Оптоэлектронный анализатор спектра широкополосных сигналов

Оптоэлектронный анализатор спектра широкополосных сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение может быть исполь- Iзовано в радиотехнике в качестве анализатора спектра сигналов импульснодоплеровских радиолокаторов и высотомеров . Оптоэлектронный анализатор спектра широкополосных сигналов содержит лазер 1, коллимирующие. линзы 2, 6, акустооптический модулятор 3, линзы 4, 5 Фурье, расположенные на расстоянии, равном сумме их фокусных расстояний, транспарант 7, состоящий из М строк, равных числу строк матричного фотоприемника 8, и совокупности m т М/4 участков (каждый из m участков состоит из четырех соседних строк), с определенным коэффициентом прозрачности, взятым из соотношения, указанного в описании изобретения, ключи 9, 11, интегратор 10, квадраторы 12, 13, векторный сумматор 14, устройство 15 управления. Оптоэлектронный анализатор имеет повышенную разрешающую способность по частоте. 1 нл. (С СЛ

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1383220 (51)4 С 01 R 23 17

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

/ Р1.„, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ5(Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

j (54) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ АНАЛИЗАТОР

СПЕКТРА ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ (21) 4087649/24-21 (22) 27.07.86 (46) 23. 03. 88. Бюл. ¹ 11 (71) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (72) И.В. Грязных, Я.Ю. Овчинников, В.А. Семенов и И.M. Шеломанов (53) 621.317.757(088.8) (56) Ежов В.А., Тарасов Л.В. Акустооптическая обработка радиосигналов. — Зарубежная радиоэлектрони ка, 1982, № 7, с. 3-35.

Кулаков С.В. Акустооптические устройства спектрального и корреляционного анализа сигналов. — Л.:

Наука, 1978, с. 31. (57) Изобретение может быть исполь зовано в радиотехнике в качестве анализатора спектра сигналов импульснодоплеровских радиолокаторов и высотомеров. Оптоэлектр онный анализатор спектра широкополосных сигналов содержит лазер 1, коллимирующие линзы

2, 6, акустооптический модулятор 3, линзы 4, 5 Фурье, расположенные на расстоянии, равном сумме их фокусных расстояний, транспарант 7, состоящий иэ И строк, равных числу строк матричного фотоприемника 8, и совокупности ш УM/4 участков (каждый из m участков состоит из четырех соседних строк) ° с определенным коэффициентом прозрачности, взятым из соотношения, укаэанного в описании изобретения, ключи 9, 11, интегратор

10, квадраторы 12, 13, векторный сумматор. 14, устройство 15 управления.

Оптоэлектронный анализатор имеет повышенную разрешающую способность по частоте. 1 ил.

1383220

f = Ч-fxt

6 = arcsin (7/2A), противном случае:

2Гп

1 sin — — х (Ъ (х)= < при и + 2liK

Изобретение относится к области оптоэлектронной техники и может быть использовано в радиотехнике в качестве анализатора спектра сигналов

5 импульсно-доплеровских радиолокаторов и высотомеров.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности спектроанализатора по частоте. 10

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого анализатора.

Анализатор содержит последовательно оптически соединенные лазер 1, коллимирующую линзу 2, акустооптический модулятор (АОМ) 3, первую 4 и вторую 5 линзы Фурье, расположенные на расстоянии, равноМ сумме их фокусных расстояний, коллимирующую линзу

6, транспарант 7 и матричный фото- 20 детектор 8 на приборах с зарядовой связью (МПЗС), выход которого соединен с первым входом первого ключа

9, первый и второй выходы которого соединены соответственно с инверти- 25 рующим и неинвертирующим входами интегратора 10, выход которого подключен к первому входу второго ключа

11, первый и второй выходы которого соединены с входами соответственно 3р первого 12 и второго 13 квадраторов, выхоцы которых соединены соответственно с первым и вторым входами векторного сумматора 14, выход которого является выходом анализатора. Входом анализатора является радиовход акустооптического модулятора 3. Пять выходов устройства 15 управления подключены соответственно к второму входу первого ключа 9, к второму входу второго ключа 11, к третьему входу интегратора 10, к управляющему входу матричного фотодетектора 8 и к синхровходу лазера 1. Транспарант 7 помещен непосредственно перед МПЗС 8.

Анализатор работает следующим образомм.

Анализируемый сигнал S(t) подается на радиовход АОМ 3 и создает в нем бегущую акустическую волну, изменяющую коэффициент преломления среды вдоль апертуры АОМ.

Световой поток, излучаемый лазером,, проходит коллимирующую линзу

2 и создает на выходе AON 3 световое распределение, фаза которого модули55 рована по закону изменения входного воздействия S(t) за время (t — t + Т), где Т вЂ” время прохождения сигналом

S(t) апертуры АОМ. При этом временная частота анализируемого входного сигнала связана с пространственной частотой сигнала в апертуре AOM соотношением где fz — пространственная частота;

Ч вЂ” скорость распространения . ультразвука в AON.

