紅外調(diào)制與調(diào)制盤 原理

1、紅外調(diào)制與調(diào)制盤 原理第1頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二本章內(nèi)容6.1 紅外調(diào)制的一般概念6.1.1 對(duì)紅外輻射進(jìn)行調(diào)制的意義6.1.2 調(diào)制盤的作用6.1.3 關(guān)于調(diào)制波的一般概念6.1.4 調(diào)制波的形式及主要特征6.2 調(diào)制盤的類型及工作原理6.2.1 概述6.2.2 調(diào)幅式調(diào)制盤6.2.3 調(diào)頻式調(diào)制盤6.2.4 脈沖編碼式調(diào)制盤第2頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二6.1 紅外調(diào)制的一般概念6.1.1 對(duì)紅外輻射進(jìn)行調(diào)制的意義在電學(xué)領(lǐng)域及通信系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用了調(diào)制與解調(diào)技術(shù)。調(diào)制的概念：對(duì)所需處理的信號(hào)或被傳輸?shù)男畔⒆瞿撤N形式上的變換

2、，使之更便于處理或傳輸。例直流信號(hào)放大，直接放大零點(diǎn)漂移嚴(yán)重?？蓪⒅绷?交流 交流放大 分離出直流信號(hào)。解調(diào)：從已調(diào)制過的信號(hào)中恢復(fù)原始信號(hào)的過程，解調(diào)即通常說的“信息檢測”。調(diào)制第3頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二紅外系統(tǒng)的檢測性能與調(diào)制波的形式和調(diào)制器、解調(diào)器的性能密切相關(guān)。紅外輻射調(diào)制的目的：紅外輻射調(diào)制使原本恒定的輻射通量轉(zhuǎn)換成隨時(shí)間斷續(xù)的輻射通量，并使斷續(xù)的輻射能的某些特征隨著目標(biāo)信息的變化而變化。對(duì)輻射能調(diào)制的目的，主要是為了使斷續(xù)的輻射能中包含目標(biāo)信息，便于信號(hào)的放大、處理和檢測。包含目標(biāo)信息的斷續(xù)的輻射能。包含目標(biāo)信息的交變電信號(hào)。第4頁，共60頁，2

3、022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二輻射源按其對(duì)紅外裝置的張角大小可劃分為兩類：點(diǎn)輻射源： (本書討論)點(diǎn)源 象點(diǎn)(象點(diǎn)孔徑 象點(diǎn)孔徑 =象點(diǎn)孔徑 象點(diǎn)孔徑象點(diǎn)第6頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二6.1.2 調(diào)制盤的作用最基本的作用：將恒定的輻射通量轉(zhuǎn)換為斷續(xù)的輻射通量。一、產(chǎn)生目標(biāo)所在空間位置的信息編碼目標(biāo)位置變化調(diào)制后輻射通量(A, F, P)變化。是目標(biāo)位置的信號(hào)編碼器。第7頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二二、用調(diào)制盤進(jìn)行空間濾波以抑制背景干擾探測目標(biāo)(飛機(jī)、輪船、汽車等)總是處在背景(大氣、云層、海水、地物等)中，背景也有紅外輻

4、射，起到了噪聲的作用。利用目標(biāo)和背景相對(duì)于系統(tǒng)張角大小的不同，調(diào)制盤可以擬制背景，突出目標(biāo)，從而將目標(biāo)從背景中分辨出來。調(diào)制盤這種濾去背景干擾的作用叫空間濾波。調(diào)制盤空間濾波的原理：點(diǎn)源目標(biāo)的象點(diǎn)與調(diào)制盤孔徑尺寸相當(dāng)，調(diào)制盤對(duì)該目標(biāo)象點(diǎn)進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生一個(gè)由調(diào)制盤轉(zhuǎn)速和調(diào)制盤數(shù)目確定的有限載頻信號(hào)。背景相當(dāng)于面源，覆蓋了多個(gè)透輻射和不透輻射的柵格，透過調(diào)制盤的能量為某一定值，得到的調(diào)制信號(hào)為直流或遠(yuǎn)離載頻的其他頻率的調(diào)制信號(hào)(即在載頻附近背景感應(yīng)的信號(hào)很小)。通過電路的選頻作用，使目標(biāo)信號(hào)的頻率通過，而背景(直流或其他頻率)被阻止，實(shí)現(xiàn)探測目標(biāo)抑制背景的作用。第8頁，共60頁，2022年，5月2

