Акустооптический приемник

(19 5)3 Н 04 В 10/ К ПАТЕНТ ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР)(57) Использование: в радиоприемнике дляпеленгации и спектрального анализа сложИзобретение относится к радиотехнике и может использоваться для пеленгации и спектрального анализа сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМН). Цель изобретения - расширение функциональных возмокностей путем точной иоднозначной пеленгации источника излучения фазоманипулированных сигналов,Структурная схема предлагаемого приемника представлена на фиг, 1; частотнаядиаграмма, поясняющая принцип образования дополнительных каналов приема,изображена на фиг, 2,Акустооптический приемник содержитпоследовательно включенные антенну 1,смеситель б, второй вход которого соединен.с выходом гетеродина 4, усилитель 8 промежуточной частоты, перемножитель 10, второй вход которого через последовательно.вклю:энные смеситель 7 и усилитель 9 промекуточной частоты соединен с выходами 1838882 АЗ ных сигналов с фазовой манипуляцией. Сущность изобретения: акустооптический приемник содержит две антенны, преобразователь частоты., состоящий из гетеродина и смесителя, гетеродин, смеситель, два усилителя промежуточной частоты, перемножитель, узкополосный фильтр, перемножитель, второй узкополосный фильтр, коррелятор, пороговый блок, ключ, фазовый детектор, блок регистрации, ключ, лазер, коллиматор, ячейку Брегга, линзу и матрицу фотодетекторов, 2 ил. антенны 2 и гетеродина 5, узкополосный фильтр 11, фазовый детектор 17 и блок 18 регистрации. К выходу гетеродина 4 последовательно подключены перемнокитель 12, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 5, узкополосный фильтр 13 и ключ 16, второй вход которого через последовательно включенные коррелятор 14 и пороговый блок 15 соединен с выходами усилителей 8 и 9 промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу фазового детектора 17. На пути распространения пучка света от лазера 20 последовательно установлены коллиматор 21 и ячейка Брэгга 22, пьезоэлектрический преобразователь которой через ключ 19 соединен с выходом первого и второго усилителей промежуточной частоты, На пути распространения дифрагируемой части пучка света установлена линза 23, в фокальной плоскости которой размещена матрица 24 фотодетекторов. Последовательно включенные гетеродин 4 исмеситель 6 образуют преобразователь 3 частоты.Подавление ложных сигналов (помех), приниглаемых на зеркальных и комбинационных частотах, основано на использовании 5 двух каналов приема, гетеродины 4 и 5 которых разнесены по частоте на величину 21 пр.101 г 2-1 г 1 2 Гп ри корреляционной обработке канальных наи ряжений. При этом 1;оличество дополнительных (зеркальных и комбинационных) частот удваивается (фиг. 2). 15Для пеленгации источника излучения ФМн сигналов в предлагаемом приемнике используется фазовый метод, при котором фазовый сдвиг между сигналами, принимаемыми антеннами 1 и 2, составляет 20где О - измерительная база (расстояние 25между антеннами);Л- длина волны;у- угол, определяющий. направлениена источник излучения.Фазовому методу пеленгации свойственно противоречие между требованиямиточ ности 11 згперений 1 и однозначности отсчета угловых координат. Действительно, согласно вышеуказанному выражению,фазовая система тем чувствительнее к изме- .35нению угла, чем больше относительный размер базы б/Л, Однако с ростом б/Аугленьшается значение угловой координаты,при которой разность фаз превосходит значение 2 я, т,е. наступает неоднозначность 40отсчета,аИскл 1 очить неоднозначность пеленгации фазовым методом можно двумя способами: 1( применением остронаправленныхантенн; 2) использованиегл нескольких измерительных баз (многошкальность),Системы пеленгации с остронаправленными антеннами обладают большой дальностью действия и высокой разрешающейспособностью по направлению. Однако они 50требуют поиска, источника излучения до начала измерений и его сопровождения понаправлению антенным лучом в процессеизмерений.М ногошкальный метод отсчета углов основан на использовании нескольких измерительных баз, При этом меньшая базаобразует грубую, но однозначную шкалу отсчета, а большая база - точную, но неоднозначную шкалу отсчета. Системы пеленгации, использующие такой метод, имеют огранич 1 энную дальность и сложную антенную систему,В предлагаемом устройстве применен корреляционный метод устг,анения неоднозначности пеленгации, который использует кар реля цион и ые свойства Ф М н сигналов..Акустооптицеский приемник работает следующим образом.Принимаемые ФМн сигналыО 1(1) Чс соз 2 к 1 с 1 + р к(1) + р 6О 2(1) = Чс СОЗ 2 Г 1 с 1 + Д к(1) + Р 230 1 Тс,где Чс, 1 с, р 1, д:2, Тс - амплитуда, несущая частота, начальные фазы и длительность сигналов;р, (т) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фаэовой манипуляции, причем р(с)= сспм при К ти с(К+1) ти . и может изменяться скацком при .1= К и т.