Рабочая программа дисциплины м 10а Тепловизионные системы Направление подготовки

Вид материала

Рабочая программа

Содержание Направление подготовки Квалификация (степень) выпускника: магистр Кафедры потребители: кафедра прикладной оптики, кафедра конструирования и технологии оптических приборов 1. Цели освоения дисциплины Место дисциплины в структуре ооп впо 3. КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ М.2.10а «Тепловизионные системы» 4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ М.2.10а Тепловизионные системы Наименование работ Образовательные технологии Тема работы Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 8.Материально-техническое обеспечение дисциплины

Подобный материал:

• Программа дисциплины «Приборы ориентации и навигации» для направления подготовки дипломированного, 160.8kb.
• Рабочая программа дисциплины Физика, ен. Ф. 03 направление подготовки, 491.56kb.
• Рабочая программа дисциплины «Вычислительные машины, системы и сети» Направление подготовки, 231.13kb.
• Рабочая программа дисциплины «Интегрированные системы проектирования и управления», 208.14kb.
• Рабочая программа дисциплины «теоретические основы теплотехники» Направление подготовки, 554.69kb.
• Рабочая программа дисциплины «Техническая термодинамитка» Направление подготовки, 804.99kb.
• Рабочая программа дисциплины «Компьютерная диагностика» Направление подготовки, 209.63kb.
• Рабочая программа дисциплины моделирование систем направление подготовки дипломированных, 97.72kb.
• Рабочая программа дисциплины технические измерения и приборы Направление подготовки, 496.12kb.
• Рабочая программа дисциплины «Основы технологии машиностроения» Направление подготовки, 365.59kb.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК)

Утверждаю

Ректор МИИГАиК

Малинников В.А.

«……» _______________

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

М.2.10а Тепловизионные системы

Направление подготовки				200400.68
Профиль подготовки:
				Оптико-электронные информационно-измерительные и следящие приборы и системы
Квалификация (степень) выпускника: магистр
Факультет				Оптико-информационных систем и технологий
Кафедры потребители: кафедра прикладной оптики, кафедра конструирования и технологии оптических приборов
Кафедра-разработчик рабочей программы: кафедра оптико-электронных приборов
Семестр	Общий объем курса, час.	Лекций, час.	Практичес занятий, час.		Лаборат. работ, час.	СРС, час.	Форма контроля Экз./зачет
3	144	17	17		17	93	Зач.

Москва 2011 г.

Аннотация рабочей программы

Цель изучения дисциплины заключается в получении знаний о современных оптико-электронных тепловизионных системах (ОЭТС). Изучение дисциплины делится на 2 части. Задачи первой части заключаются в изучении особенностей структурных схем ОЭТС, показателей качества их работы, расчету основных критериев качества и конструктивных параметров ОЭТС.

Задачи второй части заключаются в изучении конструкций и типовых схем современных и перспективных ОЭТС, а также методов и аппаратуры для их исследований и испытаний, включая методы компьютерного моделирования ОЭТС.

Особое внимание уделяется ОЭТС третьего поколения (систем «смотрящего» типа). Значительное место занимают вопросы применения ОЭТС в различных областях науки и техники.


1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целями освоения дисциплины М.2.10а Тепловизионные системы

являются формирование профессиональных компетенций в области оптико-электронного приборостроения и привитие навыков и умений для реализации первых этапов расчета и проектирования современных оптико-электронных тепловизионных приборов и систем.

Изучение дисциплины ведется студентами, не прослушавшими курс по выбору студента Б.3.27в «Тепловизионные системы» по программе бакалавриата.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
   

Данная учебная дисциплина входит в раздел «М.2. Профессиональный цикл» по направлению подготовки 200400.68-Оптотехника. Ей предшествует изучение дисциплин М.2.1 «Математические методы и моделирование в оптотехнике» и М.2.2 «Современные проблемы в оптотехнике». На ней базируется программа производственной практики и подготовкамагистерской диссертации.


3. КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ М.2.10а «Тепловизионные системы»

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

знать:

- знать принципы построения современных ОЭТС (ПК-1);

- основные типы, параметры и характеристики ОЭТС (ПК-2, ПК-7);

уметь:

- осуществлять корректный выбор элементов оптических систем, источников и приёмников оптического излучения (ПК-7, ПК-9, ПК-18);

- пользоваться системой критериев качества и показателей эффективности работы современных ОЭТС (ПК-4),

-использовать контрольно-измерительные приборы при тестировании устройств оптотехники (ПК-4, ПК-11, ПК-12);

владеть:

- методами выбора принципиальных схем и основных узлов ОЭТС (ПК-15, ПК-16, ПК-18).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ М.2.10а Тепловизионные системы


Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов.

