紅外探測系統一、概論一、大體功能探測系統是通過接收目標紅夕卜輻射，并把輻射能量轉換電信號，經放大處置，從而實現對目標特點量測量和對目標方位探測的一類系統。依照功用及利用的要求，分類：輻射計：用來測量目標的輻射量，如輻射通量、輻射強度、輻射亮度等；光譜輻射計：用來測量目標輻射量的光譜散布；紅外測溫儀，測量輻射體的溫度；方位儀：測量目標在空間的方位；報警器：警戒必然的空間范圍。二、大體組成紅夕卜探測系統是利用目標自身發射出的輻射能對目標進行探測的。光學系統、探測器和信號放大器是探測系統最大體的組成部分。圖中的位置編碼器能夠是調制盤系統、十字叉或L形系統或掃描系統。3、大體要求從功用考慮，有以下兩點要求：有良好的檢測性能和高的靈敏度所謂系統的靈敏度，是指系統檢測到目標時所得要的最小入射輻射能，它能夠用最低的入射輻射通量(W)或最低的輻照度(W/cm2等來表示。對點目標而言，系統所接收到的輻射能與距離平方成反比，因此系統的靈敏度事實上就決定了系統的最大作用距離。方位儀或報警器一般是在距目標較遠的地址工作，對這種儀器的作用距離是有必然要求的，也確實是關于它們的靈敏度有必然要求。對測溫儀一類的探測系統那么要求必然的溫度靈敏度。探測老是在噪聲干擾下進行的，噪聲干擾包括系統外部的來自背景的干擾和系統內部探測器本身的噪聲干擾，為了能從噪聲干擾中更多地提取有效信息，為了把噪聲干擾造成的系統誤動作的可能性降到最小,因此探測系統的虛警概率要低，發覺概率耍高。對報警器來講.這方面的指標要求應更高些。測量精度要高關于輻射計、測溫儀一類的探測系統，要求對輻射量或溫度的測量有必然的準確度，即有必然的精度要求，通經常使用相對誤差來表示。關于方位儀來講，那么要求必然的位置測量精度。依照方位儀利用的場合不同，對精度的要求也不同,若是用于測角系統，測角精度一樣為秒級。要知足上述一些大體的技術指標要求，需要通過合理的設計方案的選擇、優良的元器件的選用和嚴格的加工制作、裝調工藝進程來保證。4、設計要求依照整體提出的任務要求，分析與把握目標、背景和各類干擾的紅外輻射特性和大氣傳輸特性,選定系統的工作波段。分析比較各類光機信息處置的體制，如調制盤式、多元脈位式等，選擇最適合完成整體任務的體制，這是紅外探測系統設計的核心任務，是確信探測器要求、光學系統結構的前提條件。選擇探測器和確信它的技術條件，提出預處置電路的技術要求。確信光學系統的要緊技術參數，包括光學系統的大體形式、接收面積、視場、像質要求、光學效率等。計算探測距離，給出探測距離相對目標的空間散布，給出典型背景的輻射特性。制定探測系統技術條件，包括靈敏闊、捕捉場等。二、調制盤式探測系統調制盤式探測系統技術成熟，結構相對簡單，適用于背景單純，目標對照度大的情形，如探測天空背景中的飛機或導彈等，不適用于對地面橋梁、車站、碼頭等大型冷目標的探測。下圖是一種典型的調制盤式探測系統光學布局圖,它是一個典型的折反式（卡塞格倫）光學系統，調制盤置于焦平面上。圖折反式｛卡塞格倫）光學靈貌廂理圖1、大體概念調制盤調制盤是在能透過紅外輻射的基板上，覆蓋上一層涂層，然后用光刻的方式把涂層做成許多透輻射和不透輻射的柵格，這些柵格組成了調制盤的花紋圖案。調制盤置于光學系統的焦平面上，當目標像點與調制盤之間有相對運動（通常也叫掃描）時，透輻射和不透輻射的柵格切割像點，由于這種切割作用，使得恒定輻射能在通過調制盤后，轉換成隨時刻轉變的斷續形式。如此，調制盤就對目標像點的紅外輻射能量進行了調制。調制盤的作用：把恒定的輻射通量轉變成為交變的輻射通量為了幸免利用直流放大器，應使落到探測器上的紅外輻射隨時刻轉變，探測器產生隨時刻轉變的交流信號。在光學系統焦平面周圍加一調制盤，使紅外輻射斷斷繼續地落到探測器上，如此，探測器就產生隨時刻轉變的交流信號。這種將恒定的紅外輻射變成隨時刻轉變的交變輻射的調制盤也稱為斬波器。產生目標所在空間位量的信號編碼目標在物空間位置的轉變與目標像點在像空間，即在調制盤上位置的轉變相對應。