Адаптивная оптическая система

Адаптивная оптическая система

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

АДАПТИВНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА , содержащая источник когерентного сигнала, соединенный выходом с входами первого и второго фазовых модуля оров , оптический приемник, выход которого соединен с входами первого и второго полосовых фильтров, подключенных выходами к первым входам первого и второго фазовых детекторов соответственно, входы первого и второго фазовых детекторов соединены с выходами первого и второго моду- t 1 SU,,., 1097970 А 3C5D G 05 В 13/00 // G 01 С 3/08 ,5c; .. г лирующих генераторов, входы первого и второго фильтров нижних частот подключены к выходам первого и второго фазовых детекторов соответстВ1енно, отлич аюцаяся тем, что, с целью повьхиения точности системы за счет повышения интенсивности сигнала на объекте, в нее дополнительно введены управляемый усилитель, сумматор , блок сравнения и блок деления, первый вход которого, соединен с выходом блока сравнения, а второй вход с выходом сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, с первым входом блока сравнения и с вторым входом первого фазового модулятора, выход второго фильтра нижних частот Подклю| (П чен через управляемый усилитель к вторым входам сумматора, блока сравнения и второго фазового модулятора, причем выход блока деления соединен с вторым входом управляемого усилителя . СО СО --sj

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

70 А (19) (И) 9 :-»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН1Ф

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ,Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3575665/18-24 (22) 29,03.83 (46) 15.06.84 ° Бюл. 9,22 (72) В.В.Клейменов н Е.В.Новикова (5 3) 6 2-50 (088. 8) (56) 1. Патент СЫ 9 3923400, кл. 331-94. 55, опублик . 1979 .

2. Патент С))Р )е 3764213, кл. 331-94.55, опублик, 1977 (прототип) . (54) (57) АДАПТИВНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, содержащая источник когерентного сигнала, соединенный выходом с входами первого и второго фазовых модуля уоров, оптический приемник, выход которого соединен с входами первого и второго полосовых фильтров, подключенных выходами к первым входам первого и второго фазовых детекторов соответственно, вторые входы первого и второго фазовых детекторов соединены с выходами первого и второго моду3(59 G 05 B 13/00 / G 01 С 3/08 ликующих генераторов, входы первого и второго фильтров нижних частот подключены к выходам первого и второго фазовых детекторов соответственно, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы за счет повышения интенсивности сигнала на объекте, в нее дополнительно введены управляеьаей усилитель, сумеитор, блок сравнения и блок деления, первый вход которого, соединен с выходом блока сравнения, а второй входс выходом сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого

Фильтра нижних частот, с первым входом блока сравнения и с вторым входом первого Фазового модулятора, выход Е

O второго фильтра нижних частот подключен через управляемый усилитель к вторым входам сумматора, блока сравнения и второго фазового модулятора, причем выход блока деления соединен с вторым входом управляемого усили- Я теля.

1097970

Изобретение относится к квантовой радиотехнике и может быть использовано в информационных и измерительных системах.

Известна многоканальная адаптивная оптическая система, в которой по отраженному сигналу происходит подстройка фаз когерентных излучателей (представляющих собой или одно зеркало с разделением его на отдельные сегменты, или решетку предвари- 10 тельно синхронизированных по частоте и Фазе лазеров). Устойчивость работы системы, а также интенсивность сигнала определяется хау актеристиками отдельного адаптивного контура и в пер-15 вую очередь его коэффициентом усилени С13.

Однако в.данном устройстве не предусмотрен адаптивный контроль и последующее управление коэффициентами усиления контуров, 1

Наиболее близкой к предлагаемой являетея адаптивная оптическая систе-. ма f2j, представляющая соббй систему апертурного зондирования и содержащая лазерный источник, облучающий зеркало, в каждый канал излучения которого с помощью фазовращателей вводятся модулирующие пробные сигналы для создания незначительной по амплитуде (1/15-1/14 длины волны) фазовой модуляции ° Отраженное от объекга излучение регистрируется оптическим приемником (детектором). H подается через полосовые фильтры, настроенные на модулирующие частоты

Q) (Зри ° р HB фазОвые детекторыу на вторые входи которых подаются модулирующие сигналы от генераторов. 40

Интеграторы (фильтры нижних частот) выделяют сигналы ошибки в каждом канале, которые подаются затем на Фаэовые модуляторы, Результатом работы является совмещение максимума 45 интерференционной картины с бликом на объекте. данное устройство содержит также цепи синхронизации для его работы в импульсном режиме. В непрерывном режиме работы системы апертурнoro зондирования каналы приема и передачи разносят, хотя в про- стейшем случае прием отраженного сигнала производится также одним оптическим приемником. Кроме этого, сам источник излучения может представ лять собой решетку синхронизированных по частоте (фазе) лазеров.