№ п/п	Семестр	Номер недели	Раздел дисциплины	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)					Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) Форма промежуточной аттестации (по семестрам)
				Лекции	Практ. СеминарКолокв	Лаб. раб	Реферат	СРС
1		11	Введение. Роль тепловидения в науке, технике, медицине. Структурные схемы современных ОЭТС, их классификация	2	2			4
3		22	Система критериев качества и показателей эффективности работы ОЭТС	2	4			12
		33	Типовые оптические схемы ОЭТС	2	4	2		18
		44	Приемники излучения, используемые в ОЭТС	4		4		18
		55	Особенности электронного тракта ОЭТС	3	3	3		18	Предв. просмотр реферата
		66	Системы отображения информации	2	4	2		12
		77	Исследование и испытания ОЭТС	2		4		8
		88	ОЭТС, применяемые в военном деле, в медицине и биологии и др. отраслях	2		2	Защита реферата	3	Зачет

Содержание разделов дисциплин

Лекции

Роль тепловидения в науке, технике, военном деле, медицине и научных исследованиях. Этапы развития ОЭТС и перспективы их применения.

Классификация ОЭСТ: по назначению, по способу анализа изображений, о виду обработки сигналов и др. Структурные схемы различных ОЭТС.

Критерии качества и показатели эффективности работы ОЭТС: пространственное, энергетическое, спектральное, временное разрешение; минимальные обнаруживаемые и разрешаемые разности температур; геометро-оптические и др. критерии. Вероятности обнаружения.

Применение законов излучения к расчету и проектирования ОЭТС. Различные формы закона Планка. Диапазоны работы ОЭТС.

Расчет величин сигналов, приходящих на вход ОЭТС от точечных и протяженных излучателей. Шумы в ОЭТС. Расчет отношения сигнал/шум на выходе ОЭТС.

Учет влияния поглощения, рассеяния и флуктуаций прозрачности атмосферы на работу ОЭТС. Модели атмосферы.

Типовые оптические схемы ОЭТС сканирующего и «смотрящего» типов. Объективы современных ОЭТС. Сканирующие элементы и узлы. Эффект Нарцисса и методы борьбы с ним.

Фотонные и тепловые приемники излучения, используемые в ОЭТС. Одноэлементные и многоэлементные приемники. Линейки и матрицы. Фотоприемники на квантовых ямах. Микроболометры. Пироэлектрические приемники. ПЗС-структуры. Электронно-оптические преобразователи.

Электронные схемы считывания и обработки сигнала. Влияние процесса выборки на схему обработки сигнала. Аналого-цифровое преобразование сигнала в электронном тракте ОЭТС. Интегральные схемы в ОЭТС.

Системы отображения выходной информации: дисплеи, мониторы, электролюминесцентные экраны и др. Особенности зрительного восприятия информации человеком-наблюдателем.

Компьютерное моделирование при разработке и исследовании ОЭТС. Передаточные функции отдельных звеньев и ОЭТС в целом. Модели критериев качества ОЭТС. Компьютерная модель КОМОС.

Калибровка, испытания и натурное моделирование ОЭТС. Методики исследований и испытаний ОЭТС. Аппаратура, применяемая при испытании ОЭТС.

ОЭТС в военном деле: системы обнаружения, распознавания, идентификации и классификации объектов военной техники. Наземные ОЭТС. ОЭТС воздушного и космического базирования.

ОЭТС в медицине и биологии: медицинские тепловизоры отечественного и зарубежного производства.

ОЭТС в научных исследованиях, экологическом мониторинге, контроле состояния различных объектов и сооружений, исследованиях природных ресурсов.