像點位置的轉變，使調制盤輸出的載波信號的某些參量，如幅度、頻率或相位也隨之轉變。現在，由調制盤輸出的輻射信號就包括了目標的方位信息。由紅外探測器把調制后的輻射通量轉換成電信號，用信號處置電路檢出載波的相應轉變量，就取得了目標在空間的方位。調制盤可看做是目標位置的信號編碼器。進行空間濾波以抑制背景干擾利用目標和背景相關于系統張角大小的不同，調制盤能夠抑制背景，突出目標，從而把目標從背景中分辨出來。調制盤這種濾去背景干擾的作用叫空間濾波。提高紅外系統的檢測性能紅外系統對目標的探測老是在噪聲干擾下進行的，為能從噪聲干擾中更多地提取有效的信息，紅外系統必需依照適合的檢測準那么，確信系統的最正確檢測方式及相應的具體系統結構。必然的檢測方式，要求與之相應的確信的信號形式，在設有調制盤的系統中，調制盤的型式決定了系統的信號形式。因此，通過調制盤圖案的設計及掃描方式的選擇，能夠給出知足最正確檢測方式所要求的信號形式，從而提高了系統的檢測性能。目標與像點的位置關系目標經光學系統成像，見圖，物平面上的一點T對應著象平面上一個確信點T。目標t和像點t'在物平面和象平面上的位置，用極坐標表示，別離為（pT ）和（pe）。望遠光學系統的象平面位于焦平面上，那么p=F?tgM? 4-16=0t丿F為光學系統的像方焦距；p為xb’y平面內像點T至°點距離，稱為像點偏離量；0為像點方位角；bq為失調角，它是視線T與光軸°°的夾角，它的大小反映了目標偏離光軸的大小。像點的位置（P）反映了目標偏離光軸的大小和方位。調制盤的分類依照掃描方式可分為旋轉式、圓錐掃描式和圓周平移式三類。旋轉式調制盤調制盤本身以必然的角速度旋轉運動。當目標位置—按時，像點在調制盤上的位置就固定不動。目標

位置轉變，像點在調制盤上的位置亦發生相應的轉變，調制盤輸出包括了目標方位信息并進行了空間濾波。?圓錐掃描調制盤調制盤不動，光學系統的掃描機構運動，使適當目標在空間某位置時，光點（即日標像點）在調制盤上以—定的頻率做圓周運動，其軌跡為一中心在不同位置的圓，即掃描圓。?圓周平移調制盤調制盤不旋轉，調制盤中心繞光學系統中心做同圓周平移。調制盤平移—周，光點在調制盤上掃出一個圓，該圓偏離調制盤中心的大小和方向，與目標偏離光軸的大小和方向相對應。調制盤依照調制方式來分，上述每一類又可分為調幅式、調頻式、調相式和脈沖編碼式四種。2、結構組成

采納調制盤作為位置編碼器的方位探測系統，其結構組成原理如圖所示：采納調制盤作為位置編碼器的方位探測系統，其結構組成原理如圖所示：這種方位深測系統各部份的結構型式，都與調制盤的類型有關。3、調幅式調制盤系統日出式調制盤日出式調制盤是調幅調制盤中較簡單的一種，其圖案形式如下圖。上半圓為目標調制區，下半圓為半透區。調制盤置于光學系統的焦平面上，調制盤中心0位于光軸上，調制盤繞中心0轉動。假定像點位于圖（a）中的M點不動，假設像點的大小比扇形條尺寸小得多，就形成了如圖（b）所示的脈沖信號波形。（1）調制信號與像點偏離量的關系若是不能忽略像點的大小，像點由調制盤中心向外移動時，如下圖，在位置A、B、C時，取得不同脈沖信號。圖￡I?調制議輸州像戊越智求反條像點由中心向外作徑向移動時，顯現幅度調制。依照調制盤輸出輻射功率脈沖的大小，就能夠夠確信像點的徑向位置。調制深度D如圖所示，像點M的偏離量為p，方位角為°。像點上輻射照度均勻散布，像點總面積為S，像點上一部份輻射功率F透過調制盤，其面積為S；像點上一部份輻射功率F不能透過調制盤，其面積為S2。F與S成正比，而F與S成正比。召二上謂卸獻輸出七謂制深序曠忙桌當調制盤旋轉時，透過調制盤的輻射功率就在F1與F2之間周期性地轉變。現在調制盤輸出的有效的調制信號應為門一FJ，它與\Sr-S21成正比。為了表示像點輻射功率被調制的程度，特引入調制深度D的概念，表征目標輻射通量中被調制部份所占的比例，表示為F一FD=―1 2-F式中，F為像點總功率，它與像點的總面積成正比。