Устройство определения углового положения точечных излучателей

Устройство определения углового положения точечных излучателей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: устройство определения углового положения точечных излучателей относится к области оптической обработки информации, а точнее - к способу определения угловых положений слабых точечных излучателей по виду пространственного фурье-спектра светового поля, промодулированного исходным сигналом от Изобретение относится к области оптической обработки информации, а точнее - к устройствам определения углового положения слабых точечных излучателей. Целью устройства является.повышение обнаружительной способности путем уменьшения когерентных шумов при сокращении одного (поперечного) размера кадрового окна, а также конструктивного излучателей. Изобретение наиболее эффективно может быть использовано в радиоили акустических исследованиях. Сущность изобретения: устройство содержит линейную решетку приемников, подключенных к соответствующим электродам пространственно-временного фазового модулятора света, установленного на оптической оси устройства в передней фокальной плоскости фурье-объектива после когерентного источника и формирующей оптической системы, с механизмом возвратно-поступательного перемещения узкого освещающего пучка в параллельном электродам ПВМС направлении , фоторегистратор, фоточувствительный слой которого расположен за четвертьволновой пластинкой в выходной плоскости устройства , совмещенной с задней фокальной плоскостью фурье-обьектива, а также светоделитель (полупрозрачную пластинку), расположенный под углом к оптической оси между формирующей оптической системой и модулятором, и поворотное зеркало вне оптической оси под углом к выходной плоскости , служащие для формирования опорного пучка в выходной плоскости. 1 ил. упрощения путем устранения устройства ввода. Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве определения углового положения точечного излучателя, содержащем линейную решетку приемных элементов, а также расположенные после довательно на оптической оси источник когерентного излучения, формирующую & 00 ч 00 о о СА

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я)y G 02 В 27/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ (21) 4925568/10 (22) 05.04 91 (46) 23.05.93. Бюл, hL 19 (71) Научно-исследовательский институт радиоэлектроники и лазерной техники МГТУ им, Н.Э,Баумана (72) Н.M,Âåðåíèêèíà, А.M.Ãîðåëîâ и

О.В.Рожков (73) Научно-исследовательский институт ра-. диоэлектроники и лазерной техники Московского государственного университета им. Н.Э.Баумана (56) Акустическая голография. Под ред, B.Â.Ïðoõop0âà, Л.: Судостроение, 1975, с. 182 — 218. (54) УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ТОЧЕЧНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ (57) Использование: устройство определения углового положения точечных излучателей относится к области оптической обработки информации, а точнее — к способу определения угловых положений слабых точечных излучателей по виду пространственного фурье-спектра светового поля, промодулированного исходным сигналом от

Изобретение относится к области оптической обработки информации, а точнее — к устройствам определения углового положения слабых точечных излучателей, Целью устройства является. повышение обнаружительной способности путем уменьшения когерентных шумов при со..ращении одного (поперечного) размера кадрового окна, а также конструктивного. Я2, 1817860 АЗ излучателей. Изобретение наиболее эффективно может быть использовано в радиоили акустических исследованиях. Сущность изобретения: устройство содержит линейную решетку приемников, подключенных к соответствующим электродам пространственно-временного фазового модулятора света, установленного на оптической оси устройства в передней фокальной плоскости фурье-объектива после когерентного источника и формирующей оптической системы, с механизмом возвратно-поступательного перемещения узкого освещающего пучка в параллельном электродам ПВМС направлении, фоторегистратор, фоточувствительный слой которого расположен за четвертьволновой пластинкой в выходной плоскости ус- 3 тройства, совмещенной с задней фокальной плоскостью фурье-обьектива, а также светоделитель (полупрозрачную пластинку), расположенный под углом к оптической оси между формирующей оптической системой и модулятором, и поворотное зеркало вне оптической оси под углом к выходной плоскости, служащие для формирования опорвшей ного пучка в выходной плоскости. 1 ил, упрощения путем устранения устройства ввода.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве определения углового положения точечного излучателя, содержащем линейную решетку приемных элементов, а также расположенные последовательно на оптической оси источник когерентного излучения, формирующую

