Способ моделирования действия турбулентности

 

Изобретение относится к области изображающих оптических приборов. Целью изобретения является упрощение способа моделирования. Тест-объект 4, освещаемый источником света 1 через матовое стекло 3 с помощью конденсора 2, изображается посредством коллиматорного объектива 7, зеркала 8 и приемной фотографической системы 9 на регистрирующем материале 10, Исходя из конкретного вида функции передачи модуляции турбулентной среды, действие которой необходимо моделировать , рассчитьшается закон управления колебаниями зеркала 8. Блок управления 6 подает на отклоняемое: в двух направлениях зеркало 8 два синусоидальных сигнала, сдвинутых по фазе на 90 . Этот блок позволяет скачкообразно изменять в заданное время амплитуду сигнала отклонения и подавать синхронизированный сигнал включения и выключения через время L на привод затвора. 2 ил. (Л Фи./ ю ts5 СП to ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1221525 (51)4 G 01 М ) 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Зр(,)„.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ Дфг ,""" "..; Ц (21) 3751694/24-10 (22) 06 06 84 (46) 30.03.86. Бюл. В 12 (71) Могилевское отделение Ордена

Трудового Красного Знамени института физики АН БССР (72) А.Н.Валентюк, П.И.Ламекин и К.Г.Предко (53) 535.562 (088,8) (56) Байбулатов Ф.Х, и др. Исследование переноса иэображения через турбулентный слой с помощью модельных сред. — Исследование Земли иэ космоса, 1981, У 1, с, 71-73.

Адаптивная оптика. M.: Мир, 1980, с. 304-331. (54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЕЙСТВИЯ

ТУРБУЛЕНТНОСТИ (57) Изобретение относится к области изображающих оптических приборов.

Иелью изобретения является упрощение способа моделирования. Тест-объект 4, освещаемый источником света 1 через матовое стекло 3 с помощью конденсора 2, изображается посредством коллиматорного объектива 7, зеркала 8 и приемной фотографической системы 9 на регистрирующем материале 10. Исходя из конкретного вида функции передачи модуляции турбулентной среды, действие которой необходимо моделировать, рассчитывается закон управления колебаниями зеркала 8. Блок управления 6 подает на отклоняемое; в двух направлениях зеркало 8 два синусоидальных сигнала, сдвинутых по фазе на 90 . Этот блок позволяет скачкообразно изменять в заданное время амплитуду сигнала отклонения и подавать синхронизированный сигнал включения и выключения через и. время на привод затвора. 2 ил.

1221525

Изобретение относится к изобража" ющим оптическим приборам, а именно к моделированию действия турбулентности среды, через которую проходит свет, формирующий изображение, и 5 может использоваться при анализе оптических устройств, на изобразительные характеристики которых влияет турбулентность.

Целью изобретения является упро- 10 щение способа, При моделировании действия турбулентной среды на формируемое фотографической системой изображение необходимо, чтобы влияние реальной среды и элементов, моделирующих эту среду, на характеристики усредненного за время экспонирования изображения было одинаковым. Это произойдет, если будут равны функции передачи модуляции, часто называемые также частотноконтрастными характеристиками для реальной среды и моделирующего элемента, Функция передачи модуляции определяет зависимость глубины модуляции 25

Т (контраста) в изображении штрихового тест-объекта единичного контраста с синусоидальным профилем пропускания от пространственной частоты тест-объекта. Она характеризует умень-З0 шение контраста иэображения эа счет действия турбулентной среды за время л экспонирования 4

При использовании объектива фотографической системы с фокусным рас35 стоянием F и плоского зеркала, установленного с возможностью управления

его отклонением в двух взаимно перпендикулярных направлениях, функция; передачи модуляции (ФПМ) за счет ко40 лебаний зеркала равна

L т„ у .,)ü. i2iiF(y,ч„ш „ч,ill))dt о

Если закон управления отклонением 45 зеркала по координатам х и задать синусоидальным, V„(a) = V, S о-)1, Ч,,(1-) Сохо-)Ф, () „(У) = с,),{yp v,) (3) где

1Г1 g

3 (2.) = — „Jcas(z siw.f) J, ; = М.

