автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Разработка и исследование лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик оптико-электронных приборов

На правах рукописи

ЖИйОТОВСКИЙ Илья Вадимович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЛАЗЕРНО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СВЕТОВОЗВРАЩАТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ

05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена на кафедре «Лазерные и оптико-электронные системы» Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана

Научный руководитель - доктор технических наук

Немтинов Владимир Борисович

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Сычёв Виктор Васильевич;

кандидат технических наук, доцент Ровенская Тамара Сергеевна

Ведущая организация - ОАО «НПО «Геофизика-НВ», г. Москва

Защита состоится "1" марта 2006 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.141.19 в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана. Автореферат разослан декабря 2005 г.

Ваш отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации, просьба направлять по адресу:. 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, МГТУ им. Н.Э. Баумана, Диссертационный совет Д 212.141.19.

Учёный секретарь диссертационного совета

доктор технических наук

¿oog-4 21Я 0 71

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Формулировка задачи и её актуальность. Активная лазерная локация оптико-электронных приборов (ОЭП), основанная на эффекте световозвращения, является одним из ведущих направлений современной лазерной оптики и локационной техники. Эффект световозвращения проявляется в том, что при зондировании ОЭП оптическим излучением (обычно лазерным) излучение возвращается по направлениям, близким к обратному направлению. При этом лоцируемый ОЭП принято называть световозвращателем (Свз).

Научная задача, решению которой посвящена диссертация, формулируется следующим образом: разработка и исследование лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик оптико-электронных приборов. Наиболее эффективно она может быть решена в рамках модельного синтеза лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик.

Вопросам исследования эффекта световозвращения посвящены работы Н.В. Барышникова, В.Е. Карасика, З.Г. Николавы, В.В. Рыбальского, Ю.В. Хомутского, А.М. Хорохорова, А.Ф. Ширанкова. Точные численные значения энергетических световозвращательных характеристик являются исходными данными при расчётах оптико-локационной аппаратуры обнаружения и селекции ОЭП, систем лазерного мониторинга, устройств навигации и пеленгации, использующих оптические Свз. В случаях, когда неизвестны параметры г, d,n оптической системы Свз, энергетические световозвращатель ные характеристики реальных образцов ОЭП можно определить с помощью экспериментальных измерений. Экспериментальные данные энергетических световозвращательных характеристик ОЭП служат отличительными признаками классов лоцируемых световозвращателей, что находит свое применение при решении задач селекции и идентификации. Современные ОЭП наблюдения, и появляющиеся новые типы Свз, имеют широкий диапазон показателей световозвращения (ПСВ) от 10"4 до 10"4 лг/ср. Существующие к настоящему времени экспериментальные установки позволяют находить ПСВ только свыше 5 м2/ср, так что с их помощью уже нельзя измерять характеристики многих современных ОЭП. Таким образом, актуальность диссертационного исследования обусловлена, прежде всего, необходимостью высокоточного измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, а также создания банка данных этих характеристик, с целью использования его для решения задач обнаружения, распознавания (селекции) и идентификации классов ОЭП при лазерном дистанционном зондировании.

Применение современной элементной базы, и прежде всего ФПЗС-матриц, позволяет в рамках полунатурного метода измерений разработать новый подметод измерений. Предложенный оригинальный подметод «виртуальных диафрагм», опирающийся на современную элементную базу, идентифицирует создание нового средства измерения в виде проектируемого лазерно-электронного измерительного стенда (ПСВ-стенда). В рамках подметода «виртуальных диафрагм» определение энергетических световозвращательных характеристик ОЭП с помощью ПСВ-стецда заключается в измерении ПСВ на основе зарегистрированного с помощью ФПЗС-матрицы оцифрованного изображения функции рассеяния ОЭП.

Кроме того, в настоящее время общая методика проектирования лазерно-электрон-ных измерителей энергетических световозвращательных характеристик отсутствует. Актуальность диссертационной работы состоит также в том, что она устраняет этот недостаток, сокращая время разработки стенда в рамках методики модельного синтеза

библиотека '

системы на основе методов математического моделирования.

Цель исследований. Разработка элементов теории лазерно-электронных систем измерения энергетических световозвращательных характеристик, создание на этой основе измерительного лазерно-электронного стенда и накопление банка данных в виде изображений когерентных функций рассеяния (КФР), показателей световоз-вращения (ПСВ), пеленгационных и дисперсионных характеристик.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:

1. Разработка инженерно-графовой методики полного модельного синтеза лазер-но-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик на основе трёх основных графовых моделей: метаорграфа системы предметных и теоретических моделей, содержащего как известные модели, так и новые модели, созданные автором; девятиэтапного связного орграфа, задающего этапы разработки и исследования создаваемой системы; и предметно-физического графа, задающего предметную цепь моделирования в виде лазерно-электронного измерителя.

2. Анализ схемных модельных представлений разрабатываемой системы. Построение структурной схемы, реализующей полунатурный измерительный процесс и функциональной схемы синтезируемой системы, определяющей все преобразующие элементы ПСВ-стенда. Идентификация на основе схемного анализа принципиально нового полунатурного подметода измерения энергетических световозвращательных характеристик с помощью "виртуальных диафрагм", которые заменяют реальные измерительные диафрагмы в оптическом тракте приёмного канала ПСВ-стенда.

3. Формирование математического прообраза синтезируемой системы и идентификация энергетических световозвращательных характеристик лоцируемого ОЭП. Построение внешних и внутренних структурных моделей измерительной системы, а также математической модели поведения оптического измерительного канала.

4. Создание расчётных методик и формирование оценочного диапазона измеряемых параметров и характеристик. Разработка методики расчёта энергетических световозвращательных характеристик систем скрытого видеонаблюдения с объективами «pinhole». Построение алгоритма вычислительного процесса расчёта ПСВ ОЭП на основе распределения облучённости в когерентной ФР ОЭП.

5. Проектирование на основе разрабатываемых модельных представлений лазерно-электронного стенда для измерения ПСВ (ПСВ-стенд).

6. Изготовление с помощью разработанной автором проектной документации ПСВ-стенда на основе современной элементной базы.

7. Проведение анализа погрешностей подметода "виртуальных диафрагм", реализуемого на созданном ПСВ-стенде для измерения показателя световозвра-щения ОЭП. Оценка суммарной теоретической среднеквадратической погрешности и идентификация основных независимых составляющих.

8. Разработка методики цифровой обработки распределения облучённости в ФР Свз и проведение экспериментальных измерений энергетических световозвращательных характеристик лоцируемых ОЭП в рамках подметода "виртуальных" диафрагм.

9. Создание банка экспериментальных данных в виде совокупности энергетических визуальных и измеренных световозвращательных характеристик современных оптических и оптико-электронных приборов.

10. Внедрение полученных результатов в практику научных и прикладных исследований и в учебный процесс.

Методы исследований. Для решения теоретических и прикладных задач использованы:

1. Методы теории оптико-электронных систем, в основе которой лежит системный подход к описанию процесса преобразования сигналов.

2. Методы структурной теории оптико и лазерно-электронных систем.

3. Методы фильтрации и обработки оцифрованных распределений облучённости.

4. Аналитические и численные методы теории оптических систем, опирающиеся на алгоритмы расчёта хода лучей через аберрационную систему.

5. Статистические методы оценки погрешностей.

Научная новизна и вклад исследования в решение задачи.

Новизна работы включает в себя:

• инженерно-графовую методику модельного синтеза разработки (проектирования и изготовления) и исследования синтезируемой системы на основе трёх основных графовых моделей;

• анализ 23-х схемных модельных представлений лазерно-электронной системы измерения энергетических свеговозвращательных характеристик, на основе которого идентифицирован принципиально новый полунатурный подмегод измерения ПСВ с помощью "виртуальных диафрагм" с целью автоматизации и повышения точности измерений;

• формирование структурно-поведенческого математического прообраза синтезируемой системы и идентификация энергетических свеговозвращательных характеристик лоци-руемого ОЭП как его выходных характеристик с целью построения внешних и внутренних структурных моделей, а также математической модели поведения системы;

• формирование диапазона измеряемых параметров и характеристик, создание методики расчёта энергетических световозвращательных характеристик систем скрытого видеонаблюдения с объективами «рт1ю1е» и построения алгоритма расчёта ПСВ ОЭП на основе распределения облучённости в когерентной ФР ОЭП;

• накопление банка данных в виде изображений когерентных ФР, ПСВ, пелен-гационных и дисперсионных характеристик современных оптических и оптико-электронных приборов с помощью спроектированного и изготовленного ПСВ-стеида для решения задачи селекции видов лоцируемых световозвращателей.

Научные положения, выносимые на защиту. Создание элементов теории лазерно-электронных систем измерения энергетических световозвращательных характеристик, на основе которых спроектирован, изготовлен и исследован ПСВ-сгенд, позволяет вынести на защипу следующие новые положения и результаты:

1. Новая инженерненрафовая методика модельного синтеза создаваемой системы на основе трёх основных графовых моделей: метаорграфа системы предметных и теоретических моделей, девятиэтапного связного орграфа и предметно-физического графа для разработки (проектирования и изготовления) и исследования синтезируемой системы.

2. Принципиально новый полунатурный подмегод измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП с помощью "виртуальных диафраш".

3. Новые структурные математические модельные представления лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик, идентифицирующие полунатурный измерительный процесс: внешние структурные модели ла-зерно-эдекфонной системы и оптического измерительного канала, а также связный орграф внутренней структурной модели оптического измерительного канала.

4. Новая алгоритмическая модель оптического измерительного канала на основе идентификации моделей поведения четырёх преобразующих элементов канала: фраунгоферовская алгоритмическая модель подводящего слоя пространства, одноступенчатая свёрточная модель оптической системы зондируемого ОЭП,

двухступенчатая свёрточная модель композиционного элемента "оптическая система Свз - отводящий фраунгоферовский слой пространства", трёхступенчатая свёрточная модель оптической системы приёмного коллиматора.

5. Ранее не существовавшая полная свёрточная модель, вдентифицирующая результирующую функция рассеяния оптического измерительного канала, которая в приближении идеальных коллимационных объективов с 8-образной функцией рассеяния, представляет собой автосвёртку функции рассеяния оптической системы световозвращателя.

6. Новая методика расчёта ПСВ ОЭП на основе распределения облучённости в когерентной ФР ОЭП и методика цифровой обработки распределения облучённости.

Практическая ценность и область применения результатов исследования. В рамках практического применения разработанных элементов теории лазерно-элекгронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик созданы:

❖ девятиэтапная инженерно-графововая методика модельного синтеза системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП;

❖ оригинальные структурно-функциональные схемы, структурные и поведенческие математические модели;

❖ методика расчёта энергетических световозвращательных характеристик систем скрытого видеонаблюдения с объективами типа «pinhole»;

❖ принципиально новый подмегод "виртуальных диафрагм" измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, основанный на компьютерной обработке, зарегистрированного с помощью ФПЗС-матрицы, распределения облучённости в ФР ОЭП;

❖ алгоритм вычислительного процесса расчёта ПСВ ОЭП на основе распределения облучённости в когерентной ФР ОЭП;

❖ лазерно-электронный ПСВ-стенд для измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП на длинах волн А = 0,53; 0,6328; 0,8; 0,9 и 1,06 мкм излучения зондирующего источника в широком диапазоне ПСВ (Ю-4 - 104 м2/ср) с погрешностью не превышающей 10%;

❖ байк данных в виде совокупности энергетических визуальных и измеренных световозвращательных характеристик (ФР, ПСВ, пеленгационная и дисперсионная характеристики) современных оптических и оптико-электронных приборов, работающих как в видимом, так и в ИК диапазонах спектра.

Внедрите. Разработанные соискателем методики расчёта и измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, созданный лазерно-электронный ПСВ-стенд и накопленный банк данных использованы на ФГУП «КБ «Точмаш им. А.Э. Нудельмана» при выполнении НИР «Сахарин», на ФГУП 3 ЦНИИ МО РФ при выполнении НИР «Сигнатура». Результаты диссертации также использованы в учебном процессе кафедры "Лазерные и оптико-электронные системы" МГТУ им. Н. Э. Баумана, и внедрены в НИИ PJI. Акты о внедрении и использовании приведены в диссертации.

Апробация работы. Результаты работы доложены на XI, ХШ, XIV и XV Международных НТК "Лазеры в науке, технике, медицине" (г. Сочи, 2000,2002,2003 и 2005 it.) и XI Международной НТК "Лазерные системы и их применения" (г. Кострома, 2004 г.).