Практикум

№ п/п	Наименование работ
1	Знакомство с типовыми конструкциями ОЭТС
2	Расчет ряда критериев качества ОЭТС
3	Расчет отношения сигнал/шум на выходе ОЭТС
4	Исследование оптической сканирующей системы ОЭТС
5	Исследование многоэлементных приемников излучения
6	Параметрический анализ ОЭТС с помощью КОМОС
7	Калибровка ОЭТС на измерительном стенде
8	Ознакомление с конструкцией конкретных ОЭТС

Ттемы, разделы дисциплины	Кколичество часов
		ПК-1	ПК-2	ПК-4		ПК-7	ПК-9	ПК-11	ПК-12	ПК-15	ПК-16	ПК-18	ообщее количество компетенций
тема 1	2												2
тема 2	2												3
тема 3	4												4
тема 4	2												5
тема 5	4												3
тема 6	4												3
тема 7	4												3
тема 8	2												4
итого	24	1	2	2		4	6	2	2	2	2	4

5. 
   ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
   

При реализации настоящей программы изучения дисциплины М.2.10а «Тепловизионные системы»

предусматривается использование активных форм проведения занятий (разбор конкретных ситуаций, в которых могут работать тепловизионные приборы, оценка известных приборов и систем в виде деловой игры и др.).

Самостоятельная работа студентов подразумевает изучение литературы по дисциплине, написание реферата, подготовку к семинарам и защитам отчетов по лабораторно-расчетному практикуму, а также самоконтроль с помощью компьютерных программ.

Используется компьютерная программа КОМОС для расчета параметров и параметрического анализа ОЭТС.

Для проведения занятий по дисциплине используются лаборатории ЦНИИ «Циклон» и специализированная лаборатория филиала кафедры оптико-электронных приборов при ЦНИИ «Циклон», оснащенная мультимедийными средствами.

В рамках изучения дисциплины предусматривается посещение производственных подразделений ЦНИИ «Циклон», а также приглашение для чтения лекций и проведения семинаров ведущих специалистов этого предприятия.

5. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
   

Вид работы	Тема работы	Перечень компетенций, получаемых студентом при выполнении данного вида работы
	Реферат (по материалам зарубежной печати) «Современные тепловизионные системы и их элементная база»	ПК-2, ПК-4, ПК-7, ПК-9, ПК-11, ПК-12, ПК-15, ПК-16, ПК-18

Приложение

Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины, а также для контроля самостоятельной работы обучающегося по отдельным разделам дисциплины. Каждый вопрос или задание заканчивается ссылкой на источник – см. раздел 7 программы (часто с указанием номеров страниц – «с.» или разделов- «р.»), где содержится необходимая для ответа информация. В ряде случаев приводится ссылка «инд.», обозначающая необходимость использования конспекта лекций или приведения индивидуального мнения обучающегося о поставленном вопросе или проблеме.

1. Нарисуйте структурные схемы ОЭТС 1-го, 2-го и 3-го поколений. - [1 - р.1.2]
   
2. Перечислите основные критерии качества ОЭТС. - [2-р.13.1, 1-р.4]
   
3. Перечислите критерии пространственного разрешения ОЭТС. - [1 - р.4.2.1]
   
4. Перечислите критерии энергетического разрешения ОЭТС. - [1-р.4.2.2]
   
5. Что такое энергетическая модель ОЭТС ? - [1 - р.5.1]
   
6. Какие составляющие потока (яркости) излучения на входе ОЭТС наиболее важны при энергетических расчетах ОЭТС ? Одинаковы ли они при работе ОЭТС в спектральных диапазонах 3÷5 и 8÷14 мкм? . - [1- р.5,с.184]
   

7. Как ведется расчет ЭШРТ ? - [2 - р.13.1, 1- р.5.4]

8. В чем различие между ЭШРТ и МРРТ в ОЭТС ? Как связаны между собой ЭШРТ и отношение сигнал-шум μ ? Как связаны между собой ЭШРТ и МРРТ ? - [1 - р.4.2.3]

9. Назовите оптические материалы, применяемые в ОЭТС. - [7 - р.3.2, 1 - р.6.2]
   

10. Нарисуйте оптическую схему ОЭТС с охлаждаемым приемником. - [7 - р.3.1]

11. Каковы дифракционные оптические элементы, применяемые в объективах ОЭТС. - [1 - р.6.5]

12. Чем определяется динамический диапазон принимаемых сигналов (какими звеньями и элементами ОЭТС он определяется и почему)? - [1 - с.184]
    

13. Нарисуйте структурные схемы ОЭТС с матричными приемниками.- [1 - р.7.1]

14. Сравнить (достоинства и недостатки) ФПУ с накоплением сигналов (зарядов) и без накопления. - [1 - с.130]

15. Что мешает увеличивать частоту кадров в ОЭТС ? - [1 - р.р.7.5.6, 10.2.2]
    
16. Что затрудняет увеличение формата ОЭТС ? . - [1 - р.р.7.7, 10.2]
    
17. От каких звеньев ОЭТС зависит ее энергопотребление? - [инд.]
    
