Оптический спектроанализатор

Оптический спектроанализатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области . оптической обработки информации и может быть использовано для спектрального анализа сигналов в реальном масштабе времени Цель изобретения - увеличение отношения сигнаш/шум на выходе спектроанализатора. Спектроанализатор содержит дискретизатор 1, инвертор 2, анализатор 3 полярности, первый коммутатор 4, блок 5 управления ,, источник 6 света, коллиматор 7, акустооптический модулятор. 8, балансный модулятор 9, сферические линзы 10 и 12, диафрагму 11, фотоприемЯик 3, генератор 14 опорного сигнала, второй коммутатор 15, генератор 16 опорных функций. Уровень постоянной составляю щей выходного сигнала в предлагаемом спектроанапизаторе будет меньше, чем в прототипе. Учитывая вид реальной светосигнальной характеристики фотоприемника , в качестве которого обычно используются приборы с зарядовой связью, ясно, что отношение сигнал/ /шум на выходе предлагаемого спектроанализатора будет выше, чем в прототипе . 1 ил. 7 д fff 12 ГЭ ЬмА д

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

<Ю + 01) (51)4 G 01 R 23/17

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4221116/24-21 (22) 02,04.87 (46) 15.10.88. Бюл; Р 38 (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф.

М.А.Бонч"Бруевича (72) А.Ф.Бухенский, А.П.Ленский, С.В.Морозов, Т.Н.Сергеенко и В.И.Яковлев (53) 621.317.757(088.8) (56) Терпин Т М. Спектральный анализ сигналов оптическими методами. ТИИЭР:

1981, т. 69, У 1, с. 92-108.

Елисеев А.И. Об увеличении полосы анализа в акустооптическом анализато" ре спектра с временным интегрированием. — Известия ЛЭТИ. Л., 1981, с.33. (54) ОПТИЧЕСКИЙ СПЕКТРОАНАЛИЗАТОР (57) Изобретение относится к области оптической обработки информации и может быть использовано для спектрального анализа сигналов в реальном масштабе времени. Цель изобретения— увеличение отношения сигнал/шум на выходе спектроаналнзатора. Спектроанализатор содержит днскретизатор 1, инвертор 2, анализатор 3 полярности, первый коммутатор 4, блок 5 управления,,источник 6 света, коллиматор 7, акустооптический модулятор 8, балансный модулятор 9, сферические линзы 10 и 12, диафрагму 11, фбтоприемник 13, генератор 14 опорного сигнала, второй коммутатор 15, генератор 16 опорных функций. Уровень постоянной составляю щей выходного сигнала в предлагаемом спектроанализаторе будет меньше, чем в прототипе. Учитывая вид реальной ф светосигнальной характеристики фотоприемника, в качестве которого обычно используются приборы с зарядовой связью, ясно, что отношение сигнал/

/шум на выходе предлагаемого спектро- = анализатора будет выше, чем в прототипе. 1 ил. Ьюй

1430891

Изобретение относится к оптической обработке информации и может быть использовано для спектрального анализа сигналов н реальном масштабе времени.

Целью изобретения является увеличение отношения сигнал/шум на выходе спектроаналнзатора.

На чертеже изображена функциональная схема оптического спектроанализа- 10 тора.

Оптический спектроанализатор содержит дискретизатор 1, нхоц которого является входом устройства, электрически связанный по выходу с входами иннертора 2 и анализатора 3 полярности. Выходы иннертора 2 электрически связаны с входами перного коммутатора 4, выход которого электрически связан с входом блока 5 управления.

Источник 6 светя, электрический вход которого связан с выходом блока 5 управления, расположен на одной оптической оси и оптически последовательно связан с коллиматором 7, акустооптическим модулятором (АОМ) 8, на электрический вход которого подается сигнал от балансного модулятора 9, первой сферической линзой,О, диа фрагмой 11, второй сферической линзой 12 и фотоприемником 13, выход которого является выходом устройства.

Первый вход балансного модулятора 9 электрически связан с выходом генера-.îðà 14 опорного сигнала, второй вход — с выходом второго коммутато- З5 ра 15. Входы последнего электрически связаны с выходами генератора 16 опорных функций, выходы синхронизации которого электрически связаны с соответствующими входами синхронизации дискретизатора 1 и блока 5 управления, вход синхронизации — с выходом синхронизации фотоприемника 13, Выход анализатора 3 полярности электрически связан с входами управления первого 4 и второго 15 коммутаторов.

Оптический спектроанализатор работает следующим образом.

Входной сигнал Б() преобразуется в последовательность отсчетов Б(1Вй), 50 где 1 — номер отсчета; dt-=1/2Р, F> — верхняя частота анализируемого сигнала, дискретизатором 1 (период дискретизации Й совпадает с периодом следования запускающих импульсов от генератора 16 опорных функций).

Инвертор 2 позволяет нместе с коммутатором 4. управляемым от анализатора полярности, формировать пос.педовательность отсчетов, состоящую из положительных U (ldt) и инвертированных отрицательных U (1 at) отсчетов сигнала. Таким образом„ на блок 5 управления поступает однополярная последонательность импульсов, которой модулируются по интенсинности генерируемые источником 6 света импульсы.