說明：假定目標像點的面積S不變，那么隨著像點偏離量P增大，調制深度D將慢慢增大，現在，調制信號的幅值也慢慢增大。反之，當p減少時，D值也將減少，調制信號的幅值也減少。即D=/(P)。能夠用有效調制信號的幅值來表示像點偏移量的大小。假設像點的面積為變值，那么調制深度D將隨著P及S兩個參數轉變，即D=f(P,S)像點面積事實上在整個視場范圍內是轉變的，若是能操縱像點的面積S使其隨偏離量按必然規律轉變，如S=g(P)，那么D=f[P,g(P)]調制信號與像點在調制盤上的方位角之間的關系。日出式調制盤，圖案有明顯的分界限，令這一分界限Ox為起始坐標線，見圖所示。

圖E-21包絡初相宜與L1乩方總魚的盂痍當日標像點偏離Ox不同方位角時，所得調制波包絡的初相角不同，因此能夠用包絡的初相角來反映目標的方位。基準信號的產生有多種方式。（3）空間濾波由于紅外系統要保證必然的視場，就不可幸免地引入背景輻射干擾，如地物、云層的輻射和太陽反射散射等。系統中設置的調制盤能夠大大地抑制這些背景干擾，提高系統的信噪比。假設有面積比目標大得多的背景進入視場，那么它在調制盤上所成的像會覆蓋多個扇形（如圖）。背景可不能造成有效信號輸出。這確實是調制盤的空間濾波作用——抑制大面積背景。?5-78大面積像及其調制波形z過制盤巧丈面積愎日；（h）偉點日的ifl制渡惑假設有面積不甚大的背景出此刻上述調制盤邊緣區域，如圖，“響尾蛇”AIM—9B導彈所用那么仍可產生調制信號，對目標信號形成干擾。為進一步抑制背景，改良為“棋盤格”式調制盤。為提高抗干擾能力，從中心到邊緣，“棋盤格”的徑向寬度慢慢減小，但各“格”的面積相同（4）調制特性分析紅外系統在捕捉目標、跟蹤目標的進程中，目標像點通常具有必然的偏離量，目標的偏離量常常以失調角血表示。失調角Aq與有效調制信號“之間的關系曲線稱為調制曲線。OE區域：目標處于光軸上或處于光軸周圍Aq很小的區域時，像點透過的面積和不透過的面積幾乎相等，調制深度很小，有效信號很小，小于噪聲，現在系統輸出電壓大小取決于噪聲值，因此調制曲線顯現轉變比較平緩的一個區域。EF區域：Aq繼續增加，調制深度也隨之迅速增加，有效信號值也增加，調制曲線顯現線性上升區。FG區域：Aq繼續增加，進入棋盤格區。由于該區每一環帶寬度隨Aq增加慢慢變窄，那么調制深度隨Aq增加顯著下降，即有效信號值下降，調制曲線顯現下降區。像點在跨越徑向環帶的分界處時，有效信號值將顯著下降，因此實際在調制曲線的下降段還會有許多很窄的凹陷區。決定調制曲線形狀的因素1） 調制盤本身圖案形式的阻礙一樣的像點，一樣的偏離量，調制圖案不同時，像點透輻射面積和不透輻射面積也不相同，因此調制深度不相同。調制曲線形狀，即盲區大小、線性上升區的寬度和斜率、和下降區的寬度和斜率等都會發生轉變。2） 像點大小及其轉變規律的阻礙任何一個光學系統，在整個視場內像點的大小和形狀都是轉變的，它按必然的象差規律轉變。因此，當調制盤圖案不變，而像點大小隨視場角的轉變規律不同時，調制曲線形狀也不相同。3） 距離的阻礙關于給定目標，當目標與系統之間的距離轉變時，使得像點大小和像點能量同時發生轉變。在距離較遠時，能量轉變因素的阻礙較強，像點面積阻礙較弱，因此隨著距離減小，有效信號值的增加是要緊的，那么調制曲線的斜率增大。當距離很近時，像點面積變大而起的作用占主導地位，使調制深度降低，有效信號減小，調制曲線斜率降低。光點掃描式調制盤也稱圓錐掃描式調制盤。工作時，光點掃描式調制盤本身不動，由光學系統的專用機構（偏軸次鏡或光楔）旋轉做圓錐掃描，使目標像點在調制盤上做圓周運動，取得一光點掃描圓，被調制盤所斬割，輸出調制信號,如下圖。下圖為光點掃描式調幅調制盤的一種圖案。里面的圖案是依照空間濾波的考慮設計的，故各環帶上的黑白面積應盡可能相等；外圈三角形的數量依照所選擇的載波頻率和光點掃描頻率來確信。