Акустооптическое устройство для обработки сигналов антенной решетки

(5)5 Н 01 О 21/00 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(госпАтент сссР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ л,М 9кий электротехнический инУльяновав и С. В, ГрачевОбработка сигналов в мнонтенных решетках с испольакустооптозлектронных адиотехника и электроника, 7, с. 1545 - 1548. ЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО СИГНАЛОВ АНТЕННОЙ(54) АКУСТООПТ ДЛЯ ОБРАБОТК РЕШЕТКИ (57) Использован оптоэлектроника мы, Сущность иэ на оптической о тельно связаннь ив: радиотехника, акустогидроакустические систебретения: расположенные и и оптически последовав источник когерентного АОМ .пьез К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Катков Б. Ггозлементных азованиемкорреляторов. Р- 1989, т. 434, М Изобретение относится к радиотехнике, а именно к акустооптоэлектронике, и может быть использовано в радиотехнических и гидроакустических системах,Цель изобретения - одновременное определение угла прихода сигнала и его спектра с высоким разрешением,Поставленная цель достигается тем, что в известное акустоаптическое устройство для обработки сигналов АР, содержащее расположенные на оптической оси и оптически последовательно связанные источник когерентного света, коллиматор, первь 1 й, выполненный многоканальным с й опрвобразователями, где М - число элвсвета, коллиматор, первый и второй акустооптические модуляторы (АОМ), первая цилиндрическая линза (ЦЛ), диафрагма, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая и седьмая ЦЛ и двумерный фотоприемник с накоплением, а также М амплитудных модуляторов и генератор ЛЧМ-сигнала. Первая и третья ЦЛ ориентированы идентично, а вторая ЦЛ развернута относительно них на 90 вокруг оптической оси, Четвертая, пятая, шестая и седьмая ЦЛ расположены между первыми вторым АОМ, причем четвертая и седьмая ЦЛ развернуты на 90 относитель. но пятой и шестой ЦЛ вокруг оптической оси. Пятая и шестая ЦЛ ориентированы идентично первой и второй ЦЛ, Второй АОМ выполнен одноканальным. Третья ЦЛ сме- ф щена вдоль оси, перпендикулярной плоскости расположения входов первого и второго АОМ, 1 ил. ментов антенной решетки, второй АОМ, СР первую цилиндрическую линзу, диафрагму, (,Я вторую и третью цилиндрические линзы, а Д также двумерный фотоприемник с накопле- д кием, выход которого является выходом устройства, причем первая и третья у. цилиндрические линзы ориентированы ф идентично друг другу относительно оптической оси, а вторая цилиндрическая линза развернута вокруг оптической оси на 90 относительно первой и третьей цилиндрическихлинз, введены четвертая, пятая, шестая и седьмая цилиндрические линзы, М амплитудных модуляторов и генератор сигнала слинейной частотной модуляцией (ЛЧМ-сиг 1нала), причем четвертая, пятая, шестая и седьмая цилиндрические линзы расположены последовательно на оптической оси между первым и вторым АОМ, четвертая и седьмая цилиндрическиелинзы развернуты 5 на 90 вокруг оптической оси относительно пятой и шестой цилиндрических линз, пятая и шестая цилиндрические линзы ориентированы относительно оптической оси идентично первой и третьей цилиндрическим 10 линзам, второй АОМ выполнен одноканальным, а его пьезопреобразователь расположен идентично пьезопреобразователям первого АОМ в одной плоскости, параллельной оптической оси, кроме того, третья ци линдрическая линза смещена вдоль оси, перпендикулярной плоскости расположения входов первого и второго АОМ, на расстояние х = 1,р Г 11 Х /ч, где 1 р - средняя частота в спектре ЛЧМ-сигнала, Г 11- фокус ное .расстояние первой цилиндрической линзы, А- длина волны когерентного света, ч - скорость распространения акустических волн в первом и втором АОМ, а размер третьей цилиндрической линзы вдоль этой 25 оси выбран равным Лх = Ьл Г 1 А /ч, где Ьл - ширина спектра ЛЧМ-сигнала, при этом, первые входы амплитудных модуляторов являются входами акустооптического устройства для обработки сигналов АР, 30 вторые входы амплитудных модуляторов соединены с выходами генератора ЛЧМ- сигнала и входом второго АОМ, а выходы амплитудных модуляторов соединены с соответствующими входами первого АОМ.