Публикации и личный вклад. Все теоретические исследования по созданию элементов теории лазерно-электронных систем измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП проведены лично автором. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе, патент на изобретение, 4 статьи, 5 тезисов докладов на международных НТК. Материалы работы изложе-

ны также в двух научно-технических отчётах по НИР. Список основных публикаций по теме диссертации приведён в конце автореферата.

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 282 страницах, содержит 84 рисунка и 23 таблицы. Список цитируемой литературы включает 74 источника.

Во введении обоснована актуальность научной задачи, решаемой диссертации. Сформулированы цель и задачи исследований. Рассмотрены методы исследования и изложены научные положения, выносимые на защиту. Приведён обзор содержания диссертации по главам и дан обзор литературы.

В первой главе сформулирована постановка задачи разработки и исследования лазерно-элекгронной системы измерения световозвращательных характеристик ОЭП и начата разработка элементов теории таких систем. Элементы теории представляют собой совокупность научных положений, сформированных на основе пред ложенной автором девятиэтапной инженерно-графовой методики полного модельного синтеза разрабатываемой и исследуемой системы. Последняя является частным случаем общей методики, которая построена в структурной теории огггико- и лазерно-электронных систем В.Б. Немтиновым. Указано, что в рамках системно-модельного подхода изучаемая система считается заданной, если имеется какая-либо её модель, не обязательно математическая. Отмечено, что созданная автором инженерно-графовая методика включает в себя девять этапов разработки и исследования синтезируемой системы: постановочный, схемный, структурно-поведенческий математический, компьютерно-предметный, компьютерно-математический, конструкторский, технологический, изготовительный и экспериментальный.

Констатировано, что целью предложенной автором методики модельного синтеза системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, в основе которой лежит единство моделей синтезируемой системы, и, прежде всего математических моделей (ММ), является проектирование, изготовление и исследование лазерно-электронного измерителя. Показано, что модельный синтез создаваемой системы сводится к заданию последовательно-параллельных графовых модельных переходов, описывающих, в частности, этапы разработки проектной документации.

На первом этапе (документно-постановочном) модельного синтеза сформулирована цель диссертации - разработка элементов теории лазерно-электронных систем измерения энергетических световозвращательных характеристик, создание на этой основе измерительного лазерно-электронного стенда и накопление банка данных в виде изображений КФР, ПСВ, пеленпационных и дисперсионных характеристик. Для достижения поставленной цели на языке математических модельных представлений введены три основные графовые модели, справедливые для любой технической системы: метаорграф предметных и теоретических моделей; девяшэтапный связный орграф, задающий этапы разработки и исследования лазерно-элекгронной системы; и предметно-физический граф, идентифицирующий предметную цель модельного синтеза. Метаорграф содержит графовые оболочки известных моделей и по мере выполнения работы заполняется новыми моделями. Эти модели лежат в основе разработки и исследования лазерно-электронного

стенда для измерения ПСВ (ПСВ-стенда). Девятиэтапный связный орграф модельного синтеза представляет собой математический прообраз процессов разработки и исследования ПСВ-стецда. С целью формализации процесса проектирования синтез идентифицирован в виде двух разделов: в разделе I задана семиэтапная инженерно-графовая методика проектирования ПСВ-стенда (теоретическое изучение проблемы, расчёты и конструирование); раздел П посвящен двухэтапной изгоговительно-экспериментальной реализации ПСВ-стенда. Предметно-физический граф идентифицирует разработку де-факторной по-лунздурной стендовой модели лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП в виде ПСВ-стенда.

В результате с помощью первых семи этапов созданной автором инженерно-графовой методики модельного синтеза лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик решена первая главная практическая задача диссертации. На основе разрабатываемых модельных представлений спроектирован ПСВ-стенд. На восьмом этапе (изготовительном) решена вторая главная практическая задача диссертации. В МГТУ им. Н.Э.Баумана в рамках разработанной автором проектной документации изготовлен ПСВ-стенд. Стенд создан при непосредственном и активном участии автора с помощью современной элементной базы, которая легла в основу разработки принципиально нового подме-тода измерения "виртуальных диафрагм" в рамках полунатурного метода измерения, защшцён патентом и внедрён на ФГУП 3 ЦНИИ МО РФ. Принцип действия ПСВ-стенда основан на эффекте световозвращения и заключается в регистрации и последующей обработке изображения когерентной ФР, формируемой лоцируемым Свз. На девятом этапе (экспериментальном) проведены измерения световозвращательных характеристик различных ОЭП и создан банк данных этих характеристик.

На первом этапе (постановочном) модельного синтеза обоснована актуальность создания принципиально новых метода и средства измерения на основе автоматизированного цифрового дифракционно-геометрооптического метода регистрации функции рассеяния световозвращателя, которая сводится к идентификации четырёх аспектов процесса измерения. Выделено: что измеряется, или объект измерения в виде энергетических световозвращательных характеристик; как измеряется, или полунатурный метод измерения с использованием реальных или "виртуальных" диафрагм; чем измеряется, или средство измерения в виде проектируемого ПСВ-стенда; и анализ погрешностей измерения. Разработано ТЗ, сформулированы технические предложения и обоснованы исходные данные. Рассмотрены основные классы световозвращающих ОЭП, измеряемые параметры и характеристики (ФР, ПСВ, пеленгационная и дисперсионная характеристики). Указаны диапазоны измерения ПСВ, а также режимы работы и допустимая погрешность измерения.

На втором этапе (схемном) построено исходное множество из 23-х структурных и функциональных схем, детализирующее струетуру и поведение лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП. В рамках первого кардинального подмножества из 14-ти геомегрооптиче-ских схем впервые построена структурная схема процесса лазерного зондирования в лазерно-электронной системе измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП и выделены четыре каскада, идентифицирующие формирование зондирующего и ретроотражённого лазерного полей, а также регистрацию и обработку измерительных сигналов. Детально изучены основные виды Свз: выпукло сфе-

рический зеркальный Свз, шаровой Свз, уголковый Свз и зеркально-линзовый Свз.

В результате анализа структурной схемы процесса лазерного зондирования показано, что основным источником измерительной информации в лазерно-электронной системе измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП является ретроотражённое лазерное поле. На рис. 1 приведена функциональная оптическая схема, идентифицирующая поведенческие свойства ретро-отражённого поля. Она показывает, что в области дифракции Фраунгофера, т.е. в дальней зоне формируется когерентная ФР, пропорциональная фурье-образу аберрационной функции зрачка. Этот предварительный анализ процесса лазерного зондирования позволяет четко выделить основные методы измерения энергетических световозвращательных характеристик. Измерения могут проводиться, как в натурных условиях (дистанционные измерения), так и в полунатурных (лабораторные измерения). В обоих случаях задача сводится к измерению усредненной силы излучения /ср, ретроотражённого от ОЭП в заданном малом телесном угле усреднения при известной облучённости £зр зрачка ОЭП. Натурные измерения осуществляются в реальных условиях на больших дальностях в области дифракции Фраунгофера, где формируется когерентная ФР световозвращателя (рис. 1). При этом усреднённый ПСВ вычисляется косвенным способом

Дср = /ср/£зр = «*>1 /ФгХ^л АД

О)

где Фь Ф2 - лучистые потоки, пропорциональные усредненной силе ретроотражённого излучения и облучённости зрачка соответственно; т, - коэффициент пропускания по интенсивности слоя пространства наблюдения толщиной Ь„вл.

Лазерное зондирующее устройство

Распределение интенсивности в КФР /¡(су/). ^сформированное в зоне дифракции Фраунгофера

_ нормр , . — ^

Трёхмерная векторная диаграмма I а (со,у | енбл) ретротражённого излучения (индикатриса) П

свз свз

8(>у >У,- )

п

Рг шш

Рис. 1. Функциональная оптическая схема, идентифицирующая формирование КФР Свз в области дифракции Фраунгофера (в дальней зоне)

Полунатурный метод имитирует механизм регистрации ретроотражённого излучения на больших дальностях, удовлетворяющих условию дифракции Фраунгофера. При этом в качестве передающей и приёмной оптических систем зондирующего и регистрирующего устройств используют длиннофокусные объективы коллиматоров с высоким уровнем аберрационной коррекции. Зондируемый ОЭП облучается коллимированным пучком монохроматического излучения, создающим на входном зрачке равномерную облученность. После ретроотражения от ОЭП излу-

чение с помощью отклоняющих зеркал направляется в объектив приёмного коллиматора. В результате в задней фокальной плоскости объектива приёмного коллиматора формируется распределение интенсивности ретроотражённого излучения в изображении КгрФР световозвращателя. При этом телесные углы усреднения определяются диаметрами й измерительных диафрагм и фокусным расстоянием объектива приемного коллиматора. Выражение для вычисления ПСВ контролируемого световозвращателя при полунатурном методе измерения имеет вид

Лср — /ср — Лэтлн Исвз/Иэтлн, (2)

где исю, иэтлн - напряжения на выходе приемника излучения, регистрирующего потоки от контролируемого и эталонного Свз.

Таким образом, на основе второго кардинального подмножества из четырёх структурно-функциональных оптических схем идентифицированы процессы лазерного зондирования и проведения натурного и полунатурного измерений энергетических световозвращательных характеристик ОЭП. Исследованы особенности методов измерения и введено понятие усреднённого ПСВ.

В рамках третьего кардинального подмножества из пяти схем разработаны схемные прообразы лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, идентифицирующие полунатурный метод измерения. Впервые построена структурная схема системы, реализующей полунатурный измерительный процесс. Разработана структурная схема ПСВ-стенда. Впервые построена функциональная схема измерительной системы, определяющая все преобразующие элементы ПСВ-стенда. В результате идентифицирован полунатурный под-метод "виртуальных диафрагм", которые заменяют физические диафрагмы в оптическом измерительном канале ПСВ-стенда на основе ФПЗС-матрицы. При этом угол усреднения задаётся виртуально, с помощью соответствующей круговой области зарегистрированного двумерного распределения облучённости в ФР ОЭП.

Во второй главе сформирован математический прообраз измерительной системы в рамках третьего этапа (струюгурно-поведенческого математического) модельного синтеза. Рассмотрены энергетические световозвращательные характеристики ОЭП как выходные характеристики лазерно-электронной измерительной системы. Введены в рассмотрение: распределение интенсивности в плоскости изображения когерентной ФР Свз, пространственная индикатриса ретроотражённого излучения, ПСВ и пеленгационная характеристика Свз. Построены когерентные и некогерентные ФР световозвращателя, которые идентифицируют вид дифракционно-аберрационного изображения бесконечно удалённого зондирующего точечного источника, формируемого оптической световозвращающей системой в области дифракции Фраунгофе-ра. Исследованы пространственно-координатное, пространственно-частотное, угловое пространственно-координатное и угловое пространственно-частотное модельные представления когерентной и некогерентной ФР. Найдено, что эти четыре модельные формы лежат в основе измерения введённых энергетических световозвращательных характеристики ОЭП. Для описания пространственно-частотных свойств ретроотражённого излучения введены когерентная и некогерентная, в частности оптическая, передаточные функции Свз. Разработаны структурные математические модельные представления лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик, идентифицирующие полунатурный измерительный процесс. Построена внешняя структурная модель (СМ) лазерно-электронной системы и внешняя СМ оптического измерительного канала, которая идентифицирует его в виде "оптического измерительного чёрного ящика", на выходе которого формируется

распределение облучённости в ФР.

Разработан связный орграф (рис. 2) внутренней СМ оптического измерительного канала (ОИК) и введён его алгоритмический оператор поведения Я^™, представляющий собой композицию поэлементных операторов, так что

/р Алгртм лопрмн ф ф свз ф ПОДВДЩ / д \ /0-1

ОИК ОС шпзц ОС ^СП Vя/'

Идентифицирована алгоритмическая модель ОИК. В ней выделены модели подводящего фраунгоферовского слоя пространства (ФСП) с оператором Я™дадщ, оптической системы (ОС) зондируемого Свз - Я ™, композиционного элемента "ОС Свз -отводящий ФСП" - !Ршта и ОС приёмного коллиматора - ЯТ"1.

