Ввод заслонки или изменение отверстия диафрагмы, через которую поток излучения поступает на приемник, осуществляются по сигналу, снимаемому с выхода усилителя после достижения некоторого уровня и управляющему приводом заслонки или диафрагмы. Этот способ используется для устранения влияния мощных внешних излучающих помех в тех случаях, когда нарастание сигнала от них происходит сравнительно медленно (чтобы успел сработать привод) или когда в процессе сканирования поля обзора используется дополнительный датчик помехи, угловое поле которого «опережает» при сканировании поле основного ОЭП. Сигнал с этого датчика управляет приводом заслонки или диафрагмы.
Большим быстродействием обладают системы, отключающие электронный канал или цепь питания фотоприемника при достижении сигналом некоторого критического уровня либо по сигналу от дополнительного датчика помехи. Возвращение схемы в исходное состояние происходит либо по заранее выбранной программе в заданное время, либо после снижения сигнала до уровня меньшего критического.
Значительное распространение получили системы АРЧ или АРУ. Функциональная схема типовой системы представлена на рис. 17. Напряжение с выхода линейной системы «приемник излучения - предусилитель (ПИ+ПУ)» поступает одновременно на усилитель сигнала УС и на детектор АРУ - Дару. Сюда же подается выбранное напряжение задержки Ез. После усилителя У и фильтра Ф сигнал АРУ поступает в регулируемые звенья (при АРЧ обычно для изменения напряжения питания приемника, при АРУ - для изменения коэффициента усиления ПУ).
Сигнал АРУ при uвых > Ез
где Kф, Kд, Kу - передаточные коэффициенты фильтра, детектора и усилителя АРУ соответственно. Инерционность системы АРЧ или АРУ для заданного диапазона изменения uвх выбирают из расчета допустимой демодуляции сигналов в частотном диапазоне работы ОЭП.
Рис. 17. Функциональная схема системы АРУ
В некоторых ОЭП, например радиометрах, для устранения перегрузки выходных электронных звеньев используют логарифмические усилители, амплитуда выходного напряжения которых, начиная с некоторого значения входного сигнала, приблизительно пропорциональна логарифму относительного изменения этого сигнала.
Компенсация помех. В некоторых случаях в ОЭП наряду с основным каналом предусматривают дополнительный канал, принимающий только сигнал от помехи. При линейных преобразованиях в основном и дополнительном каналах, когда обеспечивается равенство уровня помех в них, можно значительно снизить влияние помех путем вычитания из сигнала основного канала, являющегося суммой сигнала и помехи, сигнала дополнительного канала, обусловленного помехой.
Такой способ был описан в § 5, где говорилось о схеме вычитания низкочастотного (в области пространственных частот) фона из сложного сигнала с наиболее информативной высокочастотной областью. Достаточно успешно этот способ используется и применительно к электрическим сигналам, когда помимо компенсации с помощью дополнительного канала используется также черезпериодная компенсация помех или их декорреляция.
Частотная селекция. Этот распространенный вид селекции основан на различии спектров полезного сигнала и помех (шумов). Выше, в гл. 9, при описании процессов модуляции и демодуляции сигналов об этом уже говорилось. Частотная селекция обеспечивается подбором (созданием) надлежащего спектра сигнала и максимально возможным сужением полосы пропускания электронного тракта.
Очень часто этот вид селекции сочетается с пространственной селекцией и сканированием (см. § 5). Наиболее распространенное средство частотной фильтрации - это полосовые (узкополосные) фильтры, пропускающие основные гармоники полезного сигнала и по возможности подавляющие наиболее мощные составляющие спектра помех (шумов).
Эффективным методом частотной селекции является синхронное детектирование (см. § 9.2), при котором уничтожаются несинфазные относительно полезного сигнала составляющие помехи.
