Устройство определения углового положения точечных излучателей

СОЮЗ СОВЕТ СКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 8178 бО В 27/О ТНОЕ ГОСУДАРСТВЕ ННО Е ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ЕТЕия устроиства стигается тем определения го излучателя шетку прием сложенные пои оси источни формирую что гло- соных сле(21) 4925568/10(71) Научно-исследовательский институт радиоэлектроники и лазерной техники МГТУ им, Н.Э,Баумана(73) Научно-исследовательский институт ра-. диоэлектроники и лазерной техники Московского государственного университета им. Н.Э.Баумана(54) УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ ТОЧЕЧНЪХ 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 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 свето- делитель (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 устра ввода,Поставленная цель до в известном устройстве вого положения точечно держащем линейную ре элементов, а также расп довательно на оптическо герентного излученияоптическую систему, пространственно-временной модулятор света, фурье-обьектив 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 полокения 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 возвратно- поступательного 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 которойустановлена фазосдвигающая четвертьволновая пластинка 10,Устройство работает следующим образом,При приеме сигнала от малоразмерного5 излучателя Я, имеющего угол положенияО по отношению к оси решетки 1 и находящегося в дальней зоне приема, линейнаяантенная решетка размером Ь из эквидистантных приемников с пространственнымпериодом Тп сформирует дискретный сигнал, определяемый как Оп(х,у) = ЗпО(х,у) соаЬ( " гесс( " ),Т. -и где чЩх,у) = Ас Х Ос, (Чс)ехрД 2 лм (т --- сов О б й,хЧс=ЯпЗэ(Ос(х 1 Л) . сопЬ( - " )гесс( ), (3)Т Т ОгдефффффЩх д) = АОс, (И)ехр Ц 2 ус (1 -- фсов О бИ,(4) 20 где х - координата вдоль линейки приемников (см, фиг.1);Яп - чувствительность каждого приемникаОц - временной спектр излучения ис. точника Я с амплитудой излучения Ас и ско ростью распространения излучения Ч,Электрические сигналы с приемных акустических элементов, приходя на электроды ПВМС, вызывают изменение электрического поля (в пространстве), приложение которого к участку упругой (эластичной) среды 30 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 коэффициентагп сигнал, поступающий на электроды рельефографического ПВМС, и формирующий поле, которое деформирует рельефографическую (эластомерную, гелеобразную и др.) поверхность пропорционально приложенному напряжению, этот сигнал равен1817860 х 1 - координата поперек электродов ПВ МС, Т 1 = гпТп, Ь = п 11 и,Яэ - коэффициент передачи электронного тракта.Заметим, что влиянием множителя 1 ес 1(х 1/1 1) можно пренебречь, если только 11Т 1 или 11/Т 1 1, что на практике обычно выполняется. Далее, рельеф с учетом чувствительности Ь и раэмераЛх 1 каждого электрода можно записать, как Ог(х 1 Л) = Оосв ЕхРО Л 4 ЕхРО, ЯОо(х 1 Л)х2 л: 2 ж хР(х 1 = Ого Ог 1 (х 1 Л),Л(х 1 Л) = Ь, + Ь(х 1 Л) -. - Ьо + 10 Ого = О в ехрЦ М,2 ж+ Х соз (21+1)х 11. (6)= о ( 2 + 1 ) Т 1 О вх 1 (1 х 1, Уу 1) = ЯЬ 11 Ос, ЕХр)2 Л ( - --Ч 1 Амплитудный коэффициент пропусканияПВМС тг(х 1 Л) = ехр) Ь(х 1 Л)3 = ехрц Ро+ - соз Щб юД соз(2 лм 1 х 1) 3, (11) л Чс где время т под экспонентой выражено чеР) рез т = у 1 М ф 1 - скорость перемещениягде Ь, - толщина модулирующей среды,В силу обработки сигналов, длина волны которых с существенно превосходит РаССтОЯНИЕ МЕЖДУ ПРИЕМНИКаМИ 1 с Тп (или Яст Т 1), а также непРеРывности сРеды А Ьо, дискретный сигнал (3), поступая на электроды, образует рельеф (5), представляющий собой непрерывную функЦию Ос(х 1 Л), пРомоДУлиРованнУю фУнкЦией Р(х 1)= соаЬ( - хгест( 3,завися 1 х 1 х 1Т 1 Т 1 Ощей от соотношения размеров электродов Лх 1 и расстояния между ними Т 1, 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 Лх 1, т.