圖卜跖弋心打描弍謁幅調樹盤圖卜跖弋心打描弍謁幅調樹盤尾刺”地空導彈所用1）誤差信號的產生1）誤差信號的產生圖22S 址點掃描滴幅鍛就職系觥輸岀電活號波崗目標在光軸時，輸出為等幅波，現在包絡信號為零，沒有交流部份，即無有效信號輸出。目標偏離光軸時，由調制盤出射的光脈沖包絡信號不為零，即產生了誤差信號。誤差信號來源a.像點調制深度的阻礙假定像點大小不變，像點上能量均勻散布。如圖，當像點從三角形中部移向根部時，調制深度增加那么載波信號電壓幅值增加；移向尖部時，調制深度減小，載波信號電壓幅值減小。b.載波波形的阻礙假定像點大小不變，像點上能量均勻散布。如圖，當像點從三角形中部移向根部時，調制深度增加那么載波信號電壓幅值增加；移向尖部時，調制深度減小，載波信號電壓幅值減小。b.載波波形的阻礙假定各點的調制深度D都相同，A、B、C各點對應的像斑能量密度不同一一由A至C慢慢減小，如圖由此可見，各點的波形不同。由于波形不同，其載波基波分量的幅值也不相同，經濾波后，載波的幅值就不相同。顯然，像點從三角形中部移向根部時，波形從梯形波變成三角波，載波電壓幅值增加；像點移向三角形尖部時，從梯形波變成距離更小的梯形波，載波電壓幅值下降。c.載波頻率轉變的阻礙所謂載波頻率，即載波每秒鐘轉變的次數。圖2a「握趾也丁不罔位崟時光點掃描的角速度是必然的，而掃描圓的大小又不變，因為掃描圓的線速度也是必然的。因此，當光點移向三角形根部時，載波頻率升高，光點移向三角形尖部時，載波頻率降低。（2）調制信號與目標像點位置之間的關系偏離量P與調制信號目標偏離光軸一失調角以后，掃描圓中心相應地偏離調制盤中心，光點也就偏離了三角形中部。當掃描圓在三角形區域內移動時，包絡的幅值隨偏離量增大而增大，因此三角形區對應于調制曲線的上升段。當目標的偏離量Aq再繼續增大，如此光點轉動一周時刻內，有時有光脈沖輸出（上半圓），有時無光脈沖輸出（下半圓），這種情形稱為單邊調制。單邊調制情形下，隨著偏離量增大，調制光脈沖數量減少。單邊調制時的包絡幅值較三角形區調制的包絡幅值有所下降，隨著偏離量Aq的繼續增大，包絡幅值下降得更嚴峻，因此三角形之內的區域對應了調制曲線的下降段。?方位角°與調制信號當目標偏離的方位角為任意角°時，那么掃描圓中心偏離調制盤中心的方位角亦為°角，這時載波的包絡信號也具有初相角0。將包絡信號檢出，與基準信號相較較，所得的相位差即為目標在空間的方位角00（3）調制曲線及其阻礙因素光點掃描式調制盤的調制曲線形狀通常如下圖，它只包括上升段及下降段，r為上升區寬度，（a-r）為下降區寬度，上升區寬度比較窄，下降段斜率較大。決定上升區寬度的因素是外圈三角形的高度和光學系統的焦距，設三角形高為H，光學系統焦距為/，那么上升區寬度r為r=arctg阻礙上升段斜率的因素是三角形的形狀，短粗三角形對應的調制曲線上升段的斜率大；細長的三角形，盡管能夠取得較寬的上升區，但上升段的斜率卻不大。下降段對應了三角形之內的區域，光點掃到此區域時．載波波形及載波頻率都相對三角形區轉變較大，因此包絡幅值下降專門快。（3）特色優勢：?一是調制曲線無盲區，斜率大，線性區窄，使系統的靈敏度高，因此多用于跟蹤精度要求較高的系統；?二是實際工作的有效現場大，比由調制盤圖案決定的視場擴大了近一倍。如下圖。也確實是說，要求有效視場相同的情形下，采納此種調制盤時，調制盤尺寸能夠比采納日出式調制盤小得多。圖2-J4光點掃描調制盤有效規場缺點:?空間濾波特性比日出式調制盤要差，因為在圈三角形區，透明和不透明柵格面積相差專門大，在三角形內部有些地址透明和個透明分格連在一路，造成份格不均勻，這就便大面積像點在一個旋轉周期內的透射比不均勻，因此空間濾波性能大降。?當目標偏離時，載波頻率轉變較大，信號頻譜變寬，給電子線路設計帶來了麻煩。4、調頻式調制盤系統旋轉調頻式調制盤對基頻信號進行頻率調制一樣能夠取得目標的方位及誤差信號，并起到空間濾波的作用。圖案及調制波形如圖所示為一種旋轉調頻調制盤。整個調制盤劃分為三層環帶，各層環帶中黑白相間的扇形分格從內向外為八、1六、32。