لنز چشم ماهی در سیستم های هشدار دهنده لیزری

لنز چشم ماهی در سیستم های هشدار دهنده لیزری

اسلاید 1: لنز چشم ماهی در سیستم های هشداردهنده لیزرینام استاد راهنما: آقای دکتر محمدنژادمرکز تحقیقات نانوپترونیکسبسمه تعالی دانشگاه علم و صنعت ایران دانشکده مهندسی برق ، مرکز تحقیقات نانوپترونیکسبهار 1395

اسلاید 2: فهرستمقدمه1محاسبه شعاع هشدار منتشره از سیستم لیزری مبتنی بر چشم ماهی2حداقل انرژی قابل آشکارسازی3شعاع هشدار در سیستم هشداردهنده4مرکز تحقیقات نانوپترونیکسآنالیز6آزمایشات میدانی5نتیجه گیری72/23

اسلاید 3: مقدمهدر جنگ های مدرن امروز، اپلیکیشن های هشدار دهنده لیزری (بعلت دقت بالای خود در حمله به اهداف) علاقمندی زیادی را به خود جلب کرده اند.با افزایش تهدید روز افزون سلاح های هدایت شونده لیزری، لازم است که تکنولوژی های هشدار لیزری موثر جدیدی توسعه یابند.استفاده از تجهیزات پرتو لیزری، اهداف نظامی را تا حد زیادی تهدید می کند.چنین سیستم هایی، یک ابزار اقدام متقابل به حساب می آیند که بعد از تشخیص خطر، هشداری را به صورت شنیداری یا دیداری تولید می کنند. بطور کلی، سیستم های هشدار دهنده لیزری بر روی اشیائی نصب می شوند که نیاز به محافظت دارند. همچون : مخازن، ماشین های زره پوش، هواپیماها، کشتی های نیروی دریایی و ...مرکز تحقیقات نانوپترونیکس3/23

اسلاید 4: مقدمهاهداف طراحی چنین سیستم هایی:کنترل کردن موقعیت بطور دقیقمدوله کردن طول موج، فرکانس و توان لیزرافزایش وضوح و سرعت تشخیص موقعیتتشخیص طول موجداشتن حداقل توان الکتریکی تشخیصی این سیستم باید از لیزری استفاده کند که حداقل قادر به کنترل نرخ تکرار پالس ها و انرژی پالس ها باشیم. این هشداردهنده یک روش شناسایی ویژه ای است که در محیط های جنگی واقعی مورد استفاده واقع می شود برای کشف هدایت کننده یا گسیل کننده سیگنال لیزری، که سطح خطر را تخمین زده و هشداری را تولید میکند. مرکز تحقیقات نانوپترونیکس4/24

اسلاید 5: مقدمهیک سیستم هشداردهنده لیزری از بخش های زیر تشکیل شده است:یک سیستم نمایشگریک سیستم نوری تشخیصییک پردازشگر سیگنالیک سنسور فتوالکتریکمرکز تحقیقات نانوپترونیکسیک قطعه هشدار دهنده5/23

اسلاید 6: مقدمهمرکز تحقیقات نانوپترونیکسهشدار شعاع لیزری یک روش منحصر به فردی است که قطعا در جنگ واقعی برای کشف سیگنال های مختلف لیزر، سطح تهدید را تخمین می زند و هشداری را تولید می کند.سیگنال دریافتی توسط این سیستم ها معمولا شامل: تابش مستقیم لیزر ورودی، پراکنش مولکولی و پراکنش آئروسل است.در این سیستم ها نویزهایی وجود دارند که ناشی از نور بایاسی و آشکارسازها می باشند.نور بایاسی که سبب تولید نویز در سیستم می شود، ناشی از موارد زیر می باشد: نور خورشیدانعکاس پخشیتشعشع حرارتی زمین6/23

