第八章光辐射的调制 第十四周周二

1、 在模拟调制中，信息在模拟调制中，信息信号连续改变载波的信号连续改变载波的强度、频率、相位或强度、频率、相位或偏振偏振。因此在任何时。因此在任何时刻，信号的幅度与波刻，信号的幅度与波参数的幅度之间都有参数的幅度之间都有一一对应的关系。一一对应的关系。模拟调制包括模拟调制包括调幅调幅(AM)(AM)、调频、调频(FM)(FM)和调和调相相(PM)(PM)三种方式，三种方式，其其中调频和调相又称为中调频和调相又称为调角调角。调频调频( (或调角或调角) )系统比系统比调幅系统有较高的抗调幅系统有较高的抗干扰能力：噪声叠加干扰能力：噪声叠加在信号幅度上，可以在信号幅度上，可以通过限幅去削掉一部通过限

2、幅去削掉一部分噪声而不影响信息分噪声而不影响信息的检出。但是调幅系的检出。但是调幅系统实现起来相对简单统实现起来相对简单一些。一些。 (2)调幅信号的频谱调幅：用低频调制信号直接控制高频载波振幅的过程称为振幅调制。调幅：用低频调制信号直接控制高频载波振幅的过程称为振幅调制。 通常载波为余弦被，且载频比调制信号频率高很多。通常载波为余弦被，且载频比调制信号频率高很多。 在调幅波中，载波并不能传送有用信号、只在调幅波中，载波并不能传送有用信号、只有边频才能传送有用信号。总功率中至多只有三有边频才能传送有用信号。总功率中至多只有三分之一（当调制最大分之一（当调制最大m m1 1时）被用来传送有用信时

3、）被用来传送有用信号。能量利用效率较低，这是调幅的一个主要缺号。能量利用效率较低，这是调幅的一个主要缺点。点。 调幅的优点是占用频带较窄，容易实现其信调幅的优点是占用频带较窄，容易实现其信号处理。系统亦比调频系统结构简单，工作可靠号处理。系统亦比调频系统结构简单，工作可靠。)(cos)(cos)(000tfmdttgKtItatEtg代入调频波表达式)sincos()sincos(coscos)(0000000tmtItEKtItdtEKtItafmftmf 最大频率漂移量，最大频偏最大频率漂移量，最大频偏 最大频率漂移量最大频率漂移量-最大频偏最大频偏tEKttEKtdtdmfmfcos)(

4、)sin(00得角频率对总相角求导，)sincos()sincos()(0000tmtItEKtItafmf相对相对0 0最大频偏，最大频偏， ，正比于正比于Em m，与，与无关无关.)2cos()()2cos()()cos()()cos()(cos)()(02020101000tmJtmJtmJtmJtmJItafffff调频波频谱由载频调频波频谱由载频0 0和许多和许多对边频对边频0 0+ -n+ -n组成组成这些边频对称分布在载频两这些边频对称分布在载频两侧，间隔为调制信号频率侧，间隔为调制信号频率不同不同m mf f值下值下J Jn n(m(mf f) )与边频次数与边频次数n n关系

5、关系各边频相对振幅随各边频相对振幅随m mf f而变化：而变化：给定的边频次数给定的边频次数n,n,振幅随振幅随m mf f而变化；而变化；m mf f越大，振幅较越大，振幅较大边频对越多；大边频对越多；接近接近m mf f后的第后的第n n边边频振幅迅速减小直频振幅迅速减小直到零到零 调制盘的最基本作用，是把恒定的辐射通量变成周期性重复的光辐射通量。调制盘的最基本作用，是把恒定的辐射通量变成周期性重复的光辐射通量。对一般的光电系统，调制盘的作用主要有如下三点：对一般的光电系统，调制盘的作用主要有如下三点：提供目标的空间方仿；提供目标的空间方仿；进行空间滤波以抑制背景干扰；进行空间滤波以抑制背