每層環帶扇形角度分格大小也是不均勻的，系沿圓周基線00'起按正弦規律轉變。ni口00A5-91齪鞘調頻調制址及扛波形ni口00A5-91齪鞘調頻調制址及扛波形L一信號電M；2—基礁電壓英國初期“天空閃光”空空導彈所用目標像點與盤心距離增大時，經調制后輸出輻射脈沖的平均寬度就變窄。如目標像點位于圖(a)中外層P處，方位角為0，那么經調制后輻射脈沖波形如圖(b)所示。方位提取圖中矩形脈沖頻率在調制盤的一個旋轉周期內呈正弦規律轉變，用公式表示為F(t)=Fcos[徳+Msin(Qt+0)]oo式中，F0為目標像點輻射功率；3為像點所處環帶內黑白扇形分格完全均勻的，所對應的載波角頻率；°為調制盤的旋轉角頻率；M為與像點所處環帶扇形角度分格大小的轉變范圍相應的調制系數，M= /0(即像點所處環帶內最大偏頻與調制盤頻率之比)；00為目標像點的方位角。由于各環帶內黑白扇形分格數量不等，因此3不相同；同時不同環帶內的最大頻偏A?不同，因此不同環帶內的調制系數M也不相同，即3與M都是像點偏離量P的函數。對任一環帶，上式又可寫成以下一樣表達式F(t)=Fcos[3(p)t+M(u)sin(Qt+0)]oo式中3(p)、M(p)別離為與偏離量p相對應的角頻率、調制系數。這種調制輻射功率經探測器轉換成脈沖電壓，再經放大，鑒頻后可變換成正弦電壓。此正弦電壓與基準電壓信號的相位差，即為目標方位角。正弦電壓信號的幅值由?（p）、M（p）決定，如此，就可用3（p）和M（P）配合起來反映目標偏離量的大小，并可用初相角°0表示目標的方位。上圖所示的調制盤只有三個環帶，如欲使信號能較精準地反映目標偏離的情形或使信號能知足特定的調制曲線的要求，那么環帶數能夠增加。環帶中的角度分格也可按不同的要求來安排。（3） 特點（與調幅式比較）?調制效率高，在考慮最正確信噪比情形下，這種調制盤的調制效率最高可達，這較之調幅式系統高得多；?抗干擾能力強，這是由于調頻信號的處置線路能較好地抑制噪聲；?由于各環帶角度分格不均勻，使得這種調制盤的空間濾波能力不夠理想。?和其它調頻調制盤一樣，這種調制盤系統的電子處置線路較復雜。（4） 其他類型圖示是另一種旋轉調頻調制盤。整個調制盤沿著半徑方向分成四個環帶，每一環帶又分成假設干個黑白扇形格子，同一環帶內的黑白格子所對應的扇形角度相等，每一環帶內的扇形黑白格子的數量隨徑向距離而轉變。由內向外每增加一個環帶，扇形黑白格子數量增加一倍。目標位置必然，那么像點處于調制盤上某固定位置。調制盤旋轉，當像點在A時，產生的脈沖數量為像點處于B點時的脈沖數量的一半，因此像點由某環帶移到相鄰的外邊一個環帶時，調制頻率便升高一倍。因此，可依照調制頻率的轉變決定目標的徑向位置。但這種調制盤卻不能反映目標的方位角，緣故是同一環帶內扇形分格間距相等，處于同一環帶內不同方位角的像點，調制頻率都相同。圓錐掃描調頻調制盤前述的兩種旋轉式調頻調制盤，當目標處于同一環帶內不同徑向位置時，輸出信號的幅值相同，因此它們不能反映目標偏離量的持續轉變情形。圖所示的扇形輻條式調制盤，那么能夠持續地反映目標的偏離量。

圖5￡3圖錐掃描調頻調制盤調制盤置于光學系統焦平面上，且不運動，光學系統通過次鏡偏軸旋轉作圓錐掃描，在調制盤上取得一個光點掃描圓。當目標位于光軸上時，光點掃描圓的圓心與調制盤中心重合，信號波形如圖b所示，載波頻率為一常值，如圖C所示，無誤差信號輸出。當目標偏離光軸時，掃描圓中心偏離調制盤中心，現在，光點掃描一周掃過扇形輻條的不同部位，掃描軌跡靠近調制盤中心那部份，載波信號頻率升高，掃描軌跡遠離調制盤中心部份，載波信號頻率降低，光點掃描一個周期內，載波頻率不等，便產生了調頻信號，如圖d所示，其瞬時頻率的轉變情形如圖e所示。調頻信號通過鑒頻后與基準信號相較較，即能夠確信目標的偏離量和方位角。f5：1-13AfM-9L彈凋踴調幅湘第盤原理圖和冃標