اسلاید 7: مقدمهدر این بین نور خورشید بیشترین نقش را ایفا می کند. ( با طول موجی در حدود ) خورشید بعنوان جسم سیاه در نظر گرفته می شود.در مقایسه با اشعه خورشید، تاثیر تشعشع حرارتی زمین و و نور بازتابی منتشره باید نادیده گرفته شوند.نویزهای زیر معمولا در آشکارسازها وجود دارند: مرکز تحقیقات نانوپترونیکسنویز حرارتی (Thermal) نویز 1/f (نویز صورتی)شات نویزنویز بازترکیبنویز دمایی (Temperature)تحت تاثیر نویز محیطی، سیستم های هشداردهنده لیزری قادر به دریافت سیگنالهایی با SNR پایین می باشند. در نتیجه، مشکلاتی در استخراج و پردازش دقیق سیگنال ایجاد می شود. 7/23

اسلاید 8: مقدمهاهداف طراحی چنین سیستم هایی:مرکز تحقیقات نانوپترونیکس8/23

اسلاید 9: مرکز تحقیقات نانوپترونیکسمحاسبه شعاع هشدار منتشره از سیستم لیزری مبتنی بر لنز چشم ماهیفیلتر باند باریکلنز چشم ماهیآشکارساز FPA (Focal Plane Array)تجهیزات هشداردهنده لیزری تصویربرداری، بعنوان یک نوع اصلی از تجهیزات هشداردهنده، معمولا از قسمت های زیر ساخته می شوند:9/23

اسلاید 10: بازتاب منتشره از سیستم هشداردهنده لیزری چند جهته (omni-directional) مبتنی بر لنز چشم ماهی، روز به روز مهم تر می گردد.میدان فوق بزرگ لنز چشم ماهی، این امکان را فراهم می آورد که سیستم هشدار دهنده، به خوبی فوکوس کرده و تشخیص دهد.بعنوان یکی از پارامترهای کلیدی سیستم هشداردهنده، شعاع هشدار باید مورد مطالعه قرار گرفته و در محاسبات و بررسی ها لحاظ شود. حداقل انرژی قابل تشخیص توسط هر تک پیکسل از سیستم، تحت شرایط حساسیت آشکارساز، نویز سیستم و مینیمم SNR محاسبه می شود. پس از آن، توسط مقایسه بین انرژی آشکار شده توسط تک پیکسل و حداقل انرژی قابل تشخیص، شعاع هشدار بدست می آید.مقادیر تجربی شعاع هشدار همیشه کمتر از مقادیر تئوری است. این تفاوت ناشی از عوامل انحراف نوری لنز چشم ماهی، انتقال از فیلتر باند باریک و نسبت بسته بندی آشکارساز است.مرکز تحقیقات نانوپترونیکسمحاسبه شعاع هشدار منتشره از سیستم لیزری مبتنی بر لنز چشم ماهی10/23

اسلاید 11: مرکز تحقیقات نانوپترونیکسمحاسبه شعاع هشدار منتشره از سیستم لیزری مبتنی بر چشم لنز ماهی11/23

اسلاید 12: مرکز تحقیقات نانوپترونیکسحداقل انرژی قابل آشکارسازی:حساسیت آشکارسازنویز سیستمحداقل SNRحداقل انرژی که توسط سیستم هشداردهنده قابل پاسخ دهی است، توسط موارد زیر تعیین می شود:12/23

اسلاید 13: مرکز تحقیقات نانوپترونیکسشعاع هشدار در سیستم هشداردهنده:بررسی انواع پارامترهای ناشناخته در مدل BRDF برای اشیا مختلفدر سیستم های هشدار دهنده مبتنی بر لنزهای چشم ماهی، انرژی دریافتی توسط تک پیکسل آشکارساز، مبتنی بر رابطه زیر می باشد:13/23

اسلاید 14: مرکز تحقیقات نانوپترونیکسشعاع هشدار در سیستم هشداردهنده:رابطه بین شعاع هشدار و (a) فاصله پراکندگی (b) زاویه خروجی لیزر برای اهدافی با مواد مختلف14/23

اسلاید 15: مرکز تحقیقات نانوپترونیکسشعاع هشدار در سیستم هشداردهنده:شعاع هشدار نسبت حساسیت های مختلف آشکار ساز برای فاصله 1km و زاویه تابش 0 درجه ( برای مواد مختلف) 15/23

اسلاید 16: زاویه تابشفاصله پراکندگیمرکز تحقیقات نانوپترونیکسبا توجه به این نمودارها، شعاع هشدار نسبت به اهداف مختلف بسیار متغیر می باشد. همچنین با افزایش پارامترهای زیر، شعاع کاهش می یابد :از طرف دیگر، با افزایش حساسیت آشکارساز، شعاع هشدار افزایش می یابد.شعاع هشدار در سیستم هشداردهنده:16/23