2 ц 55 о

О предельная пространственная частота, которая учитывается при передаче через турбулентную среду, а; — "нули" функции Бесселя J„ (7.), при которых она обращается в нуль (а = 1,4;

à, - 5,521 a5.= 8,65; а4 - 11 8 а 14,9 и т,д.), а коэффициенты

С; находятся по формуле

У, ) т(Ф) 1. (yiv)ydy (4) мощью (4) найдем ФПМ эа счет действия зеркала, моделирующего турбулентность

С;=7 3 {7 "ld. )

I где (ф ) — ФГМ эа счет действия рей альнои турбулентной среды ) (x) = т 12 э,(т) = — )в p sin(t

2 о

2Т1

Условие 1 > — обеспечивает повышеЬ ние точности моделирования.

Таким образом, ФПМ эа счет дейст-, вия турбулентности — Т())) и эа счет действия моделирующего турбулентность зеркала T„(f) одинаковые и, следовательно, моделирование действия турбу лентности отклонением зеркала по заданному закону совпадает с действием самой турбулентной среды, если по верхность зеркала сохраняется неизменной, а отклонение его по двум взаимно перпендикулярным направлениям происходит по гармоническому закону (2). Хотя в каждый данный момент времени закон моделирования не,совпадает с законом изменения реальной турбулентности, усредненная за время экспонирования ФПМ T„(Ó) совпадает с усредненной ФПМ T„ (Y) за счет действия реальной турбулентной среды. Точность моделирования возрастает при увеличении k числа последовательных во времени значений амплитуд угла отклонения 1 зеркала.

Пусть ФПМ для реальной трубулентной атмосферы имеет вид

T(g)=e (s) который хорошо согласуется с экспериментом. Выберем число последователь ных во времени значений амплитуд угла отклонения зеркала k = 2.

Возьмем 7 = --, тогда Ч = l 39— к о О(9 F 1

Я (= 3,2 —. По формуле (3) с по!

221525

Т () = 0,75 J, (2,4 — ) + 0,25 J, Ж (5,52 --) . (6) о

Результаты сравнения полученной таким образом ФПМ с ФПИ для моделируемой турбулентной атмосферы приведены в таблице.

"/g 0 0 0 3 0 5 0 7 0 9 1

Т 1 0,97 0,76 0,47 0,23 0,088 0,050

Т„ 1 0,97 0,76 0,46 0,2! 0,053 0

Из таблицы видно, что погрешности моделирования проявляются только на высоких пространственных частотах, причем при разбиении диапазона изменения амплитуд угла качания всего на два значения отличия Т„ от Т проявляются лишь во втором знаке после запятой.

На фиг. 1 приведено устройство, реализующее предлагаемый способ, общий вид; на фиг. 2 — возможный вариант построения блока управления.

Устройство состоит иэ источника света 1 с набоэом светофильтров, кон30 денсора 2, матового стекла 3, тест1 объекта 4, затвора 5, блока управления 6, коллиматорного объектива 7, плоского зеркала 8 с приводом, приемной фотографической системы 9, регистрирующего материала 10 °

Устройство работает следующим образом.

Тест-объект 4, равномерно освещаемый источником света 1 через матовое стекло 3 с помощью конденсора 2, 40 изображается посредством коллиматорного объектива 7, зеркала 8 и приемной фотографической системы 9 на регистрирующем материале 10. Исходя из конкретного вида ФПИ турбулентной среды, действие которой необходимо моделировать, рассчитывается закон .. управления колебаниями зеркала 8.

Блок управления б,подает необходимые сигналы управления, соответствующие рассчитанному закону управления на привод зеркала 8, которое отрабатывает требуемый закон управления за время экспозиции, определяемое л, затвором 5. 55

Начало и конец управления качанием зеркала определяется заданным временем фотографирования тест-объекта 4 через моделируемую турбулентность (временем экспонирования L ).

Зная величину и найденные по формуле (4) значения С;, т.е. например, С,, С, С, определяется момент перехода от одного угла отклонения зеркала к другому, следующему за ним. л

Время с;, в течение которого амплитуда отклонения зеркала равна Ч; л пропорционально С;. Поэтому,: С

Т 3 1 2

С, . + C + С = 1 . Следовательно, ;=

С i, т е. L - 0, °,,L = Cgi, L = C>L.

