Оптический анализатор спектра случайных сигналов

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик Оп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(28) Приоритет -Опубликовано 15,12,81. Бюллетень 16 ударнтввннмн камитет СССР делам изобретении н открмтнй Дата опубликования описани ТЕХБЯБдр";(7) Заявител ензенскии политехническии институт(54) ОПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВпектра случаиь среднююой точность лько мгноспектра сиг анализатор частоты сигнала, напрос света. В кажизменение ана. обычно исдуляторов свеотрезка сигна. Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для спектрального анализа случайных сигналов,Известно устройство, содержащее источниккогерентного света, формирующую световойпоток оптическую систему, ультразвуковой модулятор света, генератор частотно-модулнрованного. сигнала. регистрирующее и индикаторноеустройства, предназначенные для анализа спектров радиосигналов 1) .Однако это устройство не позволяет изме-рять усредненное значение флуктуаций среднейчастоты спектра исследуемого сигнала,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является оптический анализатор спектра случайных сигналов, содержа 15щий оптически связанные и последовательнорасположенные источник когерентного света,коллиматор, пространственно-временный модулятор, первую интегрирующую линзу и непро 20зрачный экран, а также оптически связанныетранспарант, вторую интегрирующую линзу ипервый фотоприемник, установленные в однойиз двух плоскостей пространственных частот,и оптически связанные третью интегрирующую линзу и второй фотоприемник, расположенные в друтой плоскости пространственных частот, а также блок деления, блок извлечения квадратного корня и блок умножения. Кроме того этот оптический анализатор спектра слу=.:.йных сигналов содержит сще Один блок извлечения квадратного корня. Этот оптический анализатор сных сигналов позволяет измеритчастоту спектра сигнала с высооднако он позволяет измерятьвенные значения средней частотнала. Это обусловлено тем, чтоосуществляет вычисление среднеспектра по отрезку исследуемогходящемуся в данный моментранственновременного модулятодый момент времени происходилизируемого отрезка сигнала. Длпользуемых ультразвуковых мота длительность анализируемогола мала.890262 1 О 1 20 2 39 В этом случае, когда исследуемый сигналимеет большую длительность и частота сигнала случайным образом флуктуирует в течениевсей длительности сигнала, напряжение на выходе анализатора представляет собой функциювремени, значениями которой являются мгновенные значения средней частоты спектра исследуемого сигнала, которые могут флукту.ировать относительно некоторой усредненнойвеличины 2,Однако этот анализатор не позволяет измерять усредненное значение флуктуаций среднейчастоты спектра случайного сигнала,Целью изобретения является улучшение статистических свойств получаемой величины усредненного значения флуктуаций средней частоты спектра исследуемого сигнала.Указанная цель достигается тем, что в апти.ческий анализатор спектра случайных сигналов,содержащий оптически связанные и последовательно расположенные источник когерентногосвета, коллиматор, пространственно-временноймодулятор, первую интегрирующую линзу инепрозрачный экран, установленные в однойиз двух плоскостей пространственных частоти оптически связанные транспарант, вторую ин.тегрирующую линзу и первый фотоприемник,расположенные в другой плоскости пространствйгных частот и оптически связанные третьюинтегрирующую линзу и второй фотоприемник,а также блок деления, блок извлечения квадратного корня и блок умножения, введен блокусреднения, при этом выходы первого и вто.рого фотоприемников соответственно соединены с первым и вторым входами блока деления, выход которого через последовательноподключенные блок извлечения квадратногокорня и блок умножения соединен с входомблока усреднения,На чертеже представлена схема оптическогоанализатора,Оптический анализатор спектра случайныхсигналов содержит источник когерентного света 1, коллиматор 2, пространственно-временной модулятор 3, первую интегрирующую линзу 4, непрозрачный экран 5, транспарант 6,вторую интегрирующую линзу 7, третью интегрирующую линзу 8, первый фотоприемник 9,второй фотоприемник 10, блок деления 11,блок извлечения квадратного корня 12, блокУмножения 13 и блок усреднения 14.0В разных полуплоскостях плоскости пространственных частот, которой является фокальная плоскость первой интегрирующей линзы 4,установлены вторая и третья интегрирующиелинзы 7 и 8, перед второй интегрирующей лщ-,зой 7 расположен транспарант 6. В фокусевторой и третьей интегрирующих линз 7 и 8установлены первый и второй фотоприемники 9 и 10, выходы которых соответственно со. единены с первым и вторым входами блока деления 11.