Акустооптический приемник

Акустооптический приемник

Реферат

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для приема, пеленгации сложных сигналов и анализа их спектра. Цель изобретения-расширение функциональных возможностей путем пеленгации источника излучения сложного сигнала на основной и зеркальных частотах. Приемник содержит первую антенну, преобразователь частоты, первый и второй гетеродины, первый и второй смесители, первый, второй, третий, четвертый и пятый усилители промежуточной частоты, первый, второй и третий амплитудные детекторы, первый, второй и третий ключи, лазер, коллиматор, первую, вторую и третью ячейки Брэгга, первую, вторую и третью линзы, первый, второй и третий фотоприемники, вторую антенну, первый перемножитель, первый узкополосный фильтр, второй перемножитель, второй узкополосный фильтр, первый фазовый детектор, первый индикатор, первый фазовращатель на 90^o, первый масштабирующий перемножитель, второй фазовращатель на 90^o, второй фазовый детектор, второй индикатор, третий перемножитель, третий фазовый детектор, третий индикатор, третий фазовращатель на 90^o, третий масштабирующий перемножитель, четвертый фазовый детектор, четвертый индикатор, четвертый перемножитель, четвертый узкополосный фильтр, пятый фазовый детектор, пятый индикатор, четвертый фазовращатель на 90^o, четвертый масштабирующий перемножитель, шестой фазовый детектор и шестой индикатор. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для приема, пеленгации сложных сигналов и анализа их амплитудного спектра. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем пеленгации источника излучения сложного сигнала на основной и зеркальных частотах. Структурная схема предлагаемого приемника представлена на фиг.1; частотная диаграмма, поясняющая образование зеркальных каналов приема, на фиг. 2; принцип пеленгации источника излучения сложного сигнала в одной плоскости фазовым методом иллюстрируется фиг.3. Акустооптический приемник содержит первую антенну 1, преобразователь 2 частоты, первый и второй гетеродины 3 и 4, первый и второй смесители 5 и 6, первый-пятый усилители промежуточной частоты 7-11, первый, второй и третий амплитудные детекторы 12, 13 и 14, первый, второй и третий ключи, 15, 16 и 17, лазер 18, коллиматор 19, первую, вторую и третью ячейки Брэгга 20, 21 и 22, первую, вторую и третью линзы 23, 24 и 25, первый, второй и третий фотоприемники 26,27 и 28, вторую антенну 29, первый перемножитель 30, первый узкополосный фильтр 31, второй перемножитель 32, второй узкополосный фильтр 33, первый фазовый детектор 34, первый индикатор 35, первый фазовращатель 36 на 90^o, первый масштабирующий перемножитель 37, второй фазовращатель 38 на 90^o, второй масштабирующий перемножитель 39, второй фазовый детектор 40, второй индикатор 41, третий перемножитель 42, третий узкополосный фильтр 43, третий фазовый детектор 44, третий индикатор 45, третий фазовращатель 46 и 90^o, третий масштабирующий перемножитель 47, четвертый фазовый детектор 48, четвертый индикатор 49, четвертый перемножитель 50, четвертый узкополосный фильтр 51, пятый фазовый детектор 52, пятый индикатор 53, четвертый фазовращатель 54 на 90^o, четвертый масштабирующий перемножитель 55, шестой фазовый детектор 56 и шестой индикатор 57. Причем к выходу антенны 1 последовательно подключены смеситель 5, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 3, усилитель 7 промежуточной частоты, ключ 15, второй вход которого через последовательно включенные смеситель 6, усилитель 11 промежуточной частоты и амплитудный детектор 12 соединен с выходом гетеродина 4 и антенны 29, и пъезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 20. К выходу смесителя 5 последовательно подключены усилитель 9 промежуточной частоты, ключ 16, второй вход которого через последовательно, включенные усилитель 10 промежуточной частоты и амплитудный детектор 14 соединен с выходом смесителя 6, и пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 21. К