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1、 红外技术教案 第 1 页 共 8 页 第八次课第八次课 第三章第三章 红外调制与调制盘红外调制与调制盘 3.2.2 调幅式调制盘 一、初升太阳式调制盘 二、光点扫描式调制盘 光点扫描式调制盘也称为圆锥扫描式调制盘，它也是一种常用的调幅调制盘。 （一） 、工作原理 1、调制盘图案及光点扫描的形成 光点扫描式调制盘的图案，最外圈为三角形图案，里面为扇形分带棋盘格子图案，里面的图案是根据空间滤波原理设计的，故各环带上的黑白面积应尽量相等；外圈三角形用来产生调制曲线的上升段，三角形的数目根据所选择的载波频率和光点扫描频率来确定。 2010年最新淘宝分类皇冠店铺最受欢迎100家-收藏版 h t t p
2、 :/w e n k u .b a i d u .c o m /v i e w /401b 40e a 998f c c 22b c d 10d 3c .h t m l 红外技术教案 第 2 页 共 8 页 调制盘至于光线系统的焦平面上，图案中心与光学系统主光轴重合。与初升太阳式调制盘不同， 调制盘本身不动， 目标像点相对于调制盘做圆运动。 目标像点在调制盘上的运动轨迹称为光电扫描圆。用折反式光学系统或透射式光学系统，令次镜或光楔绕光轴旋转即可获得扫描圆。当目标位于光轴上时，光点扫描圆是一个与调制盘同心的圆，当目标偏离光轴时，扫描圆中心偏离调制盘中心。在这种系统中，是用扫描圆中心表示目标位置的
3、。目标偏离光轴的偏离量的大小和偏离方向决定了扫描圆中心偏离调制盘中心的偏离量大小和偏离方位。 2、误差信号的产生 当目标位于光轴上时，光点扫在外圈三角形中部，即扫描圆 A，这时由于整个扫描圆上像点所扫过的三角形宽度全部相等， 所以由调制盘出射的是等幅的光脉冲，这样的光脉冲经探测器转换为电信号，并经过滤波后得到信号为（a）所示的等幅波，此时信号的包络为零，无有用信号输出。 当目标偏离光轴时，扫描圆偏离三角形腰部，如扫描圆 B，此时光电转动一周扫过三角形的不同部位，调制盘输出的便是调制光脉冲，经过滤波后得到信号为（b）所示的调幅波，此时包络信号不为零，产生了误差信号。误差信号来源于： 2010年最
4、新淘宝分类皇冠店铺最受欢迎100家-收藏版 h t t p :/w e n k u .b a i d u .c o m /v i e w /401b 40e a 998f c c 22b c d 10d 3c .h t m l 红外技术教案 第 3 页 共 8 页 1）像点调制深度的变化。当像点从三角形中部向底部移动时，调制深度增加，则载波信号电压增加；当移向尖部时，调制深度减小，载波信号幅值减小。 2）载波波形的变化。像点扫过三角形的不同位置，扫出的波形是不同的，有的近似于三角波，有的像梯形波。当像点从三角形中部移向底部时，波形趋向三角波，由于带通滤波器的作用，有用信号增加，载波电压幅值增加
5、；像点移向三角形尖部时，梯形波的间隔更小，越来越接近直流，有用信号减小，载波电压下降。 3）载波频率变化。像点扫过三角形不同位置，得到的载波频率是不同的。取像点扫过三角形中部的载波频率为带通滤波器的中心频率，则由于滤波器的频率特性曲线，物理频率升高还是降低都会使载波信号电压幅值减小。即不论像点由中部移向底部还是尖部，载波电压幅值都会减小。 这三种因素综合作用的结果，决定了误差信号的形式和变化规律，也决定了调制曲线的形状。 以扫描圆B为例。目标偏离光轴一失调角q以q后，扫描圆中心相应地偏离调制盘中心，光点也偏离三角形中部，得到扫描圆B。在调制深度、载波波形以及载波频率三种因素的综合影响下，使 9
