Многоустойчивое устройство-коррелятрон

Союз Советских Социалистических Республик(61) Зависимое от а ельства 4.73 (21) 1913127/1 Заявлено 51) М, Кл, 6 06 сг 9/О ением заявкиприс Государственный комите Совета Министров СССР по делам изобретенийи открытий 2) Приоритетпубликовано 30,06,75. Бюллетень2ата опубликования описания 19.09.75(53) УДК 681.333(088,8 2) Автор изобретен ьши Заявитель) МНОГОУСТОЙЧИВОЕ УСТРОИСТВО - КОРРЕЛЯТР Прототи по принци корреляци жет служ релятор, с ческого с вый генер матор, пр фракцион ческого ти парант, и рическую ные фотоп ной плос 5 преде- Вудтаких с по Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и автоматики и может быть использовано в радиотехнике в качестве устройства с многими устойчивыми состояниями стабилизации режимов генерирования сложных радиотехнических сигналов с помощью электро-оптических средств.Предлагаемое многоустойчивое устройство по существу открывает новый класс устройств - коррелятронов, признаками устойчивых состояний в которых являются виды сложных радиотехнических сигналов, широко применяющихся в современной радиолокации, связи, ионосферном зондировании, радионавигации, космических исследованиях и измерительной технике. Под сложными сигналами понимают радиосигналы, произведение длительности которых (например, для радиоимпульсов) на ширину их спектра много больше единицы. Так, в современной радиолокации нашли применение сложные сигналы с внутриимпульсной частотной модуляцией, фазоманипулированные сигналы в соответствии с кодами Баркера, Фрэнка, Хафмана и другие и шумоподобные двоичные М-последовательности, имеющие базу от нескольких десятков до нескольких десятков и сотен тысяч и о ляющиеся функциями неопределенности ворда различной структуры. Обработка сигналов осуществляется, как правило,мощью корреляционных устройств или согласованных сложных фильтров. В результате корреляционной обработки сигнал сильно сжимается по времени и резко возрастает по ампилтуде, что обеспечивает выделение таких сигналов на фоне существенно превышающего уровня помех, т. е. создание высоко помехоустойчивых и скрытых радиосистем.В последние годы широко используют методы оптической обработки сложных радиотехнических сигналов на базе создания многоканальных оптико-акустических корреляционных устройств, а также методы генерирования сложных сигналов на основе оптико- акустических корреляторов,нами для описываемого устроиства пу построения оптико-акустической онной многоканальной схемы моить известный многоканальный кородержащий источник монохромативета, например оптический квантоатор непрерывного действия, коллиостранственньш многоканальный диный модулятор света оптико-акустипа, многоканальный опорный транснтегрирующую поканально цилинд(астигматическую) линзу и канальрименики, установленные в фокалькости указанной линзы в местахдислокации первых дифракцпонпых порядков соответствующих каналов коррелятора,Известное устройство работает как корреляционное и предназначено для обработки сложных сигналов различных видов (по числу каналов). Для использования коррелятора в качестве генератора сложных сигналов достаточно возбудить в звукопроводе пространственного дифракционного модулятора для со ответствующего канала короткий акустический цуг волны. При этом бегущее в звукопроводс акустическое возмущение в виде дельта-импульса на промежуточной частоте оптически опрашивает запись на соответствующей дорожке опорного транспаранта (на каждой дорожке транспаранта записан определенный вид сложного сигнала), На выходе соответствующего канального фотоприемника выделяется соответствующая составляющая сложного электрического сигнала, как функция времени, перенесенного на промежуточную частоту, т. е, происходит преобразование пространственной записи опорного сигнала на соответствующей дорожке транспаранта во временной радиоимпульс, длительность которого равна времени распространения акустического цуга в апертуре пространственного дифракционного модулятора (времени опроса записи на транспаранте).Однако известное устройство не может работать в режиме автономного генератора, оно характеризуется сложностью. Цель изобретения - генерирование периодической последовательности сложных радиосигналов различных видов. Для этого пространственный дифракционный модулятор света оптико-акустического типа выполнен одноканальным и установлен между дополнительно введенными двумя цилиндрическими линзами так, что линия их общего фокуса совмещена с траекторией распространения акустической волны в звукопроводе указанного оптико-акустического модулятора света, который связан оптически с многоканальным опорным транспарантом с записанными на пем пространственными образами генерируемых сложных сигналов через электр оопти ческий многополосковый поляризационный модулятор света, связанный с импульсным коммутатором каналов генерирования, и пластину-анализатор света, а выход многоканального опорного транспаранта оптически связан через сферическую линзу с фотоприемником, общим для всех используемых каналов. Выход фото.