Рис. 2. Связный орграф внутренней структурной модели лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП:

А - амплитуда зондирующей плоской волны; - КФР подводящего ФСП; 8у1, 8у2, 8уЗ

- ^оик - одноступенчатый, двухступенчатый и трёхступенчатый свёрточные сигналы на выходе соответствующих преобразующих элементов

Впервые разработаны ММ поведения оптического измерительного канала ПСВ-стенда. Построена фраунгоферовская алгоритмическая модель подводящего слоя пространства, идентифицирующая КгрФР йь которая является входным сигналом для оптической системы зондируемого Свз. Рассмотрена область изопланатизма, где аберрации приближенно постоянны (в частности, параксиальная область), исследуемых оптических систем. Получена пространственно-инвариантная свёрточная модель 5уМ1 оптической системы зондируемого Свз, в задней фокальной плоскости которой формируется одноступенчатая свёртка КФР подводящего слоя пространства с КгрФР /г2 ОС Свз. Построена свёрточная модель БуМ2 композиционного элемента "ОС Свз - отводящий ФСП", на выходе которого формируется двухступенчатая свёртка входного одноступенчатого свёрточного сигнала с КФР И2 ОС Свз. Найдена свёрточная модель БуМЗ оптической системы приёмного коллиматора, в задней фокальной плоскости которой формируется трёхступенчатая свёртка входного двухступенчатого свёрточного сигнала с КФР А3 объектива приёмного коллиматора.

Разработано трёхступенчатое свёрточное представление полной алгоритмической модели оптического измерительного канала (ОИК). Идентифицирован оператор поведения реального ОИК в виде трёхступенчатой свёртки составляющих операторов поведения, который переводит КФР подводящего фраунгоферовского слоя пространства в результирующую КФР оптического измерительного канала, так что

Я0ик: ¿1 А] ® й2 ® Ь ® къ (ш,у) = 8уЗ(ю,у) = йоик(о>>7)- (4)

Рассмотрен .частный случай идеальных коллимационных объективов с 5-образ-ной функцией рассеяния, т.е. анаберрационных объективов, в которых дополнительно пренебрегают конечными размерами зрачка, т.е. не учитывают дифракцион-

ное размытие КгрФР. Соответственно алгоритмический оператор поведения (4) превращается в автосвёрточный оператор, так что

^ож °о h ® Ш,У) = ASv(co,y) hU<»,y), (5)

где h<Jw,y) - функция рассеяния оптического измерительного канала, определяемая в виде автосвёртки аберрационного оператора поведения оптической системы Свз.

В третьей главе проведены вычисления и получен оценочный диапазон измеряемых параметров и характеристик в рамках созданных расчётных методик. В главе рассмотрены четвёртый и пятый этапы (компьютерно-предметный и компьютерно-математический) модельного синтеза лазерно-электротгой системы.

Проанализированы классические методы расчёта энергетических световоз-вращательных характеристик ОЭП. Исследованы параксиальный метод зон блеска, аберрационно-геометрооптический метод зон блеска и дифракционно-аберрационный метод. Исходными данными для расчётных методов являются данные об оптической системе Свз, а именно г, d, п. При отсутствии этих данных единственным способом определения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП является их измерение.

Разработана методика расчёта энергетических световозвращательных характеристик систем скрытого видеонаблюдения (СВИД) с объективами «pinhole». В результате, используя метод расчёта отражательных характеристик в рамках дифракционной теории аберраций, с помощью программы "Zemax" на основе конструктивных параметров объективов типа «pinhole» построены КФР трёх таких Свз. Получено выражение для расчёта максимального и усреднённого ПСВ для Свз с известными г, d, п. Результаты расчёта подтверждают, что объективы типа "pinhole" имеют сверхнизкие значения ПСВ (1 -100 см /ср).

Проведена идентификация измеряемых энергетических световозвращательных характеристик современных ОЭП наблюдения. Обзорно рассмотрены методы уменьшения ПСВ ОЭП. Составлены сводные таблицы ПСВ и пеленгационных характеристик ряда приборов. Найдено, что современный класс ОЭП наблюдения различного тактического назначения имеет ПСВ в диапазоне 0,01 - 10 м2/ср, а в случае применения комплексных мер уменьшения ПСВ нижнюю границу диапазона можно снизить до 10~3 м^/ср. Исследованы виды дорожных Свз и рассмотрены их энергетические световозвращательные характеристики. Показано, что диапазон ПСВ дорожных Свз лежит в пределах 5-10"3.. .0,2 м^/ср, а угловая ширина пеленга-ционной характеристики достигает 60°.

Констатирована тенденция расширения диапазона ПСВ ОЭП от ю-4 до 104 м2/сри расширения диапазона угловых размеров пеленгационных характеристик от 10' до 60°. Найдено, что для определения энергетических световозвращательных характеристик современных ОЭП необходимо создание новой измерительной аппаратуры.

В рамках полунатурного метода измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП разработан принципиально новый подметод "виртуальных диафрагм". Он основан на компьютерной обработке зарегистрированного с помощью ФПЗС-матрицы распределения облучённости в ФР ОЭП. Показано, что ФПЗС-матрица пригодна для измерения энергетических характеристик с погрешностью менее 1% в пределах рабочего динамического диапазона. Предложен алгоритм расчёта ПСВ ОЭП на основе распределения облучённости в когерентной ФР ОЭП. С помощью созданной методики "виртуальных диафрагм" измеряются энергетические световозвращательные характеристики современных ОЭП (ФР, ПСВ, пеленга-

ционная и дисперсионная характеристики). Получено выражение для расчёта усреднённого ПСВ в измерительном телесном угле усреднения £2ШМ, заданным с помощью "виртуальной диафрагмы", так что

(6)

где ФСЮ(ПЮМ )/Фсм(Осю) - отношение лучистых потоков, ретроотражённых от Свз и регистрируемых ФПЗС-матрицей, для двух углов усреднения и соответствующих области идентификации ФР и текущему измерительному углу; йэт - телесный угол, в котором распространяется ретроотражённое от эталонного Свз излучение. При этом наибольший телесный угол £2СВЗ, соответствующий круговой виртуальной области идентификации изображения ФР, считается такой угол, в котором заключено 95% энергии всего ретроотражённого от Свз излучения и регистрируемой ФПЗС-матрицей. Отношение потоков Фсю(Ои,м )/Фсю(Осю)

вычисляется как отношение суммы коэффициентов матрицы Ц-Е дискретного

распределения облучённости в ФР Свз в областях, соответствующих телесным углам £2ШМ и йсвз при заданных условиях наблюдения.

В четвёртой главе описан завершающий процесс проектирования полунатурного ПСВ-стенда, а именно, создание комплекта конструкторско-технологической документации, изготовление ПСВ-стенда, проведение его экспериментальных исследований, а также новой методики "виртуальных диафрагм" и проведено накопление банка данных энергетических световозвращательных характеристик. В главе рассмотрены шестой, седьмой, восьмой и девятый этапы (документно-конструкторский, документно-технологический, изготовительный и экспериментально-исследовательском) модельного синтеза лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП. В МГТУ им. Н.Э. Баумана при активном участии автора изготовлен ПСВ-стенд (рис. 3). Он представляет собой экспериментальную установку, включающую в себя лазерный источник излучения, оптическую формирующую систему, контролируемый Свз и оптико-электронное регистрирующее устройство. ПСВ-стенд предназначен для идентификации: 1) двумерных распределений облучённости в ФР Свз; 2) зависимостей ПСВ от угла усреднения на длинах волн зондирующего излучения (А = 0,53; 0,6328; 0,8; 0,9 и 1,06 мкм) в широком диапазоне измеряемых значений (10"4 - 104 м2/ср) с погрешностью не превышающей 10%; 3) пеленгационных характеристик; 4) дисперсионных характеристик. При этом диапазон плоских углов усреднения 2с0ср при определении ПСВ лежит в пределах от 10" до 40', а максимальный угловой размер снимаемой

пеленгационной характеристики 2ц/„бЛ составляет 120°.

Создана методика светоэнергетического расчёта ПСВ-стенда. На девятом этапе (экспериментально-исследовательском) показано, что ПСВ-стенд позволяет измерять значения ПСВ вплоть до Я = 5-10"4 м2/ср при требуемом отношении сигнал/шум не менее 20. В рамках разработанной методики получены выражения для реализуемого отношения сигнал/шум измерительных каналов. Найдено, что реализуемые значения отношений сигнал/шум превышают требуемое.

Исследована специфика цифровой обработай распределения облучённости в ФР ОЭП в рамках подмегода "виртуальных диафрагм" на основе предложенного расчётного алгоритма. Для повышения точности измерений исследованы особенности вычитание фона. Рассмотрена цифровая фильтрация для подавления различных помех, возникающих при регистрации и оцифровке распределения облучённости в ФР ОЭП. Проведён сравнительный экспериментальный анализ линейного низкочастотного сглаживающего, нелинейного и "взвешенного" медианных фильтров. Показано, что наиболее эффективным цифровым фильтром является нелинейный медианный фильтр, который устраняет влияние аддитивного и импульсного шумов, сохраняя при этом перепады распределений облучённости в ФР ОЭП.

Рис. 3. Фотография полунатурного лазерно-электронного ПСВ-стенда для измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП на основе подметода "виртуальных диафрагм"

Разработан алгоритм вычисления потока излучения, проходящего через "виртуальную диафрагму". Для идентификации наибольшего телесного угла усреднения, в пределах которого регистрируется 95% энергии всего ретроотражённого от Свз излучения, введена круговая виртуальная область изображения ФР. Приведены экспериментальные результаты определения радиуса "виртуальной диафрагмы", ограничивающей виртуальную область изображения ФР ОЭП.

Проведён сравнительный анализ погрешностей подметода "виртуальных диафрагм". Введено понятие суммарной теоретической среднеквадратической погрешности. Она определяется из анализа выражения (6), как среднеквадрати-ческое значение четырёх независимых составляющих: погрешности 5Ф вычисления отношения Фст(0. юи) /Фсвз(£2 сю); погрешности измерения отношения напряжение мсвз / и^; относительной погрешности бли-щ, вычисления ПСВ Яг„ш эталонного Свз; погрешности 6д определения отношения й эт / П изм. Для случая равномерного распределения облучённости в ФР Свз проведена оценка граничной погрешности 5Ф численного интегрирования двумерного квантованного выборочного массива, входящая в состав погрешности 5®. Найден пороговый радиус виртуальной диафрагмы, равный пяти пикселям, при котором относительная граничная погрешность бгр не превосходит 4%. Получено, что суммарная теоре-

тическая погрешность подметода "виртуальных диафрагм" не превышает 7,6 %.

Проведены экспериментальные исследования погрешностей измерения энергетических свеговозвращательных характеристик разработанного ПСВ-стенда, идентифицирующих адекватность методики "виртуальных диафрагм". Получена интегральная оценка энергетической погрешности созданного ПСВ-стенда в результате сравнения расчётной и экспериментальной функций рассеяния мононаправленного световозвращателя в виде апертурно ограниченного плоского зеркала. Экспериментально показано, что теоретическая и экспериментальная нормированные зависимости, определяющие долю полной энергии, которая соответствует виртуальной диафрагме заданного радиуса отличаются с погрешностью порядка 2%.

Осуществлена интегральная оценка погрешности измерения ПСВ с помощью эталонного выпукло сферического световозвращателя. Получено, что экспериментальные кривые ПСВ в пределах достаточно большого диапазона углов усреднения хорошо совпадают с теоретическими расчётными прямыми, так что относительная ошибка измерения ПСВ не превышает 5%.

Найдена интегральная оценка погрешности при измерении отношений напряжений для различных диаметров физических и "виртуальных" диафрагм. Показано, что при измерении отношения напряжений погрешность (2,8%) по методу "виртуальных диафрагм" не превосходит погрешности (3,3%) при использовании физических диафрагм. В результате экспериментально установлено, что суммарная погрешность измерения энергетических свеговозвращательных характеристик наПСВ-стенде по методике "виртуальных диафрагм" не превышает 10%.

