РАЗДЕЛ 2.
ФОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К СИСТЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ, ЭЛЕМЕНТАМ И УСТРОЙСТВАМ ОЭК
В настоящем разделе на основе анализа условий и режимов функционирования систем управления оптических электронных комплексов решается задача определения перечня и содержание требований к показателям качества элементов и устройств, входящих в систему. При этом необходимо прежде всего оценивать такие свойства и характеристики как точность наведения, уровень стабилизации, кратность оптической системы, которая зависит от физических факторов внешней среды: размера объекта, яркости объекта и яркости фона, прозрачности атмосферы и др. При разборке функциональной и кинематической схем системы управления ОЭК целесообразно опираться на использование двух двухстепенных встречно направленных гироскопов с компенсацией ошибок по третьей оси, что обеспечивает высокую точность наведения линии визирования по трем осям. На основе характеристик системы определяются требования к измерительным (датчикам угла процессии, датчиков визирования) и исполнительным элементам (датчикам момента, двигателям стабилизации), устройствам компенсации ошибки, вызванной возмущениями по третьей оси (крену) СУ ОЭК, осям гиростабилизированной головки, элементам конструкции гиростабилизированной головки.
2.1. Формирование требований к показателям качества оптико-электронного комплекса.
При решении задач поиска и локации объектов в экстремальных условиях: пожарах, наводнениях, выбросе гуманитарных грузов, геодезических и геологоразведовательных работах, авариях на АЭС, особенно в малодоступной и горной местности, широкое применение находят оптические приборы (ОП), установленные на подвижном носителе (вертолете или самолете). Сочетание человека-оператора и оптического прибора дает ряд преимуществ по сравнению с неоптическими методами по дальности и точности обнаружения и локации объектов. В литературе [13,18] рассматриваются отдельные вопросы выработки требований к показателям оптических комплексов, таким как угловое поле зрения, кратность увеличения оптической системы, учет метеорологической видимости атмосферы, яркость объекта и фона, дальность обнаружения объекта, угловое разрешение глаза оператора и его порога контрастности. Однако, при установке оптического прибора на подвижный носитель на него и на оператора действуют вибрационные возмущения, вызванные приводными установками носителя с большими амплитудами и широким спектром частот, что приводит к "смазыванию" изображения в фокальной плоскости оптического прибора, уменьшению дальности и точности локации объекта.
Решение задачи усовершенствования ОЭК связано с нахождением практически "оптимальных" соотношений между параметрами ОЭК, (точность стабилизации поля зрения и кратность оптической системы), параметрами объекта поиска и окружающей среды (яркость объекта, фона, пропускание атмосферы) и характеристиками оператора (угловое разрешение, порога контрастности). В качестве критериев решения поставленной задачи целесообразно принять максимизацию дальности обнаружения и опознавания объектов при минимальных требованиях к кратности оптической системы и точности стабилизации поля зрения, минимизации габаритов и массы), и максимальном использовании природных возможностей глаза оператора.
В частности необходимо стремиться к обеспечению достаточной разрешающей способности системы "прибор-глаз". Угловая разрешающая способность глаза оператора определяется яркостью и контрастностью объекта [83]:
, (2.1)
где 0,45 -постоянный коэффициент берется в угловых минутах, - контрастность объекта, - яркость объекта в Нт.
Величина углового разрешения объекта определяется из выражения
, (2.2)
где L - дальность до наблюдаемого объекта, км.; - диаметр круга, равновеликого по площади с величиной наблюдаемого объекта с габаритами h(м) и b (м), который определяется из выражения [48]
, (2.3)
где h и b определяются для типовых размеров наблюдаемого объекта (для грузового автомобиля принимают высоту м и ширину м).
Проведем оценку влияния ошибки стабилизации оптического прибора на дальность обнаружения объектов в зависимости от величины угловых размеров объекта. Предположим, что изображение колеблется ("моет") по одной координате. Тогда угловые размеры объекта определяются выражением
, (2.4)
где ?? (угл. мин) - желаемая точность стабилизации линии визирования объекта по одной оси стабилизации (по горизонту или по вертикали). Подставив выражение (2.3) в формулу (2.4), получим формулу для расчета углового разрешения обьекта поиска с учетом ошибки стабилизации
. (2.5)
Графические зависимости (угл.мин) от L (км) при различных значениях кратности оптической системы Г* =10*, 13*, 15*, 18* приведены на рис. 2.1. (рис. 2.1а - зависимость ?* при ??=0; рис. 2.1 б - при ??=10 угл.сек.; рис. 2.1 в - при ??=20 угл.сек.; рис. 2.1 г -при ??= 30 угл.сек.; рис. 2.1 д - при ??=40 угл.сек).
Для опознавания объекта требуется различать угловые размеры величины
, (2.6)
где - коэффициент детализации. Для опознавания объекта необходимо различать 4-8 элементов. Обычно принимают = 0,23, что соответствует элементу объекта с эквивалентным диаметром м [83].
Обнаружение и опознавание объектов производит оператор, глядя в окуляр оптического прибора. Разрешающая способность системы "прибор - глаз" определяется из выражения
, (2.7)
где Г - видимое увеличение оптической системы (ОП).
Яркость изображения определяется по формуле
, (2.8)
где - коэффициент диффузного отражения цели; - освещенность местности; - коэффициент пропускания оптики; - коэффициент пропускания атмосферы; - относительное отверстие объектива визира, D - диаметр
Рис. 2.1. Номограммы зависимостей углового разрешения оптической видимости объектов (?*) в зависимости от дальности до объекта (L), кратности оптической системы (Г*) и точности стабилизации линии визирования (головного зеркала).
объектива; f - фокусное расстояние объектива; - телесный угол объектива.
Подставляя фо