выходу смесителя 5 последовательно подключены усилитель 8 промежуточной частоты, амплитудный детектор 13, ключ 17, второй вход которого соединен с выходом усилителя 11 промежуточной частоты, и пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 22. На пути распространения пучка света лазера 18 последовательно установлены коллиматор 19 и ячейки Брэгга 20, 21 и 22. На пути распространения диффрагируемых пучков света указанных ячеек Брэгга установлены линзы 23, 24 и 25, в фокальных плоскостях которых размещены фотоприемники 26, 27 и 28 соответственно. К второму выходу гетеродина 3 последовательно подключены перемножитель 30, второй вход которого соединен с вторым выходом гетеродина 4, узкополосный фильтр 31, фазовый детектор 34 и индикатор 35. К выходу усилителя 7 промежуточной частоты последовательно подключены перемножитель 32, второй вход которого соединен с выходом усилителя 11 промежуточной частоты, и узкополосный фильтр 33, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 34. К выходу узкополосного фильтра 31 последовательно подключены фазовращатель 36 на 90^o, масштабирующий перемножитель 37, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 31, фазовый детектор 40, и индикатор 41. К выходу узкополосного фильтра 33 последовательно подключены фазовращатель 38 на 90^o и масштабирующий перемножитель 39, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 33, а выход подключен к второму входу фазового детектора 40. К выходу усилителя 9 промежуточной частоты последовательно подключены перемножитель 42, второй вход которого соединен с выходом усилителя 10 промежуточной частоты, узкополосный фильтр 43, фазовый детектор 44, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 31, и индикатор 45. К выходу узкополосного фильтра 43 последовательно подключены фазовращатель 46 на 90^o, масштабирующий перемножитель 47, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 43, фазовый детектор 48, второй вход которого соединен с выходом масштабирующего перемножителя 37, и индикатор 49. К выходу усилителя 8 промежуточной частоты последовательно подключены перемножитель 50, второй вход которого соединен с выходом усилителя 11 промежуточной частоты, узкополосный фильтр 51, фазовый детектор 52, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 31, и индикатор 53. К выходу узкополосного фильтра 51 последовательно подключены фазовращатель 54 на 90^o, масштабированный перемножитель 55, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 51, фазовый детектор 56, второй вход которого соединен с выходом масштабирующего перемножителя 37, и индикатор 57. Пеленгация источников излучения сложных сигналов на основной и зеркальных частотах основана на использовании фазового метода, которому свойственно противоречие между требованиями точности измерений и однозначности отсчета угла. Действительно, согласно формуле где d расстояние между антеннами (измерительная база), фиг.3; l длина волны; g угол прихода радиоволн; приемник тем чувствительнее к изменению угла, чем больше относительный размер базы d/. Однако с ростом d/ уменьшается значение угловой координаты, при котором разность фаз превосходит значение 2, т.е. наступает неоднозначность отсчета. Для повышения точности и ускорения неоднозначности отсчета угловой координаты в предлагаемом приемнике используются две измерительные базы d₁ и d₂. Для повышения точности пеленгации источника излучения сложных сигналов используется большая измерительная база d₂, а для устранения неоднозначности отсчета угловой координаты используется малая измерительная база d₁. Между указанными базами выполняется следующее соотношение: Две измерительные базы d₁ и d₂ формируют две шкалы измерений: грубую, но однозначную и точную, но неоднозначную. При этом вторая измерительная база d₂ создается электрическим" путем за счет "умножения" фазы гармонических колебаний в два раза без фактического разноса приемных антенн в пространстве. Причем "умножение" фазы в два раза осуществляется по формуле 2sincos=sin2. Акустооптический приемник работает следующим образом. Принимаемые сложные сигналы, например, с фазовой манипуляцией (ФМн) где U_c, f_c, ₁, ₂, Т_с-амплитуда, несущая частота, начальные фазы и длительность сигналов; _k(t) манипулируемая составляющая фазы сигналов, отображающая закон фазовой манипуляции, причем _k(t)=const при K_n < t < (K+1)_n и может изменяться скачком при t К_n, т.