В результате экспериментальных исследований на разработанном автором ПСВ-стенде большого количества ОЭП решена третья главная практическая задача диссертации - создан банк данных в виде совокупности энергетических визуальных и измеренных свеговозвращательных характеристик современных оптических и оптико-электронных приборов. Сформированный банк данных состоит из: 1) ансамбля зарегистрированных двумерных распределений облучённости в ФР Свз; 2) зависимостей ПСВ от угла усреднения на длинах волн зондирующего излучения; 3) пеленгационных характеристик; 4) дисперсионных характеристик. Проанализированы энергетические свето-возвращаггельные характеристики большого количества различных наблюдательных приборов, работающих как в видимом, так и в Ж диапазонах спектра. Построены графики ПСВ в зависимости от радиуса виртуальной и физической диафрагмы, а также от угла усреднения. Исследованы прицел Smidt&Bender (Я = 0,53; 0,6328; 0,8; 1,06 мкм), "Алина" (Я = 0,53; 0,6328 мкм), ПНВ CYCLOP-M1 (Я = 0,53; 1,06 мкм), жёлтая и серая светоотражающая плёнки (Я = 0,53; 0,8 мкм), тетраэдрический Сю (Я = 0,53; 0,8 мкм), объективы типа "pinhole" систем СВИД" (Я = 0,53; 0,6328 мкм и Dv = 1; 3 мм), а также дорожные Свз СТ2 и КДЗ - "кошачий глаз" (Я = 0,53 мкм). Дополнительно рассмотрены прицелы: охотничий ПН-6К-02, ПН-6К-07, ПН-6К-08, AN/PVS-10, охотничий ночной ПН-1 и ночной бинокль КОМЗ - данные о которых сведены в таблицу. Для обьектавов типа "pinhole" и дорожных Свз построены экспериментальные пеленгационные характеристики. В результате обработки графиков ПСВ, параметризованных по длине волны X зонди-

рующего излучения, получены дисперсионные характеристики при фиксированном угле усреднения. Они найдены для ОЭП, работающих в видимом диапазоне (прицелы "Алина" и AN/FVS-10), в ИК-диапазоне (ПНВ CYCLOP-M1 и ночной бинокль 1ПН98), а также для световых идентификаторов (тетраэдрический Свз и серая светоотражающая плёнка). На рис. 4 приведены экспериментально полученные энергетические световозврашщепь-ные характеристики для прицела «Алина» и дорожного Свз КДЗ - "кошачий глаз".

о 1,5 V 4,4 5,9 7,4 8,8 9,9 11,8 13,3 14 угл мин 14 2 8 4 4 5 9 7 4 8 8 9 9 n 8 13 3 ^

а) V

Рис. 4. Распределение облучённости в ФР Свз и результаты экспериментального измерения ПСВ:

а) для прицела "Алина 3x46" на длине волны зондирующего излучения X = 0,6328 мкм;

б) для дорожного световозвращателя КД З - "кошачий глаз" на длине волны X - 0,53 мкм; R\- ПСВ, измеренный с помощью физических диафрагм^=0,16; 0,5; 1,6;5мм), R2, R3 -ПСВ, измеренные с помощью методики виртуальных диафрагм.

В результате получено, что использование разработанной автором методики "виртуальных диафрагм" на созданном лазерно-электронном ПСВ-стенде позволяет автоматизировать процесс измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП для длин волн А = 0,53; 0,6328; 0,8; 0,9 и 1,06 мкм излучения зондирующего источника в широком диапазоне ПСВ (10"4 -104 м^ср) с погрешностью не превышающей 10%. При этом найдено, что по всем экспериментальным параметрам методика "виртуальных диафрагм" адекватна методике реальных физических диафраш с погрешностью не превышающей 30%. Таким образом, банк накопленных экспериментальных данных, представляющий собой уникальную базу данных, обладает большой практической ценностью, так как может быть использован для селекции различных видов локируемых световозвращателей.

Приложения содержат конструктивные параметры объективов типа "pinhole" и энергетические характеристики типовой ФПЗС-матрицы.

3. ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В результате детального анализа энергетических световозвращательных характеристик современных оптических и оптико-электронных приборов, методов их измерения, а также методов цифровой обработки изображений на основе трудов отечественных и зарубежных авторов, а также теоретических и экспериментальных исследований, проведённых в диссертации, решена актуальная научная задача в области оптико-электронного приборостроения. Решение этой задачи имеет важное народно-хозяйственное значение при измерении характеристик различных световозвращателей, при разработке лазерных локационных систем, в геодезии, строительных работах, а также при измерении расстояний и оценке качества сборки и юстировки оптических систем ОЭП.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. На основе общей методики модельного синтеза в рамках системно-модельного подхода созданы элементы теории лазерно-элекгронных систем измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП.

2. Основные научные положения элементов теории сформированы на основе предложенной автором инженерно-графовой методики модельного синтеза, включающей в себя девять этапов разработки и исследования синтезируемой системы, которые позволяют систематизировать, формализовать и представить в наглядном виде этапы проектирования, изготовления и экспериментального исследования лазер-но-электронного измерительного стенда.

3. Построены структурно-функциональные схемы, структурные и поведенческие математические модели системы измерения энергетических световозвращательных характеристик, идентифицирующие полунатурный измерительный процесс: внешние струкгурные модели лазерно-элеюгронной системы и оптического измерительного канала, а также связный орграф внутренней структурной модели оптического канала.

4. Создана алгоритмическая модель оптического измерительного канала на основе идентификации моделей преобразующих элементов: алгоритмическая модель подводящего фраунгоферовского слоя пространства, одноступенчатая свёрточная модель оптической системы зондируемого Свз, двухступенчатая свёрточная модель композиционного элемента "оптическая система Сю - отводящий фраунгоферовский слой пространства", трёхступенчатая свёрточная модель оппнеской системы приёмного коллиматора.

5. Разработана полная свёрточная модель, идентифицирующая результирующую ФР оптического измерительного канала, которая в приближении идеальных коллимационных объективов с 5-образной ФР, представляет собой автосвёртку ФР оптической системы Свз.

6. Создана методика расчёта энергетических световозвращательных характеристик систем скрытого видеонаблюдения с объективами «pinhole».

7. Предложен подметод "виртуальных диафрагм", созданный в рамках полунатурного метода измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП и основанный на компьютерной обработке зарегистрированного с помощью ФПЗС-матрицы распределения облучённости в ФР световозвращателя.

8. Построена методика расчёта ПСВ ОЭП на основе распределения облучённости в когерентной ФР и создана методика цифровой обработки распределения облучённости.

9. Спроектирован, изготовлен и исследован ПСВ-стенд для измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП на длинах волн Я = 0,53; 0,6328; 0,8; 0,9 и 1,06 мкм излучения зондирующего источника в широком диапазоне ПСВ (10"4 -104 м^ср) с погрешностью не превышающей 10%.

10. Создан банк данных энергетических световозвращательных характеристик современных оптических и оптико-электронных приборов (ФР, ПСВ, пелен-гационная и дисперсионная характеристики).

4. СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Барышников Н.В., Бокшанский В.Б., Живоговский И.В. Автоматизация измерений световозвращательных характеристик // Вестник МГТУ. Приборостроение. -2000.-№3(40).-С. 43-62.

2. Животовский И.В., Немтинов В.Б. Модельный синтез дифракционной лазерно-электронной системы измерения диаметра оптического волокна. Поведенческий модельный синтез лазерно-элекгронного фурье-оптодиаметромера // Вестник МГТУ. Приборостроение. - 2001. - №4(45). - С. 33-50.

3. Животовский И.В., Немтинов В.Б. Концептуально-знаковый и структурный модельный синтез лазерно-элекгронного фурье-оптодиаметромера // Вестник МГТУ. Приборостроение. - 2000. - №3(40). - С. 43-62.

4. Анализ возможности дистанционного обнаружения камер скрытого видения на основе эффекта световозвращения / Н.В. Барышников, И.В. Животовский, В.Е. Ка-расик и др. // Информационно-измерительные и управляющие системы. Радиотехника. - 2005. - № 4-5. - Т.З. - С. 76-86.

5. Патент № 2201814 (РФ). Устройство для измерения показателя световозвращения оптико-электронных приборов / Н.В. Барышников, В.Б. Бокшанский, MJB. Вязовых, И.В. Животовский, ВВ. Карасик, В.Б. Немтинов, Ю.В. Хомугский // Б.И. - 2003.-№11.

6. Барышников Н.В., Вязовых М.В., Животовский И.В. Развитие методов и аппаратуры экспериментальных исследований отражательных характеристик оптических световозвращающих систем // Лазеры в науке, технике, медицине: Тез. докл. XI МНТК. - Сочи, 2000. - С. 46.

7. Животовский И.В. Измерение отражательных характеристик методом цифровой обработки изображения функции рассеяния лоцируемого ОЭП // Лазерные системы и их применения: Тез. докл. XI МНТК - Кострома, 2004. - С. 46.

8. Барышников Н.В., Животовский И.В. Цифровые методы измерения световозвращательных характеристик // Лазеры в науке, технике, медицине: Тез. докл. XIV МНТК. - Сочи, 2003. - С. 48.

9. Животовский И.В. Цифровой метод измерения отражательных характеристик // Лазеры в науке, технике, медицине: Тез. докл. XV МНТК. - Сочи, 2004. - С. 49.

10. Барышников Н.В., Бокшанский В.Б., Животовский И.В.. Разработка аппаратуры второго поколения и методов измерения отражательных характеристик // Лазеры в науке, технике, медицине: Тез. докл. XIII МНТК. - Сочи, 2002. - С. 67.

Подписано к печати 26.12.05г. Заказ № 454, объём 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Типография МГТУ им. Н.Э.Баумана. Адрес: 105005, г.Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5

»26387

РНБ Русский фонд

2006-4 28943

t

Введение.

Глава 1. Постановочно-схемный анализ световозвращающпх систем и методов измерений энергетических световозвращательных характеристик

1.1. Постановка задачи измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП с целыо проектирования измерительного лазерно-электронного стенда.

1.2. Схемный анализ световозвращающпх систем.

1.3. Методы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП.

1.4. Схемные модельные представления лазерио-электроиных систем измерения энергетических световозвращательных характеристик, идентифицирующих полунатурный измерительный процесс.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Математический анализ процесса преобразования сигналов в лазерно-электронной системе измерения энергетических световозвращательных характеристик, идентифицирующей полунатурный измерительный процесс.

2.1. Энергетические световозвращательные характеристики ОЭП как выходные параметрические характеристики лазерно-электронной измерительной системы.

2.2. Когерентная и некогерентная функции рассеяния световозвращателя

2.3. Когерентная и некогерентная передаточные функции световозвращателя

2.4. Структурные математические модельные представления лазерно-электроп-ной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик, идентифицирующей полунатурный шмерительный процесс.

2.5. Алгоритмическая модель оптического измерительного канала лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик

Выводы по главе 2.

Глава 3. Расчётные методы для предварительной оценки энергетических световозвращательных характеристик ОЭП.

3.1. Сравнительный анализ классических методов расчёта энергетических световозвращательных характеристик ОЭП.

3.2. Идентификация измеряемых энергетических световозвращательных характеристик современных ОЭП.

3.3. Полунатурный подметод "виртуальных диафрагм" для измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Разработка и экспериментальные исследования ПСВ-стенда для измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП.

4.1. Конструирование и изготовление де-факторной полунатурной стендовой модели лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП в виде полунатурного ПСВ-стенда.

4.2. Методика светоэнергетического расчета полунатурного ПСВ-стенда для измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП.

4.3. Особенности цифровой обработки распределения облучённости в функции рассеяния световозвращателя при измерении энергетических световозвращательных характеристик ОЭП.

4.4. Анализ погрешностей подметода "виртуальных диафрагм".

4.5. Экспериментальные исследования погрешности измерения энергетических световозвращательных характеристик разработанного ПСВ-стенда, идентифицирующих адекватность методики виртуальных диафрагм.

4.6. Экспериментальные исследования энергетических световозвращательных характеристик анализируемых ОЭП.

Выводы по главе 4.

В современной лазерной оптике и локационной технике активная лазерная (оптическая) локация оптико-электронных приборов (ОЭП), основанная на эффекте свето-возвращения (ретроотражения), является одним из ведущих направлений для решения задач обнаружения, распознавания (селекции) и идентификации классов ОЭП при лазерном дистанционном зондировании. Эффект световозвращения проявляется в том, что при зондировании ОЭП оптическим излучением (обычно лазерным) излучение возвращается по направлениям, близким к обратному направлению по отношению к направлению падающего излучения. Иначе говоря, это специфическое ди-фракционно-геометрооптическое отражение, обусловленное особенностями конструкции оптических систем лоцируемых ОЭП. При этом оптическую систему, идентифицирующую процесс световозвращения, называют световозвращшощей оптической системой. В частности, лоцируемый ОЭП, включающий один или несколько световозвращшощих элементов принято называть световозвращателем (Свз).

Суть лазерной локации заключается в обнаружении и получении информации об объекте локации (цели) по параметрам ретроотраженного излучения, а в ряде случаев и распознавании лоцируемого объекта. Широкое практическое применение во многих областях современной науки и техники получили устройства дистанционного измерения расстояний, скорости и других параметров объекта, основанные на лазерной локации с использованием оптических Свз.