1817860 оптическую систему, пространственно-временной модулятор света, фурье-объектив и фоторегистратор, расположенный в выходной плоскости устройства, совмещенной с задней фокальной плоскостью фурье-объектива, в передней фокальной плоскости которого помещен пространственно-временной модулятор света, пространственно-временной модулятор света выполнен в виде перпендикулярной оси фазомодулирующей среды с набором параллельных между собой электродов, каждый из которых подключен к выходу соответствующего приемного элемента линейной решетки приемных акустических элементов, модулятор снабжен механизмом возвратно-поступательного перемещения узкого освещающего пучка в параллельном электродам направлении, светоделитель, расположенный между формирующей оптической системой и модулятором, и отклоняющее зеркало вне оптической оси и под углом к выходной плоскости, а также четвертьволновую пластинку перед выходной плоскостью.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство определения углового поло>кения точечных излучателей содержит линейную решетку приемных акустических элементов 1, каждый элемент которой подключен к соответствующему электроду пространственно-временного модулятора света 2, светомодулирующая среда которого с системой электродов расположена перпендикулярно оптической оси устройства и снабжена щелью с механизмом возвратнопоступательного перемещения в параллельном электродам направлении, устройство когерентного спектроанализатора, включающее помимо пространственно-временного модулятора света расположенные последовательно на оптической оси источник когерентного излучения 3, формирующую оптическую систему 4, фурье-объектив

5 и фоторегистратор 6, плоскость регистрации которого сопряжена с задней фокальной плоскостью фурье-объектива 5, в передней фокальной плоскости которого установлен пространственно-временной модулятор 2, устройство содержит также светоделитель 8 в виде полупрозрачной пластинки, расположенной между формирующей оптической системой и пространственно-временным фазовым модулятором света под углом к оптической оси, а также вынесенное отклоняющее зеркало 9, направляющие часть излучения на плоскость оегистрации фоторегистратора 6 — выходную плоскость устройства, перед которой установлена фазосдвигающая четвертьволновая пластинка 10.

Устройство работает следующим образом, При приеме сигнала от малоразмерного

5 излучателя S, имеющего угол положения

О по отношению к оси решетки 1 и находящегося в дальней зоне приема, линейная антенная решетка размером Ь из эквидистантных приемников с пространственным периодом Тп сформирует дискретный сигнал, определяемый как

Un(x.у) = ЗпЩх,у) comb(" ))rect(" ), Тп . Тп -и где

%Г

Ис.(х,y) = Ас f u«(V<)exI>j)2 Рс (t— — — cos О))с1и, х Vc (2) 40 U,(x1,t) =

=$п Зэ(0с(х1 t) . соп1Ь(— "))rect(), (3)

Т1 Т1 L1 где

« л

U<(x1 t) = Ас f U«(И)ехр f/2N (t— — ф х1 О))б Ь (4) 20 где х — координата вдоль линейки приемников (см. фиг.1);

S< — чувствительность каждого приемника„

U« — временной спектр излучения ис. точника 5 с амплитудой излучения А и ско25 ростью распространения излучения Чс, Электрические сигналы с приемных акустических элементов, приходя на электроды

ПВМС, вызывают изменение электрического поля (в пространстве), приложение которого к участку упругой (эластичной) среды

3р приводит к изменению ее толщины. При, этом электрический сигнал от каждого акустического элемента поступает на соответствующий электрод модулятора через соответствующий электрический контакт.

С учетом масштабного коэффициента

m сигнал, поступающий на электроды рельефографического IlBMC, и формирующий поле, которое деформирует рельефографическую (эластомерную, гелеобразную и др.) поверхность пропорционально приложенному напряжению, этот сигнал равен

1817860 хР(х1))= 0го Ur1(х1t), Л(х1t) = ho+ Ь(х1Д).— ho+

0ю = U0ce ехрЦ ho), 2л (8) + SgSeSr0c(x1 т) („comb() х

1 х1

Т1 Т1 х rect(„)), (5) (.1 („)cos(2zr(2(+ 1) v>kx>)).