Итак вначале зеркало колеблется в течение времени 1, с амплитудой л. затем в течение с амплитудой Ч и, и наконец, в течение, с амплитудой

При этом реализуется ФПМ, соответствующая ФПИ моделируемой турбулентности.

Управление углом отклонения sepкала технически реализуется с помощью находящихся в известной взаимосвязи известных устройств для заданного закона колебания зеркала (фиг.2) источника гармонического сигнала, например стандартного генератора (ЗГ) для задания изменения угла отклонения зеркала по синусоидальному закону; фазосдвигающего устройства (ФСУ) для сдвига на 90 по фазе синусо" идальньтх сигналов управления углом отклонения зеркала по двум взаимноперпендикулярным направлениям х и у; электронного делителя напряжения (ДН) изменяющего амплитуду идущего из источника гармонического сигнала в соответствии с требуемыми значениями угла отклонения Ч; ; электронного реле времени, которое вырабатывает сигналы включения и выключения через заданное время привода затвора 5, а также сигналы перехода через заданные промежутки времени к другим значениям амплитуды Ч. угла отклоне1 ния зеркала. Технически они могут быть выполнены в одном электронном блоке управления 6.

Пример. Собрана экспериментальная установка по схеме, приведенной на фиг. l. В качестве источника излучения 1 взята лампа накали" вания типа КИИ 9-72 с набором нейтральных по спектру ослабляющих излучение фильтров и светофильтром, имеющим максимальное пропускание для 558 нм. Двухлинэовый конденсор 2 через матовое стекло 3 создавал равномерное освещение тест-объекта 4, 1221525

Составитель В, Карягин

Редактор А.Гулько Техред О.Сопко Корректор С.Шекмар

Заказ 1604/48

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д,4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная,4 спектроскопической щели с шириной

5 мкм. Коллиматорный объектив 7 от оптической скамьи ОСК-2 с фокусным расстоянием 1605 мм образовывал па5 раллельный пучок, падающий на зеркало 8, изготовленное из плоскопараллельной пластинки с напыленным алюминиевым зеркальным слоем. Для отклонения его в двух взаимно перпен- 1п дикулярных направлениях взяты 2 пьезоэлектрических керамических стержня из титаната бария типа ТБ-1, Система управления 6 состояла из звукового генератора типа 13-102 и отдель- 1 ного электронного блока, позволяющего создавать фазовый сдвиг на 90 и подавать на отклоняемое в двух направлениях зеркало 8 два синусоидальных сигнала, сдвинутых по фазе на

90 . Этот же блок позволял скачкообразно изменять в заданное время амплитуду сигнала отклонения и подавать синхронизированный сигнал включения и выключения через определенное время на привод затвора 5.

Иэображение тест-объекта регистрировалось на фотопленке 10 объективом 9 типа "Юпитер-)1" с фокусным расстоянием F = 134 мм. Объектив 9 и фотопленка 10 входили в состав фотоаппарата типа "Зенит-Е". Параметры режима работы: 1= 60 кГц, = 0,1 с, V, = 0,0005 раэ, /

0,0012 раз.

После проявления снимка с помощью микрофотометра типа МФ-4 и при учете характеристической кривой фотопленки находилось распределение интенсивности в размытом изображении линии.

Зная это распределение, определялась с помощью преобразования Фурье ФПМ фотографической системы пря выключенной Т„(Т) и включенной Т, (g) системе управления отклонением зеркала.

Окончательная ФПМ за счет действия одного только зеркала, моделирующего заданную турбулентность, находилась как Т„() = T )1Г(!, Результаты показали, что в пределах экспериментальных погрешностей Т„(1) соответствовала моделируемой ФПМ (5).

Формула изобретения

Способ моделирования действия турбулентности, в котором искажают оптическое изображение тест-объекта путем управления характеристиками от— раженного от зеркала потока излучения, отличающийся тем, что, с целью упрощения способа, искажение изображения тест-объекта осу. ществляют последовательными циклами угловых колебаний плоского зеркала в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проводимыми по гармоническому закону со сдвигом фаз управляющих сигналов на 90