Способность ОЭП ретроотражать зондирующее лазерное излучение характеризуется световозвращатель! 1ыми характеристиками. В результате ретроотражения происходит преобразование энергетических, поляризационных, временных и спектральных информационных характеристик лазерного зондирующего излучения. Эти характеристики определяются конструктивными оптическими параметрами лоцируемого ОЭП, а также длиной волны зондирующего излучения и используются для решения ряда специфических задач, прежде всего обнаружения и распознавания лоцируемых объектов. Особое значение имеют энергетические световозвраща-тельные характеристики лоцируемых ОЭП. К ним относятся: распределение интенсивности в плоскости изображения когерентной функции рассеяния (КгрФР) оптической системы Свз, индикатриса ретроотражения, показатель световозвращения (ПСВ), пеленгационная и дисперсионная характеристики. Определяющей энергетической ретроотражательной характеристикой ОЭП является ПСВ, который определяется, как отношение силы излучения, отражённого в данном направлении, к обл лученности входного зрачка и измеряется в [м/ср]. Он показывает, как переизлучает область зрачка единичной площади в пределах единичного телесного угла.

Поэтому научной задачей, решению которой посвящена диссертация является разработка и исследование лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик оптико-электронных приборов. Наиболее эффективно она может быть решена в рамках модельного синтеза лазерно-электронной системы шмерения энергетических световозвращательных характеристик.

Вопросам исследования эффекта световозвращения посвящены работы Н.В.Барышникова, В.Е.Карасика, З.Г.Николавы, В.В.Рыбальского, Ю.В.Хомутского, А.М.Хорохорова, А.Ф.Ширанкова. В упомянутых работах рассмотрены расчётные методы определения энергетических световозвращательных характеристик, экспериментальные методы их измерения, а также приведены эти характеристики для некоторых ОЭП. При этом в рассмотренных работах приведены разрозненные данные и содержатся, в основном, оценочные значения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП. В то же время точные численные значения энергетических световозвращательных характеристик являются исходными данными при расчётах и проектировании оптико-локационной аппаратуры дистанционного контроля, и селекции ОЭП, систем лазерного мониторинга, устройств навигации и пеленгации, использующих оптические Свз. Кроме того, для того, чтобы учесть влияние погрешностей изготовления, а также сборки и юстировки оптической системы ОЭП на её световоз-вращательные характеристики, необходимо провести экспериментальные измерения характеристик на реальных образцах. Следует отметить, что экспериментальные данные энергетических световозвращательных характеристик ОЭП служат отличительными признаками классов лоцируемых световозвращателей, 1гго находит свое применение при решении задач селекции и идентификации. Современные ОЭП наблюдения, и появляющиеся новые типы Свз, имеют широкий диапазон ПСВ от 10"4 до 10"4 м^ср. Существующие к настоящему времени натурные и полунатурные экспериментальные установки для шмерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП позволяют находить ПСВ только свыше 5 м2/ср, так что с их помощью уже нельзя измерять характеристики многих современных ОЭП. Таким образом, актуальность диссертационного исследования обусловлена, прежде всего, необходимостью высокоточного измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, а также создания банка данных этих характеристик, с целыо использования его для решения задач обнаружения, распознавания (селекции) и идентификации классов ОЭП при лазерном дистанционном зондировании.

Ограниченность существующих измерительных установок обусловлена устаревшей элементной базой. Поэтому актуальным является применение современной элементной базы, и прежде всего ФПЗС-матриц, на основе которой в рамках полунатурного метода измерений разрабатывается новый подметод измерений. Предложенный оригинальный подметод «виртуальных диафрагм», опирающийся на современную элементную базу, идентифицирует создание нового средства измерения в виде создаваемого лазерно-электронного измерительного стенда (ЛзЭлнИзмртл ПСВ-стенда, или ПСВ-стенда). В рамках подметода «виртуальных диафрагм» определение энергетических световозвращательных характеристик ОЭП с помощью ПСВ-стенда заключается в измерении показателя световозвращения на основе зарегистрированного с помощью ФПЗС-матрицы оцифрованного изображения функции рассеяния световозвращателя.

Цель работы

Разработка элементов теории лазерно-электронных систем измерения энергетических световозвращательных характеристик, создание на этой основе измерительного лазерно-электронного стенда и накопление банка данных в виде изображений когерентных функций рассеяния (КгрФР), показателей световозвращения (ПСВ), пеленгационных и дисперсионных характеристик.

Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие залами:

1. Разработка инженерно-графовой методики полного модельного синтеза ла-зерно-элекгронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик на основе трёх основных графовых моделей: метаорграфа системы предметных и теоретических моделей, содержащего как известные модели, так и новые модели, созданные автором; девятиэтапного связного орграфа, задающего этапы разработки и исследования создаваемой системы; и предметно-физического графа, задающего предметную цель моделирования в виде лазерно-электронного измерителя.

2. Анализ схемных модельных представлений лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик. Построение структурной схемы системы, реализующей полунатурный измерительный процесс и функциональной схемы синтезируемой системы, определяющей все преобразующие элементы ПСВ-стенда. Идентификация принципиально нового полунатурного подметода измерения энергетических световозвращательных характеристик с помощью "виртуальных диафрагм", которые заменяют реальные измерительные диафрагмы в оптическом тракте приёмного канала ПСВ-стенда.

3. Формирование структурно-поведенческого математического прообраза синтезируемой системы и идентификация энергетических световозвращательных характеристик лоцируемого ОЭП как его выходных характеристик. Построение внешних структурных моделей лазерно-электронной системы и оптического измерительного канала. Разработка связного орграфа внутренней структурной модели оптического измерительного канала и построение на её основе математической модели поведения.

4. Создание расчётных методик и формирование оценочного диапазона измеряемых параметров и характеристик. Разработка на основе классических вычислительных приёмов методики расчёта энергетических световозвращательных характеристик систем скрытого видеонаблюдения с объективами типа «pinhole». Построение орцепи, идентифицирующей алгоритм вычислительного процесса расчёта ПСВ ОЭП на основе распределения облучённости в когерентной ФР Свз.

5. Проектирование на основе разрабатываемых модельных представлений технического объекта в виде лазерно-электронного измерителя энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, представляющего собой лазерно-злектронный стенд для измерения показателя световозвращения (ЛзЭлнРЬмртлПСВ-стевд, или ПСВ-стенд).

6. Изготовление с помощью разработанной автором проектной документации ПСВ-стенда в виде де-факторной полунатурной стендовой предметно-физической модельной вариации системы на основе современной элементной базы.

7. Проведение анализа погрешностей подметода "виртуальных диафрагм", реализуемого на созданном лазерно-электронном стенде для измерения показателя световозвращения ОЭП. Оценка суммарной теоретической среднеквадратической погрешности и идентификация основных независимых составляющих.

8. Разработка методики цифровой обработки распределения облучённости в функции рассеяния световозвращателя на основе создаваемого алгоритма и проведение экспериментальных измерений энергетических световозвращательных характеристик лоцируемых ОЭП в рамках подметода "виртуальных" диафрагм.

9. Создание бант экспериментальных данных в виде совокупности энергетических визуальных и измеренных световозвращательных характеристик современных оптических и оптико-электронных приборов.

10. Внедрение полученных результатов в практику научных и прикладных исследований и в учебный процесс.

Научная новизна

Новизна работы включает в себя:

• инженерно-графовую методику модельного синтеза создаваемой системы на основе трёх основных графовых моделей: метаорграфа системы предметных и теоретических моделей, девятиэтапного связного орграфа и предметно-физического графа для разработки (проектирования и изготовления) и исследования синтезируемой системы;

• анализ 23-х схемных модельных представлений лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик, на основе которого идентифицирован принципиально новый полунатурный подметод измерения энергетических световозвращательных характеристик с помощью "виртуальных диафрагм" с целью автоматизации и повышения точности измерений;

• формирование структурно-поведенческого математического прообраза синтезируемой системы и идентификация энергетических световозвращательных характеристик лоцируемого ОЭП как его выходных характеристик с целыо построения внешних и внутренних структурных моделей системы и оптического измерительного канала для создания на их основе математической модели поведения;

• создание расчётных методик и формирование оценочного диапазона измеряемых параметров и характеристик с целыо вычисления энергетических световозвращательных характеристик систем скрытого видеонаблюдения с объективами типа «pinhole» и построения орцепи, идентифицирующей алгоритм вычислительного процесса расчёта ПСВ ОЭП на основе распределения облучённости в когерентной ФР Свз;

• накопление банка данных в виде изображений когерентных функций рассеяния, показателей световозвращения, пеленгационных и дисперсионных характеристик современных оптических и оптико-электронных приборов с помощью спроектированного и изготовленного ПСВ-стенда для решения задачи селекции различных видов лоцируемых световозвращателей.

Научные ноложення, выносимые на защиту

Создание элементов теории лазерно-электронных систем измерения энергетических световозвращательных характеристик, на основе которых спроектирован, изготовлен и исследован лазерно-электронный ПСВ-стенд, позволяет вынести на защиту следующие новые положения и результаты:

1. Новая инженерно-графовая методика модельного синтеза создаваемой системы на основе трёх основных графовых моделей: метаорграфа системы предметных и теоретических моделей, девятиэташюго связного орграфа и предметно-физического графа для разработки (проектирования и изготовления) и исследования синтезируемой системы.

2. Принципиально новый полунатурный подметод измерения энергетических свето-возвращательных характеристик ОЭП с помощью "виртуальных диафрагм".

3. Новые структурные математические модельные представления лазерно-электрон-ной системы измерения энергетических свеговозвращательных характеристик, идентифицирующие полунатурный измерительный процесс: внешние структурные модели ла-зерно-электронной системы и оптического измерительного канала, а также связный орграф внутренней структурной модели оптического шмерительного канала.

4. Новая алгоритмическая модель оптического измерительного канала на основе идентификации моделей поведения четырёх преобразующих элементов канала: фраунгоферовская алгоритмическая модель подводящего слоя пространства, одноступенчатая свёргочная модель огтпиеской системы зондируемого ОЭП, двухступенчатая свёргочная модель композиционного элемент "оптическая система Свз - отводящий фраунгоферовсю ш слой пространства", трёхступенчатая свёргочная модель огтпиеской системы приёмного коллиматора.

5. Ранее не существовавшая полная свёргочная модель, идентифицирующая результирующую функция рассеяния оптического измерительного канала, которая в приближении идеальных коллимационных объективов с 5-образной функцией рассеяния, представляет собой автосвёргку функции рассеяния оптической системы световозвращателя.

6. Новая методика расчёта в рамках графовой орцепи, идентифицирующей алгоритм вычисления ПСВ ОЭП на основе распределения облучённости в когерентной ФР Свз и подметодика цифровой обработки распределения облучённости.

Практическая ценность н применения результатов

Разработанная девятиэтапная инженерно-графововая методика модельного синтеза лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвраща-тельных характеристик ОЭП, структурно-функциональные схемы, математические модели, принципиально новый метод "виртуальных диафрагм" и алгоритм вычислительного процесса расчёта ПСВ ОЭП позволили создать лазерно-электронный ПСВ-стенд и сформировать банк данных. ПСВ-стенд позволяет измерять энергетические световозвращательные характеристики ОЭП на длинах волн Я = 0,53; 0,6328; 0,8; 0,9 и 1,06 мкм излучения зондирующего источника в широком диапазоне ПСВ (10'4 - 104 м2/ср) с погрешностью не превышающей 10%. Накопленный банк данных представляет собой совокупность энергетических визуальных и измеренных световозвращательных характеристик современных оптических и оптико-электронных приборов (ФР, ПСВ, пеленгационная и дисперсионная характеристики) для 17-ти различных наблюдательных приборов, работающих как в видимом, так и в ИК диапазонах спектра.

Результаты диссертации внедрены на предприятиях: ФГУП «КБточмаш им. А.Э.Нудельмана», ФГУП «3 ЦНИИ МО РФ» и НИИ РЛ МГТУ им. Н.Э.Баумана. Результаты работы использованы в учебном процессе в курсах "Проектирование оптико-электронных приборов" и "Проектирование лазерных оптико-электронных приборов", а также при выполнении курсовых и дипломных проектов, квалификационных работ бакалавров и магистров. Акты о внедрении и использования приложены к материалам диссертации.

Апробация работы

Материалы диссертационной работы докладывались на:

XI, XIII, XIV и XV Международных НТК "Лазеры в науке, технике, медицине" (Сочи 2000, 2002, 2003 и 2005) и XI Международной НТК "Лазерные системы и их применения" (Кострома 2004).

Публикации

Материалы диссертации опубликованы в 12-ти научных работах, в том числе, 4-х статьях, 5-ти тезисах докладов на международных НТК, патенте на изобретение и в 2-х научно-технических отчётах по НИР.

