Адаптивная оптическая система апертурного зондирования

(19) 5 001 СЗ/08 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К (ВТОРСКО СВИДЕТЕЛ ЬСТ О ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56 Авторское свидетельство СССРМ 1517483, кл. С 01 С 3/08, 1987,Авторское свидетельствс СССР(54) АДАПТИВНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕ.МА АПЕ РТУР НОГО ЗОНДИРОВАНИЯ(57 Использование; в информационных иизмерительных системах. Сущность изобрете(ия; устройство содержит источник когерентного излучения 1 с фазовращателем 2,детектор 3, соединенный с амплитудным дете тором 5 и последовательно соединенными, ограничителем напряжения 4,синхронным детектором 6, фильтром 9 нижних частот, блоком 10 определения знака, выход которого соединен с входом перемножителя 11, а выход последнего - с входом сумматора 12, второй вход которого соединен с выходом модулирующего генератора 7, а выход с управляющим входом фазовращателя 2. Модулирующий генератор соединен с входом управляемой линии задержки 8, выход детектора соединен с входом последовательно соединенных второго полосового фильтра комбинационной частоты, усилителя-ограничителя 14 и фазового детектора 17, второй вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра 15, 1-2-3-16-14-17-8-6-9-10-11-12 1-2-3- 5 - 11 - 12 - 13 - 15 - 17 1 - 2 - 3 - .4 - 6 - 9 - 10 - 11 - 12.1 ил.Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в информационных и измерительйых сйстемах;Известны различные устройства адаптивных оптических систем апертурного зондирования, в которых по отраженному сигналу происходит подстройка фаз когерентных излучателей,В данных устройствах предлагается введение временной задержки в опорный сигнал, равной времени распространения излучения до мишени и обратно, Недостатком этих устройств является то, что ошибка в значении дальности до обьектаприводит к ошибкам фазирования системы в целом,Наиболее близкой по технической сущности является адаптивная оптическая система, содержащая источник когерентного излучения с фазовращателем, детектор, синхронный детектор, фильтр нижних частот, сумматор, модулирующий генератор, амплитудный детектор, ограничитель напряжения, управляемую линию задержки, блок определения знака; перемножитель. В процессе работы сигнал источника когерентного излучения проходит через фазовращатель, при этом фазовая модуляция отраженного излучения принимается детектором. Этот сигнал одновременно поступает на ограничитель напряжения и амплитудный детектор. Предварительно в линии задержки устанавливается величина задержки, соответствующая времени прохождения сигнала до мишени и обратно, На выходе синхронного детектора сигнал пропорционален разности фаз сигнала с выхода ограничителя и линии задержки, В зависимости от знака выходного напряжения синхронного детектора формируется соответствующий сигнал фазовой коррекции, который суммируется в сумматоре с модулирующим сигналом для управления фаэовращателем. Тем самым обеспечивается уменьшение зависимости сигнала фазовой коррекции от ошибок измерения дальности, приводит к повышению точности фокусировки лазерного излучения источника на мишень.Недостатком данного устройства является необходимость предварительного измерения дальности от объекта, что требует наличия дополнитеЛьной измерительной дальности системы, при этом каналы измерения оптической системы и дополнительной дальномерной системы требует точного углового совмещения, что приводит к существенному снижению надежности работы адаптивной системы в целом.Целью изобретения я вля ется по вы шение точности,Эта цель достигается эа счет использования комбинационных частот фазовой модуляции для измерения дальности до цели.Для этого в устройство-прототип дополни тельно введены усилитель-ограничитель,смеситель, два полосовых фильтра и фазовый компаратор. При этом первый вход смесителя соединен с выходом одного иэ модулирующих генераторов, а второй вход 10 - с выходом другого модулирующего генератора, выход - с входом первого полосового фильтра, вход второго полосового фильтра соединен с выходом оптического детектора, а выход - с входом усилителя-ограничителя, 15 выход которого соединен со вторым входомфазового компаратора, первый вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра, э выход - с входом управляемой линии задержки.20 Сущность изобретения заключается вследующем.Разложим в ряд Бесселя-Фурье выражение для интенсивности отраженного от точечной цели сигнала25Ф1 =. чсоз(вос+ф+ф з 1 п Ис)2, (1)%где ч - напряженность поля, создаваемая3 О 1-ой субапертурой на объекте; .