Недостатком известной системы является то, что сигнал Фазовой ошиб- 60 ки, поступающий на фазовый модулятор с выхода фильтра нижних частот, зависит от коэффициента усиления адаптивного канала, Действительно, сигнал фазовой ошибки на выходе фильтра 65 нижних частот (ФНЧ) в m-ом канале в состоянии адаптации имеет вид:

Sò = " о(N - ) (gòï- Йв„) где Am коэффициент усиления в кануле; коэффициент Фазовой модуляции; число канаЛов; полный фазовый сдвиг вдоль траектории; опорная фаза для элемента.

5,<=(,А ькЛ„о(- )(c, -c„q a„qо("- )"

«(Ц - „ )Тджх ((И-1)(С -С „)=5 - ь Б где S сигнал ошибки, зависящий только от разности фаз; сигнал ошибки, обусловленный изменением коэффициента усиления.

as„

При э том как увеличение, так и уменьшение коэффициента усиления относительно оптимального ухудшает работу си ст емы.

Цель изобретения — повышение точности системы за счет повышения интенсивности сигнала на объекте.

Цель достигается тем, что в адаптивную оптическую систему, содержащую источник когерентного сигнала, выходом соединенного с входами первого и второго фазовых модуляторов, оптический приемник, выход которого соединен с входами первого и второго полосовых фильтров, выходами подключенных к первым входам первого и второго фазовых детекторов соответственно, вторые входы первого и второго фазовых детекторов соединены с выходами первого и второго модулирующих генераторов, Входы первого и второго фильтров нижних частот подключены к выходам первого и второго фазовых детекторов соответственно, дополнительно введены управляемый

При анализе работы системы апертурного зондирования предполагается, что коэффициенты усиления во всех каналах одинаковы, и тогда сигнал фазовой ошибки на выходе ФНЧ в каждом канале зависит только от разности фаз (6,„- бо„ ), Однако обеспечить полную идентичность адаптивных сигналов и постоянство коэффициента усиления в каждом канале на протяжении продолжительного времени работы в реальных условиях трудно. Поэтому в реальном случае имеется сигнал ошибки, состоящий из двух компонент:

1097970 усилитель, сумматор, блок сравнения и блок деления, первый вход которо го соединен с выходом блока сравнения, а второй вход — с выходом сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, с первым входом блока сравнения и вторым входом первого фазового модулятора, выход второго фильтра ниж них частот подключен через унравляемый усилитель к вторым входам сумматора, блока сравнения и второго фазового модулятора, йричем выход блока деления соединен с вторым входом управляемого усилителя.

На чертеже представлена блок-схе- 15 ма адаптивной оптической системы.

Блок-схема содержит источник когерентного.сигнала 1, первый и второй фазовые модуляторы 2 и 3, оптический приемник 4, первый и второй 20 полосовые фильтры 5 и б, первый и .второй фазовые детекторы 7 и 8, первый и второй модулирующие генераторы 9 и 10, первый и второй фильтры нижних. частот ll и 12, управляемый усилитель 13, сумматор 14, блок сравнения 15 и блок деления 16.

Устройство работает следующим образом.

С помощью модулирующих генераторов 9 и 10 в оба канала излучения вводится фаэовая модуляция с амплитудой 3 /15 - h /14 на частотах (d1, 4)> модулированный по фазе сигнал от одного элемента апертуры интерферирует с сигналом от второго элемента и создает пространственную интерференционную картину. Отраженное от объекта излучение оказывается промодулированным по амплитуде с частотами ()1, ш и регистрируется опти- 40 ческим приемником 4. Для разделения сигналов фазовой коррекции сигнал с выхода приемника 4 пропускается через фильтры 5 и 6, настроенные на частоты 4),, 4)g . Затем в первом адап- 45 тивном канале сигнал с выхода полосового филь ра 5 подается на вход фазового детектора, который управляется модулирующим генератором 9. Фильтр нижней частоты 11 на выход(е фазового детектора 7 выделяет управляющий сигнал, амплитуда и полярность которого задают фазовую коррекцию, поступающую как и модулирующая частота на вход фазовращателя 2 для его управления.