在一.牛位藍的探胸器輸出信號淀罷AIM-9L導彈所用圓周平移掃描調頻調制盤前述的圓錐掃描調頻調制盤，其優勢是調制特性曲線無盲區，如用于測角或跟蹤系統時，其測角精度和跟蹤精度較高。要緊缺點是，采納次鏡偏軸旋轉的方式來產生光點掃描圓，光學系統始終工作在偏軸狀

態下，因此光學系統的成象質量較差。假設采納調制盤繞光軸作圓周平移的掃描方式，那么能夠在光學系總共軸（無傾斜和旋轉部件）情形下，產生與上述圓錐掃描相同的掃描成效（即在調制盤平面上產生光點掃描圓，且光點掃描圓中心位置隨目標像點在視場內偏離大小和方位而轉變）。圓周平移掃描與次鏡偏袖旋轉的圓錐掃描調頻調制盤，只是掃描方式不同，誤差信號產生的原理及解調方式均相同。rag圓周平移調制盤的工作浪現i凋制宜i 3—調制毘蜒進1i-M點軌跡15-MAPliiE（1）工作原理調制盤中心始于A點，系統的視場范圍對應在調制盤下部；當調制盤按圖示方向章動，使其中心前后在B、C、D點時，那么系統的視場范圍噩依次處于調制盤右部、上部和左部；調制盤章動一周時，其中心回到A點，系統的視場范圍也回至調制盤下部。假定調制盤不動，那么視場范圍相對調制盤的位置如圖（c）所示。從相對位置而言，（c）、（b）是等效的。由于章動的特性，當視場所決定的圓（圖中劃陰影線的部份）繞調制盤中心A章動一周時，視場內任一點的軌跡都是半徑為AM的圓。當目標在光軸上時，其像點M（見圖（b）（c）］在視場中心，章動使M沿MfM—MfM~M軌跡掃出如123（c）所示的虛線圓。調制盤輸出的等幅、等寬、等距離短形脈沖序列，如圖（a）所示。w口ririM皿ml問?5-95各點的載波迪形對應的載波頻率為一恒量。這與前面圓錐掃描之視場中心的像“點”所表現出來的情形完全一樣。假設目標偏離光軸到極限位置，且其像“點”位于視場范圍最下方的M'(見圖(d))。章動一周時，M'沿圖中m'i-m/M/M'方向掃出半徑也為的圓，但圓心在A點的正下方，成為一個偏心圓(如虛線所示)。這種偏心致使章動一周進程中，載波頻率不斷轉變，如圖(b)所示。假設目標像“點”在圖(d)中M"點，連線AM"與AM'有夾角巾，那么在調制盤章動一周的進程中，M"點將掃出圓心在連線AM"上、半徑亦與線段AM相等的圓，如圖(d)中雙點劃線所示。由于M"所處方位與M'不同，故與之相應的載波波形與M'的也不一樣，如圖(c)所示。調頻波通過鑒頻并與基準信號比較，就可取得目標失調角和方位角。(2)特色有效說明，章動調制盤除無“盲區”、可用于高精度跟蹤等優勢之外，與圓錐掃描相較，它還有以下特色:?次鏡不偏軸，整個光學系統為共軸系統，且無運動部件，因此成像質量好。?所采納的探測器小得多，緣故是，假設不用處鏡進行二次聚焦，圓錐掃描的探測器要做成與調制盤一樣大小，而圓周平移掃描的探測器那么只要做成與象平面上的視場面積一樣大小，通常視場比調制盤小，探測器面積減小，噪聲降低，提高了系統探測靈敏度，增加了作用距離。?圓周平移掃描與圓錐掃描相較的缺點是，圓周平移掃描運動的實現方式較復雜些。★調幅與調頻調制盤的比較?調頻調制盤對目標能量的利用率高，抗干擾能力強，因此探測距離較遠。但信號帶寬較寬，信號處置系統較復雜(必需采納鑒頻器)。?調幅調制盤最大的缺點是目標能量利用率低，抗干擾能力鉸弱，但它的信號處置電路卻比較簡單(采納包絡檢波的解調方式)，因此系統工作穩固、靠得住。五、調相式調制盤圖示的是一種簡單的調相式調制盤。目標像點聚焦在旋轉著的調制盤上，用透過輻射脈沖串的相位信息，去標識目標的徑向位置。