е. Ьх 1 Ф Л х/а или Л х/Т Ф Лх 1/Т 1. Причем если Ьх/Т 1 практически всегда, то Лх 1 и Т 1 могут быть соизмеримы в зависимости от скважности системы электродОв. ЕСЛИ Ь х 1 = Т 1/2, тагда где А - длина волны освещающего излучения, Я - Яп -э 8 гПри освещении однородной волной самплитудой Оосв за входным транспарантом (ПВМС) получаем модулированное световое 5 поле При небольших изменениях рельефа насреде(АА):ЬОс ) ЬОс)2 +ЗО 2+1 8(2 Е+1)иОг 1(х 1 Л) = 1 + 2 П( - 1)( Х),Зусх1=о 1=1 па ку,1 ) -- -" - - ок,1 при Ь А, множитель у сов(2 ли 1 х 1) раВЕН 1 ЬОс СОЗ(2 Ли 1 Х 1), ТОГда СИГНаЛ В ВЫ ходной плоскости в первом порядке дифракции определяется выражениемОш(у 1 Л) = д(у 1 - Ч 11), Ь= 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 учитывая фильтрирующее свойство д-функции, получим н нОвх 1 Рх 1, Ру 1) = С 1 Ос ( 1 у 1Н 1 +Ух 1 + 11х п 1 схсоз Ос 1 = Ь гпН 1/Нс. (1 2) Для получения результирующего распределения интенсивности, выходную плоскость освещают опорной плоской волной Ооп = Оо ехро 2 л зп Р у 1/ Л). где /3 - угол падения опорной волны. Результат интерференции фурье-образа входного сигнала с опорной волной описывается выражениемАых(Х 1,У 1)= О вх+ Ооп = О вх +ф 1+ .Ооп +(О вх Ооп+О вх+Ооп) (13) СоставляющиеО вхиОо,являг 2 ются шумовой засветкой и могут быть устранены вычитанием; информационные СОСтаВЛяЮщИЕ (01 вх Ооп+ О вх Ооп) С уЧЕ- том действительного характера функции О вх и четвертьволновой пластинки оконца- тельно формируют следующее распределение;ф 1+ ( 1 ъх 1 + Х 1 ) с ) СОЗ(2 Л 3 П р у 1/ Л), соз О с 2 = 20 оЬп 1 Н 1 Нс. Следовательно, интересующая нас информация об угловом положении исходного излучателя з содержится в угловой координате следа наклонно расположенного фурье-спектра и может быть определена согласно зависимости(15) щели во входной плоскости вдоль электродов, размером которого в поперечном направлении можно пренебречь: 91 - угол наклона фурье-спектра в точкеРх 1 =11, ОдНОЗНаЧНО СВязаННЫй С УГЛОВЫМположением точечного излучателя О.Таким образом, информация об угловомположении излучателя 91 извлекается иэрезультирующего распределения путем измерения угла следа фурье-спектра излучающего источника 01, который однозначноопределяет угловое положение О последнего относительно линейной решетки приемных элементов, Определение О происходитпри анализе картины, получаемой в фаторегистраторе при использовании щелевой диаграммы, размер которой в поперечномнаправлении(в направлении перемещения)многократно меньше размера полного кадрового окна, что соответственно обеспечивает многократное уменьшение шумовойсоставляющей пространственнога фурье 20 спектра, а, следовательно многократноепревышение обнарухительной способности предлагаемого устройства по сравнению с прототипом (например, при кадровомокне 20 х 20 мм и щели 1 х 20 мм превы 25 шение порядка (20 х 20);(1 х 20) = 20 раз),Повышение обнаружительной способностиособенно важно в устройствах подобноготипа, т,к, позволяет обнаруживать и определять угловое положение слабых (по мощно 30 сти) излучателей. Упрощение конструкцииустройства за счет ликвидации устройстваввода или устройства, обеспечивающего запись принятого сигнала на оптическийтранспарант, существенно сокращает габа 35 риты всей системы,Экономический эффект от использования предложенного устройства обусловленего техническими преимуществами,Формула изобретенияУстройство определения углового положения точечных излучателей, содержащеелинейку приемных элементов и блок оптической обработки сигналов, состоящий иэ оптически связанных источника когерентногоизлучения, 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 и 55 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышенияобнаружительной способности путемуменьшения кагерентных шумов, а такжеупрощения конструкции, блок оптическойобработки сигналов дополнительно содер, Обручар аз 1741 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГК113035, Москва,Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 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-обьектива 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 сает материала, снабженную набором электродов, выполненных в виде параллельных отрезков прямой, и щель с меха низмом ее перемещения, причем щельориентирована в направлении, перпендикулярном направлению электродов, и установлена с возможностью возвратно- поступательного перемещения вдоль элек тродов, каждый из которых подключен квыходу соответствующего приемного элемента.