Ь Uc

Р(х1) = cos x1 — — cos 3 x1+

2л 1 2л

Т1 3 Т1

+-cos5 x1 —... = — 1+

1 2л

5 Т1

2л 2л д (1Д)) Ехр{) д Ро+ — СОЭ Щб Vz) СОЗ(2 ЛМ1 Х1) ), (11) л1 /c где время t под экспонентой выражено чеР) рез t = у1/V1 (V1 — скорость перемещения х1 — координата поперек электродов

ПBMС, T1= mТи, L1= п11 и, Se — коэффициент передачи электронного тракта.

Заметим, что влиянием множителя

fåñt(õ1/L1) можно пренебречь, если только

L1 > Т1 или L1/T»> 1, что на практике обычно выполняется. Далее, рельеф с учетом чувствительности Sr и размераЛх1 каждого электрода можно записать, как где 4, — толщина модулирующей среды.

В силу обработки сигналов, длина волны которых М существенно превосходит расстояние между приемниками 4» Ти (или Я0лт» Т1), а также непрерывности среды А «Ло, дискретный сигнал (3), поступая на электроды, образует рельеф (5), представляющий собой непрерывную функЦИЮ Uc(X1,t), ПРОМОДУЛИРОВаННУЮ фУНКЦИЕй

Р(х1) = comb(" ))х rect("), зависяТ1 Т1 (1 щей от соотношения размеров электродов

Ах1 и расстояния между ними Т1, т.е. скважности системы электродов. Кроме того в общем случае на практике не выполняется гомотетичность преобразования размеров чувствительных элементов приемной антенной решетки Л х и размеров электродов

Лх1, т.е. Ëx1 Л х/m или Л x/Ò W Лх1/Т1.

Причем если h x!T «1 практически всегда, то Лх1 и Т1 могут быть соизмеримы в зависимости от скважности системы электродОв. ЕСЛИ b x1 = T1/2, тагда — 19 2л

+ Х cos((2 1+1)х1). (6)

g.=0 (2 1+ 1 ) Т1

Амплитудный коэффициент пропускания

ПВМС где А — длина волны освещающего излучения S n Se Sr.

При освещении однородной волной с амплитУДой U0ce за вхоДным тРанспаРантом (ПВМС) получаем модулированное световое поле

U r (õ1 t) = U0ce expfJ Ло)ехр(), S00(x1 т)х

2л 2л

Ur1(x1Л) = exP(jbUc(x1 t) Р(х1)), Ь = 2Л S/ Я. (9) Воспользуемся разложением вида ехр()с@, g) cos(2 harv() =J0(q(ф, y))+2 Xj Jkx

k=0

x(q((, д))cos(2 л1 k(), тогДа Ur1(x1Д) можно записать как

20 Ur1(x1,t) = exp{jbUc(x1 t)(cos(2 ли1 х1)—

00 00 — — cos(6XV1x1)+ ...)} = p (— 1) { Xj Jkx

3 г,=о k = — 00

25 (2 1 )cos(2 л(2Р 1)1 1кх1)).

При небольших изменениях рельефа на среде (А «А): (Ы00 ) 1 (b0ñ)

30 2 K+1 8(2 f+1) и

0г1(х1Д) = 1 + 2 Ц (— 1) { Z j J kx

3=0 k =1

Bxzcn ayJ(1-----Ос(ч4 при Ьг «+, множитель у cos(2 ли1 x1) раВЕН jbUc COS(2 Ли1 Х1), ТОГда СИГНаЛ В ВЫ40 ходной плоскости в первом порядке дифракции определяется выражением

0 ex1(vx1 vy1) = Ffb { f Uc< ехрЦ2л(- —— — 00 V1

1817860

Uo1(y1ä) = д (у1 — Ч11), b = !Ь.

При движении щели, вырезающей из широкого освещающего пучка узкий световой "нож", происходит перемещение узкого освещающего пучка в перпендикулярном электродам направлении.

