Оптоэлектронный анализатор спектра широкополосных сигналов

)4 С 0 3 17 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОБР ЕТЕНИ 5 ц ,ЕЛЬСТВУ(56) Ежов В.А Тарасов Л.В. Акустооптическая обработка рад налов. - Зарубежная радиоэлектрони ка, 1982, В 7, с. 3-35.Кулаков С,В. Акустооптические устройства спектрального и корреляционного анализа сигналов. - Л.: Наука,иков,иосигоседних ициенто оотноше 1978, с. 31.ПТОЭЛЕКТРОННЫЙА ШИРОКОПОЛОСНЬ изобретени чи 9,13твоналиающую(54 СПЕ 10, квадраторы 1матор 14, устройОптоэлектронныйповышенную разрешпо частоте. 1 ил АЛИЗАТОР ИГНАЛОВ век тор ныи5 управлениатор имеет(57) Изобретение может быть использовано в радиотехнике в качестве анаспособность СО ОПИСАНИЕН АВТОРСКОМУ СВИ 8013832 лизатора спектра сигналов импульснодоплеровских радиолокаторов и высотомеров. Оптоэлектронный анализаторспектра широкополосных сигналов содержит лазер 1, коллимирующие линзы2, 6, акустооптический модулятор 3,линзы 4, 5 Фурье, расположенные нарасстоянии, равном сумме их фокусныхрасстояний, транспарант 7, состоящий иэ М строк, равных числу строкматричного фотоприемника 8, и совокупности ш т М/4 участков (каждыйиз ш участков состоит из четырехс строк)с определенным коэфрозрачности, взятым аэанного в описаниию 11, интеграторБ(с) апертуры АОМ. При этом временная частота анализируемого входногосигнала связана с пространственнойчастотой сигнала в апертуре АОМсоотношением где йх - пространственная частота;Ч - скорость распространения. ультразвука в АОМ, Для выделения линь одной дифракционной компоненты первого порядка и повышения дифракционной эффективности АОМ угол падения облучающего АОМ светового поля выбран удовлетворяющим условию Брэгга и равен6 = агсвп Р/2 Л),где 1 - длина волны светового поля;ФД - длина акустической волны.Линзы 4 и 5 осуществляют преобразование фазовой модуляции выходногосигнала АОМ в амплитудную и, крометого, преобразование масштаба изображения, необходимое для согласования геометрических размеров АОМ иМПЗС,Цилиндрическая коллимирующая линза б расширяет проходящее световоеполе в перпендикулярном направлениии обеспечивает одновременную засветку всех строк МПЗС. Таким образомпри импульсной засветке лазером 1каждая строка МПЗС облучается световым полем, амплитуда которого вдольстроки промодулирована в соответствии с сигналом, находящимся в этотмомент в апертуре АОМ и пропорциональным входному воздействию Б(г),Между коллимирующей линзой 6 и МПЗС.расположен транспарант, состоящий изМ строк, равных числу строк МПЗС,и совокупности ш = М/4 участков.Каждый из ш участков состоит изчетырех соседних строк, причем каждая из этих строк имеет коэффициентпрозрачности, равный; 2 пп Ъ (х)= Л при 0 + 2 НК0-у- ( п+ 2 УК; К = 0,1,2, в противном случае; 2 Гп1 ып -- хЪ (х)= х при и + 2)К0 Изобретение относится к областиоптоэлектронной техники и может бытьиспользовано в радиотехнике в качестве анализатора спектра сигналов5импульсно-доплеровских радиолокаторов и высотомеров,Цель изобретения - повышение разрешающей способности спектроанализатора по частоте, 10На чертеже приведена Функциональная схема предлагаемого анализатора.Анализатор содержит последовательно оптически соединенные лазер 1,коллимирующую линзу 2, акустооптический модулятор (АОМ) 3, первую 4и вторую 5 линзы Фурье, расположенные нарасстоянии, равном сумме их фокусных расстояний, коллимирующую линзуб, транспарант 7 и матричный Фотодетектор 8 на приборах с зарядовойсвязью (МПЗС), выход которого соединен с первым входом первого ключа9, первый и второй выходы которогосоединены соответственно с инвертирующим и неинвертирующим входами интегратора 10, выход которого подключен к первому входу второго ключа11, первый и второй выходы которогосоединены с входами соответственно 30первого 12 и второго 13 квадраторов,выхоцы которых соединены соответственно с первым и вторым входами векторного сумматора 14, выход которогоявляется выходом анализатора. Входом анализатора является радиовходакустооптического модулятора 3. Пятьвыходов устройства 15 управления подключены соответственно к второму входу первого ключа 9, к второму входувторого ключа 11, к третьему входуинтегратора 10, к управляющему входуматричного фотодетектора 8 и к синхровходу лазера 1, Транспарант 7 помещен непосредственно перед МПЗС 8.45Анализатор работает следующим образом.