Сигнал с выхода полосового фильтра б подается на вход фазового детектора 8, который управляется модулирую-. щим.генератором 10. фильтр нижних - 60 частот 12 на выходе фазового детектора 8 выделяет сигнал ошибки. Этот сигнал с выхода фильтра нижних частот 12 подается на первый вход регулируемого усилителя 13. Сигнал с вы- 65.хода регулируемого усилителя 13, как и сигнал с выхода ФНЧ 12, подается на сумматор 14, на выходе которого получается сигнал 8, пропорциональный сумме сигналов ошибки первого и второго каналов. Подобным образом сигналы с выхода регулируемого усилителя 13 и ФНЧ 11 пЬступают на входы блока сравнения 15, на выходе которого получается сигнал S пропорциональный разности сигналов ошибки первого и второго каналов. Эти сигналы S, S подаются на входы делителя

16, с выхода которого сигнал S /S», пропорциональный изменению коэффициента усиления второго канала поцается на второй (управляющий) вход регулируемого усилителя 13, с выхода которого скорректированный сигнал фазовой ошибки, амплитуда и полярность которого задают фазовую коррекцию, добавляется к модулирующей частоте и поступает на вход фаэовращателя 3 для его управления.

Техническая реализация введенных блоков не вызывает затруднений, так как все они широко используются в современных радиотехнических системах. Так, в качестве делителя 16 может быть использована схема делителя на интегральных микросхемах.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения заключается в следующем, Поведение и стабильность адаптивных систем апертурного зондирования определяется характеристиками отдельного контура. При построении практических адаптивных систем необходимо учитывать влияние коэффициента усиления каждого контура как на процесс адаптации, так и на величину интенсивности сигнала на объекте.

Так как полная дисперсия фаэовой ошибки в каждом канале может быть записана как с, - + — 5оА)(й-(1 (1I Iî,)й, где p — коэффициент рабочей модуля. ции; б, — дисперсия первоначальной фазовой ошибки, подлежащей компенсации1

A — усиление в адаптивном контуре;

1/lo — коэффициент Штреля, Фо отсюда видно, что уменьшение коэф .фициента А приводит к увеличению6Д, что, в свою очередь, приводит к умень.шению интенсивности сигнала на объекте, что может оценено с помощью коэффициента Штреля: —.еip(-d<) (<-gr (()) 1097970

1

Аг (A-aAP

Составитель П.Кудрявцев

Редактор В,Ковтун Техред A.Áàáèíåö Корректор С.шекмар Заказ .4205j38 Тираж 842 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1133035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Если коэффициент усиления в процессе работы уменьшается, например на 10%, то это приводит к увеличению дисперсии фаэовой ошибки в канале, которое может быть оценено следующим образом: 5 т.е. полная дисперсия возрастает за 10 счет увеличения. второй составляющей на 124. С помощью несложных расчетов, используя вышеприведенное выражение для вычисления относительной интенсивности (коэффициент Штреля}, мож- 15 но показать, что при величинах 3 20

I, чro составляет 0, 349 рад, 6, = « /8i или 0,385 рад. И при уменьшейии коэффициента усиления на 10% интенсивность уменьшается в 1,123 раза и2 и на 12,25Ъ.

С другой стороны как увеличение, так и уменьшение коэффициента усиления может привести к потере устойчивости системы, Таким образом, изобретение позво.ляет увеличить интенсивность сигнала на объекте и удешевить систему эа счет значительного понижения требований к стабильности характеристик элементов адаптивного канала. Кроме того, использование изобретения в многоканальных системах апертурного зондирования позволит значительно сократить время, подготовки к работе, так как оно определится в этом случае временем настройки только одного (стабильного) канала, а настройка остальных произойдет по нему.