Содержание работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка литературы и приложения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Созданы элементы теории лазерно-электронных систем измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, представляющие собой совокупность научных положений, сформированных на основе предложенной автором инженерно-графовой методики полного модельного синтеза разрабатываемой и исследуемой лазерно-электронной системы. Последняя является частным случаем общей методики, которая построена в структурной теории оптико- и лазерно-электронных систем (СТ ОиЛзЭС) В.Б.Немтиновым на основе системно-модельного подхода, являющегося расширением классического системного подхода. Указано, что в рамках системно-модельного подхода изучаемая система считается заданной, если имеется какая-либо её модель, не обязательно математическая. Отмечено, что созданная автором инженерно-графовая методика по аналогии с общей методикой модельного синтеза включает в себя девять этапов разработки и исследования синтезируемой системы: постановочный, схемный, структурно-поведенческий математический, компьютерно-предметный, компьютерно-математический, конструкторский, технологический, изготовительный и экспериментальный.

Констатировано, что целыо предложенной автором инженерно-графовой методики полного модельного синтеза, в основе которой лежит тотальное единство всех существующих моделей синтезируемой системы, прежде всего математических моделей (ММ), является проектирование, изготовление и исследование лазерно-электронного измерителя. Он представляет собой предметно-физическую модельную вариацию создаваемой лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, при разработке которой ведущая роль принадлежит проектным работам. Указано, что для оптимального увязывания этапных целей проектирования возникает необходимость последовательно-параллельного перебора моделей синтезируемой системы с помощью организованной системы моделей. Показано, что так как в СТ ОиЛзЭС перебор моделей идентифицируется на графовом языке, то модельный синтез создаваемой системы сводится к заданию последовательно-параллельных графовых модельных переходов, описывающих, в частности, этапы разработки проектной документации.

2. На псрпом документно-постановочном этапе модельного синтеза сформулирована цель диссертации - разработка элементов теории лазерно-электронных систем измерения энергетических световозвращательных характеристик, создание на этой основе измерительного лазерно-электронного стенда и накопление банка данных в виде изображений когерентных функций рассеяния (КгрФР), показателей световозвращения (ПСВ), пеленгационных и дисперсионных характеристик. Для достижения поставленной цели на языке математических модельных представлений на основе СТ ОиЛзЭС автором в рамках постановки задачи введены три основные графовые модели третьего структурно-поведенческого математического этапа: ме-таорграф системы предметных и теоретических моделей лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП; де-вятиэтапный связный орграф полного модельного синтеза, задающий этапы разработки и исследования создаваемой автором лазерно-электронной системы; и пред-метно-физическгш граф, идентифицирует предметную цель модельного синтеза.

Метаорграф содержит графовые оболочки известных моделей и по мере выполнения работы заполняется новыми моделями. Эти модели лежат в основе разработки и исследования средства измерения - проектируемого лазерно-электронного измерителя в виде лазерно-электронного стенда для измерения ПСВ (ЛзЭлнИзмртлПСВ-стенда, или ПСВ-стенда). Девятиэтапный связный орграф полного модельного синтеза представляет собой математический прообраз процессов разработки и исследования ПСВ-стенда. С целью формализации процесса проектирования синтез идентифицирован в виде двух разделов', в разделе I задана семиэтапная инженерно-графовая методика проекпгрования ЛзЭлнИзмртлПСВ-стенда (теоретическое изучение проблемы, расчёты и конструирование); раздел II посвящён двухэтапной изготовительно-экспериментальной реализации ПСВ-стенда. Предметно-физический граф идентифицирует разработку де-факторной полунатурной стендовой модели лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП в виде ЛзЭлнИзмртлПСВ-стенда.

В результате с помощью созданной автором методики полного модельного синтеза лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных харакгеристик (проектной реализации полного модельного синтеза системы) в рамках первых семи этапов решена первая главная практическая задача диссертации. На основе разрабатываемых модельных представлений спроектирован технический объект в виде лазерно-электронного измерителя энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, представляющего собой лазерно-электронный стенд для шмерения показателя световозвращения (ЛзЭлнИзмртлПСВ-стенд, или ПСВ-стенд). На восьмом пзготовптельпом этапе в рамках шготовителыю-экспериментальной реалшации полного модельного синтеза решена вторая главная практическая задача диссертации. В МГТУ им. Н.Э.Баумана на основе разработанной автором проектной документации изготовлен ЛзЭлнИзмртлПСВ-стенд в виде де-факторной полунатурной стендовой предметно-физической модельной вариации системы. Стенд создан при непосредственном и активном участии автора с помощью современной элементной базы, которая легла в основу разработки принципиально нового подметода измерения "виртуальных диафрагм", защищён патентом и внедрён на ФГУП «3 ЦНИИ МО РФ». Принцип действия ПСВ-стенда основан на эффекте световозвращения и заключается в регистрации и последующей обработке дифракционно-геометрооптической ФР, формируемой ло-цируемым световозвращателем. На девятом экспериментальном этапе проведены исследования различных ОЭП и создан баше измеренных энергетических световозвращательных характеристик.

3. На первом постановочном этапе модельного синтеза сформулирована цель диссертации - разработка элементов теории лазерно-электронных систем измерения энергетических световозвращательных характеристик, создание на этой основе измерительного лазерно-электронного стенда и накопление банка данных в виде изображений ФР, ПСВ, пеленгационных и дисперсионных характеристик.

Обоснована актуальность создания принципиально новых метода и средства измерения на основе автоматизированного цифрового дифракционно-геометрооптического метода регистрации функции рассеяния световозвращателя, которая сводится к идентификации четырёх аспектов процесса измерения. Выделено: что измеряется, или объект измерения в виде совокупности энергетических световозвращательных характеристик; как измеряется, или полунатурный метод измерения с использованием реальных или "виртуальных" диафрагм; чем измеряется, или средство измерения в виде проектируемого ПСВ-стенда; и анализ погрешностей измерения. Разработано ТЗ, сформулированы технические предложения и обоснованы исходные данные. Рассмотрены основные классы световозвращающих ОЭП, измеряемые параметры и характеристики (ФР, ПСВ, пеленгационная и дисперсионная характеристики). Указаны диапазоны измерения ПСВ, а также режимы работы и допустимая погрешность измерения.

В рамках постановки задачи для разработки элементов теории на языке математических модельных представлений введён метаорграф системы предметных и теоретических моделей лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП. Он содержит графовые оболочки известных моделей и по мере выполнения работы заполняется новыми моделями. Эти модели лежат в основе разработки и исследования средства измерения в виде проектируемого лазерно-электронного стенда для измерения ПСВ, или ПСВ-стенда. С целью проектирования ПСВ-стенда реализован переход от метаорграфа к девятиэтап-ному связному орграфу полного модельного синтеза, задающему этапы разработай и исследования создаваемой автором лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик. Метаорграф наполняет модельным содержанием все этапы связного орграфа. В результате на графовом языке идентифицирована предметная цель моделирования и сформирован девятиэтапный математический прообраз процессов разработки и исследования ПСВ-стенда.

4. На втором схемном этапе создана исходное множество из 23 структурных и функциональных схем {исходная схемная парадигма арности 23), детализирующая структуру и поведение лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП. В рамках первого кардинального подмножества из 14-ти геометрооптических схем впервые построена структурная схема процесса лазерного зондирования в лазерно-электронной системе измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП и выделены Hetnbtfie Kaacaqa, идентифицирующие формирование зондирующего и ретроотражённого лазерного полей, а также регистрацию и обработку измерительных сигналов. Детапьно изучены основные виды световозвращателей (Свз): выпукло сферический зеркальный Свз, шаровой Свз, уголковый Свз и зеркально-линзовый Свз.

На основе второго кардинального подмножества из четырёх структурно-функциональных оптических схем, идентифицированы процессы лазерного зондирования и проведения натурного и полунатурного измерений энергетических световозвращательных характеристик ОЭП. Исследованы особенности методов измерения и введено понятие усреднённого ПСВ. Получены выражения для согласования результатов расчёта усреднённого ПСВ с помощью натурного и полунатурного методов измерения и рассмотрено определение ПСВ контролируемого световозвращателя с помощью эталонного световозвращателя с известным ПСВ.

В рамках третьего кардинального подмножества из пяти структурных и функциональных схем разработаны схемные прообразы лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, идентифицирующие полунатурный метод измерения. Впервые построена структурная схема системы, реализующей полунатурный измерительный процесс. Разработана структурная схема лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, идентифицирующая основные комплектующие изделия проектируемого ПСВ-стенда. В итоге впервые построена функциопачьпая схема лазерно-электронной измерительной системы, определяющая все преобразующие элементы ПСВ-стенда. В результате идентифицирован полунатурный подметод "виртуальных диафрагм", которые заменяют реальные измерительные диафрагмы в оптическом тракте приёмного канала ПСВ-стенда.

5. На третьем структурно-поведенческом математическом этапе продолжена дальнейшая разработка элементов теории лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик с целью проектирования ПСВ-стенда и сформирован математический прообраз системы. Рассмотрены энергетические световозвращательные характеристики ОЭП как выходные параметрические характеристики лазерно-электронной измерительной системы. Введены в рассмотрение: распределение интенсивности в плоскости изображения когерентной функции рассеяния световозвращателя, пространственная индикатриса ретроотражённого излучения, показатель световозвращения и пеленгационная характеристика световозвращателя. Построены когерентная (Кгр) и некогерентная (НеКгр) функции рассеяния (ФР) световозвращателя, которые идентифицируют вид дифракционно-аберрационного изображения бесконечно удалённого зондирующего точечного источника, формируемого оптической световозвращающей системой в области дифракции Фраунгофера. Исследованы пространственно-координатное, пространственно-частотное, угловое пространственно-координатное и угловое пространственно-частотное модельные представления Кгр и НеКгрФР. Найдено, что эти четыре модельные формы лежат в основе измерения введённых энергетических световозвращательных характеристики ОЭП. Для описания пространственно-частотных свойств ретроотраженного излучения введены когерентная и некогерентная, в частности оптическая, передаточные функции Свз.

6. Разработаны структурные математические модельные представления лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик, идентифицирующие полунатурный измерительный процесс. Построена внешняя структурная модель (ВншСМ) лазерно-электронной системы. Показано, что она задаёт синтезируемую систему в виде "чёрного ящика", поведение которого определяется формально заданным алгоритмическим оператором и сводится к трансформации зондирующего лазерного сигнального поля в выходные параметрические характеристики: индикатрису ретроотражения; показатель световозвращения ОЭП; наблюдаемую пеленгационпую характеристику Свз. Построена ВншСМ оптического измерительного канала. Разработан связный орграф этой ВншСМ, который идентифицирует измерительный канал в виде "оптического измерительного чёрного ящика", на выходе которого формируется распределение облучённости в КгрФР.

Разработан связный орграф внутренней структурной модели (ВнтрСМ) оптического измерительного канала. Показано, что переход от ВншСМ канала к его ВнтрСМ осуществляется в результате идентификации множества основных преобразующих элементов (ПЭ) канала. Введён алгоритмический оператор поведения измерительного канала, представляющий собой мультипликативную композицию задаваемых поэлементных операторов поведения. Идентифицирована peaлизуемая вариация алгоритмической модели оптического измерительного канала в результате идентификации операторов поведения четырёх основных ПЭ. Выделены подводящий слой пространства, оптическая система зондируемого ОЭП, композиционный элемент "оптическая система Свз - отводящий фраунгоферов-ский слой пространства" и оптическая система приёмного коллиматора.

7. Впервые разработаны математические модели поведения оптического измерительного канала лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик. Построена фраунгоферовская алгоритмическая модель подводящего слоя пространства, идентифицирующая КгрФР, которая является входным сигналом для оптической системы зондируемого ОЭП. Получена свёрточная модель оптической системы зондируемого ОЭП, в задней фокальной плоскости которой формируется одноступенчатая свёртка КгрФР подводящего слоя пространства с КгрФР световозвращателя. Построена свёрточная модель композиционного элемента "оптическая система Свз — отводящий фраунгоферовский слой пространства", на выходе которого формируется двухступенчатая свёртка входного одноступенчатого свсрточного сигнала с КгрФР световозвращателя. Найдена свёрточная модель оптической системы приёмного коллиматора, в задней фокальной плоскости которой формируется трёхступенчатая свёртка входного двухступенчатого свсрточного сигнала с КгрФР объектива приёмного коллиматора.