18. Каковы специфические виды шумов свойственны МПИ, применяемым в ОЭТС ? - [1 - р.7.3]
    
19. Дайте сравнительную характеристику охлаждаемых и неохлаждаемых ФПУ. - [1 - р.7.4, 7.5]
    
20. Дайте сравнительную характеристику отдельных типов охлаждаемых ФПУ (КРТ, на барьерах Шоттки, ФКЯ). - [1 - р.7.4.4]
    
21. Как выборка сигналов в МПИ влияет на работу ОЭТС ? - [ 1 - р.9.2]
    
22. Нарисуйте структурную схему электронного тракта ОЭТС с МПИ. - [1 - р.10.1]
    
23. Назовите виды испытаний ОЭТС. - [1 - р.12]
    
24. Способы определения геометрооптических и энергетических параметров и характеристик ОЭТС. - [1 - р.12]
    
25. Каковы специфические виды шумов свойственны МПИ, применяемым в ОЭТС ? - [2-р.5.9, 9-7.3]
    
26. Какие параметры ОЭТС зависят от параметров и характеристик наблюдаемых целей и фонов ? Почему ? - [1 - р.р.4.3, 7.7]
    
27. Что ограничивает снизу и сверху время накопления сигналов в ФПУ и во всей ОЭТС ? - [1 - р.10.2.1]
    
28. Как работают двух- и многодиапазонные ( многоспектральные ) ФПУ ? - [7 - р.р.4.2, 4.3, 1 - р.7.6]
    
29. Перечислите основные требования к охлаждающим устройствам ФПУ ОЭТС. - [1 - р.7.8]
    

30. Назовите основные типы неохлаждаемых приемников. Что такое микроболометр? - [2 - р.р.5.7, 6.9, 1 - р.7.5]

31. Какие дополнительные факторы (по сравнению с визуальной оптической системой, например, зрительной трубой) влияют на качество конечного изображения (на выходе системы отображения) ? (во всех звеньях ОЭТС). - [1 - инд.]
    
32. Перечислите достоинства и недостатки приборов ночного видения на ЭОПах. - [1 - р.8]
    
33. Перечислите достоинства и недостатки пировидиконов. - [1 - р.8.3]
    
34. Что такое микросканирование ? - [1 - р.9.3]
    
35. Как производится коррекция неоднородности элементов МПИ и ФПУ ? - [1 - р.10.5]
    
36. Перечислите основные требования к системам отображения (дисплеям, мониторам) ОЭТС. - [1 - р.11]
    
37. Перечислите требования к компьютерным моделям ОЭТС. - [1 - р.13]
    
38. Нарисуйте структуру обобщенной компьютерной модели ОЭТС. - [1 - р.13]
    

Вопросы к зачету по курсу

1. 
   Структурные схемы ОЭТС 1-го, 2-го и 3-го поколений
   
2. Законы теплового излучения
   
3. Основные энергетические единицы и связь между ними
   
4. Ослабление инфракрасного излучения в земной атмосфере и его учет
   
5. Влияние атмосферы на контраст изображения
   
6. Основные критерии качества ОЭТС
   
7. Критерии пространственного разрешения ОЭТС
   
8. Критерии энергетического разрешения ОЭТС
   
9. Энергетическая модель ОЭТС
   
10. Какие составляющие потока (яркости) излучения на входе ОЭТС наиболее важны при энергетических расчетах ОЭТС ? Одинаковы ли они при работе ОЭТС в спектральных диапазонах 3÷5 и 8÷14 мкм?
    
11. Расчет ЭШРТ
    
12. В чем различие между ЭШРТ и МРРТ в ОЭТС ? Как связаны между собой ЭШРТ и μ ? Как связаны между собой ЭШРТ и МРРТ ?
    
13. Оптические материалы, применяемые в ОЭТС
    
14. Оптическая схема ОЭТС с охлаждаемыми приемниками
    
15. Дифракционные оптические элементы в объективах ОЭТС
    
16. Структурные схемы ОЭТС с матричными приемниками
    
17. Сравнить (достоинства и недостатки) ФПУ с накоплением сигналов (зарядов) и без накопления
    
18. Параметры и характеристики матричных приемников излучения
    
19. Каковы специфические виды шумов свойственны МПИ, применяемым в ОЭТС ?
    