6、0o方向上的载波幅值增加，270o方向上的载波幅值减小。光电扫描一圈，在三角形不同部位上载波幅值不等，即产生了调幅波。当扫描圆在三角形区域内移动时，包络的幅值随偏离量的增大而增大，所以三角形区对应了调制曲线的上升段。 当目标的偏离量继续增大，扫描圆达到了C位置，则 90o方向上已扫到了三角形底部以内的区域，270o已扫出了调制盘。这样光点转动一周时间2010年最新淘宝分类皇冠店铺最受欢迎100家-收藏版 h t t p :/w e n k u .b a i d u .c o m /v i e w /401b 40e a 998f c c 22b c d 10d 3c .h t m l 红外技术
7、教案 第 4 页 共 8 页 内，有时有光脉冲输出，有时没有，这种情况称为单边调制。单边调制时的包络幅值较三角形区调制包络幅值有所下降，随着偏离量的继续增大，包络幅值下降得更严重，所以三角形以内的区域对应了调制曲线的下降段。 当目标偏离的方位角为任意角时，则扫描圆中心偏离调制盘中心的方位角也是同样的角度，这时载波的包络信号也具有初相角。将包络信号捡出，与基准信号相比较，所得的相位差就是目标在空间的方位角。 （二） 、调制曲线及其影响因素 光点扫描式调制盘的调制曲线形状如下图。它一般只包含上升段和下降段。 上升段对应三角形区域，三角形形状影响上升段的斜率，粗短形三角形对应较大的上升斜率，当上升区
8、较窄，细长形三角形则正好相反。 下降段对应了三角形以内的区域，光点扫到此区域时，载波波形及频率相对三角形区域变化较大，因此包络幅值下降很快。 光点扫描调制盘有两个明显特点：一是调制曲线没有盲区，因此它多用于跟踪精度要求较高的系统； 二是实际工作的有效视场比调制盘决定的瞬时视场扩大了一倍，因为扫描圆偏离到只能扫描到二个三角形时，理论上仍然能检测到目标。 2010年最新淘宝分类皇冠店铺最受欢迎100家-收藏版 h t t p :/w e n k u .b a i d u .c o m /v i e w /401b 40e a 998f c c 22b c d 10d 3c .h t m l 红外技
9、术教案 第 5 页 共 8 页 3.2.3 调频式调制盘 一、旋转调频调制盘 如下图的旋转调频调制盘，沿径向分为四个环带，每一环带又分为若干个黑白扇形格子，同一环带内黑白格子所对应的扇形角度相等，每一环带内的扇形格子数目随径向距离而变化，由内到外每增加一个条带，扇形黑白格子数目增加一倍。 目标位置一定，则像点处于某一固定位置，调制盘以一定的转速旋。显然，像点在不同环带内时，输出信号的频率不同，频率按倍数变化。所以可以根据载波频率确定目标的径向位置。但是，这种调制盘不能反映目标在空间的方位角，处于同一条带内不同方位角的像点，载波频率相同。 2010年最新淘宝分类皇冠店铺最受欢迎100家-收藏版
10、h t t p :/w e n k u .b a i d u .c o m /v i e w /401b 40e a 998f c c 22b c d 10d 3c .h t m l 红外技术教案 第 6 页 共 8 页 OO另一种旋转式调频调制盘如下图所示，径向上分三个环带，各环带中黑白相间的扇形分格数从内向外是逐渐增加的， 且每一环带中扇形角度分格大小不均匀，其角度分格自线起按正弦规律变化。不同条带内的载波角频率不同。 调频信号经鉴频和滤波后可得到正弦电压信号，这个信号与基准信号的相位差就是目标的方位角。 正弦电压信号的幅值由载波的角频率和调制指数决定，载波的角频率和调制指数是偏离量的函数