5、0日，17點(diǎn)41分，星期二從原理上看，調(diào)制盤的空間濾波作用有限。當(dāng)背景或某些人為干擾象點(diǎn)與調(diào)制盤柵格尺寸相當(dāng)時(shí)，就起不了抑制背景的作用。這時(shí)常采用其他方法進(jìn)一步抑制背景干擾：色譜濾波：帶通濾光片(濾掉背景輻射)雙色調(diào)制盤：將普通調(diào)制盤中的透輻射和不透輻射部分用兩種不同的帶通濾光片(分別對(duì)應(yīng)目標(biāo)輻射波段和背景輻射波段)代替。第9頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二三、用調(diào)制盤提高紅外系統(tǒng)的檢測性能紅外系統(tǒng)探測目標(biāo)時(shí)總有噪聲的干擾。為從干擾中更多地提取有用信息，紅外系統(tǒng)必須根據(jù)合適的檢測準(zhǔn)則，確定系統(tǒng)的最佳檢測方式及相應(yīng)的具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。檢測方式確定后，要求有與之相應(yīng)的信號(hào)形式

6、。通過調(diào)制盤圖案的設(shè)計(jì)及掃描方式的選擇，可以給出滿足最佳檢測方式所要求的信號(hào)形式，從而提高系統(tǒng)的檢測性能。第10頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二*6.1.3 關(guān)于調(diào)制波的一般概念設(shè)一高頻信號(hào)，描述為其中：ac是幅度；是角頻率；是相位；是t時(shí)刻信號(hào)的相角。載波：如果ac , , 是常數(shù)，上式表示未調(diào)制波，即載波。此時(shí)的= c為載頻。調(diào)制波：如果ac 或發(fā)生變化，則信號(hào)a(t)就成了調(diào)制波。第11頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二調(diào)制：使載波的某一參量(如幅度、頻率、相位等)隨時(shí)間按一定規(guī)律變化的過程，叫做調(diào)制。按照調(diào)制參量的不同，分為調(diào)幅：幅度調(diào)

7、制，AM (Amplitude Modulation)調(diào)角：角度調(diào)制。調(diào)角又分兩種調(diào)頻：FM (Frequency Modulation)調(diào)相：PM (Phase Modulation)調(diào)制信號(hào)：所要傳送的信息稱為調(diào)制信號(hào)。調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)相比，通?？煽醋魇锹兓臅r(shí)間函數(shù)，即相對(duì)于載波頻率c而言，調(diào)制信號(hào)頻譜聚于較低的頻率區(qū)域。第12頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二調(diào)制波具有頻譜。調(diào)制波可以看作由若干個(gè)不同頻率的正弦型信號(hào)組合而成的信號(hào)。調(diào)制波的頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)制信號(hào)的性質(zhì)以及調(diào)制的類型有關(guān)?；旌险{(diào)制：調(diào)制過程中常產(chǎn)生混合調(diào)制，如AM-FM或AM-PM?；旌险{(diào)制中有益

8、的調(diào)制為工作調(diào)制，另一種附加在主要調(diào)制上的是寄生調(diào)制。寄生調(diào)制產(chǎn)生原因：實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法產(chǎn)生調(diào)制波通過電路時(shí)產(chǎn)生第13頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二6.1.4 調(diào)制波的形式及*主要特征按載波類型的不同，分為：連續(xù)波調(diào)制：AMFMPM脈沖調(diào)制：脈沖調(diào)幅(PAM)脈沖調(diào)寬(PWM)脈沖調(diào)位(PPM)第14頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二一、連續(xù)波調(diào)制(一)調(diào)幅調(diào)幅波其中k為比例系數(shù)， g(t)為調(diào)制信號(hào)， fc為載頻。定義調(diào)制指數(shù)(調(diào)制度系數(shù)) M=k/ac調(diào)幅波可以寫成 gmax(t)和M應(yīng)滿足如不滿足，則可能產(chǎn)生過調(diào)制現(xiàn)象。第15頁，共60頁