На основе построенных четырёх компонентных подмоделей поведения разработано трёхступенчатое свёрточное представление полной алгоритмической модели оптического измерительного канала лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик. Идентифицирован оператор поведения реального оптического измерительного канала в виде трёхступенчатой свёртки составляющих операторов поведения, который переводит КгрФР подводящего фраунгоферовского слоя пространства в результирующую ФР оптического измерительного канала. Рассмотрен частный случай идеальных коллимационных объективов с 5-образной функцией рассеяния, т.е. анаберрационных объективов, в которых дополнительно пренебрегают конечными размерами зрачка, т.е. не учитывают дифракционное размытие ФР. Найдено, что в этом случае результирующая функция рассеяния оптического измерительного канала представляет собой автосвёртку аберрационного оператора поведения световозвращателя.

8. На четвёртом компыотсрно-прсдметном и пятом компьютерно-математическом этапах модельного синтеза лазерно-электронной системы проведены вычисления и получен оценочный диапазон измеряемых параметров и характеристик в рамках созданных расчётных методик. Идентифицированы поведенческие аспекты создаваемых методов и методик в виде графовых моделей (обычно орце-пей). Показано, что этапы орцепн задают соответствующие шаги, реализующие осуществление метода или выполнения методики.

Проанализированы классические методы расчёта энергетических световозвращательных характеристик ОЭП. Исследованы параксиальный метод зон блеска, аберрацнонно-геометрооптический метод зон блеска и дифракционно-аберрационный метод. Показано, 1гго эти расчётные методы базируются на априорной информации об оптических параметрах и характеристиках оптической системы лоцируемого Свз. При отсутствии данных единственным способом определения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП является их измерение.

Разработана методика расчёта энергетических световозвращательных характеристик систем скрытого видеонаблюдения (СВИД) с объективами типа «pinhole», которая использована для исследования трёх таких Свз. Построены одномерные нормированные распределения интенсивности в аберрационной функции рассеяния, идентифицированы графические зависимости ПСВ и пелен-гационных характеристик от угла усреднения. Результаты расчёта подтверждают, что объективы типа "pinhole" имеют сверхнизкие значения ПСВ (1 - 100 см2/ср). Установлено приближенное равенство угловых размеров пеленгацион-ных характеристик и полей зрения оптических систем СВИД.

Проведена идентификация измеряемых энергетических световозвращательных характеристик современных ОЭП наблюдения. Рассмотрены методы уменьшения ПСВ ОЭП. Составлены сводные таблицы ПСВ и пеленгационных характеристик 16-ти таких приборов. Найдено, что современный класс ОЭП наблюдения различного тактического назначения имеет ПСВ в диапазоне 0,01 - 10м2/ср, а в случае применения комплексных мер уменьшения ПСВ нижнюю границу диапазона можно снизить до 10 см^ср. Исследованы виды дорожных Свз и рассмотрены их энергетические световозвращательные характеристики. Показано, что диапазон ПСВ дорожных Свз лежит в пределах 50.2000 см2/ср, а угловая ширина пеленга-ционной характеристики достигает 60°.

Таким образом, анализ энергетических световозвращательных характеристик современных ОЭП показывает тенденцию расширения диапазона ПСВ от 10"4 до 104 м2/ср и увеличения угловых размеров пеленгационных характеристик от 10' до 60°. Найдено, что для определения энергетических световозвращательных характеристик современных ОЭП необходима разработка принципиально новой измерительной аппаратуры.

9. В рамках полунатурного метода измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП разработан принципиально новый подметод "виртуальных диафрагм". Он основан на компьютерной обработке зарегистрированного с помощью ФПЗС-матрицы распределения облучённости в ФР световозвращателя в пределах максимального телесного угла, задаваемого размерами чувствительной площадки. Показано, что ФПЗС-матрица пригодна для измерения энергетических характеристик с погрешностью <1% в пределах рабочего динамического диапазона. Разработана принципиально новая методика "виртуальных диафрагм" для измерения ПСВ. Предложен расчётный алгоритм и построена десяти-этапная орцепь идентифицирующая вычислительный процесс расчёта ПСВ ОЭП на основе распределения облучённости в когерентной ФР Свз. С помощью созданной методики "виртуальных диафрагм" измеряются энергетические световозвращательные характеристики современных ОЭП (ФР, ПСВ, пеленгационная и дисперсионная характеристики).

10. В рамках шестого документпо-коиструьггопского и седьмого докумснтно-технологнческого этапов модельного синтеза лазерно-электронной системы измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП завершён процесс проектирования полунатурного ПСВ-стенда. Создан комплект конструк-торско-технологической документации. На восьмом этапе на основе конструкторско-технологической проработки оптических и электрических схемных реализаций по назначению с учётом компьютерного моделирования на ЭВМ при активном участии автора в МГТУ им. Н.Э.Баумана на основе принципиально новой элементной базы изготовлен полунатурный лазерно-электронный измерительный ПСВ-стенд. Он представляет собой экспериментальную установку, включающую в себя лазерный источник излучения, оптическую формирующую систему, контролируемый Свз и оптико-электронное регистрирующее устройство. Создана методика светоэнергетического расчёта полунатурного лазерно-электронного измерительного ПСВ-стенда для измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП, целью которой является выбор лазерных излучателей и фотоприемников для двух измерительных каналов с одноплощадочным ПИ и ФПЗС-камерой соответственно. На девятом эксперимснтально-исследовательс-ком этапе показано, что ПСВ-стенд позволяет измерять значения ПСВ вплоть до R = 5 см2/ср при требуемом отношении сигнал/шум Щрб не менее 20. В рамках разработанной методики получены выражения для реализуемого отношения сигнал/шум и/*фпЗС измерительных каналов. Найдено, что реализуемые значения отношений сигнал/шум превышают требуемое.

Исследованы особенности цифровой обработки распределения облучённости в ФР Свз при измерении энергетических световозвращательных характеристик ОЭП в рамках подметода "виртуальных диафрагм" на основе предложенного расчётного алгоритма. Проанализированы отдельные этапы алгоритма. Разработана методика оцифровки распределения облучённости в ФР Свз. Для повышения точности измерений исследованы особенности вычитание фона. Детально изучена цифровая фильтрация для подавления различных помех, возникающих при регистрации и оцифровке распределения облучённости в ФР Свз. Проведён сравнительный экспериментальный анализ линейного низкочастотного сглаживающего, нелинейного медианного и "взвешенного" медианного фильтров. Показано, что наиболее эффективным цифровым фильтром является нелинейный медианный фильтр, который позволяет избавиться от аддитивного и импульсного шумов, сохранив при этом перепады распределений облучённости в ФР Свз.

Разработан алгоритм вычисления потока излучения, проходящего через "виртуальную диафрагму". Для идентификации наибольшего телесного угла усреднения, в пределах которого регистрируется 95% энергии всего ретроотражённого от Свз излучения, введена круговая виртуальная область изображения ФР. Приведены экспериментальные результаты определения радиуса "виртуальной диафрагмы", ограничивающей виртуальную область изображения ФР для прицела "Алина" и прибора ночного ведения 1ПН93Ф.

11. Проведён сравнительный анализ погрешностей подметода "виртуальных диафрагм". Введено понятие суммарной теоретической среднеквадратической погрешности 5е. Она определяется как среднеквадратическое значение четырёх независимых составляющих. Первая погрешность 5ф связана с вычислением отношения лучистых потоков; вторая погрешность 5и определяется при измерении отношений напряжений; третья погрешность бяэтлн обусловлена точностью вычисления ПСВ эталонного Свз; четвёртая погрешность 5П возникает при определении отношения телесных углов. Найдено, что суммарная погрешность 8i. не превышает 7,6 %.

12. Проведёны экспериментальные исследования погрешностей измерения энергетических световозвращательных характеристик разработанного ПСВ-стенда, идентифицирующих адекватность методики "виртуальных диафрагм". Получена интегральная оценка энергетической погрешности созданного ПСВ-стевда в результате сравнения расчётной и экспериментальной функций рассеяния мононаправленного световозвращателя в веде апертурно ограниченного плоского зеркала. Экспериментально показано, что теоретическая и экспериментальная нормированные зависимости, определяющие долю полной энергии, которая соответствует виртуальной диафрагме заданного радиуса отличаются с погрешностью порядка 2%.

Осуществлена интегральная оценка погрешности измерения ПСВ с помощью эталонного выпукло сферического световозвращателя. Получено, что экспериментальные кривые ПСВ в пределах достаточно большого диапазона углов усреднения хорошо совпадают с теоретическими расчётными прямыми, так что относительная ошибка измерения ПСВ не превышает 5%.

Найдена интегральная оценка погрешности при измерении отношений напряжений для различных диаметров физических и "виртуальных" диафрагм. Показано, что при измерении отношения напряжений погрешность (2,8%) по методу "виртуальных диафрагм" не превосходит погрешности (3,3%) при использовании физических диафрагм. В результате экспериментально установлено, что суммарная погрешность измерения энергетических световозвращательных характеристик на ПСВ-стенде по методике "виртуальных диафрагм" не превышает 10%.

13. В результате экспериментальных исследований на разработанном автором ПСВ-стенде большого количества анализируемых ОЭП решена третья главная практическая задача диссертации - создан банк данных в виде совокупности энергетических визуальных и измеренных световозвращательных характеристик современных оптических и оптико-электронных приборов. При этом получение экспериментальных данных осуществлено как с использованием реальных, так и "виртуальных" диафрагм. Показано, что банк данных складывается из: 1) ансамбля зарегистрированных двумерных распределений облучённости в ФР Свз; 2) зависимостей ПСВ от угла усреднения на длинах волн зондирующего излучения; 3) пеленгационных характеристик; 4) дисперсионных характеристик. Проанализированы энергетические световозвращательные характеристики \l-mu различных наблюдательных приборов, работающих как в видимом, так и в ИК диапазонах спектрах для большого значения ПСВ (10" - 10 м /ср) и стандартного набора диаметров диафрагм d— 0,16; 0,5; 1,6; 5 мм. Построены графики ПСВ в зависимости от радиуса виртуальной и физической диафрагмы, а также от угла усреднения. Исследованы прицел Smidt&Bender (Я = 0,53; 0,6328; 0,8; 1,06 мкм), "Алина" (Я = 0,53; 0,6328 мкм), ПНВ CYCLOP-M1 (Я = 0,53; 1,06 мкм), жёлтая и серая светоотражающая плёнки (Я = 0,53; 0,8 мкм), тетраэдрический Свз (Я = 0,53; 0,8 мкм), объективы типа "pinhole" систем СВИД " (Я = 0,53; 0,6328 мкм и Др = 1; 3 мм), а также дорожные Свз СТ2 и КДЗ - "кошачий глаз" (Я = 0,53 мкм). Дополнительно рассмотрены прицелы: охотничий ПН-6К-02, ПН-6К-07, ПН-6К-08, AN/PVS-10, охотничий ночной ПН-1 и ночной бинокль КОМЗ - данные о которых сведены в таблицу. Для объективов типа "pinhole" и дорожных Свз псь строены экспериментальные пеленгационные характеристики. В результате обработки графиков ПСВ, параметризованных по длине волны X зондирующего излучения, получены дисперсионные характеристики при фиксированном угле усреднения. Они найдены для ОЭП, работающих в видимом диапазоне (прицелы "Алина" и AN/PVS-10), в ИК-диапазоне (ПНВ CYCLOP-M1 и ночной бинокль 1ПН98), а также для световых идентификаторов (тетраэдрический Свз и серая светоотражающая плёнка).

14. В результате получено, что использование разработанной автором методики "виртуальных диафрагм" на созданном лазерно-электронном ПСВ-стенде позволяет автоматизировать процесс измерения энергетических световозвращательных характеристик ОЭП для длин волн Я = 0,53; 0,6328; 0,8; 0,9 и 1,06 мкм излучения зондирующего источника в широком диапазоне ПСВ (10-4 — 104 м2/ср) с погрешностью не превышающей 10%. При этом найдено, что по всем экспериментальным параметрам методика "виртуальных диафрагм" адекватна методике реальных физических диафрагм с погрешностью не превышающей 30%. Таким образом, банк накопленных экспериментальных данных, представляющий собой уникальную базу данных, обладает большой практической ценностью, так как может быть использован для селекции различных видов лоцируемых световозвращателей.

1. Международный светотехнический словарь / Под ред. Д.Н.Лазарева.- М.: Рус. яз., 1979.-278 с.

2. Немтинов В.Б. Структурная теория и математическое моделирование оптико- и лазерно-электронных систем: Дисс. . докт. техн. наук. Москва, 2005. - 673 с.

3. Исследование световозвращательных характеристик оптико-электронных систем и разработка их информационной базы данных: Отчёт по НИР «Сигнатура» /МГТУ. Руководитель НИР В.Е.Карасик. ГР № 1192908, Инв. № 02456120970.-М., 2001.- 104 с.

