Рис. 39. Радиометр с температурной коррекцией; / - оптическая головка; 2 - вторичное гиперболическое зеркало; 3 - первичное параболическое зеркало; 4 - черное тело с электронным регулятором температуры; 5 - предусилитель; 6 - двигатель привода прерывателя; 7 - фотодиод; 8 - шторка; 9 - лампа накаливания; 10 - приемник излучения; - тороидальное зеркало; 12 - прерыватель; 13 - электронный усилитель; 14 - фазовый детектор; 15 - усилитель; 16 - генератор опорного напряжения; 17 - температурный корректор; /в - электронный блок (размеры чувствительной площадки болометра 2,5 X 2,5 мм, поле зрения 0,5, постоянная времени 0,016 с, чувствительность 1,7 - 10-О Бт/см)-

выражения (2.2)

откуда после преобразований

(2.4)

Т. е. измеряемая лучистость протяженного объекта не зависит от расстояния между объектом и радиометром.

Обычно в радиометре используется не один, а два согласованных болометра, включенных по компенсационной схеме, благодаря чему сводится к минимуму влияние изменения чувствительности приемника на результаты измерений. Такая схема, однако, не устраняет зависимости чувствительности приемника от температуры окружающей среды.

В радиометре, схематически изображенном на рис. 39, влияние изменения температуры на чувствительность болометра компенсируется при помощи температурного корректора. Кроме того, черное тело снабжено электронным регулятором, что делает уровень опорного излучения независимым от изменений температуры окружающей среды.

Оптическая часть этого радиометра состоит из первичного параболического зеркала диаметром 20 мм со светосилой 1 : 1 и вторичного гиперболического зеркала, общее фокусное расстояние объектива 300 мм, фокусировка возможна в пределах от бесконечности до 3 м. Для фокусировки излучения эталонного источника на приемник лучистой энергии используется тороидальное зеркало [74].

Современные радиометры, предназначенные для исследования излучения Земли и атмосферы, имеют большое число каналов для работы в различных спектральных интервалах. Так, например, в одной из новейших конструкций радиометра используют 22 основных и два вспомогательных канала, охватывающих область спектра от 0,34 до 13 мкм. Длины волн, соответствующие всем каналам радиометра, а также приемники, используемые для регистрации излучения в каждом канале, приведены в табл. 3. Два вспомогательных канала - 23-й и 24-й - имеют спектральный интервал 0,4 мкм и служат для измерения количества водяного пара в атмосфере в направлении визирования [133].

Оптическая схема радиометра показана на рис. 40. Развертка местности по горизонтали в угле 80° осуществляется вращающимся плоским зеркалом, наклоненным к оптической оси под углом 45°, а по вертикали - за счет перемещения самолета, на котором установлен радиометр. Размеры зеркала согласованы с апертурой входного объектива; мгновенный угол обзора 2 10~ рад. Пассивное вре-чкп ие которого зеркало поворачивается на угол ЗЬО 80 = 280°, используется для калибровки сигналов.

Таблица 3

Диапазоны длин волн основных и вспомогательных каналов радиометра

Калибровочный и рабочий сигналы проходят по одному оптическому тракту, что исключает влияние колебаний температуры и коэффициента пропускания оптической системы на результаты измерений.

Отраженная зеркалом энергия излучения фокусируется зеркальным объективом в плоскости полевой диафрагмы. Сформированный поток за диафрагмой разделяется по спектру двумя спектрометрами с дифракционными решетками (с помощью одного спектрометра оказалось невозможным получить требуемые характеристики во всем диапазоне длин

волн). Использование дифракционных решеток первого и второго порядка, а также длинноволновой решегки третьего порядка обеспечило возможность получения необходимой разрешающей способности системы. Первый, второй н третий порядки разложения спектра распределяются далее по 24 каналам.

/5>

Рис. 40. Оптическая схема 24-канального радиометра: а - длинноволновые каналы: б ~ коротковолновые каналы: / - приемники излучения каналов 13-15 (X = 2,10-5-4.75 мкм); 2 приемники излучения каналов 16-22 (Я = 6,0 -t- 13,0 мкм); 3, lit 19, 27 - днхрончные фильтры; 4 - зеркальный объектив; 6. 18- сфокусированные лучи; S - германиевая линза; 7 - днспергнро-ваиный луч; 8, 26 - коллнмнрованные лучн; 9 - излучение о длиной волны Л > 2 мкм; 10- длинноволновая решетка; 12, 29 - входное излучение в телесном угле 2 мрад; 13 - прнеминк излучения канала 1 (Я, = 0,34 -i- 0,4 мкм); 14 - группа призм н зеркал; 15 - приемник канала 2; 16 - приемник излучения канала 3; /7,-25 - зеркальный объектив; 20 - приемники излучения каналов 4 - 10 и 24 (Я, = 0,53 -f- 1,09 мкм); 21 - фильтр; 22 - приемники излучения каналов 11, 12 и 23 (А = 1,12 -i- 1,73 мкм) 23 - диспергированный луч; 24 - корсгтковолновая решетка; 28 - отраженный луч.

