, например поворотное уст­ройство или систему отображения, можно использовать в качестве элементов испыта­тельного стенда (заменять их).

Очень трудно одновременно (в единой конструкции) имитировать излучения объек­тов и фонов, изменяющиеся по интенсивно­сти, спектру длин волн, пространству, вре­мени, состоянию поляризации. Поэтому час­то в состав стенда включают несколько отдельных излучателей, каждый из которых, включая собственные средства воспроизведения спектральных, пространственных и временных характеристик имитируемых целей и фонов, с помощью собственной же или общей оптической системы (коллиматора) создает на входе испытуемой ИКС от­дельную составляющую физической модели фоноцелевой обстановки.

На рис. 12.2 показаны две типовые схемы таких стендов. В первой из них (рис. 12.2,а), где объектив коллиматора условно показан в виде одиночной линзы, излучение источ­ника ИЦ, воссоздающего излучение цели, поступает на непрозрачную излучающую маску-транспарант, прорезь в которой имитирует видимые размеры и форму цели. Температура маски 7ф соответствует температуре фона. Во второй схеме (рис. 12.2,6) с объективом коллиматора в виде внеосевой параболы используется зеркально-
отражающая маска, облучаемая дополнительным излучателем ИФ, имитирующим из­лучение фона с температурой 7ф. В обеих схемах для борьбы с излучением окружаю­щей среды и элементов конструкции, воздействующим на маски-имитаторы и создаю­щим вредные дополнительные составляющие сигналов на входе испытуемых ИКС, ис­пользуются бленды.

Сложность юстировки и испытаний отдельных блоков ИКС (оптической системы, анализатора изображений, приемника излучения и др.) во многом объясняется тем, что они, как и стенды для их настройки и испытаний, должны работать в невидимой для человеческого глаза области спектра. Поэтому в ближней области ИК-диапазона часто используется метод визуализации ИК-излучения с помощью ЭОП. Однако, если ИКС и испытательный стенд должны работать в средне- и длинноволновом ИК-диапазоне, в большинстве случаев применяют автоматизированные оптико-электронные системы (в том числе и тепловизоры), подробно описанные в [21].

Для имитации спектрального состава и яркости или силы излучения обычно исполь­зуют достаточно широкополосный по спектру и мощный излучатель - как правило, черное тело (ЧТ) в сочетании с оптическими фильтрами, селективными (спектральны­ми) и нейтральными. Кроме фильтров, спектральный состав излучения иногда изменя­ют так называемыми варииллюминаторами, представляющими собой двойные моно­хроматоры с фигурными масками, по-разному срезающими отдельные составляющие разложенного в спектр излучения источника [21].

В составе стенда должны быть устройства контроля и регулировки температуры от­дельных его частей, а также датчики температуры окружающей среды. Чтобы сохра­нить постоянным температурный контраст между целью и фоном АТ при изменении температуры окружающей среды, приходится изменять температуры излучателей - имитаторов целей и фонов.

В соответствии с требованиями к температурному разрешению ИКС погрешности установки, стабилизации и измерения рабочих температур отдельных блоков стенда часто не должны превышать 0,01 и даже 0,001°С.

В связи с созданием сложных оптико-электронных комплексов, включающих не только ИКС, но и другие системы (визуальные, лазерные и т. д.), потребовалась новая испытательная аппаратура, позволяющая исследовать на одном стенде весь комплекс. Для исследований и испытаний таких комплексов, предназначенных для ВМФ США, был разработан стенд SOTS (The Sensor Optical Test System), основу которого составля­ет зеркальный коллиматор по схеме Ньютона с объективом, имеющим фокусное рас­стояние около 2 м и относительное отверстие 1:5 и работающим в диапазоне

0, 4... 15,0 мкм. Угловое поле объектива немного превышает 1,5° [202]. Объектив обес­печивает дифракционное качество изображения на оси, а волновая аберрация коллими­рованного пучка не превышает 0,1 длины волны He-Ne-лазера. В коллиматоре исполь­зуется плоская зеркальная маска-имитатор цели размером 50*50 мм. В модифициро­ванном варианте этого стенда (SOTS II) зеркальный объектив Ньютона имеет фокусное расстояние около 1,5 м при относительном отверстии 1:5 и угловом поле 5,7°. Системы SOTS и SOTS II используют программное обеспечение IRWindows™, «Santa Barbara In­
frared Inc.» (см. § 12.3.6), позволяющее определять экспериментально важнейшие пара­метры и характеристики инфракрасного и визуального каналов: передаточную функ­цию сигнала, функцию передачи модуляции, минимальный разрешаемый контраст, ми­нимальные обнаруживаемую и разрешаемую разности температур, эквивалентную шу­му разность температур, геометрический шум, параметры трехмерного шума, угловое поле, однородность чувствительности и др. На тех же стендах измеряются параметры и характеристики лазерных каналов (дальномеров, целеуказателей): мощность и энергия в импульсе, длительность и периодичность импульсов излучения, погрешность линии визирования и др. Стенды можно дополнять двухосной платформой-столом и исполь­зовать для динамических испытаний оптико-электронных комплексов, включая ИКС.