РАЗДЕЛ 2
МЕТОД ОБНАРУЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В
АСТРОНОМИЧЕСКИХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИСТЕМАХ В ДНЕВНОЕ ВРЕМЯ ПРИ НАЛИЧИИ ИНФОРМАЦИИ О КОСМИЧЕСКОМ ОБЪЕКТЕ
Традиционные методы обнаружения сигналов от космических объектов в астрономических телевизионных системах основаны на пороговой обработке сигнала, то есть на сравнении величины отклика фотоприемника на воздействие аддитивной смеси сигнальной и фоновой составляющей с установленным пороговым значением, величина которого обусловлена выбранным критерием качества принятия решения. Решение об обнаружении сигнала от космического объекта принимается, когда амплитуда электрического сигнала, сформированного одним элементом разрешения матрицы фотоприемников, превышает установленное значение порога (метод однократного отсчета).
В ночных условиях параметр - радиус корреляции атмосферных неоднородностей, как правило, принимает наибольшие значения (30-50 см). В этих условиях размер изображения точечного источника определяется размером апертуры оптической системы и ее фокусным расстоянием и стремится к дифракционному пределу. Возможности обнаружения сигнала от космического объекта определяются энергетическими соотношениями между сигнальной и фоновой составляющими на площади изображения объекта. При минимальном размере изображения метод однократного отсчета является квазиоптимальным, так как при регистрации всей энергии сигнала обеспечивается регистрация минимального (в данных условиях) количества фонового излучения.
Дневные условия характеризуются высоким уровнем фонового излучения и состоянием турбулентной атмосферы вдоль трассы распространения оптического излучения от космического объекта. В совокупности эти особенности дневных условий наблюдения космических объектов приводят к изменению энергетического соотношения между сигналом и помехой и к изменению пространственной структуры сигнальной составляющей в плоскости регистрации.
Как показано в разделе 1, методы обнаружения сигналов в астрономических телевизионных системах, основанные на пороговой обработке отклика фотоприемника, в дневных условиях становятся не оптимальными и не позволяют эффективно решать задачу обнаружения сигналов от космических объектов в выходной плоскости астрономических телевизионных систем.
Для повышения качества обнаружения сигналов от космических объектов в астрономических телевизионных системах в сумеречных и дневных условиях необходимо разработать метод обнаружения, основанный на учете физических явлений и процессов, протекающих в астрономических телевизионных системах в условиях сильных аддитивных помех и мультипликативных искажений сигнала.
Основой для разработки метода обнаружения должна служить математическая модель сигнала, учитывающая взаимодействие светового излучения с веществом вдоль трассы распространения, элементами оптико-механического тракта астрономической телевизионной системы, приемником излучения, а также описывающая статистические свойства оптических сигналов.
Описание оптических сигналов в астрономических телевизионных системах можно проводить с различных позиций.
1. С позиции геометрической оптики, рассматривающей формирование изображения с помощью световых лучей, являющихся независимыми и прямолинейными в однородной среде и преломляющимися (отражающимися) на границах раздела сред с различными оптическими свойствами [62]. Аппарат геометрической оптики позволяет описать процесс формирования изображения, оценить некоторые параметры оптической системы (угловое поле зрения, линейный коэффициент увеличения и пр.). Использование аппарата геометрической оптики не позволяет рассматривать энергетические, статистические, спектральные характеристики оптических сигналов.
2. С позиции волновой теории, в основе которой лежит система дифференциальных уравнений Максвелла, описывающих напряженности электрического и магнитного полей, электрического смещения, магнитной индукции и плотности электрического заряда. В систему уравнений Максвелла также входят материальные уравнения, характеризующие поведение различных сред в электромагнитном поле. С учетом материальных уравнений и граничных условий, система уравнений Максвелла является полной и позволяет описать все свойства электромагнитного поля и многие процессы взаимодействия поля с веществом [108, 109]. С позиций волновой теории удобно описывать дифракционные явления, интерференцию, спектральные и поляризационные свойства оптических сигналов. Однако, применение волновой теории для описания оптических сигналов малой интенсивности, когда за время наблюдения регистрируется малое число фотонов, приводит к результатам, противоречащим экспериментальным данным.
3. С позиции корпускулярной (фотонной) оптики, когда свет представляется как поток дискретных частиц (фотонов). С использованием фотонного представления оптического излучения возможно описывать явления, имеющие вероятностный характер (генерации излучения, поглощения в нейтральных фильтрах и в веществе фотокатода). Корпускулярное представление дает возможность анализа статистических свойств оптических сигналов и применения методов теории решений при решении задач обнаружения, приема сигналов, измерения их параметров [84, 100, 105].
4. С использованием квантовомеханического описания, основанного на описании состояний оптических полей волновыми функциями. Квантовомеханическое описание состояний системы поле-приемник является вероятностным, т.к. нахождение системы в определенном состоянии характеризуется вероятностью этого состояния, равной квадрату модуля волновой функции. Такой подход позволяет полностью охарактеризовать процессы излучения, распространения, поглощения света. Однако он требует привлечения громоздкого математического аппарата, а полученные результаты сложно реализуемы в конкретных технических решениях [100, 110].
При разработке математической модели сигналов в астрономических телевизионных системах будем совместно использовать положения волновой и корпускулярной теорий света с элементами ге
- Київ+380960830922