哈工大《光电测量技术》ppt.

©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-1-光电测量技术光电测控技术与装备研究所光电测量技术©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-2-光电测量技术光电测控技术与装备研究所光电测量系统的分类及构成按探测方式点源探测系统面源探测系统©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-3-光电测量技术光电测控技术与装备研究所光电测量系统的分类及构成按系统工作光谱区域紫外光谱区域可见光谱区域红外光谱区域©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-4-光电测量技术光电测控技术与装备研究所光电测量系统的分类及构成按照明方式主动式被动式©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-5-光电测量技术光电测控技术与装备研究所光电测量系统的分类及构成按系统转换后的信息形式成像光电系统非成像光电系统调制盘红外系统十字叉红外系统可见光紫外光四象限系统激光测距红外光©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-6-光电测量技术光电测控技术与装备研究所光电测量系统的分类及构成按成像的光电转换器件CCD成像系统混合型红外光（CCD+红外器件）混合型微光（CCD+像增强器件）合成孔径成像SAR©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-7-光电测量技术光电测控技术与装备研究所被动式光电系统信息源传输介质光学系统光的信息调制光电探测器电子处理系统光电接收系统控制、处理、转换、存储、显示等©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-8-光电测量技术光电测控技术与装备研究所主动式光电系统信息源信息调制光源传输介质光学系统光电探测器电子处理系统光源信息调制器信息源光电发射系统I光电发射系统II光电接收系统©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-9-光电测量技术光电测控技术与装备研究所光电成像系统的构成光源物体（信号源）传输介质光学系统（信号分析器）显示器人眼光电转换器件（信号变换器）信号处理调理采集存储光信号光信号光信号电信号电信号光信号背景噪声背景噪声噪声噪声©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-10-光电测量技术光电测控技术与装备研究所CCD摄(成)像光电系统构成光源照明系统被测物体成像系统CCD器件放大电路二值化处理微机控制显示打印©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-11-光电测量技术光电测控技术与装备研究所红外光电转换成像系统红外镜头或红外望远镜成像光机系统（扫描调制）红外成像探测系统信号调理放大处理图像存储显示©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-12-光电测量技术光电测控技术与装备研究所光电系统的基本性能1、极限灵敏度决定作用距离2、视场决定测量、跟踪和搜索范围3、鉴别力和精度决定测量效果©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-13-光电测量技术光电测控技术与装备研究所第六章光束的变换（调制）与扫描技术©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-14-光电测量技术光电测控技术与装备研究所第一节光变换（调制）的基本概念将信息加载到光载波上，并使光的参量（振幅、频率、相位…等）发生变化的过程称为光变换（调制）一、变换（调制）的概念与分类变换（调制）的基本概念光束变换（调制）是指用某些方法改变光的参量的过程。变换（调制）可以使光携带信息，使其具有与背景不同的特征。©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-15-光电测量技术光电测控技术与装备研究所光载波相干光波非相干光波©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-16-光电测量技术光电测控技术与装备研究所光载波的特征参量光功率光相位脉冲时间光振幅光频率传播方向偏振方向折射率光功率光相位脉冲时间光振幅光频率©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-17-光电测量技术光电测控技术与装备研究所光变换（调制）的分类变换（调制）次数一次变换（调制）二次变换（调制）将信息直接调制到光载波上将光载波先人为地调制成随时间或空间变化，然后再将被测信息调制到光载波上©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-18-光电测量技术光电测控技术与装备研究所连续载波的调制又称为模拟调制。©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-19-光电测量技术光电测控技术与装备研究所脉冲载波的调制，又有脉冲调制和数字调制二类。©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-20-光电测量技术光电测控技术与装备研究所数字调制是把信息以某一编码的形式转变成脉冲序列。而这种载波脉冲在时间上的位置是固定的，其幅度被量化了。©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-21-光电测量技术光电测控技术与装备研究所数字调制系统与模拟调制系统相比，其最大优点是不受噪声和失真的干扰，但为此所付出的代价就是系统的带宽比相应的模拟系统的带宽要大很多©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-22-光电测量技术光电测控技术与装备研究所调制器与解调器调制即可在辐射源中也可在光路系统中进行，能实现调制作用的装置称为调制器。从已调制的信息中分离并提出有用信息（即恢复原始信息）的过程称为解调。能实现解调作用的装置称为解调器。