9、，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二調(diào)幅的特點(diǎn)：載波信號(hào)的包絡(luò)線按被傳送信號(hào)的規(guī)律變化。提出有用信號(hào)時(shí)，可采用包絡(luò)檢波的解調(diào)方法。不產(chǎn)生新的頻譜，只是將調(diào)制信號(hào)的頻譜從原點(diǎn)附近移到了載頻譜線附近。能量利用效率較低：總功率中只有1/3用來傳輸有用信號(hào)。在大信噪比條件下，調(diào)幅系統(tǒng)的輸出噪聲平均功率等于輸入噪聲平均功率。輸出信噪比是輸入信噪比的兩倍。即調(diào)幅系統(tǒng)具有3dB的信噪比增益。小信噪比下有門限效應(yīng)。即當(dāng)輸入信噪比低于某個(gè)值時(shí)，信號(hào)淹沒在噪聲中。第16頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二(二)調(diào)角調(diào)角波的一般表達(dá)式調(diào)相調(diào)相波瞬時(shí)頻率調(diào)頻瞬時(shí)頻率調(diào)頻波可見調(diào)頻與調(diào)相

10、密切相關(guān)，兩者雖然調(diào)制方式不同，但實(shí)質(zhì)上有共同之處。下面分析調(diào)頻的特點(diǎn)。第17頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二調(diào)頻的特點(diǎn)：(1)載波信號(hào)幅度不變，但頻率隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化。(2)調(diào)制的結(jié)果使頻譜展寬。(3)調(diào)頻波的能量集中于載頻附近。能量的集中度與調(diào)制指數(shù)M有關(guān)，M值較小時(shí)，能量集中于載頻附近，隨著M的增大，有效頻譜寬度增大。(4)能量的利用效率高于調(diào)幅。(5)抗干擾性能優(yōu)于調(diào)幅。在輸入噪聲功率密度相同及載波幅值相同的情況下，調(diào)頻系統(tǒng)的輸出信噪比是是調(diào)幅系統(tǒng)輸出信噪比的3M2倍。(6)存在門限效應(yīng)。M越大，門限越高。其中：f是最大頻率偏移；F是調(diào)制信號(hào)的頻率。第1

11、8頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二二、脈沖調(diào)制用脈沖串作為載波的調(diào)制稱為脈沖調(diào)制。(一)脈沖調(diào)幅周期性脈沖的幅度，按調(diào)制信號(hào)規(guī)律而變化的過程叫做脈沖調(diào)幅。特點(diǎn)：脈沖調(diào)幅波的頻譜中包含有調(diào)制頻率分量。所以檢波時(shí)用低通濾波器(0-F，F(xiàn)調(diào)制信號(hào)頻率)實(shí)現(xiàn)解調(diào)。脈沖調(diào)幅波的解調(diào)對(duì)信號(hào)和噪聲的作用是相同的，所以這種檢測系統(tǒng)的信噪比增益為0，而傳輸帶寬為F。由于帶寬只是連續(xù)波調(diào)幅系統(tǒng)的一半，所以在輸入信號(hào)平均功率相同的條件下，脈沖調(diào)幅系統(tǒng)的輸入信噪比是連續(xù)波調(diào)幅系統(tǒng)的2倍，加之連續(xù)波調(diào)幅系統(tǒng)的信噪比增益為2倍，故這兩種調(diào)幅系統(tǒng)的輸出信噪比相同。第19頁，共60頁，2022年，5

12、月20日，17點(diǎn)41分，星期二(二) 脈沖調(diào)寬(PWM)是指脈沖串載波的幅度與頻率均無變化，而只有脈沖寬度按調(diào)制信號(hào)規(guī)律變化。特點(diǎn)：脈沖調(diào)寬頻譜圖與脈沖調(diào)幅頻譜圖基本相同，只是組合頻率更加復(fù)雜。頻譜中包含直流分量、調(diào)制頻率分量、載波及其高次諧波。解調(diào)時(shí)仍可用低通濾波器分離出低頻調(diào)制信號(hào)。第20頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二(三) 脈沖調(diào)位(PPM)是指用脈沖串載波中脈沖的位置參量來傳輸信息，也叫脈位調(diào)制。特點(diǎn)：脈沖調(diào)位波的頻譜中，仍有直流分量與調(diào)制頻率分量，并有無窮多個(gè)未調(diào)載波的諧波與以各諧波頻率為中收的無窮多個(gè)組合頻率，且各組合頻率是不相等的。在未調(diào)制脈沖相同和調(diào)

