Анализ погрешностей и оптимизация приемного тракта бортовой лазерной локационной аппаратуры при измерении средних дальностей до космических объектов

4 / 14

Е.И. Старовойтов, Н.Е. Зубов
118 ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Приборостроение. 2016. № 4
Чувствительность и уровень собственных шумов фотоприемного устрой-
ства (ФПУ) зависят от параметров фотодетектора и последующего каскада уси-
ления. Полный шумовой ток включает в себя шумовой ток фотодетектора и
шумовой ток усилительного каскада [7]
2 2
ш ш.у . i i   (7)
Для приема сигналов в ЛЛС, излучающих в импульсном режиме, использу-
ются ФПУ на основе лавинных фотодиодов (ЛФД), pin-фотодиодов (pin-ФД) и
фотоэлектронных умножителей (ФЭУ) [5].
В настоящее время ФЭУ в бортовых ЛЛС практически не применяются, так
как им требуется высокое напряжение питания и эти фотодетекторы быстро
выходят из строя при сильной засветке.
Наибольшую чувствительность и быстродействие в спектральном диапа-
зоне 0,6...1,2 мкм имеет ЛФД с внутренним усилением. Этот фотодетектор пред-
ставляет собой твердотельный аналог ФЭУ.
По оценке разработчиков, использование pin-ФД, не обладающих внутрен-
ним усилением, вместо ЛФД, приводит к снижению чувствительности ФПУ
примерно на два порядка (в 100 раз). Но при этом стоимость pin-ФД также на
два порядка меньше, а динамический диапазон шире в 2 раза.
Шумовой ток фотодетектора, определяется выражением [8]
2 ф.з
4 2 ( ) ,
T i
kT
f eM F i S P
R
 
   
 
 
(8)
где k = 1,38 ∙ 10–23 Дж/K — постоянная Больцмана; T — абсолютная температура;
R — сопротивление нагрузки; е = (–)1,6·10–19 Кл — заряд электрона; М — коэф-
фициент внутреннего усиления фотодетектора по току (для ЛФД); F = Мx — ко-
эффициент шума лавинного умножения (x — показатель шума избыточного
лавинного умножения); i т — темновой ток фотодетектора; Si — токовая чув-
ствительность фотодетектора; Рф.з — мощность фоновой засветки.
Таким образом, выражение (6) принимает вид
   
2
с
2 2
т ф.з с ш.у
4 2
i
i
S М Р
q
kT feM F i S P Р
R

   
    
   
   
, (9)
где Рс — мощность отраженного сигнала; ш.у — шум усилителя.
Тогда погрешность измерений дальности
 
3 2 2
4 и т ф.з с ш.у
2
с
4 2 ( )
3, 36
i
D
i
kT teM F i S P Р
c R
S М Р
   
   
   
   
   . (10)