е. на границах между элементарными посылками ( К=1,2.N-1); _n, N длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_c(T_c=N _n); с выходов антенн 1 и 29 поступают на первые входы смесителей 5 и 6 соответственно. На вторые входы смесителей 5 и 6 с выходов гетеродинов 3 и 4 подаются напряжения соответственно где U_r1, U_r2, f_r1, f_r2, _г1, _г2 амплитуды, частоты и начальные фазы напряжений гетеродинов. Причем частоты f_r1 и f_r2 гетеродинов 3 и 4 выбраны следующим образом f_r2-f_r1=2f_пр, f_c-f_r1=f_r2-f_c=f_пр. Частота настройки f_н1 и полоса пропускания f₁ усилителей 7,9 и 11 промежуточной частоты выбраны следующим образом Частота настройки f_н2 и полоса пропускания f₂ усилителей 8 и 10 промежуточной частоты выбраны следующим образом: Частота настройки f_н3 и полоса пропускания f₃ узкополосных фильтров 31, 33, 43 и 51 выбраны следующим образом: В смесителях 5 и 6 принимаемые сигналы преобразуются в напряжения следующих частот: f_c1=f_c-f_r1=f_пр, f_c2=f_r2-f_c=f_пр, где первый индекс канал, по которому принимается сигнал; второй индекс обозначает номер гетеродина, участвующего в преобразовании несущей частоты принимаемых сигналов. Усилители 7,9 и 11 промежуточной частоты выделяются следующие напряжения: где K₁ коэффициент передачи смесителей, f_пр=f_с-f_r1=f_r2-f_с промежуточная частота, _пр1=₁-_г1, _пр2=₂-_г2. Напряжение U_пр2(t) с выхода усилителя 11 промежуточной частоты поступает на вход амплитудного детектора 12, где выделяется его огибающая, которая поступает на управляющий, вход ключа 15, открывая его. Ключи 15, 16 и 17 в исходном состоянии всегда закрыты. При этом напряжение U_пр1(t) с выхода усилителя 7 промежуточной частоты через открытый ключ 15 поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 20, где происходит его преобразование в акустическое колебание. Пучок света от лазера 18, сколлимированный коллиматором 19, проходит через ячейки Брэгга 20, 21и 22 и дифрагирует в ячейке Брэгга 20 на акустических колебаниях, возбужденных напряжением U_пр1(t). На пути распространения дифрагируемой части пучка света устанавливается линза 23. В фокальной плоскости линзы 23 (24, 25), формирующей пространственный спектр принимаемого сигнала, установлен фотоприеминк 26 (27, 28). Каждому разрешаемому элементу анализируемого частотного диапазона соответствует свой фотодетектор. Ячейка Брэгга 20 (21, 22) состоит из звукопровода и возбуждающей гиперзвук пьезоэлектрической пластины, выполненной из кристалла ниобата лития, соответственно X и Х-35^o среза. Это обеспечивает автоматическую подстройку по углу Брэгга и работу ячейки в широком диапазоне частот. Напряжения U_пр1(t) и U_пр2(t) с выходов усилителей 9 и 11 промежуточной частоты поступают соответственно на первые входы ключей 16 и 17. Так как в полосу пропускания f₂ усилителей 8 и 10 промежуточной частоты напряжения U_пр1(t) и U_пр2(t) не попадают, то ключи 16 и 17 остаются в закрытом состоянии. Напряжения U_r1(t) и U_r2(t) с вторых выходов гетеродинов 3 и 4 поступают на два входа перемножителя 30, на выходе которого образуются напряжения суммарной и разностной частот где U_r=1/2K₂U_r1U_r2; К₂ коэффициент передачи перемножителя. Из указанных напряжений узкополосным фильтром 31 выделяется напряжение разностной частоты где 2f_пр=f_г2-f_г1, _г2-_г1=_г,, которое поступает на первый вход фазового детектора 34. Напряжения U_пр1(t) и U_пр2(t) с выходов усилителей 7 и 11 промежуточной частоты поступают на два входа перемножителя 32, на выходе которого образуются напряжения суммарной и разностной частот где ₁=₁-₂ фазовый сдвиг, определяющих