13、制信號(hào)相同的情況下，調(diào)位脈沖頻譜中的調(diào)制頻率分量幅值比調(diào)幅或調(diào)寬的調(diào)制頻率分量幅值小得多，且有失真。所以不能簡單地用低通濾波器直接分離出低頻調(diào)制信號(hào)。往往先轉(zhuǎn)換成調(diào)幅或調(diào)寬脈沖后再進(jìn)行解調(diào)。在這三種脈沖調(diào)制方式中，脈沖調(diào)幅的抗干擾性差一些(不能使用限幅器消除噪聲干擾)。第21頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二當(dāng)象點(diǎn)較調(diào)制盤分格小時(shí)，紅外信號(hào)的調(diào)制屬于脈沖調(diào)制；而象點(diǎn)超出調(diào)制盤分格時(shí)，屬于連續(xù)波調(diào)制。對(duì)于連續(xù)波調(diào)制：調(diào)頻系統(tǒng)的抗干擾性能強(qiáng)于調(diào)幅系統(tǒng)。無論大信噪比輸入還是小信噪比輸入，調(diào)頻系統(tǒng)的輸出信噪比高于調(diào)幅系統(tǒng)。大信噪比輸入情況下，寬帶調(diào)頻信噪比增益更高。調(diào)頻系統(tǒng)的能

14、量利用效率高于調(diào)幅系統(tǒng)。調(diào)幅系統(tǒng)的信號(hào)處理系統(tǒng)比調(diào)頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠。對(duì)于脈沖調(diào)制：抗干擾性：PWM，PPM優(yōu)于PAM解調(diào)方式：PPM的解調(diào)比PWM和PAM復(fù)雜。PAM和AM相比，AM的信噪比增益略高。第22頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二6.2 調(diào)制盤的類型及工作原理6.2.1 概述紅外系統(tǒng)中調(diào)制盤類型多，圖案各異，象點(diǎn)與調(diào)制盤間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式也各有不同。從位置編碼的基本原理(即調(diào)制方式)來分：調(diào)幅式(AM)調(diào)頻式(FM)調(diào)相式(PM)調(diào)寬式(WM)脈沖編碼式第23頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二目標(biāo)點(diǎn)M (, )在物平面，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)

15、成象在象平面上，象點(diǎn)為M (, ) 。對(duì)于望遠(yuǎn)系統(tǒng)，象平面在焦平面上，則有式中，f為光學(xué)系統(tǒng)焦距； 為xoy平面內(nèi)象點(diǎn)M到o的距離；為象點(diǎn)方位角；q為失調(diào)角，反映目標(biāo)偏離光軸大小。象點(diǎn)位置反映了目標(biāo)偏離光軸大小。本節(jié)分析調(diào)制盤如何將目標(biāo)象點(diǎn)位置轉(zhuǎn)化為可用信號(hào)，及如何進(jìn)行空間濾波。第24頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二6.2.2 調(diào)幅式調(diào)制盤一、初升太陽式調(diào)制盤(旭日式)(一) 工作原理1、調(diào)制盤圖案及調(diào)幅波的產(chǎn)生調(diào)制盤放在焦平面上，中心位于光軸。象點(diǎn)不動(dòng)，調(diào)制盤轉(zhuǎn)動(dòng)，象點(diǎn)交替通過透過和不透過柵，從而使象點(diǎn)能量在最大值與最小值之間交替變化。調(diào)制盤轉(zhuǎn)動(dòng)角頻率，轉(zhuǎn)動(dòng)一圈為一

16、個(gè)周期T(=2/ )半透不透全透上半圓：目標(biāo)調(diào)制區(qū)，透輻射與不透輻射扇形條呈輻射狀。下半圓：半透區(qū)。第25頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二2、調(diào)幅波包絡(luò)的幅值與象點(diǎn)偏離量和象點(diǎn)大小的關(guān)系象點(diǎn)： 位置：偏離量；方位角。象點(diǎn)為有限半徑圓形。如圖：象點(diǎn)面積S=S1+S2S1為透輻射區(qū)面積S2為不透輻射區(qū)面積象點(diǎn)上輻照度均勻分布總能量F=F1+F2透過能量F1 S1不透過能量 F2 S2調(diào)制盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，透過調(diào)制盤的能量：上半圓：在F1和F2之間變化下半圓：F/2第26頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二調(diào)制度D：D越大，調(diào)制信號(hào)的幅度越大。S一定 增大，D