Анализируемый сигнал Б(г;) подаетсяна радиовход АОМ 3 и создает в нембегущую акустическую волну, изменяющую коэффициент преломления средывдоль апертуры АОМ.Световой поток, излучаемый лазером проходит коллимирующую линзу2 и создает на выходе АОМ 3 световоераспределение, фаза которого модули 55рована по закону изменения входноговоздействия Б за время С - С + Т,где Т - время прохождения сигналом(и) а Ъ, (х) нспаранта; ранственная о п одов инуия трансдля щ-й ех строк ого ик затемне а вдоль строк пност еляет совоку (опред ки филУстроенный ант предназн зведения Б(х редставления из че стоту наст ьтратаким пааз прогофунк ен олучения анственн (С) - на р а си та во 2 ивЦ равлениячные гасМЗПС 8. 4 х,(п)-в(х)0Полученное з щи второго клквадратору 12и хранится досчитывания слСчитывание слпечивает получратора 10 сиг Ключ 11 оммутацию атора 10 торого 13 вления вто0 вух строк.ух строк обесыходе интегорционального ние н ла, п рои выходаналогичен5 тьим входомрежает егоходных про1327 пх( -- (+ 21)К;Х 2 -противном случае,де :Х- длина строкх - текущая прокоордината;и - определяетсинусоидальсоидального 2 Тпи соз х. При последовательном считывании сигналов с первых двух строк ш-й совокупности из четырех строк, подключаемых при помощи первого ключа 9 соответственно к неинвертирующему и инвертирующему входам управляемого интегратора 10, и накоплении получающегося результата на выходе интегратора 10 в момент окончания считывания второй строки накапливается сигнал, пропор- циональный чение 1 (п) при помоюча 11 подключается квозводится в квадрат момента окончания 2 ип 1 (п)=.8(х)соз(- - х) с х, одключаемого при помощи второгоключа 11 к квадратору 13. Получе ные на выходах квадраторов 12 и 13значения 1, (п) и 1,(и) поступаютна входы векторного сумматора 14.На выходе векторного сумматора 14получается электрический сигналвида которыи и является выходным сигналом, так как он пропорционален одной из гармоник энергетического спе ктра сигнала 8(С).Устройство 15 управления осуществляет управление работой матричного ПЗС 8 и синхронизацию режимов работы лазера 1, ключей 9, 11 и интегратора 10,. Четвертый выход устройства управ ления представляет собой совокупность напряжений, управляющих рабо той матричного ПЗС 8 в стандартном кадровом режиме.Ключ 9 осуществляет поочередную коммутацию выходного сигнала МПЗС 8 с инвертирующим и неинвертирующим входами интегратора 10. Эта коммуция происходит каждый раз с выдом новой строки, В качестве сигнала, управляющего вторым входом ключа 9 (первый выход устройства уп), могут использоваться стрящие импульсы, управляющие Третий вход интегратора О является входом сброса напряжения на выходе интегратора, Сброс интегратора осуществляется периодически через интервал времени, равный времени считывания двух строк МПЗС 8. Сигнал, управляющий треты м входом интегратора 10 (третий выход устройства управления), может быть сформирован из деленной пополам последовательности строчных гасящих импульсов, управляющих МПЗС 8. осуществляет поочередную выходного сигнала интегвходами первого 12 и квадраторовСигнал упраым входом ключа 11 (второй стройства управления) сигналу управления треинтегратора 1 О, но опена время окончания переессов в квадрдторах 12 иЛазер 1 формирует короткие импульсы когерентного излучения, следующие друг за другом через интервал времени Т, равный времени прохождения сигналов Б апертуры АОМ 3. В свя 5 зи с этим сигнал управления лазером 1 (пятый выход устройства управления) представляет собой последовательность коротких импульсов с периодом Т.