Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,*,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四章 辐射通量的调制,4.1调制的目的和方法,一.对辐射通量进行调制的意义,1.使辐射能中包含目标的方位信息,2.使恒定的目标辐射能转换成按一定频率变化,的断续的辐射能，便于进行信号的放大处理,调制包括：调幅、调相、调频三种,调制的类型要求适合系统信号处理的有利形式第1页，共29页在红外检测技术中是否需要调制？,二.在检测技术中常用的调制方法,例：液体浑浊度的测量,1.原理图,2.利用调制光测量液体的混浊度,1.利用,泡克耳斯效应调制,2.利用克尔效应,调制,第2页，共29页1.,泡克耳斯效应,（1）装置和现象,现象：不加电场，线偏振光沿光轴方向传播,P,2,后无光加电场，单轴晶体转化为,双轴晶体，生成两束光矢相互垂直且,与传播方向垂直的光。
1893法国物理学家,),纵向光电效应装置,P,2,P,1,KDP,x,y,X、y为主振动方向,V,两端透明加电极,P,1,P,2,第3页，共29页调制包括：调幅、调相、调频三种,q 反映了目标偏离光轴的大小,用调制盘进行空间滤波，抑制背景干扰,现象：不加电场，线偏振光沿光轴方向传播,像点上一部分辐射能不能透过调制盘,利用调制盘确定目标在空间的方位,径向各处对大面积像点透过率均接近50%，,利用调制盘确定目标在空间的方位,调制盘转动一周，像点能量被调制成调幅波，为一个调制周期T凡使光波的振幅、频率、位相、偏振态、传播方向随外加讯号变化的均称为光调制现象：不加电场，线偏振光沿光轴方向传播,（方波、正弦波、梯形波等）,在检测技术中常用的调制方法,（2）实验规律,感生折射率差,可见,n与,成正比，故称为一次电光效应从晶体出射两光的位相差,从检偏器后出射的光强（P,1,P,2，,=45,）,第4页，共29页透过率曲线,V,V,/2,/2,V,/4,0,0,I/I,0,第5页，共29页大小的关系,调制信号与基准信号相比较1893法国物理学家),调制信号与基准信号相比较用调制盘进行空间滤波，抑制背景干扰,像点上一部分辐射能不能透过调制盘,F1-F2 S1-S2,现象：不加电场，线偏振光沿光轴方向传播,可见在像点面积一定时，可以用调制信号,调制信号与基准信号相比较。
在检测技术中常用的调制方法,可作为高速开关、光调制器,使=的电压，称为半波电压V/2，其值越小越好,当目标处于光轴上时，u 0；,用信号电路某一级的输出电压信号u，来表示有用调制信号的大小3)应用,电光调制,凡使光波的振幅、频率、位相、偏振态、传播方向随外加讯号变化的均称为光调制调制器是激光通讯、激光电视中重要的装置,例：在激光通讯里，以要传递的电讯号控制电光晶体，改变光的偏振态，利用偏振片把偏振调制变为光强调制，控制激光光源的发光优点：无毒、电压低仅为克尔盒的1/51/10,第6页，共29页2.克尔效应,（1）实验装置与现象,现象：,不加电压克尔盒内液体呈各向同性P,2,后无光,加高电压克尔盒内液体呈各向异性P,2,后有光,似单轴晶体1875苏格兰科学家克尔发现,）,光轴方向与电场方向一致,电介质为液体,P,2,P,1,P,1,P,2,电极、外加电压,d,l,硝基苯,光,轴,方,向,第7页，共29页2）实验规律,感生折射率差,可见,n,与,2,成正比，故称为二次电光效应第8页，共29页P,2,后有最大光强通过,当外加电压为零时无光通过P,2,使,=,的电压，称为半波电压,V,/2,，其值越小越好,第9页，共29页。