6、景干扰；1. 抑制噪声与干扰以提高系统的检测性能。抑制噪声与干扰以提高系统的检测性能。在红外跟踪及制导系统中，调制盘主要用来提供目标的空间在红外跟踪及制导系统中，调制盘主要用来提供目标的空间方位，即把目标方位转换成可用信息，从而给出误差信号驱方位，即把目标方位转换成可用信息，从而给出误差信号驱动跟踪机构跟踪目标。此外，调制盘可用来滤除大面积背景动跟踪机构跟踪目标。此外，调制盘可用来滤除大面积背景辐射，即进行空间滤波。辐射，即进行空间滤波。光点扫描式调制盘光点扫描式调制盘 也称为圆锥扫描式调制盘。也称为圆锥扫描式调制盘。 (一一) 工作原理工作原理 1、调制盘图案及光点扫描圆的形成、调制盘图案及

7、光点扫描圆的形成 最外围：三角形最外围：三角形(调制区调制区)，用于，用于产生调制曲线的上升段，三角形产生调制曲线的上升段，三角形的数目根据选择的载波频率和光的数目根据选择的载波频率和光点扫描频率确定。点扫描频率确定。 内层：扇形分带棋盘格式图案，内层：扇形分带棋盘格式图案，根据空间滤波的考虑设计，所以根据空间滤波的考虑设计，所以各环带上的黑白面积应尽量相等。各环带上的黑白面积应尽量相等。 调制盘置于光学系统的焦平面上，调制盘置于光学系统的焦平面上，图案中心与光学系统主光轴重合，图案中心与光学系统主光轴重合，调制盘本身不转，目标象点相对调制盘本身不转，目标象点相对于调制盘作圆运动。于调制盘作圆

8、运动。调频式调制盘调频式调制盘一、旋转调频调制盘一、旋转调频调制盘 图案图案1(如图如图)： 径向分成四个环带径向分成四个环带 每个环带分成若干个黑白格子，每个环带分成若干个黑白格子， 同一环带中的格子的对应的扇形角度相等。同一环带中的格子的对应的扇形角度相等。 每一环带内的扇形格子数目随径向距离而变化，由内每一环带内的扇形格子数目随径向距离而变化，由内向外每增加一个环带，黑白格子的数目增加一倍。向外每增加一个环带，黑白格子的数目增加一倍。 根据载波频率判断象点位置：根据载波频率判断象点位置： 如如A点的频率是点的频率是B点频率的一半。点频率的一半。 缺点：缺点： 无法判断目标的方位角，处于同

9、一环带内的象点无法判断目标的方位角，处于同一环带内的象点无法区分。无法区分。调相式调制盘调相式调制盘 图案：图案： 如图，由大、小两如图，由大、小两圆组成，小圆半径圆组成，小圆半径为为R。 以以R为半径的圆分为半径的圆分两区两区目标调制区目标调制区半透区半透区 外圆环也有同样的外圆环也有同样的两区，但相位与内两区，但相位与内圆相反。圆相反。脉冲调宽式调制盘脉冲调宽式调制盘 图案：图案： 如图如图2_46 黑色为不透辐射区。黑色为不透辐射区。 白色为透辐射区。白色为透辐射区。 误差信号的产生：误差信号的产生： 目标象点偏离量目标象点偏离量变化周变化周期期T不变，但脉宽不变，但脉宽变化。变化。 增

10、大，增大， 增大增大 特点：特点： 脉宽脉宽反映反映的变化。的变化。 无法确定方位角的变化。无法确定方位角的变化。 一般不单独使用。一般不单独使用。小张角目标在入射到调制盘是很小点像小张角目标在入射到调制盘是很小点像调制盘转动后目标点像交替通过状扇形条，调制盘转动后目标点像交替通过状扇形条，产生一系列脉冲串产生一系列脉冲串-矩形调幅波矩形调幅波载波基频载波基频0由调制盘转速和扇形由调制盘转速和扇形条对数（一个周期）决定；条对数（一个周期）决定；信号频率只由转速决定，即主要信号频率只由转速决定，即主要特征是每隔特征是每隔T时间对载波调制一次时间对载波调制一次为物函数为物面坐标，)(),(rOyx

11、为像函数为像面坐标，)(),(rIyx调制盘透过率（，或为调制盘坐标，),)(),(g(K)=I(K)T*(K)KdeKTKIrrKj2*)()()(。响尾蛇空响尾蛇空空导弹导引头中实际采用的调制盘空导弹导引头中实际采用的调制盘 实物直径为实物直径为6.3mm。上半圆为调制区，分成上半圆为调制区，分成12个等分扇个等分扇形区，中心扇形区的半径为形区，中心扇形区的半径为1.1mm，边缘各环带分成三组，从内层环带算边缘各环带分成三组，从内层环带算起。起。 14环带，每环带间距为环带，每环带间距为0.2mm。 59环带，每环带间距为环带，每环带间距为0.15mm。1014环带，每环带间距为环带，每环