Электрический сигнал Б(С), поступая на радиовход АОМ, создает на оптическом выходе АОМ пространственное распределение поля, амплитуда которого пропорциональна входному сигналу БИ) за время С - 1 + Т. Пространственная частота получаемого светового распределения связана с временной частотой входного воздей ствия соотношением (3), Пространственная частота функций прозрачности транспаранта Ь(х) - Ь 4(х) опреде 2 пляется как -- х и связана с временХ ной частотой входного сигнала следующим соотношением; 30 где Ь - длина апертуры АОМ; и - число периодов функции прозрачности транспаранта; 7 - скорость распространения ультразвука в АОМ. 35При импульсной засветке ОКГ сигнала в апертуре АОМ, считывании полученного на четырех соседних строках МПЗС сигнала и его .суммировании (интегри ровании) на выходе интегратора в различные моменты времени можно получить соответственно сигналы видаФТ1 (ы)= 3 Б з 1 п(2 Р - Т)йй-пЧ31 фо45Т1 (ы)-Бсоз(27 - й)й,Вычисление блоком электронной обработки, содержащим два квадратора и 50 векторный сумматор функции вида кт 55 зволяет получить составляюсигнала Б(й) на частотеВ режиме, при котором происходит несколько импульсных засветок лазером апертуры АОМ через интервалы времени, равные времени нахождения сигнала Б(й) в апертуре АОМ, а считывание сигналов с МПЗС производится лишь по излучении К импульсов, можно записатьить 27(п 7 11 (ю) =Б 81 п--с 1з ь.1 (ы)=БО)соз ---1 ае,с1Увеличение времени интегрирования в выражениях (4) и (5) в К раз рав- носительно повышению в К раз разрешающей способности анализатора.(5) Формула изобретения Оптоэлектронный анализатор. спектраширокополосных сигналов, выполненный в виде канала обработки сигнала, содержащего последовательно оптически соединенные лазер, первую коллимирующую линзу, акустооптический модулятор, радиовход которого является входом анализатора, первую линзу Фурье и фотодетектор, расположенный в задней фокальной плоскости первой линзы Фурье, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности по частоте, в него дополнительно введены устройство управления, вторая линза Фурье, вторая коллимирующая линза, транспарант, интегратор, два квадратора, два ключа и векторный сумматор, причем вторая линза Фурье,вторая коллимирующая линза и транс- парант последовательно установлены между первой линзой Фурье и фотодетектором, расстояние между первой и второй линзами Фурье равно сумме их фокусных расстояний, а транспарант помещен непосредственно перед фотодетектором, в качестве которого используется матричный фотоприемник, на приборах с зарядовой связью, вы" ход которого подключен к первому входу первого ключа, второй вход которого подключен к первому выходу устройства управления, первый и второй выходы первого ключа подключены соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам интегратора,противном случае:2 Фпхсоз --Ь х)=0х 77, 2 Я пхпри - + 2 дК с 2 - х Знс - + 2 гК; К = 0,1,2 в противь Г . 2 Г(пх , 2 ТпхЬ, (х) = з и- -- при 0+21 К о к с Й+2 Т(К; К = 0,1,2 впротивСоставитель И, Коновалов Редактор Н. Тупица Техред А.Кравчук Корректор М.Пожо Заказ 1290/41 Тираж 772ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 выход которого подключен к первомувходу второго ключа, второй вход ко-.торого подключен к второму выходуустройства управления, первый ц вто 5рой выходы второго ключа подключенык входам соответственно первого ивторого квадраторов, выходы которыхсрединены соответственно с первыми вторым входами векторного сумматора, выход которого является выходоманализатора, третий, четвертый ипятый выходы устройства управленияподключены соответственно к третьемувходу интегратора, к управляющемувходу фотодетектора и синхровходулазера, а транспарант состоит из Мстрок, равных числу строк матричногофотоприемника, и совокупности ш == М/4 участков, каждый из ш участков 20состоит из четырех соседних строк,причем каждая из этих строк имееткоэффициент прозрачности ном случае,где Х - длина строк транспаранта;х - текущая пространственнаякоордината;и - определяет число периодовсинусоидального и косинусоидального затемнения транспаранта вдоль строки для ш-йсовокупности из четырех строк,