Фазовые анализаторы изображения

Несовершенство амплитудных и амплитудно-фазовых анализаторов, что проявляется прежде всего в сильной зависимости их статических характеристик от неконтролируемых изменений амплитуды входного сигнала, повысило в последнее время интерес к фазовым анализаторам, в значительной степени лишенным этого существенного недостатка. Примером простейшего фазового анализатора является вращающийся растр (рис. 7.8).

Рис. 7.8. Простейший фазовый растровый анализатор

Если растр эксцентричен по отношению к оптической оси объектива, проходящей через точку О (рис. 7.8, а), то при смещении изображения из положения 1 в положение 2 на расстояние Dх произойдет изменение фазы последовательностей импульсов F₁ и F₂ на выходе анализатора (рис. 7.8, б), соответствующих этим положениям. Измеряя разность фаз Dj текущего значения сигнала на выходе анализа тора и некоторого опорного сигнала, источник которого жестко связан с вращающимся растром (см., например, рис. 7.4), можно получить информацию о значении Dх. Обычно импульсные сигналы F₁ и F₂ (рис. 7.8, б) подаются на приемник излучения, усиливаются и фильтруются, т.е. в электронном тракте выделяется первая гармоника, и сравнение фаз сигнала и опорного напряжения осуществляется для этой гармоники.

Если смещение Dх соответствует угловому отклонению радиуса -вектора центра изображения Db=arctg (Dx/R), а угловой размер периода растра b₀=360°/m, где т — число периодов растра, то, так как действительно соотношение Db/b₀=Dj/360°, выражение для статической характеристики такого анализатора будет иметь вид

Вместо плоского анализатора-растра иногда используются анализаторы в виде вращающегося барабана, боковая цилиндрическая поверхность которого выполнена в виде чередующихся прозрачных и непрозрачных полос.

Помимо растровых фазовых анализаторов известны устройства, в которых развертка поля изображений осуществляется «электронным» способом, например, осуществляется сканирование электронным изображением по неподвижной диафрагме диссектора. Принципиальная схема такой развертки аналогична представленной на рис. 7.6, но вместо сканирования с помощью наклонного зеркала используется отклонение электронного изображения, построенного на фотокатоде диссектора и переносимого в плоскость диафрагмы с помощью электронной фокусирующе-отклоняющей системы (см. § 8.5). Подавая на отклоняющие катушки управляющие напряжения равной частоты и амплитуды, но сдвинутые по фазе на 90°, можно заставить изображение двигаться по окружности. Получаемые после развертки импульсы фототока усиливаются, из их спектра выделяется первая гармоника, смещение фазы которой относительно фазы опорного напряжения несет информацию о координате изображения.

Подобный принцип развертки и анализа может быть осуществлен не только с помощью оптико-механических или фотоэлектронных устройств, но и при использовании других, самых разнообразных сканирующих систем (см. гл. 8).

Основные погрешности растровых фазовых анализаторов возникают вследствие:

- - неточного нанесения рисунка растра,

- - эксцентриситета оси растра по отношению к оси его вращения,

- - изменения распределения освещенности в изображении при его смещении и ряда других причин [З].

В электронных развертывающих устройствах основным источником погрешности часто является нестабильность питающих напряжений, приводящая к непостоянству траектории сканирования, изменению частоты сигнала и другим вредным последствиям.

Следует также отметить, что для получения высокой точности измерения малых фазовых рассогласований необходимо обеспечить достаточно высокое отношение сигнал/шум.

Частотные анализаторы

Анализаторы, в которых информативным параметром выходного сигнала является его частота, обычно используют для определения координат малоразмерных излучателей, расположенных в угловом поле ОЭП.

Простейший оптический растр анализатора, используемый для создания частотно-модулированного сигнала, частота которого несет информацию о положении излучателя в угловом поле прибора, показан на рис. 7.9. Если поместить такой растр вместо простой круглой диафрагмы в систему, схема которой дана на рис. 7.6, то при нулевом рассогласовании излучатель находится на оптической оси системы (траектория 1 на рис. 7.9), и сигнал на выходе растра будет представлять собой последовательность одинаковых импульсов, следующих с частотой f=mn, где т — число периодов растра, а п — частота вращения изображения. При смещении изображения (траектория 2) меняется длительность и фаза импульсов, т.е. и частота их следования. Изменение мгновенных значений частоты пропорционально изменению длительности импульсов, что, в свою очередь, определяется траекторией движения изображения. Из рис. 7.9 ясно, что участки траектории (дуги ab и cd) связаны со временем t_ab и t_cd прохождения их изображением, а следовательно, и с мгновенными значениями частоты:

 (7.1)

где Df — девиация частоты (отклонение мгновенной частоты f_ab или f_cd от значения f).

Рис. 7.9. Растр частотного анализатора

В то же время очевидно, что

 (7.2)

где r_с — радиус траектории движения изображения (сканирования);

Dr=OO₁ — смещение центра этой траектории (рассогласование, прямо пропорциональное смещению излучателя с оптической оси) в плоскости растра. Подставив (7.1) в (7.2), после несложных преобразований легко получить

Таким образом, в такой системе девиация частоты Df однозначно связана с величиной Dr, определяющей радиус-вектор изображения излучателя.