направление на источник излучения сложных сигналов. Из указанных напряжений узкополосным фильтром 33 выделяется напряжение суммарной частоты , которое подается на второй вход фазового детектора 34. На выходе последнего образуется постоянное напряжение u_Н1()=U_Н1cos₁, где ; К₃ коэффициент передачи фазового детектора; d₁- измерительная база, пропорциональное измеряемой разности фаз Dv₁. Это напряжение фиксируется индикатором 35. Напряжения U_r(t) и U₅(t) выходов узкополосных фильтров 31 и 33 одновременно поступает на входы фазовращателей 36 и 39. На выходах фазовращателей 36 и 38 на 90^o образуются напряжения соответственно: которые подаются на вторые входы масштабирующих перемножителей 37 и 39. На выходах последних образуются напряжения: u₉(t)=2u₅(t)u₇(t)=U₉sin(8f_прt+2_г+2₁), где , которые поступают на два входа фазового детектора 40. На выходе последнего образуется постоянное напряжение u_Н2()=U_Н2sin₂₁=U_Н2sin₂, где d₂=2_d1; которое фиксируется индикатором 41. Следовательно, путем "умножения" фазы напряжений U_r(t) и U₅(t) на два создается вторая измерительная база d₂(d₂= 2_d1) без фактического разноса антенны 1 и 29 в пространстве. Причем малая измерительная база d₁ обеспечивает формирование грубой, но однозначной шкалы измерений () а большая база d₂ точную, но неоднозначную шкалу измерений (). Следует также отметить, что при пеленгации источника излучения ФМн сигналов обеспечивается повышение чувствительности приемника. Ширина спектра f_c принимаемых ФМн сигналов определяется длительностью _и элементарных посылок (), тогда как ширина спектра f_г гармонического колебания U₅(t) определяется его длительностью Т_с (), т.е. ширина спектра f_г гармонического колебания в N раз меньше ширины спектра f_c входных ФМн сигналов (f_c/f_г=N). Следовательно, при перемножении канальных ФМн сигналов промежуточной частоты их спектр "сворачивается" в N раз. Это дает возможность с помощью узкополосного фильтра 33 выделить гармоническoe колебание U₅(t), отфильтрован в при этом значительную часть шумов и помех, т.е. повысить реальную чувствительность приемника при пеленгации источника излучения сложных сигналов. Описанная выше работа приемника соответствует случаю приема сложных сигналов по основному каналу на частоте f_c (фиг.2). Если ФМн сигналы принимаются по первому зеркальному каналу на частоте f₃₁, то в смесителях 5 и 6 они преобразуются в напряжения следующих частот: f₁₁= f_rl-f₃₁= f_np, f_l2 f_r2 -f₃₁3 f_np, которые попадают в полосы пропускания усилителей 7, 9 и 10 промежуточной частоты Напряжение U_пр4(t) c выхода усилителя 10 промежуточной частоты поступает на вход амплитудного детектора 14, где оно детектируется и поступает на управляющий вход ключа 16, открывая его. При этом напряжение U_прз(t)c выхода усилителя 9 промежуточной частоты через открытый ключ 16 поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 21, где происходит его преобразование в акустические колебания. В этом случае ФМн сигналы, принимаемые по первому зеркальному каналу на частоте f₃₁, анализируются и фиксируются фотоприемником 27. Напряжение U_прз(t)c выхода усилителя 7 промежуточной частоты поступает на первый вход ключа 15. Так как в полосу пропускания f₁ усилителя 11 промежуточной частоты напряжение не попадает, то ключ 15 остается в закрытом состоянии. Напряжения U_прз(t) и U_пр4(t)с выходов усилителей 9 и 10 промежуточной частоты поступают на два входа перемножителя 42, на выходе которого образуются напряжения суммарной и разностной частот Из указанных напряжений узкополосным фильтром 43 выделяется напряжение разностной частоты которое поступает на первый вход фазового детектора 44, на второй вход которого подается напряжение U_r(t) выхода узкополосного фильтра 31. На выходе фазового детектора 44 образуется постоянное напряжение U_Н3()=U_Н3cos₁ которое фиксируется индикатором 45. Напряжение U₁₁(t) с выхода узкополосного фильтра 43 поступает на вход фазовращателя 46 на 90^o и на первый вход масштабирующего