11、，所以幅值反映了目标偏离的大小。 二、圆锥扫描调频调制盘 前述两种选择式调频调制盘，当目标处于同一环带内的不同径向位置时，输出信号的幅值相同，所以无法反映目标偏离量的连续变化情况。而下面的扇形辐条式调制盘则可以连续地反映目标的偏离量。 调制盘置于光学系统的焦平面上，不动。光学系统通过次镜偏轴旋转做圆锥扫描，在调制盘上得到一个光点扫描圆。当目标在光轴上时，光点扫描 圆的 A 的圆心与调制盘中心重合， 所得信号的载波频率为一常值， 无误差信号输出。当目标偏离光轴时，扫描圆中心偏离调制盘中心，光点扫描一周，输出信号频率不等，产生了调频信号。调频信号通过鉴频后与基准信号相比较，便可确定目标的偏离量和方
12、位角。 2010年最新淘宝分类皇冠店铺最受欢迎100家-收藏版 h t t p :/w e n k u .b a i d u .c o m /v i e w /401b 40e a 998f c c 22b c d 10d 3c .h t m l 红外技术教案 第 7 页 共 8 页 三、圆周平移扫描调频调制盘 圆锥扫描调频调制盘的优点是调制曲线无盲区，跟踪精度高，主要缺点是采用次镜偏轴旋转产生扫描圆，光学系统始终处于偏轴状态，光学系统的成像质量不高。采用调制盘绕光学系统做圆周平移的扫描方式，则可在光学系统共轴 （无倾斜和旋转部件） 的情况下， 产生与圆锥扫描相同的扫描效果。所以， 圆周平移与
13、次镜偏轴旋转的圆锥扫描调频调制盘， 只是扫描方式不同，误差信号的产生原理和解调方式是相同的。 平移：若位于物体上的任一直线，在物体运动过程中始终平行于自身，则该物体的运动称为平移。 圆周平移：轨迹为圆的平移。也称为章动。 圆周平移扫描调频调制盘的图案采用扇形辐条式。工作中，光学系统不动。调制盘不转动，而是其中心绕光学系统中心O做圆周平移。 （a）为在像面上观察时，调制盘逆时针平移与光学系统视场的相对位置图。若假定调制盘不动，则视场相对于调制盘运动的情况如（b）所示，即相当于视场中心O绕调制盘中心O沿逆时针方向作圆周平移。 O2010年最新淘宝分类皇冠店铺最受欢迎100家-收藏版 h t t p
14、 :/w e n k u .b a i d u .c o m /v i e w /401b 40e a 998f c c 22b c d 10d 3c .h t m l 红外技术教案 第 8 页 共 8 页 关于信号分析，即误差信号的产生原理和解调方式，和圆锥扫描调频调制盘是一样的。 圆周平移扫描调频调制盘除了圆锥扫描所具有的无盲区、跟踪精度高等优点外，突出的优点是：次镜不偏轴，整个光学系统共轴，且无运动部件，故成像质量好；采用的探测器小；缺点是圆周平移扫描运动实现方法较为复杂。 小结： 调频调制盘与调幅调制盘相比，前者对目标能量的利用率高，抗干扰能力强，因而探测距离较远。但调频调制盘的信号带
15、宽较宽，信号处理系统复杂。调幅调制盘最大的缺点是目标能量利用率低，抗干扰能力较弱，但它的信号处理电路比较简单，系统工作稳定可靠。 2010最流行的淘宝网专业分类购物导购2010最流行的淘宝网专业分类购物导购： 点击进入 ： 点击进入 综合商品综合商品 台 台湾馆湾馆 饰品鞋包 饰品鞋包 电器商城 电器商城 居家玩具商城 居家玩具商城 淘宝风云榜 淘宝风云榜 男人商城 男人商城 美容商城 美容商城 女 女人商城人商城 食品商城 食品商城 数码商城数码商城 数码商城 数码商城 2010年最新淘宝分类皇冠店铺最受欢迎100家-收藏版 h t t p :/w e n k u .b a i d u .c o m /v i e w /401b 40e a 998f c c 22b c d 10d 3c .h t m l
