Обзор существующих имитаторов спектрального состава

Промышленные образцы имитаторов звездного излучения характеризуются следующими техническими данными: световой диаметр выходного пучка 50-100 мм; угловой размер изображения звезды 15-20''; освещенность, создаваемая имитатором, составляет 10-8- 10-4 лк, что соответствует звездам от -1 до +8 звездной величины; яркость поверхности, излучающей фон, от 10-4 до 100 кд/м2.

Для проверки помехоустойчивости астроориентаторов при нахождении в их поле зрения, помимо рабочей звезды звезды-помехи, необходимо имитировать излучения близко расположенных звезд. С этой целью применяется устройство по (Рис.12)  тем отличием, что диафрагма (позиция 2) имеет несколько отверстий; угловое расстояние между этими отверстиями должно соответствовать угловому расстоянию между рабочей звездой и звездами-помехами. Для имитаций различий в звездных величинах каждое отверстие снабжается отдельным светофильтром.

При динамических испытаниях зачастую необходимо имитировать излучение участков звездного неба, например для испытаний астроориентаторов, работающих по созвездиям. Наиболее простая конструкция имитатора звездного неба представляет собой щит, на котором в определенном порядке изображены малогабаритные лампы. Режим электропитания каждой лампы набран таким, чтобы яркость ее нити соответствовала яркости имитируемой звезды.

Другой вариант имитатора звездного неба представляет собой черный матовый экран, на котором укреплены шарики, зеркально отражающие свет. Такой экран  освещается боковым источником света, и излучение, рассеянное шариками, имитирует созвездие.

Рассмотрим имитаторы планетного излучения, которые используются для испытаний приборов ориентации космических аппаратов – так называемых построителей местной вертикали (ПМВ). Обычно построители вертикали используют инфракрасное излучение планет, а том числе и Земли, в спектральном диапазоне 3-30 мкм.

При построении схем таких имитаторов необходимо учитывать, что на околопланетных орбитах угловые размеры планеты находятся в пределе 20-100° и более, в зависимости от высоты полета.

Одна из осуществленных конструкций имитатора земного излучения предназначается для динамических испытаний ПМВ, расположенного на геостационарной орбите на удалении 36 тыс.км от Земли. Для таких орбит угловой размер Земли равен 17°. Излучателем имитатора является медный диск диаметром 128 мм, нагретый до 280°. Диск расположен на расстоянии 420 мм от прибора, чем и обеспечивается требуемый угловой  размер. Для отображения космического пространства за диском установлен экран, охлажденный до 12°. Размеры экрана таковы, что при любых наклонах ПМВ экран заполняет поле зрения.

В этой установке разность температур между излучателем и экраном соответствует разности температур между Землей (ее температура примерно 260-270 К) и космическим фоном  (его температура близка к нулю).

 

 

Рисунок 13 Имитатор земного излучения:

1 – сферическое зеркало; 2 – оптическая система испытуемого прибора; 3 – цилиндр; 4 – кольцевой излучатель

 

Имитатор излучения (Рис.13) воспроизводящий излучение системы Земля—атмосфера—космос, предназначен для испытаний ПМВ с полем зрения приемной системы в виде кольцевого телесного угла, ограниченного двумя коническими поверхностями с угловым раствором, примерно 3-5°.

Имитация переходного слоя Земля—атмосфера—космос осуществляется с помощью зубцов, расположенных на венце излучателя. Форму зуба рассчитывают из условия воспроизведения переходного слоя имитируемой модели для конкретных поля зрения испытуемого прибора и его формы. Высоту зуба рассчитывают из условия воспроизведения углового размера переходного слоя. Испытуемый прибор устанавливают на оси, кольцевого зеркала, в точке пересечения лучей от поверхности кольцевого излучателя 4. Как видно из рисунка, угол 2/3 между лучами может быть получен в требуемых пределах путем выбора конструктивных параметров частей стенда.

Космический фон моделируют с помощью цилиндра 3, охлаждаемого проточной водой; его боковая поверхность заполняет все поле зрения испытуемого прибора, при всех возможных углах его наклона. Цилиндр 3 расположен над излучателем 4 и отделен от него специальным термоизолирующим экраном.

Высота кольцевого сферического зеркала, размеры фона инфракрасного излучателя выбраны с учетом заданного угла прокачки прибора относительно горизонтальной оси. Описанный имитатор представляет  достаточно массивную установку: диаметр зеркала 1 составляет 1 м.

На практике используют имитаторы излучения Земли, в которых воспроизводится не только инфракрасное излучение, но и видимое.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В результате проведенного обзора «Многоспектральный источник излучения» были рассмотрены основные конструктивные особенности имитаторов оптического излучения, принцип работы, а также их применение. По техническому заданию и исходным данным к работе аналогом был определен имитатор излучения заданного спектрального состава и силы излучения.

При проведении стендовых испытаний используют имитаторы, имитирующие излучения объектов, а также излучение сопутствующих данным объектам фонов.

Идеальное имитирование осуществляется в том случае, когда излучение имитатора тождественно излучению от наблюдаемых объектов и фонов, т.е. спектральный состав и сила излучения имитатора соответствуют действительным, обеспечивают реальные угловые размеры объектов и фонов, а также одинаковое с действительным взаимное угловое расположение объектов и фонов.

Одно из важных требований, предъявляемых к имитатору, -  необходимость обеспечения равномерного распределения энергии излучения в пределах зоны работы испытуемого прибора для того, чтобы на результатах испытаний не сказывались несимметричное виньетирование и аберрации оптической системы испытуемого прибора.

Обычно излучение объектов и фонов имитируют на основе источников излучения, по характеристикам и параметрам, наиболее близким к имитируемому излучению. При это спектральный состав и силу излучения исходного источника преобразуют наиболее простым методом - фильтрацией, т.е поглощением части излучения.

 

 

 

Список литературы

1 Дубиновский А. М., Панков Э.Д. Стендовые испытания и регулировка оптико-электронных приборов: Издательство «Машиностроение», Ленинградское отделение, 1986

2 Дубиновский А.М., Панков Э.Д. Имитаторы  излучения объектов и фонов / Учебное  пособие, ЛИТМО, 1985