卡l■哪il刪唄卡l■哪il刪唄11111!皿11皿皿唄何K5405調相式熄制盤圖5-106調制盤軸出電信號菠昭當像點位于小于R的一根輻條上，那么取得圖a所示的波形。假設像點位于同一根細條大于R的位置上，那么波形與a類似，但相位與a相差l8O0如圖c所示。假設像點正益處于分界限上，取得圖b所示的波形，這是由于凋制盤轉動的一個周期中，像點能量始終只有一半被調制扇形區調制，因此其幅度為a、c波形的一半。很顯然，這種調制盤只能給出目標沿徑向處于“界外”、“壓線”、“界內”的信息，而無法表示偏離量的具體大小，也不能反映目標偏離的方位角。調相體制很少單獨利用，因為它不能全面反映目標的位置。六、脈沖調寬式調制盤圖示是一種脈沖調寬式調制盤，白色為全透射區，黑色為不透射區。調制盤繞中心0旋轉，目標像點不動。當目標像點位干中心0周圍時，那么透射輻射所產生的波形如圖a所示；而當目標像點靠近調制盤邊緣時，形成如圖b所示的波形。由圖可見，當目標像點沿徑向偏離中心時，透射輻射脈沖的周期T不變,而脈沖寬度慢慢變大，那么脈沖占空比增大。在脈沖占空比的轉變中，包括了目標沿徑向偏離光袖的位置信息。圖5-103脈沖寬權調制盤 圖5-L04昧沖寬廣調制波幣關于圖示的調制盤形式，脈沖寬度的轉變只能反映目標像點徑向偏離量的大小，而不能反映目標的方位。因此，脈沖調寬體制往往與其他調制形式綜合起來反映目標的位置。三、十字叉及L型系統所謂十字叉及L型系統，是指探測器排列成十字叉型或L型的方位探測系統。它們不采納調制盤，因此其工作原理與調制盤系統截然不同。而這兩種系統工作原理大體相同。1、機構組成情形十字叉系統由光學系統、探測器及信號處置電路三部份組成。光線系統可采納反射式、透射式或折反

式，其工作方式為圓錐掃描式，在像平面上產生光電掃描圓。像平面上放置由四元探測器組成的十字型陣列，目標像點以圓的軌跡掃過十字型探測器陣列。壁洗眾支母透鐐主應射攬平血反時憒宙口徵薊器匕“卜1■字理裸測8S圈扌-仍“十“字形脈位制辱光攀系境和操測搟的布局圖2、目標位置信號的形式上下兩探測器a和b為方位通道誤差信號靈敏元件，左右方向的c和d為俯仰通道誤差信號靈敏元件。像點在十字叉型探測器陣列上作圓形掃描，像點掃過每一個探測器的剎時，就使光導探測器的電阻值發生轉變，造成同一通道的兩個元件a-b或c一d的電阻值形成剎時的不平穩，如此在每一通道元件的輸出端引發相關于地的電位剎時轉變而產生正、負極性的脈沖信號。3、基準信號形式次反射鏡轉動電機驅動次鏡旋轉的同時，帶動基準信號發生器轉動，基準信號發生器為兩個旋轉變壓器，別離產生相位差90。的兩個基準電壓，電壓依照余弦形式轉變，基準信號的頻率與光電掃描頻率嚴格同步。

4、方位信息的提取十字叉探測器信號處置電路原理如下圖:麗nd7J"十字叉探測器信號處置電路原理如下圖:麗nd7J">F5WI'K0i：)bkl*KdH倉生?處置電路各點波形示用意為：018090ISOfLTL&(WR]5-1.12處置電路各點波形示用意為：018090ISOfLTL&(WR]5-1.12目標■位于二字童殺統不閒位置時方位(AZ)瑪追揀測常忑it理電賂各點披闿圖①一蟬切舄箱出波附：②一前迺放大as輸出誡帶；③一對效挾丸碟④一開關電蔬輸出迪彌；⑤一肓便基準怙號澳帶；?-采抨輸出則：迅一緩沖器輸出皺璉五、特色十字叉系統與調制盤相較，突出的優勢是：?無調制盤，無二次聚焦系統，因此目標能量利用率高；?誤差特點曲線在整個視場范圍內都是線性的，線性度高?該系統理論上沒有盲區，測角精度高。要緊的缺點是：?沒有調制盤所具有的空間濾波性能；?系統電子帶寬較寬，探測器噪聲大；?假設做成多元十字叉探測器較困難。

六、抗背景干擾的方法在不減小系統瞬時視場的前提下，能夠采納目標位置實時波門跟蹤器，即實時“選通”門電路，濾去視場內的背景，但它不能濾去極靠近目標周圍的背景輻射。從提高系統靈敏度的角度動身，為減小探測器單元面積，可把十字形探測器的每一臂做成多元，以提高系統的信噪比。現在可將多元探測器每兩兩相鄰的元件做成正負相減元件，這也能夠達到抑制大面積背景干擾的目的。這種方式稱為“面積相減技術”。7、阻礙測角精度的因素1）光學系統的阻礙。彌散圓的大小會阻礙信號脈沖的寬度和形狀，它直接阻礙對基準信號的采樣，也就阻礙最終輸出的誤差信號。2）掃描電機穩固性的阻礙。次鏡旋轉電機轉速的穩固性和它本身的晃動，都阻礙測角誤差。3）紅外探測器制作誤差的阻礙。紅外探測器陣列每一臂長邊彼此不平行或窄邊有鋸齒，及同一通道的兩個探測器不在同一直線上或兩通道的探測器彼此不垂直等，都會阻礙測角精度。