Сущность предложенного технического решения заключается в том, что путем введения новых элементов; четырех цилиндрических линз, амплитудных модуляторов и генератора ЛЧМ-сигнала, а также измене ния структуры и ориентации второго АОМ, взаимного разворота введенных линз, ново, го расположения третьей цилиндрической линзы, имеющей определенный размер вдоль одной из координат, и новых связей 45 между элементами в устройстве осуществлено преобразование Фурье с пространственным интегрированием в направлении размещения каналов в первом АОМ (по координате У) и преобразование Фурье с вре менным интегрированием в направлении распространения акустических волн в АОМ (по координате Х), в результате чего одновременно определяется угол прихода сигнала на АР и его спектр с высоким разрешением, Авторам не известны технические решения, в которых бы одновременное определение угла прихода и спектра с высоким разрешением принимаемого АР сигнала осуществлялось описанными выше средствами. Следовательно, предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями,На чертеже представлена структурная схема предлагаемого акустооптического устройства.Предлагаемое акустооптическое устройство для обработки сигналов АР (фиг. 1) содержит оптически связанные источник 1 когерентного света, например оптический квантовый генератор непрерывного действия, коллиматор 2, многоканальный АОМ 3 с К пьезопреобразователями 4. Далее следуют цилиндрические линзы 5 - 8, причем линзы 5 и 8 развернуты на 90 вокруг оптической оси устройства относительно линз 6 и 7. За линзой 8 расположен одноканальный АОМ 9, пьезопреобразователь 10 которого расположен идентично пьезопреобразователям АОМ 3 в одной плоскости, параллельной оптической оси, В задней фокальной плоскости, расположенной за АОМ 3 цилиндрической линзы 11; находятся диафрагма 12 и цилиндрическая линза 13. Линза 13 развернута на 90 вокруг оптической оси устройства относительно линзы 11, смещена вдоль оси, перпендикулярной плоскости расположения входов первого 3 и второго АОМ 9, на расстояние х = тц Р 11 Я /ч, соответствующее расположению +1-го светового дифракционного порядка после АОМ 3, и имеет размер вдоль этой оси Лх = Ьл Р 11 х хА /ч. Далее расположены цилиндрическая линза 14 и двумерный фотоприемник 15.с накоплением, в качестве которого может быть использована матрица ПЗС. Кроме того устройство содержит И амплитудных модуляторов 16, первые входы которых являются входами устройства, на которые поступают сигналы от соответствующих элементов АР,. а выходы соединены с соответствующими входами АОМ 3, и генератор ЛЧМ-сигнала, выход которого соединен со вторыми входами амплитудных модуляторов 16 и со входом АОМ 9.Устройство, работает следующим образом. Сигналы с элементов АР поступают на соответствующие входы амплитудных модуляторов 16. На вторые входы модуляторов 16 поступает ЛЧМ-сигнал с выхода генератора 17.,С выходов модуляторов 16 ЛЧМ- сигналы, промодулированные по амплитуде сигналами с АР, поступают на пьезопреобразователи 4, которые преобразуют их в акустические волны в АОМ 3. ЛЧМ-сигнал с.выхода генератора 17 поступает одновременно на пьезопреобразователь 10 и преобразуется последним в акустические волны вАОМ 9, Свет дифрагирует на акустическихволнах в АОМ 3, Цилиндрические линзы 6 и7 осуществляют последовательно прямое иобратное преобразование Фурье надсветовым распределением в выходной 5плоскости АОМ 3 в направлении распространения акустических волн в АОМ 3, алинзы 5 и 8 осуществляют аналогичноепреобразование в ортогональном направлении. В результате в плоскости АОМ 109 восстанавливается изображение АОМ 3, аформат светового пучка, падающего наапертуру АОМ 9, соответствует формату акустического пучка в звукопроводе АОМ 9. Цилиндрическая линза 11 осуществляет 15преобразование Фурье над световым распределением в выходной плоскости АОМ 9в направлении распространения акустических волн. Диафрагма 12 блокирует нулевойдифракционный порядок (непродифрагировавший свет), фокусирующийся на оптической оси устройства.