🗊Презентация Компьютерное моделирование работы канального умножителя в приборах ночного видения

“Компьютерное моделирование работы канального умножителя в приборах ночного видения”

Ключевые слова Микроканальный умножитель Микроканальная пластина (МКП) Электронно-оптический преобразователь (ЭОП) Прибор ночного видения (ПНВ) Моделирование физических процессов Компьютерная модель Геста Метод частиц Нелинейный режим усиления Фактор шума Распараллеливание вычислений Сетевые технологии.

Цели и задачи проекта Создание компьютерной модели канального умножителя работающего в нелинейных режимах усиления Разработка компьютерной модели расчета шумов в МКП с учетом новых экспериментальных и теоретических данных Исследование шумовых характеристик микроканальных пластин (МКП) нового поколения на основе нелинейной модели усиления.

Актуальность проекта Новые поколения МКП с диаметром каналов 5-6 мкм позволяют реализовать режим так называемого зарядового насыщения при напряжениях примерно 800-850 В. В этом режиме выходные импульсы приобретают плоскую вершину с почти одинаковой для всех импульсов амплитудой. Работа каналов в данном режиме просто ограничивает усиление каналов и не нарушает линейную передачу изображения. Очень существенно, что при этом резко уменьшаются (демпфируются) временные флуктуации коэффициента усиления. Следовательно, в этом режиме основной шумовой параметр МКП - фактор шума, в несколько раз уменьшается. На базе МКП нового поколения, работающих в режиме зарядового насыщения, предполагается разработка электронно-оптических преобразователей (ЭОП) нового поколения с существенно лучшими параметрами.

Содержание проекта и основные требования к проведению исследования Предметом исследования является МКП нового поколения с диаметром каналов 5-6 мкм, в которых влияние поверхностного и объемного зарядов в канале на процессы усиления весьма велико. Для таких МКП даже при типовых рабочих напряжениях использование линейных моделей усиления приводят к существенным отличиям с экспериментальными кривыми. Для достижения поставленной цели необходимо использовать модель работы МКП с обязательным учетом влияния поверхностного и объемного зарядов. Исходя из таких требований проект должен включать в себя решение следующих вопросов: -анализ результатов экспериментов, связанных с усилительными и шумовыми характеристиками МКП; -уточнение физической модели с целью расчета фактора шума; -доработку математической модели; -создание компьютерной модели с учетом новых экспериментальных и теоретических данных.

Ожидаемые научно-технические и прикладные результаты Научные результаты: создание более адекватных, чем существующие, математических моделей процессов, происходящих в микроканальных пластинах использование алгоритмов, позволяющих реализовать расчет физических процессов с использованием метода частиц, и допускающие возможность распараллеливания процесса вычислений в ЛВС для повышения скорости обработки Прикладные результаты: получение более точных характеристик канала расчет шумовых характеристик нового поколения МКП исследование работы каналов данных МКП в нелинейном режиме

Приборы ночного видения

Приборы ночного видения могут применяться в следующих сферах деятельности: - ночном наблюдении - ночных фото и видеосъемках - при проведении военных и специальных операций - патрулировании - охране объектов - навигации воздушных и морских судов - охоте и наблюдении за животными

Устройство современного прибора ночного видения

Электронно-оптический преобразователь

Моделирование работы МКП В основе данного проекта лежит расчет методом частиц (метод Монте-Карло), позволяющий учитывать стохастические процессы в каналах МКП. Для моделирования движения электронов используются трехмерные баллистические уравнения движения с учетом действия электрического поля являющегося суммой полей собственно канала, поверхностного и объемного зарядов. Для определения граничных условий нахождения электрона в канале и его столкновения со стенками используются известные алгоритмы моделирования трехмерной графики. Процесс вторичной электронной эмиссии представляет собой сложный процесс, состоящий из нескольких этапов. Количество вышедших электронов моделируется в соответствии с законом Пуассона. Энергии эмитируемых электронов вычисляются по распределению Рэлея и по экспериментальным кривым распределения электронов по энергиям. Углы вылета вторичных электронов определяются по известному закону Ламберта. Коэффициент вторичной эмиссии электронов рассчитывается по экспериментальным кривым.

Распараллеливание вычислений Для уменьшения времени расчета предусмотрена возможность распараллеливания вычислительного процесса. Для распараллеливания процессов моделирования усилителя МКП используются математические модели и методы, применяемые при поиске оптимальных режимов функционирования СОПОИ, относящейся к области дискретного программирования. На базе локальной вычислительной сети Северо-Кавказского государственного технологического университета была создана и испытана системы оптимальной параллельной обработки информации (СОПОИ). В основу работы СОПОИ положены методы организации распределенных вычислений в ЛВС. Каждая рабочая станция (РС) ЛВС рассматривается как отдельное решающее поле, с независимой областью памяти, входящей в состав многомашинного вычислительного комплекса (МВК). При распараллеливании также используются общие ресурсы ЛВС доступные всем РС. СОПОИ позволяет наиболее полно использовать ресурсы как отдельных рабочих станций (РС), так и ЛВС в целом, при возможности снижения числа параллельных процессов обработки информации с учетом надежности и времени вычислений. Повышение надежности вычислений достигается за счет того, что выход из строя аппаратуры одного из параллельных процессов вызывает перераспределение задач, решавшихся, но не решенных этим процессом, между продолжающими действовать ветвями.

Блок схема программы моделирующей работу микроканального умножителя

Полученные результаты

Полученные результаты

Полученные результаты

Полученные результаты

Зависимость коэффициента усиления МКП от приложенного напряжения

Влияние диаметра канала МКП на зависимость коэффициента усиления

Влияние некоторых факторов на усиление и шум МКП

Анализ амплитудного спектра в канальном умножителе