12、带间距为0.1mm, (图中只画出图中只画出12个环带个环带)下半圆为半透明区。由下半圆为半透明区。由62条宽为条宽为0.025mm(=25 )，间，间距也为距也为0.025mm的不透明同心半圆黑线组成的，因为目标的不透明同心半圆黑线组成的，因为目标象点线度通常象点线度通常 讲远较讲远较0.025mm为大，所以可认为这个区域为大，所以可认为这个区域的透过系数无论对目标或对背景都是的透过系数无论对目标或对背景都是50。在跟踪及制导系统中，调制盘主要用来测量目标方位，即把目标方在跟踪及制导系统中，调制盘主要用来测量目标方位，即把目标方位转换成可用信号，从而给出误差信号驱动跟踪机构跟综目标，此位转换

13、成可用信号，从而给出误差信号驱动跟踪机构跟综目标，此外就是滤除大面积背景辐射，即空间滤波。外就是滤除大面积背景辐射，即空间滤波。分析问题时，为方便起见，常常引入调制深度分析问题时，为方便起见，常常引入调制深度m的概念，它定义为的概念，它定义为假设像点为一个假设像点为一个几何点，这时所几何点，这时所得载波为矩形调得载波为矩形调幅脉冲。当目标幅脉冲。当目标像点处于调制盘像点处于调制盘上的不同方位时，上的不同方位时，所得调制波包络所得调制波包络的初相角不同，的初相角不同，因此可以用包络因此可以用包络的初相角来反映的初相角来反映目标的方位。目标的方位。调制信号的包络相位与调制信号的包络相位与目标方位角

14、关系目标方位角关系红外跟踪系统中的位标器红外跟踪系统中的位标器红外跟踪系统中的位标器红外跟踪系统中的位标器120112012) 12cos() 12() 1( 221) 12cos() 12() 1( 2)(nnmmnnmmR120112012) 12cos() 12() 1(221) 12cos() 12() 1(2)(nnmmnnmmRC折射率的。 。第三部分晶体光学的基础知识电光振幅调制原理电光振幅调制原理纵向应用纵向应用KDP纵向调制纵向调制输出lyx xV输入lVE KDP起偏) (zz光相关主轴光相关的两等长主轴；ezoyx:,45yx入射光沿 z,入射光起偏沿yVnlEnlnno

15、zoyx633633222lz 处，两传播模有相位差（称作相位延迟）相位延迟相位延迟处入射光分解为 方向偏振的两个传播模，两个模分别在晶体中传播0z, yxzooyyyzktiyzooxxxzktixEnnnnCkAeEEnnnnCkAeEyx6336332121入射光入射光VnlEnlnnozoyx633633222zxkne()P 1)(sin)()(cos)(222222eeoennnnnone122222eonznyx1)1(2)1(2)1(2111654223222221xynxznyznznynxnzxkne()Pnone1222222zyxnznynx31262625252424

16、223232222222121)1(1)1(1 2)1(1 2)1(1 2)1(1)1(1)1(1jjijiEnxynnxznnyznnznnynnxnn其中，zoxyELnCLkk633Ennnooy63321zooxEnnn6332131262625252424223232222222121)1(1)1(1 2)1(1 2)1(1 2)1(1)1(1)1(1jjijiEnxynnxznnyznnznnynnxnn其中，634141000000000000000EzEEEEEnnnnnnyxzyx634141634141654321000)1()1()1()1()1()1(312626252

17、52424223232222222121)1(1)1(1 2)1(1 2)1(1 2)1(1)1(1)1(1jjijiEnxynnxznnyznnznnynnxnn其中，634141000000000000000EzEnnnnnnz636341416543210000000)1()1()1()1()1()1(126322222xyEnznyxzeo122222eonznyx126322222xyEnznyxzeo45cos45sin45sin45coszzyxyyxx11112226322632znyEnxEnezozo126322222xyEnznyxzeo45cos45sin45sin45coszzyxyyxx11112226322632znyEnxEnezozo21xn21yn21zn632