17、增大；減小，D減少(趨于0)這時(shí)可將D看成是的函數(shù)，即D=f() 所以可用調(diào)制信號(hào)的幅值表示偏移量的大小。如果S的值也是變化的，則D=f(, S)如果控制S隨按一定規(guī)律變化，則D=f(, S)=f(, g()可見，通過調(diào)制盤圖案形式和目標(biāo)象點(diǎn)大小變化相配合，可滿足有用信號(hào)與目標(biāo)偏移量呈某一特定關(guān)系。第27頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二3、包絡(luò)相位與目標(biāo)方位角的關(guān)系旭日型調(diào)制盤，圖案有明顯的分界線(ox)，可用其產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)以檢測包絡(luò)的相位(初相角)。通過前面的分析可以看出，目標(biāo)象點(diǎn)信息與調(diào)幅波的關(guān)系：偏離量 ：調(diào)幅波的幅度方位角 ：調(diào)幅波包絡(luò)的初相位第28頁，共60

18、頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二4、關(guān)于半透區(qū)的設(shè)置與徑向分格問題對(duì)于大面積的象點(diǎn)，由于跨越調(diào)制盤多個(gè)透輻射和不透輻射柵格，所以透過的和不透過的輻射能基本相等(調(diào)制度D約為0)，即如果象點(diǎn)總能量為F0，則：上半圓透過輻射能F0/2 下半圓透過輻射能=F0/2這樣調(diào)制盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，基本沒有有用信號(hào)輸出。從而實(shí)現(xiàn)空間濾波?？梢姡骸皩?duì)大面積的背景輻射，在整個(gè)周期內(nèi)保持調(diào)制盤的透過系數(shù)為某一恒定值”是空間濾波的一條重要原則。一個(gè)周期T內(nèi)輸出基本恒定F0/2 第29頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二從上面分析可見，當(dāng)輻射面積較小的背景成像于調(diào)制盤的邊緣時(shí)，仍可產(chǎn)生調(diào)制

19、信號(hào)。這時(shí)采用在調(diào)制盤邊緣徑向分格的方法抑制背景干擾。注意各格點(diǎn)面積應(yīng)盡可能相等?？臻g濾波中，為了進(jìn)行步消除背景干擾而進(jìn)行徑向分格的另一個(gè)原則-等面積原則。第30頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二響尾蛇空空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭中實(shí)際采用的調(diào)制盤 實(shí)物直徑為6.3mm。上半圓為調(diào)制區(qū)，分成12個(gè)等分扇形區(qū)，中心扇形區(qū)的半徑為1.1mm，邊緣各環(huán)帶分成三組，從內(nèi)層環(huán)帶算起。 14環(huán)帶，每環(huán)帶間距為0.2mm。 59環(huán)帶，每環(huán)帶間距為0.15mm。1014環(huán)帶，每環(huán)帶間距為0.1mm, (圖中只畫出12個(gè)環(huán)帶)下半圓為半透明區(qū)。由62條寬為0.025mm(=25 )，間距也為0.025

20、mm的不透明同心半圓黑線組成的，因?yàn)槟繕?biāo)象點(diǎn)線度通常 講遠(yuǎn)較0.025mm為大，所以可認(rèn)為這個(gè)區(qū)域的透過系數(shù)無論對(duì)目標(biāo)或?qū)Ρ尘岸际?0。第31頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二(二) 調(diào)制特性分析1、調(diào)制曲線的形狀目標(biāo)象點(diǎn)的偏離量(=f q)可用失調(diào)角q來表示。失調(diào)角q與有用調(diào)制信號(hào)u之間的關(guān)系曲線稱為調(diào)制曲線。第32頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二OE段：對(duì)應(yīng)象點(diǎn)離光軸很近，u很小(小于噪聲)，表現(xiàn)為調(diào)制曲線比較平緩。該區(qū)稱為調(diào)制盤的盲區(qū)。EF段：隨q的增加，調(diào)制深度增加，有用信號(hào)也增加，調(diào)制曲線表現(xiàn)為上升區(qū)。FG段：當(dāng)q繼續(xù)增大，目標(biāo)象點(diǎn)進(jìn)