Цилиндрическая линза 13 осуществляетпреобразование Фурье над световым полем+1-го дифракционного порядка после АОМ 253 в направлении, перпендикулярном рас. пространению акустических волн, то есть внаправлении расположения каналов в АОМ3, Цилиндрическая линза 14 восстанавливает в плоскости фотоприемника 15 плоскости 30. АОМ 3 и АОМ 9. Фотоприемник 15 производит накопление заряда пропорциональноинтенсивности падающего на него светового поля, В результате накопления нафотоприемнике 15 образуется двумерное распределение заряда, Анализ работы устройства показывает, что полезнаясоставляющая в распределении зарядапредставляет собой пространственную несущую по оси Х, промодулированную по амплитуде амплитудным спектром, а по фазе- фазовым спектром обрабатываемого сигнала. При этом положение максимума в распределении заряда по оси ц определяетугол прихода сигнала на АР, В результате 45считывания распределение заряда преобразуется в электрический сигнал на выходефотоприемника 15,В предлагаемом устройстве линза 13осуществляет преобразование Фурье с пространственным интегрированием нэд световым полем на выходе АОМ 3 внаправлении, перпендикулярном ориентации каналов в АОМ 3, что позволяет определить угол прихода сигнала на АР. 55Одновременно на основе АОМ 3, АОУ 9,линз 6, 7, 11, 14, а также генератора ЛКМсигнала 17 и амплитудных модуляторов 16, .в устройстве реализован анализ спектрапринимаемого сигнала, что невозможно осуществить в устройстве-прототипе, Причем, в предлагаемом устройстве разрешение по частоте в спектре определяется временем накопления фотоприемника и может достигать значений 10 Гц для существующих фотоприемников типа ПЗС. Таким образом, разрешение по частоте в предлагаемом устройстве на 3 - 4 порядка выше, чем в известных акустооптических устройствах аналогичного назначения, в которых спектральный анализ применяемого АР сигнала осуществляется методом пространственного интегрирования;Ф ор мул а и зоб р етен и яАкустооптическое устройство для обработки сигналов антенной решетки, содержащее расположенные на оптической оси и оптически последовательно связанные источник когерентного света, коллиматор, первый акустооптический модулятор (АОМ), выполненный многоканальным с Й пьезопреобразователями, где К - число элементовантенной решетки, второй АОМ, первую цилиндрическую линзу, диафрагму, вторую и третью цилиндрические линзы, а также двумерный фотоприемник с накоплением, выход которого является выходом устройства, причем первая и третья цилиндрические линзы ориентированы идентично одна другой относительно оптической оси, а вторая цилиндрическая линза развернута вокруг оптической оси на 90 относительно первой и третьей цилиндрической линзы, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью одновременного определения угла прихода сигнала и его спектра с высоким разрежением, дополнительно введены четвертая, пятая, шестая и седьмая цилиндрические линзы, Й амплитудных модуляторов и генератор сигнала с линейной частотой модуляцией(ЛКМ-сигнала), причем четвертая, пятая, шестая и седьмая цилиндрические линзы расположены . последовательно на оптической оси между первым и вторым АОМ, четвертая и седьмая цилиндрические линзы развернуты на 90 вокруг оптической оси относительно пятой и шестой цилиндрических линз, пятая и шестая цилиндрические линзы ориентированы относительно оптической оси идентично первой и третьей цилиндрическим линзам, второй АОМ выполнен одноканальным,а его пьезопреобразователь расположен идентично пьезопреобразователям первого АОМ в общей плоскости, причем входы первого и второго АОМ расположены в одной плоскости, параллельной оптической оси, кроме того, третья цилиндрическая линза смещена вдоль оси, перпендикулярной плоскости расположения входов первого и второго АОМ, на расстояние хо = 1 ср Ри А /ч,1800531 ставитель А. Елис хред М. Моргента Корректор П, Гереши дактор С. Кулакова каз 1169 Тираж Подписное ИНИИПИ Государственного комитета,по изобретениям и открьпиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 водственно-издвтельский комбинат "Патент", г. Ужгородул,Гагарина, 101 где 1 ср - средняя частота в спектре ЛЧМ-сигнала; Р 11 - Фокусное расстояние первой цилиндрической линзы; Л - длина волны когерентного света; ч - скорость распространения акустических волн в первом и втором АОМ, а размер третьей цилиндрической линзы вдоль этой оси выбран равным Ьх - Ь 5 л Р 11 Я,ч, где Мл - ширина спектра ЛЧМ-сигнала, при этом первые входы амплитудных модуляторов явлвотся входами акустооптического устройства для обработки сигналов антенной решетки, вторые входы амплитудных модуляторов 5 соединень 1 с выходом генератора . ЛЧМсигнала и с входом второго АОМ, а выходы амплитудных модуляторов соединены с соответствующими входами первого АОМ.