риемника параллельно подключен к полосовому усилителю и ограничителю по максимуму с низкоомной нагрузкой, подсоединенной к входу одновибратора дельта-импульсов промежуточной частоты, причем выходы указанного одновибратора и полосового усилителя соединены с пьезодатчиком указанного оптико-акустического модулятора света через сумматор,На чертеже представлена функциональная схема коррелятрона. 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Устройство содержит источник 1 когерентного света, например оптический квантовый генератор непрерывного депствия, коллиматор 2, оптико-акустическую кювету 3 оптико-акустического пространственного дифракционного модулятора света, звукопровод которого возбуждается пьезодатчиком 4 в форме акустической волны, поглощаемой затем акустическим поглотителем 5, пару цилиндрических (астигматических) линз 6 и 7, общая линия фокуса которых совмещена с раскоре распространения акустической волны в звукопроводе кюветь 3, э,сс роо 1 нческЙ мо "одорожечный (многополосный) поляризационный модулятор 8 света на основе электрооптических кристаллов, находящихся в электрическом поле, создаваемом на соответствующих выходных шинах импульсного коммутатора 9 каналов генерирования, пластину-анализатор 10 света (дихроический леночный поляроид), главная плоскость поляризации которого скрещена отосителыо плоскости поляризации света, излучаемого источником 1 (излучение газовых лазерных устройств является строго поляризованным в плоскости). Кроме того, устройство содержит многоканальный опорньш транспарант 11 с записанными пространственно (по фазе или амплтуде проходящих через него волн света) опорными сложными сигналами различных видов, сферическую интегрирующую линзу 12, фотоприемник 13, установленный в фокальной плоскости указанной линзы в области расположения плюс или минус первого порядка дифракции дифракционной картины, полосовой усилитель 14 промсжуточной часготы и ограничитель 15 по максимуму, параллельно подключенные к выходу фотоприемника 13. Выход ограничителя 15 связан с низкоомной нагрузкой 16, шунтируошей выход фотоприемника 13 при сигналах, превышающих некоторое пороговое значение на выходе фотоприемника. Указанная нагрузка связана с одновибратором 17 дельта-ипульсов промежуточной частоты, а выходы одновибратора 17 и полосового усилителя 14 подключены через сумматор 18 к пьезодатчику 4 пространственного дифракционного модулятора свега.Рассмотрим действие предлагаемого устройства.Линейно поляризованная монохроматическая волна света оптического квантового генератора 1 формируется коллиматором 2 в виде плоской световой волны, которая воздействует на звукопровод оптико-акустической кюветы 3, возбуждаемый ультразвуковой волной от пьезодатчика 4. Затем она поглощается в акустическом поглотителе 5, так что в звукопроводе образуется бегущая акустическая волна при подаче на пьезодатчик соответствующих электрических колебаний. Тра. ектория распространения акустической волнь, в звукопроводе кюветы 3 совмещена с общей линией фокусов цилиндрических (астигматических) линз 6 и 7, поэтому волновой фронт10 15 20 25 30 40 4550 55 60 б 5 светового потока ца выходе линзы 7 является фазомодулированным при распространении в звукопроводе кюветы 3 акустической волны, вызывающей соответствующие возмущения оптической плотности звукопровода. Использование одноканального оптико-акустического модулятора, снабженного цилиндрическими (астигматическими) линзами 6 и 7, адекватно применению многоканального оптико-акустического модулятора без линз, однако, конструктивно гораздо проще и надежнее последнего.Включение того или иного канала генерирования достигается подачей на соответствующую полупрозрачную полосу (электропроводящую) электр ооптического многополосного поляризационного модулятора 8 света электрического потенциала определенноц величины от импульсного коммутатора 9 каналов генерирования относительно общей электропроводящей полупрозрачной заземленной обкладки плоской кристаллической пластины поляризационного модулятора (например, изготовленной из дигилрофосфата калия или аммония, ниобата лития, титаната бария или стронция, сернистого цинка и т. д.). Напряжение, открывающее соответствующий канал генерирования, называемое полуволновым и равное по порядку от нескольких лесятков до нескольких сотен вольт, изменяет величину анизотропии кристалла (его чести в виде полосы) так. что проходящий в данном канале световоц поток изменяет свото поляризапию на 90. Для всех других каналов устройства свет не изменяет характера своей поляризации. Посколь ку за поляризационным модулятором установлена пластина-анализатор 10 света, главная плоскость поляризации которого ориентирована ортогонально плоскости поляризации света оптического квантового генератора 1, то свет на выходе платины- анализатора может пройти только в рассматриваемом канале, связанном с одной из записанных на многоканальном опорном транспаранте 1 фазовых или амплитудных дорожек. Следовательно, изменяя полключение полуволнового напряжения от коммутатора 9 к той или иной электропроволящей полупрозрачной полоске поляризационного модулятора 8, можно направлять дифрагированный в пространственном оптико-акустическом молуляторе световой поток через тот или иной канал многоканального опорного транспаранта при отключении всех его других каналов.