21、入棋盤格區(qū)域，由于棋盤格區(qū)域每一環(huán)帶寬度隨q增加逐漸變窄，則調(diào)制深度明顯下降，有用信號(hào)也下降，調(diào)制曲線表現(xiàn)為下降區(qū)。整個(gè)調(diào)制曲線相對(duì)于光軸對(duì)稱。注意：調(diào)制盤的徑向分格，一方面是從消除背景干擾著想，另一方面又對(duì)調(diào)制曲線的形狀有所影響。在設(shè)計(jì)時(shí)兩者應(yīng)兼顧。A 第33頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二2、影響調(diào)制曲線形狀的因素(1) 調(diào)制盤本身圖案形式的影響圖案影響調(diào)制深度D，從而影響調(diào)制曲線。(2) 象點(diǎn)大小及其變化規(guī)律的影響(3) 距離的影響距離變化象點(diǎn)大小和能量變化象點(diǎn)大小與能量是一對(duì)矛盾：距離減小，象點(diǎn)面積增加調(diào)制深度減小有用信號(hào)減少距離減小，同時(shí)能量增加有用信號(hào)增加

22、距離較遠(yuǎn)時(shí)，能量的影響較大距離較近時(shí)，象點(diǎn)面積的影響較大例如響尾蛇空空導(dǎo)彈，在最后接近目標(biāo)的50-100米內(nèi)，由于象點(diǎn)面積急劇增加，有用信號(hào)也急劇減小，信號(hào)小到比噪聲還小，系統(tǒng)失去控制，靠慣性飛向目標(biāo)。所以最后的50100米為失控距離。第34頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二二、*光點(diǎn)掃描式調(diào)制盤也稱為圓錐掃描式調(diào)制盤。(一) 工作原理1、調(diào)制盤圖案及光點(diǎn)掃描圓的形成最外圍：三角形(調(diào)制區(qū))，用于產(chǎn)生調(diào)制曲線的上升段，三角形的數(shù)目根據(jù)選擇的載波頻率和光點(diǎn)掃描頻率確定。內(nèi)層：扇形分帶棋盤格式圖案，根據(jù)空間濾波的考慮設(shè)計(jì)，所以各環(huán)帶上的黑白面積應(yīng)盡量相等。調(diào)制盤置于光學(xué)系統(tǒng)

23、的焦平面上，圖案中心與光學(xué)系統(tǒng)主光軸重合，調(diào)制盤本身不轉(zhuǎn)，目標(biāo)象點(diǎn)相對(duì)于調(diào)制盤作圓運(yùn)動(dòng)。第35頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二光點(diǎn)掃描圓的形成：目標(biāo)象點(diǎn)在調(diào)制盤上的運(yùn)動(dòng)軌跡稱為光點(diǎn)掃描圓。折反式光學(xué)系統(tǒng)：次反射鏡旋轉(zhuǎn)形成掃描圓通過改變傾角可以改變掃描圓的大小。透射式光學(xué)系統(tǒng)：光楔旋轉(zhuǎn)形成掃描圓通過改變光楔的楔角及光楔在光軸上的位置可以改變掃描圓的大小。目標(biāo)位于光軸上時(shí)，光點(diǎn)掃描圓是一個(gè)與調(diào)制盤同心的圓。目標(biāo)偏離光軸，掃描圓中心偏離調(diào)制盤中心。目標(biāo)偏離光軸的偏離量大小和偏離方位決定了掃描圓中心偏離調(diào)制盤中心的偏離量大小和偏離方位。第36頁，共60頁，2022年，5月20

24、日，17點(diǎn)41分，星期二2、誤差信號(hào)的產(chǎn)生誤差信號(hào)的來源：象點(diǎn)調(diào)制深度的變化載波波形的變化載波頻率的變化目標(biāo)在光軸上，掃描圓掃過三角形腰部目標(biāo)偏離光軸，掃描圓掃過三角形不同部位目標(biāo)偏離光軸過大，部分掃描圓掃過三角形不同部位載波頻率fc=n，n是三角形數(shù)目， 是掃描圓旋轉(zhuǎn)速度(r/s)第37頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二(1) 象點(diǎn)調(diào)制深度的影響設(shè)象點(diǎn)大小不變，象點(diǎn)從三角形不同部位掃過時(shí)的調(diào)制深度不同。第38頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二(2) 載波波形的影響設(shè)調(diào)制深度相同，象點(diǎn)從三角形不同部位掃過時(shí)的產(chǎn)生的調(diào)制波形不同。載波幅值增加付里葉