Меняя порядок интегрирования и учит ы вая фил ьтри рующее свойство д-фун кции, получим

Ъ уЪ

Цвх1((х1, Vy1) = C1 Uct (Vy1 V1 + (Vx1 + И ) х

m c х

cosO с1 = b mV1/Vc. (12)

Для получения результирующего распределения интенсивности, выходную плоскость освещают опорной плоской волной

Uon = Uo exp(I2л sIn p у 1/ iI), где /3 — угол падения опорной вол н ы. Результат интерференции фурье-образа входного сигнала с опорной волной описывается выражением (вых(х 1,y 1) = IU вх+ UonI = !U вхI +

"1 2 "1 2

+ I.Uon! +(U вх U*on+ U вх+ Ооп). (13) Составляющие 0 вх I и Uon! являг 2 ются шумовой засветкой и могут быть устранены вычитанием; информационные составляющие (U Dx U*on+ О *sx Uon) с учетом действительного характера функции

-1

U „и четвертьволновой пластинки окончательно формируют следующее распределение;

"1 ". * "1* (U x U оп + U вх + Uon) = 20 01вх х х саз(2л з(п р у 1/ Л) = 02Uct (vy1 v1 +

+ tv„1+х1) ) сов(2лз!пpy 1/il), cos О сг = 2UobmV1Vс.

Следовательно, интересующая нас информация об угловом положении исходного излучателя s содержится в угловой координате следа наклонно расположенного фурье-спектра и может быть определена согласно зависимости (Э1 = — дгс<9(О), Ч1<:os О (15) щели во входной плоскости вдоль электродов, размером которого в поперечном направлении можно пренебречь: (:4 — угол наклона фурье-спектра в точке их1 —— 11, ОдНОЗНаЧНО СВязаННЫй С УГЛОВЫМ положением точечного излучателя О.

Таким образом, информация об угловом положении излучателя О1 извлекается иэ результирующего распределения путем измерения угла следа фурье-спектра излучающего источника О1, который однозначно определяет угловое положение О последнего относительно линейной решетки приемных элементов. Определение О происходит при анализе картины, получаемой в фаторегистраторе при использовании щелевой диаграммы, размер которой в поперечном направлении (в направлении перемещения) многократно меньше размера полного кадрового окна, что соответственно обеспечивает многократное уменьшение шумовой составляющей пространственнога фурье20 спектра, а, следовательно многократное превышение обнаружительной способности предлагаемого устройства по сравнению с прототипом (например, при кадровом окне 20 х 20 мм и щели 1 х 20 мм превы25 шение порядка (20 х 20);(1 х 20) = 20 раз), Повышение обнаружительной способности особенно важно в устройствах подобного типа, т,к, позволяет обнаруживать и определять угловое положение слабых (по мощно30 сти) излучателей. Упрощение конструкции устройства за счет ликвидации устройства ввода или устройства, обеспечивающего запись принятого сигнала на оптический транспарант, существенно сокращает габа35 рить(всей системы, Экономический эффект от использования предложенного устройства обусловлен его техническими преимуществами, Формула изобретения

Устройство определения углового положения точечных излучателей, содержащее линейку приемных элементов и блок оптической обработки сигналов, состоящий иэ оптически связанных источника когерентного излучения, формирующей оптической системы, пространственно-временного модулятора света, фурье-объектива и фаторегистратора, причем пространственно-временной модулятор света расположен в передней фокальной плоскости фурьеобъектива, функция его пропускания определяется сигналами с приемных элементов, а фоторегистратор расположен в задней фокальной плоскости фурье-объектива, о т л и55 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения обнаружительной способности путем уменьшения кагерентных шумов, а также упрощения конструкции, блок оптической обработки сигналов дополнительно содер1817860

Составитель H. Вереникина

Техред M. Моргентал Корректор А, Обручар

Редактор Т. Иванова

Заказ 1741 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 жит оптически связанные светоделитель, отклоняющее зеркало и четвертьволновую пластинку, причем светоделитель расположен между формирующей оптической системой и пространственно-временным модулятором, отклоняющее зеркало расположено вне оптической оси фурье-объектива под углом к задней фокальной плоскости фурье-объектива, четвертьволновая пластинка расположена в задней фокальной плоскости фурье-объектива, пространственно-временной модулятор содержит прозрачную пластинку из фазомодулирующего свет материала, снабженную набором электродов, выполненных в виде параллельных отрезков прямой, и щель с меха5 низмом ее перемещения, причем щель ориентирована в направлении, перпендикулярном направлению электродов, и установлена с возможностью возвратнопоступательного перемещения вдоль элек10 тродов, каждый из которых подключен к выходу соответствующего приемного элемента.