перемножителя 47. На выходе фазовращателя 46 на 90^o образуется напряжение которое подается на второй вход масштабирующее перемножителя 47. На выходе последнего образуется напряжение которое поступает на первый вход фазного детектора 48, на второй вход которого подается напряжение U₈(t) выхода масштабирующего перемножителя 37. На выходе фазового детектора 48 образуется постоянное напряжение u_H4()=U_H4sin2₁=U_H4sin₂, которое фиксируется индикатором 49. Если ФМн сигналы принимаются по второму зеркальному канала на частоте f₃₂, то в смесителях 5 и 6 они преобразуются в напряжения следующих частот: f₂₂= f₃₂-f_r2= f_np, f₂₁= f₃₂-f_-= 3f_np, которые попадают в полосы пропускания f₁ и f₂ усилителей 11 и 8 промежуточной частоты: Напряжение U_пр6(t) выхода усилителя 8 промежуточной частоты поступает на вход амплитудного детектора 13, где оно детектируется и поступает на управляющий вход ключа 17, открывая его. При этом напряжение U_пр5(t) выхода усилителя 11 промежуточной частоты через открытый ключ 17 поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 22, где происходит его преобразование в акустические колебания. В этом случае ФМн сигналы, принимаемые по второму зеркальному каналу на частоте f₃₂, анализируются и фиксируются фотоприемником 28. Напряжения U_np5(t) и U_пр6(t) выходов усилителей 11 и 8 промежуточной частоты поступают на два входа перемножителей 50, на выходе которого образуются напряжения суммарной и разностной частоты Из указанных напряжений узкополосным фильтром 51 выделяется напряжение разностной частоты которое поступает на первый вход фазового детектора 52, на второй вход которого подается напряжение U_r(t) выхода узкополосного фильтра 31. На выходе фазового детектора 52 образуется постоянное напряжение u_н5()=U_н5cos, которое фиксируется индикатором 53. Напряжение U₁₅(t)с выхода узкополосного фильтра 51 поступает на вход фазовращателя 54 на 90^o и на первый вход масштабирующего перемножителя 55. На выходе фазовращателя 54 на 90^o образуется напряжение которое подается на второй вход масштабирующего перемножителя 55. На выходе последнего образуется напряжение где U₁₇=K₂U_пр2; которое поступает на первый вход фазового детектора 56, на второй вход которого подается напряжение U₈(t) выхода масштабирующего перемножителя 37: На выходе фазового детектора 56 образуется постоянное напряжение u_н6()=U_н6sin2₁=U_н6sin₂, которое фиксируется индикатором 57. Если ФМ-сигналы одновременно принимаются по основному каналу на частоте f_c и по зеркальным каналам на частотах f₃₁ и f₃₂, то в работе участвуют все блоки приемника. Таким образом, предлагаемый приемник по сравнению с прототипом обеспечивает пеленгацию источника излучения сложного сигнала на основной и зеркальных частотах. При этом для повышения точности и устранения неоднозначности отсчета угловой координаты в предлагаемом приемнике используются две измерительные базы d₁ и d₂. Причем для повышения точности пеленгации источника излучения сложных сигналов используется большая измерительная база d₂, а для устранения неоднозначности отсчета угловой координаты используется малая измерительная база d₁. Между указанными базами выполнейшая следующее соотношение Две измерительные базы d₁ и d₂ формируют две шкалы измерений: грубую, но однозначную и точную, но неоднозначную. При этом вторая измерительная база d₂ создается " электрическим" путем за счет "умножения" фазы гармонических колебаний в два раза без фактического разноса приемных антенн в пространстве. Причем "умножение" фазы в два раза осуществляется по формуле 2sincos=sin2 Кроме того, при перемножении канальных ФМн сигналов промежуточной частоты их спектр "сворачивается" в N раз. Это дает возможность с помощью узкополосной фильтрации выделить гармонические колебания, отфильтровав при этом значительную часть шумов и помех, т.е. повысить реальную чувствительность приемника при пеленгации источника излучения сложных сигналов. Тем самым функциональные возможности приемника расширены.