25、變換后比較基頻第39頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二(3) 載波頻率變化的影響掃描圓的線速度是固定的?；￠L：掃過弧長所用時(shí)間相應(yīng)掃過三個(gè)不同部位的載波頻率頻率對(duì)載波信號(hào)幅值的影響，取決于濾波器的頻率特性。如果濾波器的頻率特性如右圖，則無論頻率升高或降低，都會(huì)導(dǎo)致載波信號(hào)電壓幅值減小。第40頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二調(diào)制盤如何反映目標(biāo)的偏離量和方位角 ？(1)目標(biāo)偏離一失調(diào)角q后，掃描圓中心偏離調(diào)制盤中心，如B：90方位調(diào)制深度增加，270方位調(diào)制深度減小，掃描一周，在調(diào)制盤不同位置上載波幅值不同，產(chǎn)生調(diào)幅波。對(duì)應(yīng)于調(diào)制曲線上升段。(2)

26、失調(diào)角q進(jìn)一步增加，如C：90方位進(jìn)入三角形根部以內(nèi)，270方位掃出了調(diào)制盤，出現(xiàn)單邊調(diào)制。單邊調(diào)制包絡(luò)幅值下降，隨著q的增加包絡(luò)下降更嚴(yán)重。進(jìn)入調(diào)制曲線的下降段。(3)方位角的確定：目標(biāo)方位角體現(xiàn)在掃描圓中心相對(duì)于調(diào)制盤中心的方位角上。這時(shí)載波包絡(luò)信號(hào)也具有初相位角 。將包絡(luò)檢出后，通過與基準(zhǔn)信號(hào)相比較，可得目標(biāo)方位角 。第41頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二與初升太陽式調(diào)制盤(旭日式)的比較：調(diào)制方式相同：都是用包絡(luò)的幅值來反映目標(biāo)的偏離角用包絡(luò)的初相位來反映目標(biāo)的方位角與旭日式調(diào)制盤相比，光點(diǎn)掃描式調(diào)制盤的空間濾波能力較差。外圍三角形區(qū)，分格面積相差大內(nèi)部：透過

27、(或不透過)面積不均勻第42頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二(二) 調(diào)制曲線及其影響因素調(diào)制曲線如圖：只有上升段和下降段r為上升區(qū)寬度(a-r)為下降區(qū)寬度。上升區(qū)寬度的影響因素外圈三角形的高度光學(xué)系統(tǒng)的焦距其中H為三角形高度，f為光學(xué)系統(tǒng)焦距。影響上升區(qū)斜率的因素是三角形的形狀。細(xì)長三角形：斜率小，但r大粗而短的三角形：斜率大(包絡(luò)幅值變化大)，但r小。調(diào)制盤的特點(diǎn)：調(diào)制曲線無盲區(qū)，跟蹤精度高有效視場大(比調(diào)制盤決定的瞬時(shí)視場大近一倍)第43頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二6.2.3 調(diào)頻式調(diào)制盤一、旋轉(zhuǎn)調(diào)頻調(diào)制盤圖案1(如圖)：徑向分成四

28、個(gè)環(huán)帶每個(gè)環(huán)帶分成若干個(gè)黑白格子，同一環(huán)帶中的格子的對(duì)應(yīng)的扇形角度相等。每一環(huán)帶內(nèi)的扇形格子數(shù)目隨徑向距離而變化，由內(nèi)向外每增加一個(gè)環(huán)帶，黑白格子的數(shù)目增加一倍。根據(jù)載波頻率判斷象點(diǎn)位置：如A點(diǎn)的頻率是B點(diǎn)頻率的一半。缺點(diǎn)：無法判斷目標(biāo)的方位角，處于同一環(huán)帶內(nèi)的象點(diǎn)無法區(qū)分。第44頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二圖案2(如圖)徑向分三個(gè)環(huán)帶各環(huán)帶中黑白扇形分格從內(nèi)向外逐漸增加每一環(huán)帶的分格大小不均勻，其角度分格自O(shè)O線起按正弦規(guī)律變化。如果目標(biāo)的方位角為0，形成的調(diào)頻波近似為其中F0是目標(biāo)象點(diǎn)輻射能； 象點(diǎn)偏離量； ()是載波的頻率；是調(diào)制盤旋轉(zhuǎn)角頻率；M(= /)是