во - частота оптического излучения;р - собственная фаза излучения 1-ойсубапертуры на объекте, содержащая собственную фазу генератора и геометрический35 набег фазы от 1-ой субапертуры до объекта;ф - индекс фазовой модуляции в 1-омканале;И - частота фазовой модуляции в 1-омканале,4 О При преобразовании выражения (1) учтем только низкочастотные составляющие,видаА 1= созЛр+ф(81 п И с - з 1 п И 1 сИ (2)где Ьр =ф - Я; ф=.ф =ф,45 После преобразований выражение (2) легко переписать в виде (с учетом третьей и четвертой гармоник частот фазовой модуляции)А = соз Ьф /1 о + 21 о 2 соз 2 И с + г 50 + 21 о 12 соз 2 И с + 2 1 о 14 соз 4 Ис ++ 42 соз 2 Ис соз 2 й с + 4 1 г 1 а соз 2 х хИс соз 4 Ис + ,) + з 1 п Ьсрц (2 о 1 з 1 п И;С+2 112 з 1 п ИС) СОЯ 2 ИС+2114 з 1 п хИ с соз 4 И с + 2 1 э з 1 л 3 И с +4 2 э х 55 зи 3 И С соз 2 И 1 С + 2 о зи И С+ 21112 з 1 п Й ссоз 2 И с+ ,), где 1 - функция Бесселя 1-го порядка отиндекса фазовой модуляции.5 10 эом 20 25 30 35 40 45 50 Анализируя выражение (3) можно выделить члены видази Л р 22 зи й т соз 2 Й 1 (4.1),зи Л ср 2 1 2 зи Й с соз 2 Й(4,4)илижесоз Лр 42 соз 2 Ц т соз 2 Й т(4.3),соз Лр 4згп О т зи Й 1(4,4)и т.п,В спектре сигналов (4) присутствуюткомбинационные частоты, например, длявьражения (4.4)соз Л р 2 1 2 (соз (Й - Й) в-- сов(Й .Й 1 (5)При распространении излучения от излучающей апертуры до объекта и обратнокакдая частотная составляющая за счет задежки сигнала в кайале получит дополните)ьный фазовый сдвиг, пропорциональныйдальности до объекта. Низкие рэзностныечастоты позволяет однозначно измеритьдаьность до объекта.На чертеже показана структурная схемапредлагаемого устройства.Устройство содержит источник 1 когерентного излучения, фазовращатель 2, детектор 3, ограничитель 4 напряжения,амплитудный детектор 5, синхронный детектор 6, модулирующий генератор 7, управляемая линия задержки 8, фильтр 9нижних частот, блок 10 определения знака,перемножитель 11, сумматор 12, смеситель13, усилитель-ограничитель 14, первый полосовой фильтр 15 комбинационной частоть, второй полосовой фил ьтр 16коибинационной частоты, фазовый детектор 17.Описание устройства в статике.Источник 1 когерентного излучения оптически соединен с входом фазовращателя2, выход которого оптически соединен через. объект с входом детектора 3, выход которого одновременно соединен с входами амплитудного детектора 5, ограничителянапряжения 4 и входом второго полосовогофильтра комбинационной частоты 16. Выход ограничителя напряжения 4 соединен свходом синхронного детектора 6, второйвход которого соединен с выходом управляемой линии задержки 8, а выход с входомфильтра нижних частот 9, выход которогосоединен с входом блока определения знака 10, выход которого соединен с первымвхЬдом перемножителя 11, второй вход которого соединен с выходом амплитудногодетектора 5, выход перемножителя 11 соединен с первым входом сумматора 12, второй вход которого соединен с выходоммодулирующего генератора 7, а выход - с управляющим входом фазовращателя 2, первый и второй входы смесителя 13 соединены с выходами модулирующих генераторов 7 двух различных каналов устройства, а выход - с входом первого полосового фильтра комбинационной частоты 15, выход которого соединен с первым входом фазового детектора 17, второй вход которого соеди-. нен с выходом усилителя ограничителя 14, вход которого соединен с выходом второго полосового фильтра комбинационной частоты 16. выход фазового детектора 17 соединен со входами управляемой линии задержки 8 всех каналов. Устройство работает следующим обраОптическое излучения источника 1 когерентного излучения проходит через фазовращатель 2, где приобретает в каждом канале дополнительный фазовый сдвиг, состоящий из фазы управления и фазовый сдвиг на частоте модуляции в канале, Излучение отдельных каналовдостигает обьекта, где создается интерференционная картина излучения всей аппаратуры. Отрэженное от цели излучение принимается детектором 3, с выхода которого сигнал поступает на вход ограничителя напряжения 4 и амплитудного детектора 3, а также на вход второго полосового фильтра 16 комбинационной частоты, Ограничитель напряжения 4 позволяет исключить зависимость процедуры определения знака сигнала от его амплитуды, которая производится блоками 6, 9 и 10. Сигнал с выхода ограничителя напряжения 4 подается на вход синхронного детектора 6 на второй вход которого подается сигнал с выхода модулирующего генератора 7 через управляемую линию задержки 8, Сигнал с выхода синхронного детектора подается на фильтр нижних частот 9, где выделяется низкочастотный сигнал, пропорциональный разности фаз принятогО и модулирующего колебаний на частоте дан-ного канала, Амплитудный детектор 5 выделяет величину отклонения фазы данного канала от опорной фазы, т,к. она пропорциональна амплитуде колебаний.