Осутцествление выборочной коммутации каналов многоканального опорного транспаранта позволяет заменить цилиндрическую (астигматическую) линзу-интегратор и канальные фотоприемники. число которых равно числу каналов транспаранта, на сферическую интегрирующую линзу 12 и один, общий для всех каналов коррелятора фотоприемник 13, установленный в фокальной плоскости линзы 12 в области дислокаци плюс или минус первого порядка дифракции. При использованит сферической интегрирующей лтшзы 12 координаты области дифракццонных максимумов т(артины дифракцци совпадают для всех каналов коррелятора. Благодаря этому можно обойтись одним общим фотоприемником.Процесс двойной (последовательпой) дцфракции световой волны на звукопроволе оптико-акустического модулятора света ц на соответствутощей дорожке:тттоготтатталытого опорного транспаранта ц интегрирования в сферической линзе 12 характеризует процесс взятия корреляционного интеграла по апертуре оптической системы от двух функттттй - сигнала, подаваемого на пьезодатчик 4, ц сигнала, пространственно отображенного на соответствующей фазовой илц амплитудной дорожке многоканального опорного транспаранта.Теория и эксперимент показывают, что если на пьезодатчик 4 подавать короткий цуг электрического колебания промежуточной частоты (пространственцо отображенной на дорожках транспаранта 11), то на выходе фотоприемника 13 образуются колебания на промежуточной частоте. имеющие спектр сложного сигнала, записанного на соответствующей (открытой по световому потоку) дорожке транспаранта. Ллтттельностт. этого сигнала равна вретентт распространения акустического цуга в звукопроводе кюветы 3 в пределах рабочей апертуры оптической системы (временц опроса делт.та-импульсот пространственно распределенной записи опорного сложного сигнала на соответствующей дорожке транспаранта). С другой стороны, если к пьезодатчику подводить колебаштя соответствутощего сложного сигнала указанной длительности, вид которого совпа.чает с вц.чом записанного на работгпотцей дорожке тоанспаранта опорного сложного сттгнала, то в момецт максимума корреляции пространственных распределений сигнала, преобразованного в оптико- акустической ктовете и записанного ца работаютцей дорожке опорного транспаранта, на выходе с 1 тотопрттечника 13 образ ется сжатый по времени импульс большой амплитуды. Так, если оаза сигнала, записанного на транспаранте и ттодаваемого на пьезодатчик 4 кюветы 3, равна о = 100, то дчительность сжатого ралиоимпульса на выходе фотоприемника может быть в 100 раз меньше,члцтельности обрабатываемого сигнала, опре,челяемого апертурой системы, а амплитуда сжатого импульса прц этом возрастает в силу закона сохранения энергии в О раз по сравнению с амплитудой оорабатываемого сложного радиоимпульса.Таким образом, данное устройство может работать в двух режимах: генерирования сложного сигнала, записанного на соответствующей работающей .чорояке многокана,чьного опорного транспаранта, а также обработки сложного радиоим пульса с образованием сжатого радиоимпул са большой амплитуды. Выбор того или иного режима зависитлишь от того, какого характера сигнал подан на пьезодатчик 4 - дельта-импульс промежуточной частоты с выхода одновибратора или сложный сигнал послосового усилителя 14.Представленная на чертеже схема коррелятрона представляет собой эквивалентный че 1 ырехполюсник с немонотонной амплитудной характеристикой, замкнутый в петлю обратной связи. Обратная связь создается тем, что выход фотоприемника 13 соединен с записывающим входом пространственного дифракционного модулятора света - с пьезодатчиком 4 - через соответствующие параллельно действующие цепи формирования и выделения (усиления), Такую схему можно отнести к адаптивным многомерным рециркуляторам с жестким режимом самовозбуждения,Действительно, если на вход одновибратора 17 подать запускающий импульс от какого-либо внешнего источника (по шине Запуск), па пьезодатчик воздействует сформированный в одновибраторе короткий радиоимпульс на промежуточной частоте (10 - 30 мгц), который в звукопроводе кюветы 3 возбуждает короткий акустический цуг, распространяющийся в кювете и считывающий запись опорного сложного сигнала с работающей дорожки транспаранта 11. При этом на выходе фотоприемника возникает составляющая считываемого с транспаранта сложного радиосигнала малой амплитуды и с длительностью, равной отношению рабочей апертуры оптической системы на скорость распространения акустических колебаний в звукопроводе оптико-акустической кюветы 3. Уровень считываемого сложного сигнала оказывается существенно ниже уровня ограничения в ограничителе 15 по максимуму. Поэтому выход фотоприемника 13 не шунтируется ограничителем 15 с низкоомной нагрузкой 16, и сигнал воздействует только на полосовой усилитель 14, усиливается в нем и через линейный сумматор 18 вновь воздействует на пьезодатчик 4.