红外探测系统(7)

5、特色

十字叉系统与调制盘相比，突出的优点是：

? 无调制盘，无二次聚焦系统，因此目标能量利用率高； ? 误差特征曲线在整个视场范围内都是线性的，线性度高； ? 该系统理论上没有盲区，测角精度高。 主要的缺点是：

? 没有调制盘所具有的空间滤波性能； ? 系统电子带宽较宽，探测器噪声大； ? 若做成多元十字叉探测器较困难。

6、抗背景干扰的措施

在不减小系统瞬时视场的前提下，可以采用目标位置实时波门跟踪器，即实时“选通”门电路，滤去视场内的背景，但它不能滤去极靠近目标周围的背景辐射。

从提高系统灵敏度的角度出发，为减小探测器单元面积，可把十字形探测器的每一臂做成多元，以提高系统的信噪比。此时可将多元探测器每两两相邻的元件做成正负相减元件，这也可以达到抑制大面积背景干扰的目的。这种方法称为“面积相减技术”。

7、影响测角精度的因素

1）光学系统的影响。弥散圆的大小会影响信号脉冲的宽度和形状，它直接影响对基准信号的采样，也就影响最终输出的误差信号。

2）扫描电机稳定性的影响。次镜旋转电机转速的稳定性以及它本身的晃动，都影响测角误差。

3）红外探测器制作误差的影响。红外探测器阵列每一臂长边相互不平行或窄边有锯齿，及同一通道的两个探测器不在同一直线上或两通道的探测器相互不垂直等，都会影响测角精度。

4）基准信号的影响。基准信号波形失真，两通道基准信号相位差偏离90的误差也影响测角精度。

5）电路相移的影响。目标信号或基准信号通过电路时所产生的相移，直接影响目标脉冲与基准信号的相对位置，故也影响测角精度。

通过采取措施，十字叉系统的测角精度可以达到秒级。

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四、L型系统

L型方位探测系统，是指探测器阵列排列成L形，如下图所示：

美国“陶”（TOW）式反坦克导弹所用

1、信号形式

L型系统的目标信号形式、基准信号形式以及方位误差信号提取的原理都与十字叉系统相同。区别仅在于，光电旋转一周，一个通道内只产生一个脉位调制脉冲，因此对基准信号只采样一次。

2、测量精度

十字叉系统由于一周采样两次，因此当基准波形不对称时，波形的局部误差、相位差、取样脉冲宽度等都会造成取样误差，降低测量精度。

L型系统每周采样一次，克服了上述几种误差的影响，因而L型系统的测量精度更高。

3、视场大小

当光学系统视场大小相同的情况下，L型和十字型探测器的每臂长是不同的。为保证不丢失目标，L型探测器一个臂的长度要等于光学视场的直径，而十字型系统的一个臂长只需为视场直径的一半。

如果视场大，又采用多元相减技术，则必然使L型探测的基片尺寸太大，每臂元数多，使多元的均匀性难以保证，器件性能下降。

为克服上述缺点，又充分发挥L型系统测量精度高的优势，有些红外探测系统做成两种视场，大视场时主要要求捕获能力高，精度要求是次要的，因此采用十字型探测器；小视场时测量精度要求是主要的，因此采用L型探测器。

五、玫瑰线扫描系统

图示是一种可以实现多种像“点”扫描运动的系统示意。它由平行光路中的两旋转光楔、物镜、探测器组成。

1、扫描图案

若以光轴为x轴， x-y平面为子午面，组成xyz右手直角坐标系，并设光楔对光线的偏折角为A（两光楔材料一样，楔角相同），各自绕x轴以圆频率ω1、ω2旋转，则总的光线偏折角可沿y、z轴分解为

?x?A(cos?1t?cos?2t)

?y?A(sin?1t?sin?2t)

选择光楔的转动方向和转速，可使光轴上的探测单元在物空间按人们所要求的轨迹扫描。例如，令

?2??3?1

则有

?x?A(cos?1t?cos3?1t)

?y?A(sin?1t?sin3?1t)

若用极坐标表示，则不难证明

??2Acos2?1t

显然，这就是花瓣长度为2A的四叶玫瑰线。

2、实现方案

图示是采用反射镜反向旋转实现玫瑰线扫描的方案示意。其中主镜、次镜相对于一般意义上的“光轴”各自倾斜一个不大的角度，且倾角大小一样，但符号相反；主镜、次镜分别绕系统“光轴”反向旋转。选择二者转速，可产生如图所示的由N个花瓣组成的扫描图案——多叶玫瑰线。

3、特色

在这种方案中，视场中心是各叶扫描线的交会处，故每帧有2N次脉冲提供目标的位置信息。当目标偏离视场中心后，每帧至少有一次脉冲提供其位置信息。这也是玫瑰线扫描系统比采用调制盘的系统优越之处——对采用调制盘者，不论目标成像于调制盘上何处，每帧都只有一次提供目标的位置信息。

采用玫瑰线扫描的系统具有很小的瞬时视场(例如，可使它与最远工作距离对应的目标张角相当) ，因而可使用很小的探测器。由于探测器噪声与其面积的平方根成正比，故有利于减小噪声。同时，小面积探测器制作容易，有利于降低成本和提高成品质量；小型探测器便于制冷，也是使信噪比提高的因素之一。

当然，小的瞬时视场对应着窄的脉冲宽度，相应的要求是电

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