Инфракрасные системы «смотрящего» типа

РАСЧЕТ ПОТОКОВ И ОБЛУЧЕННОСТЕЙ НА ВХОДНОМ ЗРАЧКЕ СИСТЕМЫ

Расчет потоков и облученностей на входе системы базируется на определении ос­новных энергетических и фотометрических величин, приведенных в §2.1. Все возмож­ные на практике случаи удобно разделить натри группы: излучатель точечный; излуча­тель, конечные видимые размеры которого меньше углового поля (иногда такой излу­чатель называют площадным); излучатель, размеры которого перекрывают все угловое поле системы («протяженный» излучатель). Любым из указанных излучателей может быть как источник полезного сигнала (наблюдаемый объект), так и помеха.

Основной энергетической характеристикой точечного излучателя является сила из­лучения /е. Для малых телесных углов поток ДФе или облученность Ее на входном зрачке площадью можно рассчитать по формулам:

(5.8)
(5-9)

Где тс - коэффициент пропускания среды распространения излучения (атмосферы) на пути / от излучателя до входного зрачка. Для селективного излучателя или приема излучения в каком-либо спектральном участке зная вид функций хс(Х) и /е(Х),

Можно легко определить значения ДФе и Ее для рабочего диапазона длин волн. На­пример,

Jt.w/.wdx. (5.Ю)

*1

Следует учесть, что формулы (5.8) и (5.9) справедливы только для небольших те­лесных углов ДП « Ах//2, в пределах которых сила излучения источника постоянна. Если же /е зависит от направления внутри телесного угла ДО, нужно учитывать закон распределения силы излучения в пространстве, а изредка и зависимость тс от направ­ления внутри телесного угла ДО. С учетом этого выражение (5.10) можно предста­вить в общем виде

Дфе = J Jxc (X, П)1С (к, Јl)d%dn.

ДП к

Рассмотрим случай, когда излучатель конечной площади занимает часть углового поля оптической системы. Энергетической характеристикой такого излучателя чаще всего служит яркость Ze. Поскольку на практике часто размеры источника излучения значительно меньше расстояния до него, можно Воспользоваться известной формулой для определения потока, приходящего на вход ИКС от расположенного на оси системы элемента с видимой площадью ДА:

A0,=x, L,AAA^/l‘, (5.11)

Где Л в* = nlf/4 - площадь входного зрачка системы.

Для этого случая облученность входного зрачка

Ec=xcLeAA/l2. (5.12)

Для небольших значений телесного угла ДПг * &АЛ2, в пределах которого Le = const,

Ее Тс Lc ДС^2'

Как и в предыдущем случае, при спектральной селективности излучения и пропус­кания среды поток на входе системы

(5.13)

Если излучатель представляет собой серое тело с коэффициентом излучения &г, вы­ражение (5.13) можно с учетом следствия из закона Ламберта (Ме(Х) = пЬе(Х)) предста­вить в виде

|(Х)Л/,(Х)<й, (5.14)

*1

Где Ме(Х) - функция Планка.

Если излучатель перекрывает элементарное угловое поле системы, т. е. площадь Лпи чувствительного элемента приемника излучения, то без учета спектрального характера величин тс и Ме поток ДФ'е, поступающий на элемент МПИ, определится как

Аф1- (5л5)

Где х0 - коэффициент пропускания оптической системы; К = /'/£> - диафрагменное число объектива, строящего изображение;/'- фокусное расстояние объектива.

С учетом спектральных соотношений для рабочего спектрального диапазона Х...Хг последнюю формулу можно переписать в виде

7ГА г V

Д^ = 7^7 /(Ъ)т0(Х)1'(Х)с1Х = АвкАПз ]тс(Х)т0(Х)1с(Х)<*Х, (5.16)

Где ДПЭ = Апи//'2 - телесный угол, стягиваемый чувствительным элементом МПИ.

Полученные формулы, как и приведенные в §5.1, можно использовать для представ­ления энергетической модели ИКС в виде совокупности потоков или облученностей, соответствующих конкретному случаю работы ИКС. Так, для модели на рис. 5.2 при отсутствии объекта в угловом поле ДГ2икс = ДОэ, т. е. при обусловленности приходяще­го на вход ИКС сигнала только излучением протяженного фона и среды, с учетом (5.7) и (5.16) поток излучения на входе ИКС

TOC o "1-5" h z Д^е*.,...*., = Д«хД^ИКС I | ЕфРф(^) +

11- ж -|»=1

+£др'_)Пт« <4 - *„(*•>] У ■ <517>

0 = 1 у=1