Световой пучок преобразуется коллиматором 7, дифрагирует на AOH 8, далее преобразуется первой сферической линзой 10. Диафрагма 11 пропускает свет, соответствующий информационной составляющей, а вторая сферическая линза 12 позволяет обеспечить перенос иэображения иэ плоскости AON 8 в плоскость фотоприемника 13. Для формирования спектра входного сигнала íà AON подается сигнал от балансного модуля" тора 9 на несущей частоте, обеспечиваемой генератором 14 опорного сигнала. Коммутатор 15 обеспечивает подключение к балансному модулятору 9 первого или второго выходов генератора 16 опорных функций в зависимости от полярности очередного отсчета

U(ldt), что определяется управляющим сигналом, вырабатываемым анализатором 3 полярности. На первом выходе генератора 16 формируется последовательность L импульсов с амплитудой

G„icos j(i+/)mЛ/Е и длительностью

a7 «(Т/L, где L - база анализируемого сигнала; а- фазовый сдвиг, необходимый для последетекторной обработки, н частности, формирования амплитудного и фазового спектров; m " номер частотного канала; Т вЂ” ампертурное время

ЛОМ 8.

Данная последовательность соответствует ядру преобразования Фурье положительных отсчетов сигнала. На втором выходе генератора 16 формируется аналогичная последовательность им.пульсов с амплитудой G„icos((1+2)mli/

/Е+я/2), соответствующая ядру преобразования Фурье для отрицательных отсчетов сигнала. В момент окончания ввода сигнала, соответствующего по+ следовательности импульсон С „ или

6„, н АОМ 8 с второго выхода синхронизации генератора 16 поступает импульс на вход синхронизации блока 5 управления и источником 6 света генерируется короткий импульс света длительностью с Т, интенсивность котоВНИИПИ Заказ 5339/48

Тираж 772 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

14308 рого пропорциональна амплитуде отсчета U(lac).

Таким образом, интенсивность светового распределения в плоскости фотоприемника оказывается пропорциональной в случае положительнот о отсчета сигнала

I U (Idt)}1+cos((I+Ì)m — )}, 10 а в случае отрицательного отсчета сигнала

I -U (1ас) }1- ((1+а) -1} .

2)) Время накопления приемника 13 засинхронизировано с работой генератора 1б. Следовательно, элемент фотоприемника 13, соответствующий m-му частотному каналу, накапливает за время Т заряд, пропорциональный

О

Q„((I 1 )dttt )tU ((ат)+И (ltt))Oft+ т

2=

+) fU (1ле)-U (1де))cos ((1+Ы) -) г.

Первый член в последнем выражении определяет постоянную составляющую заряда, при этом U (let)+U (1()г.)вв

-/U(lot)/, а второй — отсчет спектра входного сигнала 1)(с), так как

U (lat)-1)-(1,)Е)=Ц(1Л t).

Таким образом, постоянная состав- 30 ляющая заряда в предлагаемом устройт

I (ч

-- npegeasexcs - Q (/U(let)/

/dt, а не Q „„ = ) макс/U(t) /Н =макс/

/U (t) /ÒU,, как в прототипе.

35 ! т

Известно, что t /U(t) /аС l } макс/

/U(t) /at. Причем для сигналов с пикфактором больше 1 всегда выполняется знак неравенства. Следовательно, уро- 4О вень постоянной составляющей выходного сигнала в предлагаемом устройстве меньше, чем в прототипе. Учитывая вид реальной светосигнальной характеристики фотоприемника, в качестве 45 которого обычно используют приборы с зарядовой связью, ясно, что отношение сигнал/пгум на выходе предлагаемого устройства выше, чем в прототипе. Численные расчеты на 3ВМ, при- 60 веденные по формулам для Qo и Яо, показали, что при 100 эквивалентных частотных каналах увеличение отноше91

4 ния сигнал/шум составляет величину порядка 12 дБ (в качестве модели сигнала использован полигармонический со случайными начальными фазами, равномерно расположенными на интервале 2/(-:. Амплитудный и фазовый спектры в квадратурных сигналах могут быть вьщелены обычным образом.

Формула изобретения

Оптический спектроанализатор, со" держащий расположенные на одной оптической оси и оптически последовательно связанные источник света, электрически соединенный с выходом блока управления, коллиматор, акустооптический модулятор, первую и вторую сферические линзы с диафрагмой между ними и фотоприемник, сигнальный выход которого соединен с выходом спектроанализатора, а также генератор опорного сигнала, отличающийся тем, что, с целью увеличения отношения сигнал/шум, введены инвертор, анализатор полярности, два коммутатора, балансный модулятор, генератор опорных функций и дискретизатор, вход которого соединен с входом спектроанализатора, а выход электрически соединен с входами анализатора полярности и инвертора, выходы которого электрически соединены с соответствующими входами первого коммутатора, a,âûõoä последнего — с входом блока управления, первый .вход балансного модулятора электрически соединен с выходом генератора опорного сигнала, второй вход — с выходом второго коммутатора, а выход — с электрическим входом акустооптического модулятора, выходЬ) генератора опорных функций электрически соединены с соответствующими входами второго коммутатора, а первый выход синхронизации — с входом синхронизации блока управления, второй выход синхронизации — с входом синхронизации дискретизатора, а вход синхронизации — с выходом синхронизации фотоприемника, при этом выход анализатора полярности электрически соединен с входами управления первого и второго коммутаторов.