20. Чем определяется динамический диапазон принимаемых сигналов (какими звеньями и элементами ОЭТС он определяется и почему) ?
    
21. Что мешает увеличивать частоту кадров в ОЭТС ?
    
22. Что затрудняет увеличение формата ОЭТС ?
    
23. От каких звеньев ОЭТС зависит ее энергопотребление ?
    
24. Какие параметры ОЭТС зависят от параметров и характеристик наблюдаемых целей и фонов ? Почему ?
    
25. Что ограничивает снизу и сверху время накопления сигналов в ФПУ и во всей ОЭТС ?
    
26. Сравнительная характеристика охлаждаемых и неохлаждаемых ФПУ
    
27. Сравнительная характеристика отдельных типов охлаждаемых ФПУ (КРТ, на барьерах Шоттки, ФКЯ)
    
28. Как работают двух- и многодиапазонные ( многоспектральные ) ФПУ ?
    
29. Перечислить основные требования к охлаждающим устройствам ФПУ ОЭТС
    
30. Неохлаждаемые приемники. Микроболометры
    
31. Какие дополнительные факторы (по сравнению с визуальной оптической системой, например, зрительной трубой) влияют на качество конечного изображения ( на выходе системы отображения) ? (во всех звеньях ОЭТС)
    
32. Достоинства и недостатки приборов ночного видения на ЭОПах
    
33. Достоинства и недостатки пировидиконов
    
34. Как выборка сигналов в МПИ влияет на работу ОЭТС ?
    
35. Что такое микросканирование ?
    
36. Нарисовать структурную схему электронного тракта ОЭТС с МПИ
    
37. Как производится коррекция неоднородности элементов МПИ и ФПУ ?
    
38. Перечислите основные требования к системам отображения (дисплеям, мониторам) ОЭТС
    
39. Виды испытаний ОЭТС
    
40. Способы определения геометрооптических и энергетических параметров и характеристик ОЭТС
    
41. Требования к компьютерным моделям ОЭТС
    

5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
   

а) основная литература:

1.Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа. –М.: Логос, 2004. – 444 с.

2. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. Учебник для вузов. – М.: Логос, 2011. – 568 с.

3. Тарасов В.В., Торшина И.П., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы 3-го поколения. – М.: Логос, 2011. – 240 с.

4. Барский А.Г., Климков Ю.М., Солдатов В.П., Тарасов В.В., Торшина И.П., Фотиев Ю.А., Якушенков Ю.Г. Сборник контрольных вопросов по дисциплинам «Оптические и оптико-электронные приборы и системы», «Источники и приемники оптического излучения», «Лазеры», Проектирование оптико-электронных приборов», «Оптико-электронные следящие системы», «Тепловизионные системы» (уч. пособие для вузов). – М.: МИИГАиК, 2011

б) дополнительная литература

5. Справочник по инфракрасной технике в 4-х томах./Пер. с англ. под ред. Н.В.Васильченко, В.А.Есакова и М.М.Мирошникова. – М.: Мир, 1998. – 606 с.

6. Парвулюсов Ю.Б., Родионов С.А., Солдатов В.П. и др. Проектирование оптико-электронных приборов. Под ред. Ю.Г.Якушенкова. – М.: Логос, 2000

7. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Двух- и многодиапазонные системы с матричными приемниками излучения. – М.: Логос, 2007.- 192 с.

в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы – компьютерная модель КОМОС и Интернет

8.МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Наборы слайдов, демонстрационные приборы, оборудование специализированных лабораторий ЦНИИ «Циклон».


Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению 200400.68 и профилю подготовки «Оптико-электронные информационно-измерительные и следящие приборы и системы». .

Авторы –д.т.н. В.В.Тарасов, проф., д.т.н. Ю.Г.Якушенков

Рецензент(ы) – НУК РЛМ МГТУ им. Н.Э.Баумана

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению 200400.68и профилю подготовки «Оптико-электронные информационно-измерительные и следящие приборы и системы»
Программа одобрена на заседании кафедры оптико-электронных приборов МИИГАиК и методической комиссии факультета оптико-информационных систем и технологий МИИГАиК от 11.02.2011 г., протокол № 5.