Сравнение оптико-электронных приборов с визуальными оптическими и радиоэлектронными приборами

Краткая классификация оптико-электронных приборов

Признаки, по которым классифицируют ОЭП, самые различные. Наиболее многочисленную группу составляют ОЭП, предназначенные для передачи, приема, обработки и хранения информации. Дру­гую группу составляют приборы, предназначенные для передачи, приема и использования энергии. Физические принципы работы приборов обеих групп одинаковы.

По спектральному рабочему диапазону излучения различают приборы для работы в ультрафиолетовой области спектра (УФ при­боры), видимой области, инфракрасной области (ИК приборы).

Выделяют автоматические ОЭП, в которых весь цикл обработки информации проходит без участия человека-оператора, и неавтомати­ческие, где роль человека в решении поставленной задачи зачастую является определяющей. Например, существенные различия имеют такие ОЭП, как полностью автоматические системы самонаведения, и приборы, использующие электронно-оптические преобразователи для определения направления на излучатель. Причем последние служат как бы связующим звеном между оптической системой, работающей в невидимой части спектра, и человеческим глазом, осуществляющим опознавание и выделение излучателя.

По назначению ОЭП и ОЭС можно подразделить на несколько боль­ших классов: информационно-измерительные, следящие, приборы и системы обнаружения, приборы и системы для преобразования изоб­ражения. Внутри этих классов выделяют поисковые системы, радио­метры и спектрорадиометры, угломерные (пеленгаторы) и дальномерные (локаторы) ОЭП, ОЭС связи, контрольно-юстировочные ОЭП, сис­темы технического зрения роботов, ОЭС для исследования природных ресурсов и ряд других.

К настоящему времени уже сложились достаточно специфичные для каждой из этих групп конструктивные признаки, учитывающие специфику условий работы прибора. Возможны и другие способы клас­сификации ОЭП, например, по виду модуляции, параметру сигнала, несущему полезную информацию.

Несмотря на многообразие современных ОЭП и ОЭС им присущи многие общие признаки. Структурные схемы многих ОЭП достаточно единообразны. Общей является элементная база многих ОЭП. Нако­нец, общностью обладают многие методы и методики синтеза и анали­за различных ОЭП.

Сравнение оптико-электронных приборов с визуальными оптическими и радиоэлектронными приборами

Появление первых ОЭП обусловлено тенденциями к освоению широкого спектрального диапазона и автоматизации оптических из­мерений. Их предшественниками являются визуальные оптические приборы, для которых приёмником излучения служит глаз человека. Визуальные оптические приборы и сегодня широко используются в различных областях науки, техники, народного хозяйства.

Глаз человека является уникальным оптическим прибором, кото­рому свойственна высокая разрешающая способность и чувствитель­ность, а в сочетании с работой мозга — не достижимая пока ни одним автоматическим устройством способность выполнять логические опе­рации, например, распознавать и оценивать сложные изображения на видимом участке оптического спектра. Все это определяет достоинства визуальных оптических приборов. Кроме того, эти приборы в большин­стве случаев проще оптико-электронных по своей конструкции, а час­то благодаря присутствию человека-оператора они более надежны в эк­сплуатации.

Однако ограниченность спектрального диапазона чувствительно­сти человеческого глаза наряду с целесообразностью и необходимос­тью во многих случаях работать в УФ и ИК диапазонах, недостаточ­ные порой разрешение и чувствительность глаза, даже вооруженного оптической системой, малое быстродействие органов чувств и «испол­нительных» органов человека, наконец, невозможность или нецеле­сообразность использовать человека во многих случаях, например в условиях высоких температур, радиационной опасности и т. п. — всё это привело сначала к созданию сравнительно несложных автомати­зированных оптических приборов, например приборов с фотоэлектри­ческой регистрацией результатов измерений, т. е. первых ОЭП, а за­тем и более сложных, часто полностью автоматизированных ОЭП и комплексов.

С освоением УФ и ИК участков спектра, что проявилось прежде всего в развитии соответствующей технологии оптических деталей и приемников излучения, тенденции создания автоматических ОЭП уси­лились. К настоящему времени стало возможным использовать на практике значительные преимущества автоматических ОЭП перед неавтоматическими. Основными из них являются отсутствие субъек­тивных ошибок, большее быстродействие, большая точность, защи­щенность от некоторых внешних воздействий.

Очень часто ОЭП применяют для решения тех же задач, что и од­нотипные по назначению радиоэлектронные приборы, например, для определения угловых координат источника электромагнитного излу­чения (пеленгация) или определения как угловых координат источ­ника, так и дальности до него (локация). Эти два класса приборов в какой-то степени аналогичны, поскольку в них в качестве носителя информации используется электромагнитная энергия. Часто сходны некоторые их конструктивные элементы, и при расчете иногда можно пользоваться аналогичными методами.

Однако следует отметить существенную разницу между этими приборами, возникающую прежде всего вследствие того, что они ра­ботают в различных диапазонах спектра электромагнитных волн.

Работа на больших частотах и соответственно меньших длинах волн обусловила более высокую разрешающую способность ОЭП по сравнению с радиоэлектронными приборами. Действительно, если вспомнить, например, что минимально разрешаемый при дифракции угол пропорционален отношению длины волны к диаметру входного зрачка системы , т. е. , то это положение легко объяснимо. Отсю­да следует принципиально более высокая точность оптико-электрон­ных (оптических) измерений, ограничиваемая разрешающей способ­ностью, а также и другое преимущество ОЭС, заключающееся в мень­ших размерах и массе, поскольку при одинаковых требованиях к раз­решению прибора важнейший габаритный размер у оптической си­стемы оказывается значительно меньшим, чем у радиоэлектронной. Для передающих систем, например, систем связи, важна более высо­кая направленность оптического излучения, что объясняется меньши­ми, чем у радиоэлектронных систем, длинами рабочих волн, а также большая емкость оптических информационных каналов связи.

Следует также отметить, что при пассивных методах работы мощ­ность естественных источников излучения гораздо больше в оптичес­ком диапазоне спектра. При этом существует и большая возможность опознания вида излучателя по характеристикам его излучения.

Новые возможности открылись перед ОЭП после создания лазе­ров — уникальных по многим параметрам источников электромаг­нитных колебаний. Очень важно такое достоинство лазеров, как вы­сокая пространственная и временная когерентность, обеспечивающая хорошие монохроматичность и направленность лазерных пучков. Сле­дует указать, что при включении в состав прибора лазера многие мето­ды расчета и проектирования ОЭП, а также их элементы остаются теми же, что и при использовании обычных источников излучения.

К числу других достоинств ОЭП следует отнести возможность двой­ной (пространственной и временной) модуляции излучения, а также более удобную для человека визуальную форму представления инфор­мации.

Основными недостатками ОЭП по сравнению с радиоэлектронны­ми приборами являются большее ослабление оптического излучения в мутных средах, например в атмосфере, значительное число помех в виде естественных и искусственных излучений (излучение небесных тел, ландшафта, деталей самого прибора и т. п.).

Ни один из этих классов приборов на сегодня не обладает решаю­щими преимуществами, тем более, что в некоторых случаях призна­ки, отмеченные выше как достоинства, могут стать недостатками. На­пример, большая мощность естественных излучателей в оптической части спектра затрудняет выделение оптическими средствами объек­та, незначительно отличающегося по температуре от окружающего фона. В связи с этим в наиболее сложных случаях обычно создают ком­бинированные, комплексные системы, включающие как оптико-элек­тронные, так и радиоэлектронные каналы.