Таким образом, сложный сигнал, считываемый с транспаранта 11 (с одной из его работающих дорожек), вновь записывается в звукопроводе пространственного оптико-акустического модулятора, Эта запись в форме бегущей акустической волны накапливается в звукопроводе до тех пор, пока записываемое в нем распределение не совпадет с соответствующим распределением опорного сложного сигнала на рассматриваемой дорожке транспаранта. Это совпадение соответствует максимуму корреляции сопоставляемых пространственных записей, и в силу ранее изложенного в этот момент времени на выходе фотоприемника 13 формируется весьма короткий сжатый радиоимпульс с большой амплитудой, существенно превосходящий уровень ограничения ограничителя по максимуму. Ограничитель 15 открывается, и выход фотоприемника шунтируется низким сопротивлением нагрузки 16, так что обратная связь фотоприемника с пьезодатчиком 4 через полосовой усилитель65 Предмет изобретенияМногоустойчивое устройство - коррелятрон,содержащее размещенные на одной оптича 14 имеет временно (в течение действия сжатого импульса) низкий коэффициент передачи. Импульсный сигнал, фиксируемый в сопротивлении нагрузки 16, воздействует на вход одновибратора дельта-импульсов проме)куточной частоты. При этом на его выходе формируется одиночный весьма короткий радиоимпульс на промежуточной частоте, который и подается на пьезодатчик 4. Указанный процесс регенерации сложного сигнала повторяется вновь.Рассмотрим пример реализации коррелятрона, Если оптико-акустическая кювета 3 заполнена водным раствором этилового спирта, а рабочая апертура оптической системы составляет 100 мм, то наибольшее время корреляции - около 100 мксек. Такой величины может быть длительность генерируемых сложных радиоимпульсов. Если на дорожках многоканального опорного транспаранта записаны различные сложные радиомпульсы с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), характеризующиеся разными значениями скорости изменения частоты несущих 25 колебаний в пределах длительности импульса, например на 5, О, 5, 5, 6, О 9,5 Мгц (т. е. десять значений скоростей изменения частоты внутри импульса длительностью 100 мксек) при средней частоте радиоимпульсов в 25 Мгц, то эквивалентные базы сложных сигналов соответственно равны 500, 550, 600 950. Максимально сжатые по длительности корреляционные отклики (при корреляционной обработке сложных сигналов, действующих на пьезодатчик 4) имеют при этом длительности соответственно О, 20, О, 18, О, 17 О, 11 мксек, а их амплитуды выше амплитуды сложного сигнала соответственно в 22, 23, 24. 30 раз. Полосовой усилитель 14 40 должен быть настроен на частоту 25 Мгц ииметь полосу прозрачности в диапазоне 20 - 30 Мгц, в этой же полосе частот должен работать пьезодатчик (обычно ширина полосы пропускания оптико-акустических дифракци онных модуляторов составляет до половиныот центральной частоты настройки пьезорезонатора) . Генерируемые сложные сигналы представляют периодическую последовательность смеси считывающего дельта-импульса и сложного сигнала заданного вида с периодом повторения 100 мксек. Временное стробирование такого совокупного сигнала, образующегося на выходе фотоприемника 13, позволяет провести временную режекцию дельта- импульсов (это устройство не представлено на чертеже), т. е. очистить выходной сигнал коррелятора от этих импульсов. Для переключения каналов генерирования используется декадный коммутатор, управляемый внешними импульсами,475633 10 Составитель В. Жовинский.Редактор И. Грузова Техред Т, Миронова Корректор Т, Добровольская Заказ 2261/1ЦНИ Иэд.1553 Тираж 679 И Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5одпнсное Типография, пр. Сапуно ской оси источник когерентного света, коллиматор, оптико-акустический пространственный дифракционный модулятор света с пьезодатчиком и поглотителем, опорный транспарант, интегрирующую линзу и фотоприемник, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью получения периодической последовательности сложных сигналов устройство, содержит ограничитель, одновибратор, усилитель промежуточной частоты, сумматор, две цилиндрические линзы, размещенные на общей оптической оси соответственно после коллиматора и после пространственного дифракционного модулятора света, пьезодатчик которого подключен к выходу сумматора, пластину-анализатор света и многодорожечный поляризациониый модулятор света, размещенные соответственно между опорным транспарантом и второй цилиндрической линзой, и импульсный коммутатор, подключенный к многодорожечному поляризационному модулятору; входы сумматора соединены с выходами одновибратора и усилителя промежуточной частоты, подключенного входом к фотоприемнику, соединенному с ограничителем, подключенным к резистору нагрузки и к одновибратору.