1、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。,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,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P2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
2、的光。(1893法国物理学家),（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（P1P2，=45）,透过率曲线,(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1/51/10,2.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P2后无光加高电压克尔盒内液体呈各向异性P2后
3、有光似单轴晶体。（1875苏格兰科学家克尔发现）,（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。,P2后有最大光强通过,当外加电压为零时无光通过P2,使=的电压，称为半波电压V /2，其值越小越好,（3）应用,可作为高速开关、光调制器,优点：无时间延迟，相应快（10-10s）,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,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
4、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。,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。,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,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 。,（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
5、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F1透过面积S1 像点上一部分辐射能不能透过调制盘 不能透过的能量F2不能透过的面积S2,调制区透过能量在F1与F2之间周期性地变化,调制信号的幅值,F1- F2 S1 - S2 ,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,假定像点面积不变,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。,（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。,
6、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。,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。,调制盘进行空间滤波的基本原理,对点光源目标的像点,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。,例如：当辐射面积较小
7、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。,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。,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。,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；,