Формула изобретения

Акустооптический приемник, содержащий лазер, на пути распространения пучка света которого последовательно установлены коллиматор, первая, вторая и третья ячейки Брэгга, на пути распространения дифрагированных пучков света установлены соответственно первая, вторая и третья линзы, в фокальных плоскостях которых размещены первая, вторая и третья матрицы фотодетекторов, последовательно соединенные первый гетеродин, первый смеситель, другой вход которого подключен к антенне, первый усилитель промежуточной частоты (УПЧ), первый ключ и электрический вход первой ячейки Брэгга, последовательно соединенные третий УПЧ, подключенный к выходу первого смесителя, второй ключ и электрический вход второй ячейки Брэгга, последовательно соединенные второй гетеродин, второй смеситель, пятый УПЧ, третий ключ и электрический вход третьей ячейки Брэгга, последовательно соединенные второй УПЧ, подключенный к выходу первого смесителя, второй амплитудный детектор и второй вход третьего ключа, последовательно включенные четвертый УПЧ, вход которого соединен с выходом второго смесителя, третий амплитудный детектор и второй вход второго ключа, первый амплитудный детектор, выход которого соединен с вторым входом первого ключа, а вход подключен к выходу пятого УПЧ, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем пеленгации источника излучения сложного сигнала на основной и зеркальных частотах, в него введены вторая антенна, четыре перемножителя, четыре узкополосных фильтра, четыре фазовращателя на 90°, четыре масштабирующих перемножителя, шесть фазовых детекторов и шесть индикаторов, причем к первому входу второго смесителя подключена вторая антенна, к второму выходу первого гетеродина последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина, первый узкополосный фильтр, первый фазовый детектор и первый индикатор, к выходу первого усилителя промежуточной частоты последовательно подключены второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом пятого усилителя промежуточной частоты, и второй узкополосный фильтр, выход которого соединен с вторым входом первого фазового детектора, к выходу первого узкополосного фильтра последовательно подключены первый фазовращатель на 90°, первый масштабирующий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, второй фазовый детектор и второй индикатор, к выходу второго узкополосного фильтра последовательно подключены второй фазовращатель на 90° и второй масштабирующий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, а выход подключен к второму входу второго фазового детектора, к выходу третьего усилителя промежуточной частоты последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом четвертого усилителя промежуточной частоты, третий узкополосный фильтр, третий фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, а третий индикатор, к выходу третьего узкополосного фильтра последовательно подключены устий фазовращатель на 90°, третий масштабирующий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего узкополосного фильтра, четвертый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого масштабирующего перемножителя, и четвертый индикатор, к выходу второго усилителя промежуточной частоты последовательно подключены четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом пятого усилителя промежуточной частоты, четвертый узкополосный фильтр, пятый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, и пятый индикатор, к выходу четвертого узкополосного фильтра последовательно подключены четвертый фазовращатель на 90^o, четвертый масштабирующий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом четвертого узкополосного фильтра, шестой фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого масштабирующего перемножителя, и шестой индикатор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3