紅外調(diào)制與調(diào)制盤原理

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1、第六章紅外調(diào)制與調(diào)制盤主講：信息科學(xué)與工程學(xué)院馮傳勝Email:fcs@beelink.com本章內(nèi)容6.1紅外調(diào)制的一般概念6.1.1對紅外輻射進行調(diào)制的意義6.1.2調(diào)制盤的作用6.1.3關(guān)于調(diào)制波的一般概念6.1.4調(diào)制波的形式及主要特征6.2調(diào)制盤的類型及工作原理6.2.1概述6.2.2調(diào)幅式調(diào)制盤6.2.3調(diào)頻式調(diào)制盤6.2.4脈沖編碼式調(diào)制盤6.1紅外調(diào)制的一般概念6.1.1對紅外輻射進行調(diào)制的意義在電學(xué)領(lǐng)域及通信系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用了調(diào)制與解調(diào)技術(shù)。調(diào)制的概念：對所需處理的信號或被傳輸?shù)男畔⒆瞿撤N形式上的變換，使之更便于處理或傳輸。例直流信號放大，直接放大零

2、點漂移嚴重。可將直流?交流?交流放大?分離出直流信號。解調(diào)：從已調(diào)制過的信號中恢復(fù)原始信號的過程，解調(diào)即通常說的“信息檢測”。調(diào)制紅外系統(tǒng)的檢測性能與調(diào)制波的形式和調(diào)制器、解調(diào)器的性能密切相關(guān)。紅外輻射調(diào)制的目的：紅外輻射調(diào)制使原本恒定的輻射通量轉(zhuǎn)換成隨時間斷續(xù)的輻射通量，并使斷續(xù)的輻射能的某些特征隨著目標(biāo)信息的變化而變化。對輻射能調(diào)制的目的，主要是為了使斷續(xù)的輻射能中包含目標(biāo)信息，便于信號的放大、處理和檢測。包含目標(biāo)信息的斷續(xù)的輻射能。包含目標(biāo)信息的交變電信號。輻射源按其對紅外裝置的張角大小可劃分為兩類：點輻射源：(本書討論)點源?象點(<=一個柵格)面輻射源(擴展

3、源)面源?象點(多個柵格)調(diào)制盤是一種輻射調(diào)制器。制作：基板?涂層?光刻柵格使用時將其置于光學(xué)系統(tǒng)的焦平面上目標(biāo)像點與調(diào)制盤相對運動時將目標(biāo)像點的輻射能進行調(diào)制。點輻射源面輻射源透輻射不透輻射調(diào)制后的輻射功率是時間的周期性函數(shù)，即調(diào)制波形。調(diào)制波形由象點與調(diào)制盤孔徑(指一個透輻射柵格或一個不透輻射柵格)之間的比例關(guān)系確定?？讖较簏c信號相應(yīng)孔徑>>象點孔徑>象點孔徑=象點孔徑<象點孔徑<<象點6.1.2調(diào)制盤的作用最基本的作用：將恒定的輻射通量轉(zhuǎn)換為斷續(xù)的輻射通量。一、產(chǎn)生目標(biāo)所在空間位置的信息編碼目標(biāo)位置變化?調(diào)制后輻射通量(A,F,P)變化。是目標(biāo)位置的信號編碼器。

4、二、用調(diào)制盤進行空間濾波以抑制背景干擾探測目標(biāo)(飛機、輪船、汽車等)總是處在背景(大氣、云層、海水、地物等)中，背景也有紅外輻射，起到了噪聲的作用。利用目標(biāo)和背景相對于系統(tǒng)張角大小的不同，調(diào)制盤可以擬制背景，突出目標(biāo)，從而將目標(biāo)從背景中分辨出來。調(diào)制盤這種濾去背景干擾的作用叫空間濾波。調(diào)制盤空間濾波的原理：點源目標(biāo)的象點與調(diào)制盤孔徑尺寸相當(dāng)，調(diào)制盤對該目標(biāo)象點進行調(diào)制，產(chǎn)生一個由調(diào)制盤轉(zhuǎn)速和調(diào)制盤數(shù)目確定的有限載頻信號。背景相當(dāng)于面源，覆蓋了多個透輻射和不透輻射的柵格，透過調(diào)制盤的能量為某一定值，得到的調(diào)制信號為直流或遠離載頻的其他頻率的調(diào)制信號(即在載頻附近背景感應(yīng)

5、的信號很小)。通過電路的選頻作用，使目標(biāo)信號的頻率通過，而背景(直流或其他頻率)被阻止，實現(xiàn)探測目標(biāo)抑制背景的作用。從原理上看，調(diào)制盤的空間濾波作用有限。當(dāng)背景或某些人為干擾象點與調(diào)制盤柵格尺寸相當(dāng)時，就起不了抑制背景的作用。這時常采用其他方法進一步抑制背景干擾：色譜濾波：帶通濾光片(濾掉背景輻射)雙色調(diào)制盤：將普通調(diào)制盤中的透輻射和不透輻射部分用兩種不同的帶通濾光片(分別對應(yīng)目標(biāo)輻射波段和背景輻射波段)代替。三、用調(diào)制盤提高紅外系統(tǒng)的檢測性能紅外系統(tǒng)探測目標(biāo)時總有噪聲的干擾。為從干擾中更多地提取有用信息，紅外系統(tǒng)必須根據(jù)合適的檢測準(zhǔn)則，確定系統(tǒng)的最佳檢測方式及相應(yīng)的

6、具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。檢測方式確定后，要求有與之相應(yīng)的信號形式。通過調(diào)制盤圖案的設(shè)計及掃描方式的選擇，可以給出滿足最佳檢測方式所要求的信號形式，從而提高系統(tǒng)的檢測性能。*6.1.3關(guān)于調(diào)制波的一般概念設(shè)一高頻信號，描述為其中：ac是幅度；ω是角頻率；φ是相位；Φ是t時刻信號的相角。載波：如果ac,ω,φ是常數(shù)，上式表示未調(diào)制波，即載波。此時的ω=ωc為載頻。調(diào)制波：如果ac或Φ發(fā)生變化，則信號a(t)就成了調(diào)制波。調(diào)制：使載波的某一參量(如幅度、頻率、相位等)隨時間按一定規(guī)律變化的過程，叫做調(diào)制。按照調(diào)制參量的不同，分為調(diào)幅：幅度調(diào)制，AM(AmplitudeModulati

7、on)調(diào)角：角度調(diào)制。調(diào)角又分兩種調(diào)頻：FM(FrequencyModulation)調(diào)相：PM(PhaseModulation)調(diào)制信號：所要傳送的信息稱為調(diào)制信號。調(diào)制信號與載波信號相比，通常可看作是慢變化的時間函數(shù)，即相對于載波頻率ωc而言，調(diào)制信號頻譜聚于較低的頻率區(qū)域。調(diào)制波具有頻譜。調(diào)制波可以看作由若干個不同頻率的正弦型信號組合而成的信號。調(diào)制波的頻譜結(jié)構(gòu)與調(diào)制信號的性質(zhì)以及調(diào)制的類型有關(guān)?；旌险{(diào)制：調(diào)制過程中常產(chǎn)生混合調(diào)制，如AM-FM或AM-PM?；旌险{(diào)制中有益的調(diào)制為工作調(diào)制，另一種附加在主要調(diào)制上的是寄生調(diào)制。寄生調(diào)制產(chǎn)生原因：實