Для выделения лиыь одной дифракционной компоненты первого порядка и„ повышения дифракционной эффективности

AON угол падения облучающего АОМ светового поля выбран удовлетворяющим условию Брэгга и равен * где h — длина волны светового поля;

Ф вЂ” длина акустической волны.

Линзы 4 и 5 осуществляют преобразование фазовой модуляции выходного сигнала AON в амплитудную и, кроме того, преобразование масштаба изображения, необходимое для согласования геометрических размеров АОМ и

МПЗС.

Цилиндрическая коллимирующая линза 6 расширяет проходящее световое поле в перпендикулярном направлении и обеспечивает одновременную засветку всех строк МПЗС. Таким образом при импульсной засветке лазером 1 каждая строка МПЗС облучается световым полем, амплитуда которого вдоль строки промодулирована в соответствии с сигналом, находящимся в этот момент в апертуре AON и пропорциональным входному воздействию S (t) .

Между коллимирующей линзой 6 и МПЗС. расположен транспарант, состоящий из

N строк, равных числу строк МПЗС, и совокупности m = М/4 участков.

Каждый из ш участков состоит из четырех соседних строк, причем каждая из этих строк имеет коэффициент прозрачности, равный;

2lln

Ъ" (х)= 7 х при 0 t 27i K

2 пх

4-у- и+ 2УК; К = 0 1,2..., в

1383220

2((пх — 2 TI + 2 II K; К = О, 1, 2..., х в противном случае;

2((п 5

W cos — — х II

Ъ (х) 0 х при--+ 2((К (2—

2ипК и

4 -+ 2РК; К=О 1 2... х 2— в противном случае

2Т!и 10

Ь (х) )cos х

Х при — + 2пК

4 0 2— (— + 2IIK; К = 0,1,2..., в

2 1(пх 3 II х 2— противном случае, 15 где :Х- длина строк транспаранта; х — текущая пространственная координата; и — определяет число периодов синусоидального и косинусоидального затемнения транспаранта вдоль строки для m-й совокупности из четырех строк (определяет частоту настройки фильтра).

Устроенный таким образом транспарант предназначен для получения произведения S(х) — пространственного представления сигнала S (t) — на функ2 и 2Т(п 30 ции sin — — х и cos х. При последох х (3) подключаемого при помощи второго ключа 11 к квадратору 13. Полученвательном считывании сигналов с первых двух строк щ-й совокупности из четырех строк, подключаемых при помощи первого ключа 9 соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам управляемого интегратора 10, и накоплении получающегося результата на выходе интегратора 10 в

40 момент окончания считывания второй строки накапливается сигнал, пропорциональный х I (n)= )S(x)sin(х) dx

2 Йп х (2)

Полученное значение I (п) при помощи второго ключа 11 подключается к .квадратору 12, возводится в квадрат и хранится до момента окончания считывания следующих двух строк.

Считывание следующих двух строк обеспечивает получение на выходе интегратора 10 сигнала, пропорционального х

2((п

1,(n)= (S(x)cns(— — х) dx, О ные на выходах квадраторов 12 и 13 значения I, (п) и I,(n) поступают на входы векторного сумматора 14.

На выходе векторного сумматора 14 получается электрический сигнал вида

I(n) который и является выходным сигналом, так как он пропорционален одной из гармоник энергетического спектра сигнала S(t).

Устройство 15 управления осуществляет управление работой матричного ПЗС 8 и синхронизацию режимов работы лазера 1, ключей 9, 11 и интегратора 10. . Четвертый выход устройства управления представляет собой совокупность напряжений, управляющих работой матричного IBC 8 в стандартном кадровом режиме.

Ключ 9 осуществляет поочередную коммутацию выходного сигнала МПЗС

8 с инвертирующим и неинвертирующим входами интегратора 10. Эта коммутация происходит каждый раз с выводом новой строки. В качестве сигнала, управляющего вторым входом ключа 9 (первый выход устройства управления) могут использоваться строчные гасящие импульсы, управ,пяющие

ИЗПС 8. \

Третий вход интегратора !О является входом сброса напряжения на выходе интегратора. Сброс интегратора осуществляется периодически через интервал времени, равный времени считывания двух строк МПЗС 8.

Сигнал, управляющий треты(м входом интегратора 10 (третий выход устройства управления), может быть сформирован из деленной пополам последовательности строчных гасящих импульсов, управляющих ИПЗС 8.

Ключ 11 осуществляет поочередную коммутацию выходного сигнала интегратора 10.с входами первого 12 и второго 13 квадраторов..Сигнал управления вторым входом ключа 11 (второй рой выход устройства управления) аналогичен сигналу управления третьим входом интегратора 10 но опережает его на время окончания переходных процессов в квадр(торах 12 и

13 °

1383220

Лазер 1 формирует короткие импульсы когерентного излучения, следующие друг за другом через интервал времени Т, равный времени прохождения сигналов S(t) апертуры АОМ 3. В свя5 зи с этим сигнал управления лазером

1 (пятый выход устройства управления) представляет собой последовательность коротких импульсов с периодом Т.