При вращении зеркала в его поле зрения последовательно попадают четыре эталонных источника, излучение которых полностью заполняет угол зрения системы. Это необходимо для того, чтобы в процессе калибровки в поле зрения находились только эталонные источники. В спектральном диапазоне 3,5 мкм и больше в качестве эталонных источников используются два черных тела, температура каждого из которых поддерживается постоянной с точностью 0,25° термоэлектрическим регулятором температуры. Температуру одного черного тела устанавливают на минимальное, а другого - на максимальное ожидаемые значения температуры поверхности Земли, Промежуточные

значения определяют интерполяцией сигналов этих эталонных источников.

Для видимой и ближней ИК-областей в качестве опорных излучателей используются вольфрамогалогенная лампа, имеющая форму интегрирующей сферы, и небесная сфера. Опорный сигнал от небесной сферы образуется с помощью матового стекла, расположенного в верхней части фюзеляжа самолета, и релейной оптической системы, соединяющей окно в фюзеляже с устройством сканирования. Точность калибровки в спектральном диапазоне 0,34- 2,36 мкм составляет 1% (относительная между каналами) и 5% (абсолютная), а в диапазоне 3,5-13,0 мкм соответственно 0,2 и 0,5%.

Функциональная схема радиометра изображена на рис, 41. Запись информации производится в цифровой форме, которая обеспечивает максимальный динамический диапазон 256 : 1 с учетом преобразования информации в восьмиразрядный код (при аналоговой записи динамический диапазон не превышал бы 36 : 1).

Видеоселектор выделяет рабочий сигнал в момент появления в поле зрения эталонного излучателя. Результирующий сигнал интегрируется за время, равное нескольким сотням периодов развертки, и подается на вход усилителя.

Для временного хранения информации используется буферное запоминающее устройство на магнитных сердечниках. За активный период обзора, соответствующий развертке местности по горизонтали в угле 80°, рабочие сигналы и сигналы эталонных излучателей преобразуются в восьмиразрядный цифровой код, который переносится в буферное устройство, формируется и записывается на 14 дорожках, Непрерывное считывание информации с буферного устройства позволяет исключить пассивное время, в течение которого зеркало поворачивается на угол 280°.

Интегрирование выполняется в преобразователе аналог - код. Схемы памяти и двойного интегрирования дают возможность производить интегрирование по всему элементу разрешения поля обзора. Считывание с данного элемента выполняется в тот момент, когда по другому элементу разрешения происходит интегрирование.

Часть электронной схемы, включающая видеоусилитель, цепи стабилизации усиления и цепи расширения динамического диапазона, является сменным модулем, называемым видеопроцессором . В него входят также коммути-

-i * г г- on 1

17 HZ!

\\\\\ к duSeonponecoopoM X

КинЯинаторц X типа С ♦Ljj

-I I--1 --

Рис. 41. Функциональная схема радиометра; / - эталонная отражающая поверхность; 2, 3 ~ черное тело с автоматической регулировкой темпериуры; 4 - вольфрамогалогенная лампа н схема регулировки; б - излучение небесной сферы; 6 - вращающееся плоское зеркало; 7 - излучение исследуемого участка поверхности Земли; * - дисперсионные элементы; 9 - приемник канала 1 (фотоумножитель 0,340,40 мкм); 10 - приемник канала 2 (фотоумножитель 0,40-0,44 мкм); II - приемник канал 24; 12, 13 - видеопроиессоры каналов 1 и 2; 14 - предварительный усилитель; 15 - видеопроцессор канала 24; 16, 17 - схема двойного интегрирования н запомннаккя; 18 - выходной регистр; 19, 21 ~ аналого-цифровой преобразователь; 20, 22 - выходной регистр; 23 - схема двойного интегрирования и за-поиннания; 24 - аналого-цифровой преобразователь; 25 - буферное устройство; 26 - запоминающий регистр каналов 1 и 2; 27 - запоминающий регистр каналов 23 и 24; 28 - магнитофон; 29 - рнднкатор типа А; 30 - индикатор типа С; SI - селектор входных сигналов индикаторов; 32 - ввод информации о направлении полета; 33 - аналоговая мультиплексная схема; 34 <=- задающий блок синхронизации н контроля; 35 - кодирующее устройство на валу двигателя; 36 - двигатель сканирующего зеркала; 37 - схема синхронной коррекции крена; 38 - индикатор отношения скорости V самолета к высоте Я полета; 39 - контроль скорости вращения двигателя сканирующего зеркала; 40 - индикаторы полетных данных (крен, тангаж, широта, долгота, время, рысканье); 41 - ручное управление отношением -j (полетные данные);

42 ь~ аналого-цифровой преобразователь; 43 - цифровая мультиплексная

зависимости от целевого назначения последних. Оригинальная конструкция портативного радиометра разработана доктором наук Б. П. Козыревым (рис. 42, а). Объектив выполнен из бромисто-йодистого калия (КРС-5), диаметр 40 мм, фокусное расстояние 31 мм. Приемником излучения