Общие сведения о применении адаптации в оптико-электронных приборах

Адаптацией называется процесс целенаправленного изменения параметров и структуры всего прибора или отдельных его звеньев по мере поступления текущей информации об изменениях параметров входных сигналов, среды и самого прибора, имеющий целью оптимизировать один или несколько критериев качества прибора. Чаще всего под адаптацией подразумевают самонастройку, т.е. автоматическое изменение каких-либо параметров ОЭП, совершаемое в реальном масштабе времени. Однако под данное выше определение подходит и процесс неавтоматической подстройки параметров прибора, осуществляемый человеком-оператором.

Хорошо известны процессы адаптации (самонастройки) в живой природе, например адаптация и аккомодация человеческого глаза. Во многих ОЭП необходимость адаптации вызывается широким диапазоном изменения внешних воздействий на прибор, нестабильностью параметров отдельных узлов прибора при изменении условий их эксплуатации и во времени, большим динамическим диапазоном входных сигналов, а также многофункциональностью ряда ОЭП и другими факторами, приводящими порой к противоречивым требованиям к отдельным параметрам или структуре прибора в целом. Например, для обеспечения максимальной дальности действии ОЭП целесообразно иметь минимальным его порог чувствительности. Однако, прибор не всегда должен работать на максимальных дальностях, поэтому для повышения его помехозащищённости необходимо изменять порог чувствительности в зависимости от конкретных условий, в частности, от расстояния до наблюдаемого объекта. Загрубление порога позволяет повысить помехозащищенность ОЭП.

Исходя из данного выше определения, обобщенную структурную схему адаптивного ОЭП, работающего пассивным методом (рис. 13.1), можно представить состоящей из оптико-электронной системы 1, выполняющей основную задачу, стоящую перед прибором; устройства контроля параметров входного сигнала и помех, собственных параметров прибора и условий его работы 2; блока обработки информации (блока логики) 3, вырабатывающего управляющие сигналы по заранее заданному (жесткому) или выбираемому в процессе работы ОЭП (гибкому) алгоритму в соответствии с информацией, получаемой извне и от самого прибора 1; и исполнительного устройства 4. В случае работы ОЭП активным методом на вход устройства 2 может поступать информация от передающей системы или отдельных ее узлов, например от источника излучения, а исполнительное устройство может воздействовать на параметры передающей системы.

Рис.13.1. Структурная схема адаптивного ОЭП

Процесс адаптации может осуществляться непрерывно все время работы ОЭП, а также и с определенной периодичностью, например, путем периодической калибровки прибора или отдельных его узлов.

В ряде ОЭП блок 2 контролирует не всю совокупность отмеченных выше воздействий и факторов, а лишь некоторые из них, например температуру окружающей среды. Зная функции влияния (зависимости параметров прибора и его узлов от внешних факторов, времени и т.д.), можно заранее составить достаточно жесткий алгоритм управления блоком 4 и изменять таким образом выходные параметры прибора, например уровень выходного сигнала, крутизну статической характеристики и т.п. В качестве блока 3 в современных ОЭП всё чаще используют микропроцессоры.

Различают несколько уровней адаптации:

Первый уровень — это параметрическая адаптация, которая ведется за счет изменения параметров отдельных звеньев прибора.

Второй уровень — это структурная адаптация, когда осуществляется изменение структуры прибора, причём возможно одновременное управление и параметрами и структурой (структурно-параметрическая адаптация).

На третьем уровне — алгоритмическом — изменяется структура алгоритма обработки сигнала, например, выбирается программа, которая наилучшим образом работает по заданному критерию при изменении условий работы прибора.

В настоящее время для адаптации наиболее часто используется параметрическая адаптация - управление чувствительностью прибора в целом, угловым полем оптической системы, структурой анализатора изображения и пространственного фильтра, рабочим спектральным оптическим диапазоном, параметрами сканирующей системы, приемника излучения и электронного тракта. Сравнительно недавно для адаптации стали использовать управление волновым фронтом и фазовой структурой световых пучков, как правило, когерентных, поступающих на вход приемной оптической системы или формируемых передающей оптической системой ОЭП. Это позволило довольно успешно бороться с такими явлениями как расфокусировка или размытие изображения вследствие турбулентности атмосферы.

Можно предложить общую схему анализа эффективности того или иного способа адаптации:

1. 1. необходимо составить достаточно полное выражение для параметра, подлежащего адаптации, в виде функции конструктивных параметров прибора, которыми можно управлять;

2. 2. полезно определить степень влияния отдельных конструктивных параметров на адаптируемую величину. При этом часто можно воспользоваться любым из известных методов статистического анализа, например простым и хорошо изученным методом полного дифференциала, успешно используемым в точностных расчетах.

3. 3. Заключительным этапом анализа может быть оценка возможностей управления выбранными конструктивными параметрами в рассчитанном диапазоне их изменений, а также оценка точности адаптации, т.е. связи первичных погрешностей управления этими параметрами с погрешностью адаптируемого параметра прибора (выходного параметра ОЭП).