Разработка и исследование временных методов регистрации слабых световых сигналов

• Автор: Суковатый, Антон Николаевич
• Шифр специальности: 05.12.04, 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 150 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ РЕГИСТРАТОРОВ СЛАБЫХ

ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

1.1 Оценка параметров оптических датчиков с точки зрения регистрации

сверхслабых оптических сигналов

1.1 Критерии отбора ФЭП для регистрации слабых световых сигналов.

1.2.1 Амплитудное распределение одноэлектронных импульсов.

1.2.2 Форма одноэлектронных импульсов с выхода ФЭП

1.2.3 Счетные характеристики ФЭП
1.2 Анализ шумов, сопровождающих прием оптических сигналов.
1.3 Сравнительный анализ существующих методов селекции шумовых
одноэлектронных импульсов
1.5 Выводы.
2 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА РЕГИСТРАЦИИ
СЛАБЫХ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ С ВРЕМЕННОЙ СЕЛЕКЦИЕЙ ИМПУЛЬСОВ ТЕМНОВОГО ТОКА.
2.1 Обоснование метода счета фотонов с амплитудновременной селекцией ОИ темнового тока
2.2 Разработка модели регистрации слабых световых сигналов.
2.3 Оценка эффективности метода амплитудновременной селекции ОИ
2.4 Практическая реализация метода регистрации слабых световых сигналов
с временной селекцией шумовых ОИ.
2.5 Выводы.
3 ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ОДНОЭЛЕКТРОННОЙ РЕГИСТРАЦИИ СВЕТОВЫХ ПОТОКОВ
3.1 Исследование критериев оптимальности для трапецеидальной
аппроксимации формы ОИ.
3.2 Методика расчета вероятности достоверной регистрации.
3.3 Оценка достоверности результатов регистрации.
3.4 Выводы.
4 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ РЕГИСТРАТОРА С ВРЕМЕННОЙ
СЕЛЕКЦИЕЙ.
4.1 Разработка алгоритма моделирования регистратора.
4.2 Выбор оптимального выражения для трапецеидальной аппроксимации формы ОИ.
4.3 Эффективность амплитудновременного метода при синхронном фото детектировании
4.4 Анализ возможных погрешностей, возникающих при моделировании
4.5 Оценка влияния параметров ФЭП на качество регистрации
4.5.1 Влияние коэффициента умножения ФЭП на точность
регистрации
4.5.2 Влияние времени пролета фотоэлектронами катодной камеры на параметры ФЭП.
4.5.3 Влияние времени пролета фотоэлектронами участка последний динод анод на параметры ФЭП
4.6 Оценка точности установки порогов амплитудного дискриминатора и временного селектора.
4.7 Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Следует также остановиться и на экспериментальных исследованиях шумовых, частотных и временных параметров одноэлектронных фотоприёмников для определения условий успешного функционирования и совокупности ограничений на использование последних в аппаратуре пространственно-временного поиска источников оптического излучения [-]. Проведённый анализ показывает, что области применения одноэлектронной фотоприёмной аппаратуры существенно сказываются на требованиях к параметрам регистраторов. На основании анализа областей применения и требований к фотоприемникам можно выделить две основные задачи, решаемые при построении регистраторов слабых световых сигналов: фильтрация темповых и разделение наложившихся одноэлектронных импульсов. Актуальность темы. Задача приема и обработки оптических сигналов важна в системах связи, локации, навигации, астрономии и т. Лазерные системы связи по сравнению со связью по радиоканалу обладают следующими преимуществами: сложность перехвата, довольно высокая скорость передачи данных и возможность связи на больших расстояниях при малой излучаемой мощности. Необходимость применения методов регистрации слабых световых сигналов обусловлена здесь повышением пропускной способности, конфиденциальности и увеличением допустимой протяженности канала связи. В астрономии и астрофизике информацию о слабосветящихся объектах можно получить только при помощи методов счета фотонов. При проектировании устройств для регистрации слабых световых сигналов решаются две основные задачи: фильтрации импульсов темнового тока и разделение наложившихся ОИ. Причем в некоторых случаях (например, при длительном наблюдении дальних звезд) количество импульсов темнового тока на выходе ФЭП существенно превышает количество импульсов, обязанных своим появлением полезному сигналу. При этом даже незначительное количество отсеянных шумовых импульсов может существенно повысить точность измерений и уменьшить время наблюдения. Разделение наложившихся ОИ эквивалентно расширению полосы пропускания ФЭП - одного из главных факторов, определяющих его стоимость. Обе задачи могут быть решены двумя принципиально разными способами: совершенствованием внутренней конструкции ФЭП или повышением точности обработки сигнала с его выхода. Так как первый способ в большинстве случаев приводит к многократному повышению стоимости всего прибора, то экономически целесообразно рассмотреть возможность совершенствования регистратора за счет более точной обработки сигнала с выхода фотоприемника. Классическим методом обработки сигнала с выхода ФЭП является применение амплитудной дискриминации. Большая часть существующих регистраторов слабых световых сигналов используют именно этот метод. Менее изученным является временной метод. Это связано в первую очередь с высокими требованиями к быстродействию используемой элементной базы. Таким образом, изучение временных методов и их комбинации с амплитудными методами является на данный момент актуальной задачей. Целью работы является разработка и исследование методов регистрации слабых световых сигналов с временной селекцией одноэлектронных импульсов, позволяющих повысить точность регистрации при ограниченной ширине полосы пропускания фотоприемной аппаратуры. Исследование особенностей работы различных типов преобразователей оптических сигналов (одноэлсктронные ФЭУ, диссекторы, лавинные фотодиоды, ПЗС и др. Выявление основных факторов, влияющих на точность регистрации слабых световых сигналов при амплитудно-временной селекции ОИ. Предметами исследования являются способы, технические решения регистраторов световых сигналов с амплитудно-временными методами селекции ОИ, статистические модели фотоэлектронных счетчиков, точность и погрешности одноэлектронной регистрации световых сигналов. Методы исследования. В работе применялись методы теории вероятности, математической статистики, вычислительной математики и моделирование. В диссертационной работе исследования направлены на совершенствование методов приема непрерывных и импульсных оптических сигналов в режиме счета фотонов, разработана методика количественной оценки достоверности регистрации светового излучения без учета и с учетом неидеальности параметров узлов фотоприемной аппаратуры, разработаны регистраторы с амплитудно-временными методами селекции ОИ.