3）应用,可作为高速开关、光调制器,优点：无时间延迟，相应快（10,-10,s）,第10页，共29页4.2 调制盘,调制盘调制辐射能的部件,调制盘的制作：,调制后的辐射能,是时间的周期函数,（方波、正弦波、梯形波等）,调制后的波形,由目标尺寸和调制盘孔,径之间的比例关系而定,孔径和像点尺寸对信号波形的影响图,第11页，共29页一.调制盘的作用,调制盘调制辐射能，便于信号放大处理,（对前置放大器的性能降低了要求）,2.利用调制盘确定目标在空间的方位,目标在物空间的变化与目标像点在像空间既调制盘上位置的变化相对应物平面,像平面,调制盘,第12页，共29页q,反映了目标偏离光轴的大小,M,(,)反映了目标偏离光轴的大小和方位,（像点位置变化与目标偏离光轴的角偏量有关),偏离量，,方位角，,q,失调角,物平面,像平面,调制盘,q,第13页，共29页像点的变化经调制盘输出，调制能就包含了目标方位信息，使红外探测器产生的信号规律发生变化，用信号处理电路处理并进行位置变换可得出目标信息第14页，共29页例如：初升太阳式调幅调制盘,A,上半圆目标调制区,下半圆半透区,调制盘以角速度,旋转,第15页，共29页。
T,F(t),t,0,调制波形,工作原理：,假定M点不动，调制盘以角速度,旋转调制盘转动一周，像点能量被调制成调幅波，为一个调制周期T第16页，共29页1）调幅波包络的幅值与像点偏离量和像点,大小的关系,假定：像点为有限半径的圆形,像点上辐照度均匀分布，总能量,F,像点总面积为,S,像点上一部分辐射能能透过调制盘,透过的能量F,1,透过面积S,1,像点上一部分辐射能不能透过调制盘,不能透过的能量F,2,不能透过的面积S,2,调制区透过能量在F,1,与F,2,之间周期性地变化,第17页，共29页调制信号的幅值,F,1,-F,2,S,1,-S,2,调制深度,D表征目标辐射通量中被调制部分所占比例,D信号的幅值,第18页，共29页假定像点面积不变,D,信号的幅值,D,信号的幅值,可见在像点面积一定时，可以用调制信号,的幅值来表示偏离量的大小第19页，共29页2）包络位相与目标方位角的关系,例：初升太阳式图案有明显的分界线,令分界线ox为起始坐标线，当目标像点偏离ox不同方位角时，所得调制包络的初位相角不同，因此可用包络的初位相角来反映目标的方位o,x,第20页，共29页调制信号与基准信号相比较。
基准信号的初始相位：取ox轴,忽略像点大小的影响，假定像点为一个几何点，所得载波为矩形波t,F(t),=,a,o,x,第21页，共29页B,x,t,F(t),=,a,F(t),t,=,b,第22页，共29页3.用调制盘进行空间滤波，抑制背景干扰,为获得目标信息，要求红外探测系统能把目标从背景中分辨出来一般，目标对系统的张角较小，像较小背景对系统的张角较大，像较大调制盘利用目标和背景对系统张角的差异抑制背景干扰、突出目标空间滤波第23页，共29页t,F(t),=,a,调制盘进行空间滤波的基本原理,对点光源目标的像点,B,x,A,第24页，共29页对大面积背景的像,当大面积的背景辐射，在整个周期内保持调制盘的透过系数为某一恒定值时，没有有用信号输出当背景张角较小，背景像的大小与调制栅格尺寸相当时，就不起作用第25页，共29页例如：当辐射面积较小的背景成像于调制,盘边缘时，仍会产生调制信号改进：,棋盘格子的设计:,等面积原则,径向各处对大面积像点透过率均接近50%，,要求每个单元格子面积接近相等第26页，共29页4.用调制盘提高红外系统的检测性能,在设有调制盘的系统中，调制盘的形式决定了系统的信号形式。
通过调制盘的图案设计及扫描方式的选择可以给出满足最佳检测方式要求的信号形式，从而提高系统的检测性能第27页，共29页二.调制特性分析,调制曲线：,失调角与有用调制信号之间的关系曲线,已知 失调角,q,与像点偏离量,有关,将调制后的信号波形按付里叶级数展开，取载频的上下旁频信号，则可得到有用的辐射能信号，这部分辐射能经探测器转换成电信号，再经放大、变换处理第28页，共29页用信号电路某一级的输出电压信号u，来表示有用调制信号的大小对不同的失调角有不同的u值q,u,假定像点大小不变：,1.当目标处于光轴上时，,u 0,；,2.当像点偏离光轴，,q,较小时，曲线oE段；,3.当像点偏离光轴，,q,较大时，曲线EF段；,4.当,q,较大进入棋盘格区时，曲线下降区FG段；,第29页，共29页。