4. Дроздов М.М., Карасик В.Е., Рыбальский В.В. Измерение отражательной эффективности зеркально-линзовых отражателей // Приборостроение: Тез. докл. III научн.-техн. конф. М., 1987. - С. 27.

5. Патент № 2201814 (РФ). Устройство для измерения показателя световозвращения оптико-электронных приборов / Н.В.Барышннков, В.Б.Бокшанский, М.В.Вязовых, И.В.Животовский, В.Е.Карасик, В.Б.Немтинов, Ю.В.Хомут-ский // Б.И. 2003- №11.

6. Кретов Е.С., Смирнов С.Ф., Степанов Н.Н. Методы измерения отражательных характеристик ОЭС // Оборонная техника. 1979. - №4. - С. 35-37.

7. Рыбальский В.В., Хорохоров A.M. К вопросу об измерении отражательных характеристик оптико-электронных систем // Оборонная техника. 1976. №10.-С 48-50.

8. Карасик В.Е., Лазарев Л.П., Пахомов И.И. Обобщенная оценка отражающих свойств световозвращателей // Применение лазеров в приборостроении, машиностроении и медицинской техники: Тез. докл. II Всесоюзной научн.-техн. конф. -М., 1979.-С. 436.

9. Муратов В.Р., Филимонов Ю.А., Ширанков А.Ф. О терминологии, связанной со световозвращающим излучением // Оптико-механическая промышленность. 1980. -№3. - С. 56-57.

10. Карасик В.Е., Рыбальский В.В., Хорохоров A.M. Измерение ПСВ световозвращателей для лазерной дальнометрии // Применение лазеров в приборостроении, машиностроении и медицинской техники: Тез. докл. II Всесоюзной научн.-техн. конф. М., 1979. - С.480.

11. Барышников Н.В., Карасик В.Е. Лабораторные исследования пространствен-но-частотпых характеристик оптических световозвращающих систем // Вестник МГТУ. Приборостроение. Лазерные и оптико-электронные приборы и системы. 1998. - Спец. выпуск. - С. 11-15.

12. Комаров В.М. Яцкевич Г.Б. Лазерные системы в локации и навигации // Зарубежная радиоэлектроника. 1978. - №2. - С. 88.

13. Мосягин Г.М., Немтинов В.Б., Лебедев Е.Н. Теория оптико-элетронных систем. М.: Машиностроение, 1990. - 432 с.

14. Малашин М.С., Каминский Р.П., Борисов Ю.Б. Основы проектирования лазерных локационных систем: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1983.-207 с.

15. Барышников Н.В., Карасик В.Е., Ширанков А.Ф. Анализ пространственно-частотных характеристик тетраэдрического световозвращателя // Изв. вузов СССР. Приборостроение. 1985. - Т. XXVIII, №7. - С. 67.

16. Барышников Н.В., Карасик В.Е., Ширанков А.Ф. Методика проектирования тетраэдрического световозвращателя с заданными отражательными характеристиками // Изв. вузов СССР. Приборостроение. 1991. - Т. XXXIV, №5. -С. 92-96.

17. Кравцов В., Сербии И. Уголковые отражатели // Квант. Приборостроение. -1976.-№5,-С. 7-9,46.

18. Сакин И.Л. Инженерная оптика. Л.: Машиностроение, 1976. - 288с.

19. Батраков А.С., Бутусов М.М., Гречка Г.П. Лазерные измерительные системы. -М.: Радио и Связь, 1981.-456с.

20. Патент № 2024038 (РФ). Светосильный широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком / А.Б.Анитропова, В.В.Бронштейн //Б.И. 1992. - №14.

21. Патент № 2094833 (РФ). Широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком / АОЗТ «Лептон», В.В.Матвеев // Б.И. 1996. - № 20.

22. Patent 4525039 (US). Objective lens / J-L Defuans France // Pat. 25.06.1985. Int. CI. G02B 9/60. U.S.C1. 359/739.

23. Патент № 2127892 (РФ). Телевизионный широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком и удлиненным задним фокальным отрезком II Б.И. -1999.-№8.

24. Патент № 21325(61 (РФ). Широкоугольный объектив с вьшесенным входным зрачком (Варианты) II Б.И. 1999. -№18.

25. Патент РФ № 2133488 (РФ). Широкоугольный объектив с вынесенным входным зрачком II Б.И. 1999. - №20.

26. Осииова Л.П., Горин А.И., Колмыков В.А. Способы уменьшения бликов от сеток оптических приборов // Вопросы оборонной техники. Сер.Х. 1979. -Вып.132. - С.17-21.

27. Рыбальский В.В., Хорохоров A.M., Ширанков А.Ф. Методика расчета обратного рассеяния телескопической системы с наклонной и дефокусированной сеткой // Указатель поступлений информационных материалов ЦИВТИ. -1977.-Вып. №12^134.-С. 32. u ' >л * *

28. Рыбальский В.В., Хорохоров A.M., Ширанков А.Ф. Метод снижения бликов обратного типа «биклин» // Указатель поступлений информационных материалов ЦИВТИ. 1977. - Вып. №12/134. - С. 47.

29. Коротков В.П., Грузевич Ю.К. / Исследования характеристик приемников излучения / Под. ред. Е.Н.Лебедева. М.: МВТУ им. Н.Э.Баумана, 1988. - С. 46.

30. Коротков В.П. Исследования характеристик приемников излучения / Под. ред. Е.Н.Лебедева. -М.: МВТУ им. Н.Э.Баумана, 1986. С.48.

31. Бокшанский В.Б., Карасик В.Е. Расчет характеристик фоточувствительных приборов с зарядовой связью. М.; МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. - 52с.

32. Janesick, James R. Scientific charge-coupled devices. Washington: SPIE Press monograph, 2001. - 906p.

33. Подласкин Б.Г. Многоэлементные фотоприемники с интегральным принципом формирования сигнала для систем обработки оптической информации: Дис. . докт. физ.-мат. наук. -Спб., 1999.-С. 23.

34. Мишон Г. Приемники изображения на ПЗИ. М.: Мир, 1982. - С. 13-39.1. U ' Г1 J, • \

35. Пресс Ф.П. Фоточувствительные приборы с зарядовой связью. М.: Радио и связь, 1991.-261с.

36. Котов Б.А., Березин В.Ю. Принципы построен^ твердЬтельных фотоэлектрических преобразователей на приборах с переносом заряда // Электронная техника. Сер.4. 1978. - Вып. 5.(105). - С. 9-10.

37. Прэт У. Цифровая обработка изображений. М.: Мир, 1982. - 312с.

38. Kirsh P. Computer detrmination of the constituent structure of biological images // Computer Biomedical Researsh. 1972. - V.4, №3.- P.315-328.

39. Hamamatsu Technical data. / 1995.

40. Toyohiko H., Kusumi R., Myakawa M. Calibration of Linear CCD Cameras used in the Detection of the Position of the Light Spot // IEICETransactions on Information and Systems. 1993. - V.76, №8,- P. 912-920.

41. Lin C.E., Hou A.ls. Real-Time Position ah Attitude Sensing "Using CCD Cameras in Magnetic Suspension System Applications // IEE Transactions on Instrumentation and Measure. 1995. - V.44, №1. - P. 8-15.

42. Sid-Ahmed M.A. Photo grammetric Aerotriangulation Using Matrix CCD Cameras for Close Range Position // Sensing Computers in Industry. 1989. - V.12, №4.-P. 307-313.

43. Торг C.M. Краткий курс теоретической механики. М.: Наука, 1970. - 478с.

44. Троицкий И.Н., Устинов Н.Д. Статистическая теория голографии. М.: Радио и связь, 1981.- 327с.

45. Родионов С.А. Автоматизация проектирования оптических систем. JI.: Машиностроение, 1982.-270с. " "

46. Бахвалов Н.С. Численные методы. М.: Наука, 1975. - 245с.

47. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. М.: Наука, 1966.-123 с.

48. Калиткин Н.Н. Численные методы. М.: Наука, 1978. - 179 с.

49. Агурок И.П., Родионов С.А. Использование оптической передаточной функции для вычисления функции концентрации энергии // Оптико-мех. промышленность.- 1985.-№8.-С. 19-21.

50. Сойфер В.А. Методы компьютерной обработки изображений. М,: Физмат-лит, 2003. - 780с.

51. Борн М., Вольф М. Основы оптики* М.: Наука,970. 8*55с.

52. Карасик В.Е., Орлов В.М. Лазерные системы видения. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. - С.350.

53. Гудмен Дж. Введение в Фурье-оптику. М.: Мир, 1970. - С.364.

54. Михеев А.С., Рыбальский В.В. Методы расчета отражательных характеристик оптических приборов // Вопросы оборонной техники. Сер.Х 1978. -Вып.117. — С.68-72.

55. Рыбальский В.В., Хорохоров A.M. К вопросу об измерении отражательных характеристик оптико-электронных систем // Оборонная техника 1976. -№10. - С.15.

56. Ширанков А.Ф. Определение отражательных свойств оптических и оптико-электронных приборов через параметры двух вспомогательных лучей // Вопросы оборонной техники. Сер.Х- 1979. Вып.136. - С.14-22.

57. Барышников Н.В., Карасик В.Е. Современные задачи разработки локационной аппаратуры для дистанционного обнаружения оптических приборов // ЛАЗЕР-ИНФОРМ: Информационный бюллетень Лазерной ассоциации, 2003.-№4 (259).-С. 15.

58. Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. -М.: Советское радио, 1975. -248с.

59. Исследование возможности создания и разработка лазерной оптико-электронной аппаратуры обнаружения систем скрытого видеонаблюдения: Отчёт по НИР «Антисвид» / МГТУ. Руководитель темы В.Е.Карасик. ГР № 0182089208, Инв. № 02849807630. М., 2000. - 131 с.

60. Животовский И.В. Измерение отражательных характеристик методом цифровой обработки изображений функций рассеяния световозвращателя // Лазерные системы и их применения: Тез. докл. XI Международной научн.-техн. конф. Кострома, 2004. - С. 46.

61. Барышников Н.В., Животовский И.В. Цифровые методы измерения световозвращательных характеристик // ЛАЗЕРЫ 2003: Тез. докл. XIV Международной научн.-техн. конф. - Сочи, 2003. - С. 48.

62. Животовский И.В. Цифровой метод измерения отражательных характеристик // ЛАЗЕРЫ 2004: Тез. докл. XV Международной научн.-техн. конф. -Сочи, 2004. - С. 49.ил c4h. j33

63. Барышников Н.В., Бокшанский В.Б., Животовский И.В. Разработка аппаратуры второго поколения и методов измерения отражательных характеристик // Лазеры в науке, технике, медицине: Тез. докл. XIII Международной научн.-техн. конф. Сочи, 2002. - С. 67.

64. Барышников Н.В., Вязовых М.В., Животовский И.В. Экспериментальная установка для исследования отражательных характеристик ОЭП // Лазеры в науке, технике, медицине: Тез. докл. XII Международной научн.-техн. конф. -Сочи, 2001.-С. 77. ' *

65. Барышников Н.В., Вязовых М.В., Животовский И.В. Исследовани светоот-ражательных характеристик световозвращателей типа Pinhole // Лазеры в науке, технике, медицине: Тез. докл. XII Международной научн.-техн. конф. -Сочи, 2001.-С. 76.

66. Барышников Н.В., Вязовых М.В., Животовский И.В. Исследовани светоот-ражательных характеристик световозвращателей типа Pinhole // Радиооптические технологии в приборостроении: Тез. докл. I научн.-техн. конф. Сочи, 2003.-С. 72.

67. Барышников Н.В., Бокшанский В.Б., Животовский И.В. Автоматизация измерений световозвращательных х^ракт9ристик // Зестник МГТУ. Приборостроение. 2000. - №3(40). - С. 43-62.

68. Турыгин И.А. Прикладная оптика. М.: Машиностроение, 1965. - 362с.

69. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1986. - 544 с.

70. Физический энциклопедический словарь словарь / Под ред. А.М.Прохорова. -М.: Советская энциклопедия, 1983. 378 с

71. Вереникина Н.М., Рожков О.В., Тимашова Л.Н. Синтез оптических систем когерентных процессоров для пространственно-частотной фильтрации изображений // Вестник МГТУ. Приборостроение. 1992. - №2. - С. 4-23.

72. Кольер Р., Беркхарт К., Лин Л. Оптическая голография: Пер. с англ./ Под ред. Ю.И.Островского!. -М.: Мир, 1973j — 686с. > *