4） 基準信號的阻礙。基準信號波形失真，兩通道基準信號相位差偏離90啲誤差也阻礙測角精度。5） 電路相移的阻礙。目標信號或基準信號通過電路時所產生的相移，直接阻礙目標脈沖與基準信號的相對位置，故也阻礙測角精度。通過采取方法，十字叉系統的測角精度能夠達到秒級。四、L型系統L型方位探測系統，是指探測器陣列排列成L形，如以下圖所示：美國“陶”（T0W）式反坦克導彈所用一、 信號形式L型系統的目標信號形式、基準信號形式和方位誤差信號提取的原理都與十字叉系統相同。區別僅在于，光電旋轉一周，一個通道內只產生一個脈位調制脈沖，因此對基準信號只采樣一次。二、 測量精度十字叉系統由于一周采樣兩次，因此當基準波形不對稱時，波形的局部誤差、相位差、取樣脈沖寬度等都會造成取樣誤差，降低測量精度。L型系統每周采樣一次，克服了上述幾種誤差的阻礙，因此L型系統的測量精度更高。3、視場大小當光學系統視場大小相同的情形下，L型和十字型探測器的每臂長是不同的。為保證不丟失目標，L型探測器一個臂的長度要等于光學視場的直徑，而十字型系統的一個臂長只需為視場直徑的一半。若是視場大，又采納多元相減技術，那么必然使L型探測的基片尺寸太大，每臂元數多，使多元的均勻性難以保證，器件性能下降。為克服上述缺點，又充分發揮L型系統測量精度高的優勢，有些紅外探測系統做成兩種視場，大視場時要緊要求捕捉能力高，精度要求是次要的，因此采納十字型探測器；小視場時測量精度要求是要緊的，因此采納L型探測器。五、玫瑰線掃描系統圖示是一種能夠實現多種像“點”掃描運動的系統示意。它由平行光路中的兩旋轉光楔、物鏡、探測一、掃描圖案假設以光軸為x軸，x-y平面為子午面，組成xyz右手直角坐標系，并設光楔對光線的偏折角為A(兩光楔材料一樣，楔角相同)，各自繞x軸以圓頻率3、3旋轉，那么總的光線偏折角可沿y、z軸分解為12A=A(cosot+cos?t)x 1 2A=A(sin?t+sin?t)y 1 2選擇光楔的轉動方向和轉速，可使光軸上的探測單元在物空間按人們所要求的軌跡掃描。例如，令?=-3?21那么有A=A(cos?t+cos3?t)x 1 1A=A(sin?t-sin3?t)y 1 1假設用極坐標表示，那么不難證明p=2Acos2?f顯然，這確實是花瓣長度為2A的四葉玫瑰線。二、實現方案圖示是采納反射鏡反向旋轉實現玫瑰線掃描的方案示意。其中主鏡、次鏡相關于一樣意義上的“光軸”各自傾斜一個不大的角度，且傾角大小一樣，但符號相反；主鏡、次鏡別離繞系統“光軸”反向旋轉。選擇二者轉速，可產生如下圖的由N個花瓣組成的掃描圖案一一多葉玫瑰線。

FS?5-109玫瑰掃描國案點試產上方送（i）或睥掃描圖（b）玫魂掃搆圖索的嚴生廳擊3、特色在這種方案中，視場中心是各葉掃描線的交會處，故每幀有2N次脈沖提供目標的位置信息。當目標偏離視場中心后，每幀至少有一次脈沖提供其位置信息。這也是玫瑰線掃描系統比采納調制盤的系統優越的地方——對采納調制盤者，不論目標成像于調制盤上何處，每幀都只有一次提供目標的位置信息。采納玫瑰線掃描的系統具有很小的瞬時視場（例如，可使它與最遠工作距離對應的目標張角相當），因此可利用很小的探測器。由于探測器噪聲與其面積的平方根成正比，故有利于減小噪聲。同時，小面積探測器制作容易，有利于降低本錢和提高成品質量；小型探測器便于制冷，也是使信噪比提高的因素之一。固然，小的瞬時視場對應著窄的脈沖寬度，相應的要求是電子線路帶寬擴大，這就增加了電子系統的噪聲。但這種損失遠比上述收益為小。計算說明，此類系統的靈敏度明顯優于采納調幅式調制盤的系統。美國“尾刺（Stinger）-P0ST”便攜式地一空導彈是性能專門好的導彈，它的顯著特點之一確實是采納了玫瑰線掃描方案。六、掃描探測系統掃描探測系統（檢測掃描系統）無需對目標輻射能進行調制，而是系統本身對景物空間進行掃描，掃描到目標時，系統輸出一個脈沖，該脈沖對基準信號采樣，