Постановка задачи разработки математических моделей оптических сигналов

Лекция 4

Проводимые в комплексе с путевыми работами

Работы по ремонту верхнего строения пути на мостах и в тоннелях должны осуществляться с максимальным использованием существующих машин и механизмов.

Возможность работы тяжелых путевых машин в зависимости от грузоподъемности сооружений, габаритов и размеров рабочих органов должна определяться в соответствии с указаниями, утвержденными Департаментом пути и сооружений ОАО РЖД, и производиться по утвержденным в установленном порядке рабочим технологическим процессам.

Капитальные ремонты пути на малых и средних мостах должны, как правило, выполняться одновременно с ремонтом пути на прилегающих участках, а на больших мостах и тоннелях предшествовать производству работ на подходах к сооружению.

Математические модели источников оптических сигналов

Источник оптического сигнала – структурный элемент обобщенной схемы, описывающий свойства объектов, как источников полезных или фоновых оптических сигналов.

Для выполнения на системотехническом уровне проектных процедур анализа, синтеза и параметрической оптимизации необходимо выбрать тип тестового сигнала и соответствующее ему модельное описание. На практике применяют тестовые сигналы самых различных типов: от точечного излучателя до сложных образов, с той или иной степенью подобия имитирующих свойства излучения реальных объектов.

В тракте ОЭП оптический сигнал, как правило, преобразуется в электрический сигнал, который также обладает определённой спецификой описания. Чтобы определить математические модели источников сигналов, как оптических, так и электрических, проведём анализ типов сигналов, которые могут преобразовываться в тракте ОЭП.

Во-первых, оптические сигналы могут описываться как одномерными, так и многомерными функциями (в большинстве случаев). Электрические сигналы, как правило, являются одномерными.

Во-вторых, модельное представление источников оптических сигналов зависит от степени их когерентности. С этих позиций различают:

· источники когерентных оптических сигналов;

· источники некогерентных оптических сигналов;

· источники частично когерентных оптических сигналов.

В-третьих, в подавляющем большинстве случаев в поле зрения ОЭП попадает излучение от источников, которые по способу математического описания можно отнести к двум различным группам. Первую группу источников излучения образуют объекты, свойства которых, как источников оптических сигналов, в достаточной степени детерминированы. Вторую группу источников сигналов образуют различного рода фоновые образования, свойства которых, как источников оптических сигналов, описываются случайными функциями. Сигналы от источников излучения первой группы условимся называть сигналами от объектов, а сигналы от источников излучения второй группы - фоновыми сигналами. Для модельного описания важным является не источник сигнала, в данном случае, объект или фон, а возможность отнесения сигнала к типу детерминированных или случайных сигналов.

На основе проведённого анализа представим классификацию сигналов в виде схемы (см. рис. 1).

Рисунок 1 – Классификация сигналов

В соответствии со схемой на рис. 1, сигналы могут быть одномерными и многомерными. Деление сигналов по признаку размерности функции, описывающей сигнал, характеризует возможность передачи об информации в пространстве тех или иных аргументов. Например, электрический сигнал описывается функцией одной переменной - времени. Оптический сигнал также может быть функцией одной переменной, например, . Но чаще оптический сигнал является многомерной функцией, например:

· - пространственное распределение спектральной светимости;

· - пространственное распределение спектральной облучённости;

· - пространственное распределение спектральной яркости;

· - спектральная сила излучения.

По признаку, характеризующему свойства оптического излучения, сигналы могут быть: когерентными, некогерентными или частично когерентными. Когерентные оптические сигналы описывают, используя следующие физические термины: проекции вектора электрического поля, комплексная амплитуда волны и др. Некогерентные сигналы описывают в терминах интенсивностей: поток излучения, облучённость, светимость, сила излучения, яркость. Частично когерентные сигналы описываются функцией взаимной когерентности.

(Определение когерентного излучения: когерентное излучение – это излучение, которого амплитуда постоянна, а фаза линейно зависит от координаты в направлении распространения волны).

Кроме этого, различают сигналы: детерминированные и случайные. Детерминированные сигналы описывают функциями, которые определяются в обычных терминах: напряжение, сила тока, амплитуда волны, интенсивность (поток излучения, облучённость, светимость, сила излучения, яркость).

Важно отметить, что сигнал, описываемый в терминах когерентного излучения, может быть только детерминированным. (Задать вопрос студентам: Почему?)