Амплитудная селекция. Простейший вид селекции сигнала в электронном тракте - амплитудная селекция, основанная на различии амплитуд полезного сигнала и помехи в рабочем диапазоне частот. Для отделения помех, которые имеют меньшую амплитуду, чем сигнал, достаточно использовать в электронном тракте ограничитель снизу (ОСН). Используя раздельные ограничители сверху (ОСВ) и снизу (ОСН), а затем суммируя выходные сигналы ограничителей в сумматоре У (рис. 18, в), можно отфильтровать все составляющие входных сигналов помех, отвечающие условиям |uвх| < uогр.
Рис. 18. Функциональная схема двустороннего амплитудного селектора: а - характеристика ограничителя снизу; б - характеристика ограничителя сверху; в-функциональная схема
Иногда, особенно в импульсных системах, когда амплитуда импульсов помехи превышает уровень полезного сигнала, применяют селекторы импульсов по уровню, исключающие прохождение импульсов помехи, которые превышают заданный уровень полезного сигнала. При этом используется ограничитель снизу ОСН, выделяющий лишь помехи, и схема НЕ (рис. 19).
Рис. 19. Функциональная схема селектора импульсов по уровню
На схему НЕ подаются выходные сигналы uимп ограничителя и смесь полезного сигнала и помехи uвх. При совпадении сигналов помехи выходной сигнал схемы НЕ равен нулю, а при несовпадении (наличие полезного сигнала) она пропускает сигнал на выход.
Временнамя селекция импульсных сигналов. Этот вид селекции основан на различиях в импульсах сигналов и помех по длительности, моментам их появления и частоте повторения.
Селектор импульсов по длительности пропускает сигналы, длительность которых лежит в заранее установленном диапазоне. Например, если длительность импульса сигнала больше длительности импульса помехи (рис. 20), то, пропуская эти импульсы через линию задержки ЛЗ, задержка ? которой немного меньше длительности сигнала, но больше длительности помехи, и схему совпадений И, можно выделить полезный сигнал.
Рис. 20. Функциональная схема селектора импульсов по длительности: а - функциональная схема; б - эпюры сигналов
Селекция импульсов по временному их положению используется, например, в импульсных оптико-электронных дальномерах и локаторах, электронный канал которых включается лишь на время действия принимаемого полезного сигнала (стробирование). Можно изменять момент стробирования, что применяется, например, в системах автоматического сопровождения по дальности.
Для исключения шумовых импульсов, возникающих в фотоприемнике, может служить схема, представленная на рис. 21.
Рис. 21. Функциональная схема селектора для подавления импульсов шума фотоприемника
Поток, приходящий на вход ОЭП, делится на две части и поступает на два фотоприемника, ПИ1 и ПИ2, выходы которых подключены к схеме совпадения И. Шумовые импульсы фотоприемников совпадают по времени с малой вероятностью, поэтому большинство из них не проходит схему И.
Селекция импульсов сигнала по частоте их повторения fи осуществляется с помощью схемы И и линии задержки ЛЗ (см. рис. 20), задержка ? которой равна периоду повторения Tи=1/fи. Если частота импульсов помех, длительность которых близка к длительности сигнала, не равна fи, то схема И их не пропустит. Возможна настройка схемы на заранее заданную частоту fи, а также задание этой частоты путем формирования последовательности опорных импульсов, с частотой которых сравниваются частоты поступающих извне сигналов. При точно известном и постоянном периоде повторения импульсов можно применять не одну, а несколько линий задержки (рис. 22), используя различные комбинации совпадений, а также реализуя метод накопления сигнала, который получает все большее распространение в ОЭП с многоэлементными фотоприемниками, например ПЗС.
Рис. 22. Функциональная схема селектора импульсов по частоте их повторения с несколькими линиями задержки: а - последовательно; б - параллельно
Метод накопления. Этот метод состоит в том, что решение о наличии сигнала принимается не сразу после его поступления в прибор, а после суммирования или интегрирования ряда конечных выборок смеси сигнала и помех. Разделяя во времени эту смесь на п равных частей, соответствующих периоду повторения сигнала Т, и производя суммирование или интегрирование их, можно в случае аддитивных широкополосных помех и некоррелированных выборок получить выигрыш в отношении сигнал-помеха по мощности полезного сигнала в п раз, а по амплитуде в раз. Действительно, мощность полезного сигнала амплитуды uс на выходе сумматора будет равна Рс~(nuc)2, а мощность помех (сумма постоянных в каждой из п выборок дисперсий ) . Отсюда отношение сигнал-помеха
При постоянном входном сигнале
где Dtпом - время (радиус) корреляции помех.