Электрический сигнал S(t), поступая на радиовход АОМ, создает на оптическом выходе AOM пространственное распределение поля, амплитуда ко- 15 торого пропорциональна входному сигналу S(t) за время (t — t + Т). Пространственная частота получаемого светового распределения связана с временной частотой входного воздей- 20 ствия соотношением (1). Пространственная частота функций прозрачности

: транспаранта Ь (х) — b 4(x) опреде2 п ляется как — --х и связана с временХ ной частотой входного сигнала следующим соотношением:

nV

« °

1 э

30 где L — длина апертуры АОМ;

n — число периодов функции прозрачности транспаранта;

V — - скорость распространения ультразвука в AON. 35

"()= позволяет получить составляющую спект-55 ра сигнала S(t) на частоте

nV

При импульсной засветке ОКГ сигнала в апертуре АОИ, считывании полученного на четырех соседних строках МПЗС сигнала и его .суммировании (интегри- 40 ровании) на выходе интегратора в различные моменты времени можно получить . соответственно сигналы вида фбТ

I (ы) = j S (t) -зЯ.п(2Р— t) dt

-nV

S о

45 бТ

I,(û)= ) S(t)соз(2И вЂ” t}dt.

Вычисление блоком электронной обработки, содержащим два квадратора и 50 векторный сумматор функции вида

В режиме, при котором происходит несколько импульсных засветок лазером апертуры AON через интервалы времени, равные времени нахождения сигнала S(t) в апертуре AON а считывание сигналов с МПЗС производится лишь по излучении К импульсов, можно записать +кт ь (2

I (ю)= ) S(t) sin )- — --) dt

5 (L (4)

1 и соответственно бКТ р (21i nV .I (ы)= ) S(t)cos — — t l dt. с

1

Увеличение времени интегрирования в выражениях (4) и (5) в К раз равносительно повышению в К раз разрешающей способности анализатора. (s) Формула изобретения

Оптоэлектронный анализатор. спектра широкополосных сигналов, выполненный в виде канала обработки сигнала, содержащего последовательно оптически соединенные лазер, первую коллимирующую линзу, акустооптический модулятор, радиовход которого является входом анализатора, первую линзу Фурье и фотодетектор, расположенный в задней фокальной плоскости первой линзы Фурье, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности по частоте, в него дополнительно введены устройство управления, вторая линза Фурье, вторая коллимирующая линза, транспарант, интегратор, два квадратора, два ключа и векторный сумматор, причем вторая линза Фурье, вторая коллимирующая линза и транс.1 парант последовательно установлены между первой линзой Фурье и фотодетектором, расстояние между первой и второй линзами Фурье равно сумме их фокусных расстояний, а транспарант помещен непосредственно перед фотодетектором, в качестве которого используется матричный фотоприемник, на приборах с зарядовой связью, выход которого подключен к первому входу первого ключа, второй вход которого подключен к первому выходу устройства управления, первый и второй выходы первого ключа подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам интегратора, 1383220 ном случае:

2llllX >

)sin — — I

Ь (х)= х при 7! +27(K

2 .0

2)i пх

----- (Х 2fl+2IIK; К = 0,1,2,..., в противном случае:

2я пх

rn cos —— II

1 (х)= рс при --+2УК

0 2—

Н

+ 2<)Kâ K = Оэ1 2в ° ° °, в

2 пх (( K противном случае:

2Фпх cos —— (х)=

0 x

Г -, 2Хпх при — + 2yK c — — (2 — х

Зн — + К, К вЂ” 0,1,2,..., в против(n +27l K; К = О, 1,2,..., в противСоставитель И, Коновалов

Редактор Н. Тупица

Техред А.Кравчук Корректор М.Пожо

Заказ 1290/41 Тираж 772 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 выход которого подключен к первому входу второго ключа, второй вход ко-. торого подключен к второму выходу устройства управления, первый и вто5 рой выходы второго ключа подключены к входам соответственно первого и второго квадраторов, выходы которых срединены соответственно с первым и вторым входами векторного сумма- 10 тора, выход которого является выходом анализатора, третий, четвертый и пятый выходы устройства управления подключены соответственно к третьему входу интегратора, к управляющему входу фотодетектора и синхровходу лазера, а транспарант состоит из М строк, равных числу строк матричного фотоприемника, и совокупности m -=

= M/4 участков, каждый из ш участков 20 состоит из четырех соседних строк, причем каждая из этих строк имеет коэффициент прозрачности

Г . 2Г(пх 20пх

Ь, (х) = (sin- — — при 0+2II K —.— « 25 к ном случае, где Х вЂ” длина строк транспаранта; х — текущая пространственная координата; и - определяет число периодов синусоидального и косинусоидального затемнения транспаранта вдоль строки для ш-й совокупности из четырех строк.