اسلاید 17: زاویه تابشفاصله پراکندگیمرکز تحقیقات نانوپترونیکساین آزمایش در یک بعد از ظهر آفتابی انجام شده است.Setup ی را همانند شکل روبه رو می چینیم.یک منبع لیزری پالسی را اعمال می کنیم.لنزی را به صورت عمود بر روی هدف قرار می دهیم.فاصله H را مقداری ثابت در نظر می گیریم. آزمایشات میدانی:17/23

اسلاید 18: 1از یک آشکارساز CMOS استفاده می کنیم و منبع لیزری را بر روی یک هدف با پوشش گیاهی قرار داده و در فواصل 1km، 2km، 3km، 4km و 5km قرار می دهیم. (به ترتیب) 2منبع لیزر را با زوایای مختلف 0، 15، 30، 45، 60، 75 و 85 درجه می تابانیم. (به ترتیب)3در نهایت، آشکارساز CMOS و نوع دیگری از آشکارسازIR را در فاصله 1km به سیستم اضافه می کنیم و عمل تابش را بر روی اهداف مختلفی همچون، پوشش گیاهی، ماسه سنگ، ساختمان و ... انجام می دهیم.مرکز تحقیقات نانوپترونیکسآزمایشات میدانی:آزمایش را به سه مرحله تقسیم میکنیم:18/23

اسلاید 19: زاویه تابشفاصله پراکندگیمرکز تحقیقات نانوپترونیکسآزمایشات میدانی:19/23

اسلاید 20: زاویه تابشفاصله پراکندگیمرکز تحقیقات نانوپترونیکسآزمایشات میدانی:20/23

اسلاید 21: زاویه تابشفاصله پراکندگیمرکز تحقیقات نانوپترونیکسآزمایشات میدانی:21/23

اسلاید 22: 213در محاسبات تئوری، آمار تعداد پیکسل ها از روی نسبت مساحت نقطه تصویربرداری به مساحت تک پیکسل (بدون در نظر گرفتن مرکز نقطه در پیکسل) بدست می آید. اما در طول آزمایش، موقعیت مرکز نقطه کاملا موثر می باشد. بعبارت دیگر، تعداد پیکسل های تصویربرداری متغیر است. در صورتیکه مرکز نقطه بر مرکز پیکسل منطبق شود، تعداد پیکسل نقطه تصویربرداری 1 است. (همانند مورد 1) در موارد دیگر به ترتیب 2، 3 یا 4 است. واضح است که با افزایش تعداد پیکسل ها، انرژی دریافتی توسط هر پیکسل کاهش می یبابد.زاویه پذیرش لیزر دارای مقدار بزرگی است. بعلت این گستردگی در زاویه میدان، انتقال فیلتر باند باریک ما کاهش می یابد. بنابراین، انرژی آشکار شده توسط تک پیکسل، کاهش می یابد.زمانیکه لنز چشم ماهی در فاصله ثابت H به صورت عمود بر روی هدف قرار می گیرد، با یک زاویه ای لیزر منتشر می شود. که سبب بوجود آمدن یک انحراف نوری در طول تصویربرداری لنز چشم ماهی می شود. این خطای دید باعث بزرگنمایی نقطه تصویربرداری شده و در نتیجه، انرژی در تک پیکسل کاهش می یابد. مرکز تحقیقات نانوپترونیکسآنالیز:22/23

اسلاید 23: مرکز تحقیقات نانوپترونیکسبا افزایش فاصله انتشار اشعه لیزر، شعاع هشدار کاهش می یابد.با افزایش زاویه لیزر، شعاع هشدار کاهش می یابد.با افزایش حساسیت آشکارساز، شعاع هشدار افزایش می یابد.مقادیر تجربی همیشه کمتر از مقادیر تئوری می باشند.از فاکتورهای موثر در آزمایشات تجربی می توانیم به انحراف نوری لنز چشم ماهی، انتقال فیلتر باند باریک و نسبت بسته بندی آشکارساز اشاره کنیم.نتیجه گیری23/23