29、調(diào)制指數(shù)； 0是目標(biāo)象點(diǎn)的方位角。對(duì)于象點(diǎn)：調(diào)制盤旋轉(zhuǎn)一周形成的矩形脈沖的頻率呈正弦規(guī)律變化。象點(diǎn)偏離量 ()和M()調(diào)頻波的頻率鑒頻和濾波正弦電壓信號(hào)幅值。 正弦電壓信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)比較相位初相位角方位角0。第45頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二通過分析可見，以上兩種圖案的調(diào)制盤都無法判斷目標(biāo)偏離量的連續(xù)變化。第46頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二二、圓錐掃描調(diào)頻調(diào)制盤如圖為扇形輻條式調(diào)制盤：使用時(shí)置于光學(xué)系統(tǒng)的焦平面上，光學(xué)系統(tǒng)通過次鏡偏軸旋轉(zhuǎn)作圓錐掃描，在調(diào)制盤上得到一個(gè)光點(diǎn)掃描圓。優(yōu)點(diǎn)：調(diào)制特性曲線無盲區(qū)，測角精度與跟蹤精度高。缺點(diǎn)：光

30、學(xué)系統(tǒng)工作在偏軸狀態(tài)下，成象質(zhì)量差。第47頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二三、圓周平移掃描調(diào)頻調(diào)制盤光學(xué)系統(tǒng)共軸，調(diào)制盤繞光軸作圓周平移。誤差信號(hào)產(chǎn)生的原理和解調(diào)方式與圓錐掃描調(diào)頻調(diào)制盤相同。第48頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二優(yōu)點(diǎn)：無盲區(qū)、跟蹤精度高成象質(zhì)量好；所用探測器小(與視場大小相同，而圓錐掃描的探測器與調(diào)制盤大小相同)，探測器面積小則噪聲小，靈敏度高，作用距離大。缺點(diǎn)：圓周平移掃描運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法復(fù)雜。象點(diǎn)A象點(diǎn)B象點(diǎn)C第49頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二調(diào)頻與調(diào)幅調(diào)制盤的比較：調(diào)頻調(diào)制盤的目標(biāo)能量利用率高

31、、抗干擾能力強(qiáng)，因而探測距離較遠(yuǎn)。調(diào)頻調(diào)制盤的信號(hào)帶寬較寬，信號(hào)處理系統(tǒng)較復(fù)雜(應(yīng)采用鑒頻器)。調(diào)幅調(diào)制盤目標(biāo)能量利用率低，抗干擾能力弱，但信號(hào)處理電路簡單，工作穩(wěn)定、可靠。第50頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二6.2.4 *脈沖編碼式調(diào)制盤屬于光學(xué)系統(tǒng)不動(dòng)，而調(diào)制盤轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)制盤。屬于脈沖調(diào)制。對(duì)象點(diǎn)進(jìn)行調(diào)制時(shí)，脈沖幅度不變，而脈沖包絡(luò)的寬度、相位及脈沖重復(fù)頻率隨象點(diǎn)位置而變化。用脈沖包絡(luò)寬度、相位及載頻脈沖重復(fù)頻率的變化分別反映象點(diǎn)的方位、俯仰方向的偏離量大小，因而得名脈沖編碼式調(diào)制盤。第51頁，共60頁，2022年，5月20日，17點(diǎn)41分，星期二一、調(diào)制盤圖案半徑r1r2之間有s組相同的輻條式透與不透相間的輻條。每組輻條由n對(duì)透與不透的輻條組成，圖中s=5,n=6。輻條寬度為d，每組輻條中心線的延長線通過調(diào)制盤中心。各輻條平行。視場截面W(BC=EF)。W中心即為光軸。調(diào)制盤以O(shè)為中心轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，視場中心在調(diào)制盤上的軌跡圓稱為節(jié)圓。輻條組之間為透過率為50%的半透區(qū)。圖中r2r3之間的整個(gè)圓周分成2s等分，相間地鍍?nèi)煌改?，作為產(chǎn)生方位基準(zhǔn)信號(hào)的圖案，不透射圖案的中心線OB與輻條組中心線之間的夾角為2/4s，目的可保證目標(biāo)處于光軸上時(shí)，目標(biāo)調(diào)制信號(hào)