Увеличение отношения сигнал-помеха при методе накопления достигается ценой увеличения времени обработки и принятия решения о наличии сигнала или ценой расширения полосы пропускания электронного тракта.
Метод накопления можно использовать не только при суммировании сигналов, отсчитываемых в разные моменты времени, но и сигналов, поступающих из п независимых каналов одновременно. Этот метод успешно реализуется в ОЭП с многоэлементными приемниками излучения при последовательном сканировании (см. § 8.1). Обнаружительная способность приемника D* при использовании п выборок увеличивается в раз.
Метод накопления в последнее время часто используют применительно к пространственным реализациям смеси сигнала и помех, например при выделении изображения источника сигнала на фоне меняющих свое положение помех путем сложения мгновенных картин (снимков) сигнала и помех. Как правило, такое сложение проводится после преобразования оптического изображения в цифровую (электронную) форму.
Многоэлементные приемники в таких системах играют роль не только преобразователей потока в электрический сигнал, но и развертывающих (сканирующих) устройств, а вместе со схемой обработки выходного сигнала - и анализаторов изображения. В таких системах выборка сигнала и интегрирование осуществляются в электронном канале, т.е. реализации сигнала и шума являются функциями времени. Поэтому, если за время Tи берется n выборок, то каждая из них должна быть задержана относительно последующей на Tи/n, а относительно последней первая выборка - на (n-1) Ти /п, вторая - на (n-2) Tи /n, третья - на (n-3) Tи и т.д.
При использовании принципа переноса заряда, реализуемого в ПЗС, возможны два способа обработки сигнала методом накопления, т.е. применения задержки и интегрирования.
При первом способе осуществляется несколько выборок сигнала за время перемещения изображения по одному элементу приемника (рис. 23, а). Например, при использовании фото-ПЗС сигнал, генерируемый фоточувствительным слоем, при каждой выборке передается в секцию переноса ПЗС и перемещается синхронно с движением изображения по поверхности фоточувствительного слоя. Поэтому, когда изображение переходит на следующий элемент, то к сигналам, возникающим при этом, прибавляются однофазные сигналы. Процесс сложения сигналов продолжается для всех п элементов приемника, составляющих одну секцию интегрирования, а затем суммарный сигнал направляется в последующую электронную схему, т.е. выводится из многоэлементной ПЗС-структуры. Таким образом, при этом способе сначала осуществляется выборка отдельных значений сигнала, а затем их сложение (интегрирование).
Рис. 23. Схемы реализации метода задержки и интегрирования: а - с выборкой, предшествующей интегрированию; б - с выборкой, следующей за интегрированием
Во втором способе сначала выполняется интегрирование сигналов, поступающих с элементов фоточувствительного слоя, которые составляют одну секцию интегрирования (рис. 23, б). С каждого элемента получается лишь по одной выборке сигнала, которые последовательно складываются и в конце секции выводятся во внешнюю схему. Между сигналами отдельных секций интегрирования имеется фазовый сдвиг, т.е. выборка сигналов с отдельных элементов производится в каждой секции для разных частей изображения. Число секций выбирается равным числу требуемых выборок изображения. Таким образом, при этом способе выборка сигналов, соответствующих отдельным частям изображения, происходит после интегрирования.
Если обозначить число выборок изображения через nи, а число выборок электрического сигнала, осуществляемых за время tэ, равное времени прохождения точки по элементу приемника, через nэ, то можно заключить, что при первом способе число выборок nи зависит от соотношения между размером dи изображения и размером dэ элемента, а не только от nэ. Например, при dи=dэ, число выборок nи=2nэ, так как время прохождения изображения по элементу равно 2tэ. При втором способе nи=nэ.