в отраженном сигнале на частоте данного канала, как зто известно из теории адаптивных систем апертурного зондирования (см. "Адаптивная оптика" сб. статей под ред. Вейриченко), Блок определения знака 10 определяет знак напряжения на выходе фильтра низких частот 9.Сигнал с выхода блока определения знака 10 перемножается в перемножителе 12.с сигналом с выхода амплитудного детектора 5. В результате на выходе получаем сигнал коррекции фазы в данном канале.8 1.793219 30 Составитель М.ТерещенкоТехред М.Моргентал Корректор А.Мотыль Редактор Заказ 494 . Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5. Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул, Гагарина, 101 Сигнал с выхода перемножителя 11 складывается с модулирующим колебанием с выхода модулирующего генератора 7 в сумматоре 12, сигнал с выхода которого является управляющим для фазовращателя 2. 5Можно считать, что канал определения знака сигнала коррекции, содержащий ограничитель напряжения 4, синхронный детектор 6, фильтр 9 нижних частот и блок 10 определения знака, реализует точное изме рение дальности до объекта в данном канале. Для реализации грубой шкалы измерения дальности измерения нужно проводить на низкой частоте, чтобы обеспечить однозначность измерений в диапазоне 15 .максимальных дальностей и ввести грубо значения временной задержки в управляе, мую линию задержки 8 во всех каналах одновременно. Для этого в устройстве выбираются два канала так, чтобы выполня лось условиеС/(Й - Й) Омах (6) где С - скорость света;Йь Й - модулирующие частоты;Омах - максимальная дальность работы 25 адаптивной оптической системы,Сигналы с выходов модулирующих генераторов 7 двух каналов, удовлетворяющих Формула изобретения Адаптивная оптическая системаапертурного зондирования. содержащая источник когерентного излучения с фазовращателем, детектор, выход которого соединен с входом амплитудного детектора и последовательно соединенных ограничителя напряжения, синхронного детектора, фильтра нижних частот, блока определения знака, выход которого соединен с вторым входом перемножителя, первый вход которого соединен с входом управляемой линии задержки, вход которой соединен с вторым входом синхронного детектора и первым входом сумматора, второй вход которого соединенсвыходомпереключателя, а выход -. с управляющим входом фаэовращателя, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышеусловию 6), поступают на входы смесителя 13, Сигнал с выхода смесителя 13 поступает на вход первого полосового фильтра 15 комбинационной частоты, настроенного на разностную частоту, Сигнал с выхода детектора 3 поступает на вход второго полосового фильтра 16 комбинационной частоты, настроенного на ту же частоту, что и первый, с выхода которого сигнал поступает на вход усилителя-ограничителя 14, который усиливает и ограничивает сигнал раэностной частоты для исключения зависимости выходного сигнала фазового детектора 17 от амплитуды сигнала комбинационной частоты. На выходе фазового детектора 17 сигнал пропорционален разности фаз колебаний комбинационных частот, формируемой смесителем 13 и выделенной иэ отраженного сигнала, которая пропорциональна дальности до объекта, Сигнал с выхода фазового детектора 17 поступает на управляющие входы управляемых линий задержки 8 всех каналов.Таким образом, в управляемую линию задержки вводится информация о дальности, где и происходит компенсация временной задержки в канале распространения излучения. ния точностй работы устройства, дополнительно введены усилитель-ограничитель, смеситель, первый и второй полосовые фильтры комбинационной частоты, фазовый . детектор, причем выход детектора соединен с входом второго полосового фильтра комбинационной частоты, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, первый вход смесителя соединен с выходом модулирующего генератора 1-го канала, а второй вход - с выходом модулирующего генератора 1-го канала, выход смесителя соединен с входом первого полосового фильтра комбинационной частоты, выход которого соединен с первым входом фазового детектора, выход которого соединен с управляющими входами управляемых линий задержки;