Оптический анализатор спектра случайных сигналов работает следующим образом,Источник когерентного света 1 излучает узкий пучок монохроматического света, который расширяется до необходимых размеров коллиматором 2 и освещает пространственно. временной модулятор 3, на электрический вход которого поступает исследуемый электрический сигнал. Первая интегрирующая линза 4 осуществляет преобразование Фурье пространственного аналога электрического сигнала, и в ее фокаль. ной плоскости формируется спектр пространственных частот, представляющий собой пространственное распределение амплитуд и фаз света. Непрозрачный экран 5, расположенный на оптической оси анализатора после первой интегрирующей линзы 4, фильтрует пространственные частоты, расположенные в области ну. левых пространственных частот, что улучшает основные характеристики анализатора. Вторая и третья интегрирующие линзы 7 и 8, расположенные в разных плоскостях пространственных частот, и расположенный перед второй интегрирующей линзой 7 транспарант 6 осуществляют интегрирование пространственного распределения амплитуд света в разных плоскостях пространственных частот, причем транспарант 6 осуществляет "взвешивание" ампли. туд света в соответствии с передаточной характеристикойТ(й) = В В результате на выходе второй интегрирующей линзы 7, перед которой расположен транспарант 6, формируется величинафХг, =а(а)ааоа на выходе третьей интегрирующей линзы 8 формируется величина0(ф )ф,Хх хгде Е (й) - пространственная спектральнаяплотность. Первый и второй фотоприемники 9 и 10, расположенные в фокусе второй и третьей интегрирующих линз 7 и 8, формируют напряжения, пропорциональные интенсивности света на выходе интегрирующих линз, которые поступают на первый и второй входы блока деления 11, напряжение с выхода которого подается на вход блока извлечения квадратного корня 12, выходное напряжение которо. го умножается в блоке умножения 13 на некоторую константу и затем интегрируется в блоке усреднения 14.89026 Нри этом напряжение на выходе онтичес. кого анализатора спектра случайных сигналОв является искомой усредненной величиной.Напряжение на выходе блока усреднения 14 пропорционально усредненному значению флуктуаций средней частоты спектра исследуемого сигнала и может быть использовано для индикации или в качестве регулирующего напряжения в системах автоматического регулирования. 1 ООптический анализатор спектра случайных сигналов может найти применение в системах приема и обработки радиосигналов в качестве устройства для оценки параметров сигнала, в качестве датчика управляющего напряжения в устройствах автоматического регулирования, а также для непосредственного измерения и индикации усредненного значения флуктуаций средней частоты спектра случайных сигналов,Испытания макета предложенного анализа тора подтвердили его работоспособность и воз- . мджность измерения усредненного значения флуктуаций средпей частоты спектра исследуемых сигналов при анализе длительных реализаций сигнала в случае флуктуаций частоты ЪЧ сигнала. Формула изобретения Оптический анализатор спектра случайныхсигналов, содержащий оптически связанные и Зв 2 Ьпоследовательно расположенные источник когерентного света, коллиматор, пространственновременной модулятор, первую интегрирующуюлинзу и непрозрачный экран, установленныев одной из двух плоскостей пространственныхчастот и оптически связанные транспарант, вторую интегрирующую линзу и первый фотопри.емник, расположенные в другой плоскостипространственных частот и оптически связанныетретью интегрирующую линзу и второй фотоприемник, а также блок деления, блок извлечения квадратного корня и блок умножения,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюулучшения статистических свойств получаемойвеличины усредненного значения флуктуацийсредней частоты спектра исследуемого сигнала,в него введен блок усреднения, при этом выходы первого и второго фотоприемников соответственно соединены с первым и вторымвходами блока деления, выход, которого че-рез последовательно подключенные блок извлечения квадратного корня и блок умножениясоединен с входом блока усреднения.Источники информации,принятые во внимание .при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР Иф 558225,кл. 6 01 В 23(16, 09.06.75,2. Авторское свидетельство СССР по заявкеУ 2783932/18-21, кл. 6 01 Я 23/16, 25.06.79