©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-23-光电测量技术光电测控技术与装备研究所二、调制的目的*调制的目的是对所需处理的信号或被传输的信息做某种形式的变换，以便于*提高系统的探测能力和分辨力*抑制背景光的干扰*抑制系统中各个环节的固有噪声和外部电磁场的干扰*提高系统在信息的传递和测试过程中的稳定性©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-24-光电测量技术光电测控技术与装备研究所三、调制信息的频谱调制信息的一个重要特性是它的频谱。利用有用信息频谱和噪声频谱的差别，就可抑制噪声提高信息检测的质量周期信号y(t)只要满足一定条件，均可把它展开成为付里叶级数形式102nnntnsinbtncosaa)t(y©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-25-光电测量技术光电测控技术与装备研究所第二节光信号的调制方法用于调制的光载波通常具有谐波的形式，可用函数表示为如下形式调制后的载波一般具有如下形式：tsintm0tXttXsintXtm0振幅调制AM频率调制FM相位调制PM©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-26-光电测量技术光电测控技术与装备研究所第三节光调制测量技术光调制内调制外调制内调制是指从发光器的内部采取措施，使光受到调制在光传播过程中进行调制，常用各种调制器来实现©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-27-光电测量技术光电测控技术与装备研究所一、常用外调制技术（一）调制盘调制调制盘是一种光强度调制器通常调制盘被置于光学系统的像平面上，位于光电探测器之前光电探测器接收到的是光辐射被调制成周期性的强度调制信号©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-28-光电测量技术光电测控技术与装备研究所（一）调制盘调制调制盘调制源于军用“点”源跟踪与制导系统光学系统调制盘或扫描机构探测器陀螺跟踪机构信号处理控制信号形成执行机构位标器控制、执行机构功能：提供目标的角坐标信息功能：调整系统飞行方向，实现对目标的跟踪©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-29-光电测量技术光电测控技术与装备研究所固定镜光轴弹轴物镜+++---++-调制盘场镜探测器调制盘电机基准信号放大鉴别比相活动镜光学位置电位计光学力矩马达扫描信号目标显示截获继电器至视听指示电路断续连续与或重合制导继电器陀螺力矩马达陀螺陀螺位置电位计舵面位置电位计M舵机加速度计舵面工作原理：搜索、跟踪、制导机械传动式位标器的组成示意图©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-30-光电测量技术光电测控技术与装备研究所对跟踪导引的基本要求1、跟踪范围：位标器光轴相对于整个跟踪系统纵轴的最大可能偏转角域2、跟踪角速度和角加速度系统跟踪机构所能输出的最大角速度和角加速度3、跟踪精度：在系统对目标实现稳定跟踪过程中，位标器光轴与目标视线间的最大角误差4、盲区5、线性区跟踪系统的方位探测单元输出与失调角成正比的误差信号所对应的误差特性曲线的线性区域6、捕获区©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-31-光电测量技术光电测控技术与装备研究所调制盘的最基本作用是把恒定的辐射通量变成周期性重复的光辐射通量1、调制盘的主要作用是：①将静止的目标像调制成交流信号以抑制噪声和光源波动的影响，提高系统的检测能力；②可进行空间滤波，抑制背景噪声以突出目标信号；③提供目标的方位空间信息等。2、调制曲线©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-32-光电测量技术光电测控技术与装备研究所3、调制盘的分类按目标像点与调制盘之间相对运动的方式不同，可将调制盘的扫描方式分为：旋转式、光点扫描式（即圆锥扫描式）和圆周平移式三种。无论哪一种方式都将调制盘置于光学系统的像平面上a）光电扫描式调幅调制盘b）旋转调频调制盘c）调相式调制盘d）脉冲调宽调制盘调制盘图案举例示意图©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-33-光电测量技术光电测控技术与装备研究所旋转和圆锥扫描式的调制盘中心与光学系统的主光轴重合，旋转扫描式的调制盘绕光轴转动圆锥扫描式的调制盘固定不动，而是利用光学系统的目标像点相对于调制盘作圆周运动在圆周平移式中，采用调制盘绕光轴作圆周平移的扫描方式（章动式）按照目标像“点”在条制盘上实现扫描方式分类关于不用调制盘的系统：利用像点扫描多元探测器阵列，并借助相应的电路处理，也可获取目标像点的位置信息©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-34-光电测量技术光电测控技术与装备研究所4.调制盘输出函数(1)空间坐标为了描述调制盘在光电系统中的作用，这里引入了空间滤波坐标。（x’，y’）为被测目标物面坐标（x，y）为像面坐标（ξ，ζ）为调制盘坐标。这里需要指出的是：像面坐标（x，y）和调制盘坐标（ξ，ζ）同在像平面上，当调制盘与像点间相对静止时，两者重叠在一起；而当调制盘相对像点运动时，可用调制盘坐标（ξ，ζ）相对于像面坐标（x，y）的平移或转动来描述，使问题的大为简化光学系统物平面像平面空间滤波坐标像平面坐标调制盘坐标x'y'o'ooyxζξ©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-35-光电测量技术光电测控技术与装备研究所(2)空间频率和傅立叶变换最简单的矩形辐条式调制盘为例来说明空间频率的概念调制盘图案透光部分与不透光部分的最小重复间隔称为空间周期P空间频率F=1/P则表征单位空间线度内调制盘图案的周期性变化次数空间周期性与时间周期性的函数相类比，就不难列出空间周期性函数的相应概念，若空间周期为P，则空间频率，空间圆频率物平面物镜调制器Tx(x')xR(x)矩形幅条式调制盘a)b)c)a)辐条式调制原理图b)辐条图案展开图c)辐条式调制方波图PF1F2©HarbinInstituteofTechnologyPAGE-36-光电测量技术光电测控技术与装备研究所空间频率不只是一个标量，而应为一个矢量二维空间周期性函数具有两个空间频率，而三维空间周期性函数有三个