е, на границах между элементар- ными посылками (К = 1,2 И);ти , К - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тс (Тс = К ти ); с выхода антенн 1 и 2 поступают на первый вход смесителей 6 и 7, на второй вход которых с выхода гетеродинов 4 и 5 подаются напряжения соответственноОг 1(с) = Чг 1 соз (2 я г 11+ д 7 г 1),Ог 2 (1) = Чгсоз (2 я Гг 21 + Рг 2 )фГдЕ ОГ 1, Чг 2, 1 Г 1, 1 Г 2, Грг 1, грг 2 - аМПЛИтудЫ, частотьг, начальные фазы напряжений гете- родинов 4 и 5.Причем частоты 1 г 1 и 1 г 2.гетеродинов 4 и 5 выбраны следующим образоктг 2 - 1 г 1 = 21 п р .На выходе смесителей 6 и 7 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 8 и 9 выделяются напряжения промежутоцной (разностной) частоты:Опр 1 (1) = Чпр 1СОЗ 2 ЛГпр 1 +як (С) +Опр 1Опр 2(1) = Чпр 2 :СОЗ 2 тпр 1 - фк(1) Рпр 210.1 Тс,1 Гдв Чпр 1 = ГК 1 ЧсЧг 1 1Чпр 2 - 7-К 1 ЧсЧг 2к 1 - коэффициент передачи смесителей; Ьр1 с-Гг 1 " 2-1 с - промежуточная частотаРлр 1 у"1 Р 1 Длрг Я Д)2, которые поступают на два входа перемножителя 10, На выходе последнего образуется гарМоническое колебание Оз(т) = Чз сов( 4 лГп т + Ь р + Л р ),100 . Тс,1Где Чз = - К 2 Чпр 1 Чпрг2 1где Ч 4 = - К 2 Чг 1 Чг 2,2 35 которое выделяется узкополосным фильтром 13, частота настройки Г 2 которого выбирается равной 21 пр (1 г = 2 Ьр),НаПРЯжЕНИЯ Опр 1(1) И Олог(1) С ВЫХОДа40усилителей 8 и 9 промежуточной частотыпоступаот на два входа коррелятора 14, навыходе которого образуется напряжение О,пропорциональное корреляционной функции В(т). Это напрякение поступает навход порогового блока 15, где сравниваетсяс пороговым уровнем Чпр. При этом пороговое напряжение Чпор в пороговом блоке15 превышается только при максимальномвыходнол 1 напряжении коррелятора 14(ЧиахЧпор). Так как один и тотже сигналпринимается по двум каналам, то между канальньоли напряжениями Опр 1(1) иОпр 2 (1) существует сильная корреляционная связь,выходное напряжение коррелятора 14 достигает максимального значения Ча прикотором то = - уо, где уо - истинный пеленг.Следовательно, пороговое напряжение Чпорв пороговом блоке 15 превышается только К 2- коэффициент передачи перелнокителя;/ = Рг - Рг 1Ь С/ = р 1 - рг - фаэавый Сдвиг, опредЕ 20ляющий направление на источник иэлучеия ФМн сигналов,Это колебание выделяется узкополоснымфильтра,"л 11, частота настройки 1 н 1 котороговьбирается равной 21 пр(тн 1. = 2 Гпр), иоступает на первый вход фазового детектора 17,Напряжения Оц(1) и Огг с выходов гетеродинов 4 и 5 подаются на два входа перемножителя 12, на выходе которогообразуется гармоническое колебание 3004(т) = Ч 4 саз 2 я (лагг - 1 г 1)т + Ьр =Члххсаз(4 л 1 прт Ьс/г),при максимальном значении корреляционной функции В(го) и не превышается при значениях т, соответствующих боковым лепесткам корреляционной функции В(т) (Ч Чпор). При превышении порогового уровня Чпор (ЧмахЧпр) в пороговол 1 блоке 15 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управллющий вход лочей 16 и 19 и открывает их. 8 исходном состоянии ключи закрыты, При этом гармони 1 оское колебание 01 с выхода узкополосного фильтра 13 через открытый ключ 16 поступает на второй вход фазового детектора 17, на выходе которого образуется постоянное напряжение,О = Чн созЛ р1где Ч = - КзЧзЧ.1;2Кз - коэффициент передачи фазового детектораЭтонапряжение фиксируетсл блокам 18 регистрации. При этом пачьшение точности пеленгации источника излуеич ФУн сиг налов обеспечивается путем увеличения измерительной базы с 3, А возюи:вещая при этом неоднозначность отсчета угла у устрэняется корреляционной обраба 1 ксй канальных напряжений,Ширина спектра Юс принимаемых ФМн сигналов определяется длительностью 1 ъ элементарных посылок (Л 1 -" 1/ т), тогда как ширина спектра Ь 1 гармонического колебания Оз(1) определяется его длительностью Тс(Ю = 1/Тс), т.е.,ширина спектра ЛХг гармочического колебания в М раз меньше ширины спектра ЬХС входных ФМн сигналов фс/ Ю = И). Это дает возложность с помощью узкополосного фильтра 11 выделить гармоническое колебанле Оз(1), отфильтровав при этом значительнуючасть шул 1 ов и помех, т.е, повысить реальную чувствительность приемника при пеленгации источника ФМ сигналов,Напряжение Ор 1(т) с выхода усилителя 8 праме;куточнай частоты через открытый ключ 19 одновременно поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Б рэгга 22, где преобразуется в акустическое колебание. Пучок света от лазера 20, сколлимированный коллиматором 21, проходит через ячейку Брэгга 22 и дифрагирует на акустическом колебании, возбужденном напРЯжении Опр 1(1). Ячейка БРэгга 22 состоит из эвукопровода и возбуждающей гиперэвук пьезоэлектрической пластины, выполненной из кристалла ниобата лития соответственно Х и Усреза. Это обес 1838882печивает автоматическую псгдстройку по углу Брэгга и работу ячейки в широком диапазоне частот,На пути распространения дифрагируелой части пучка света установлена линза,формирующая прострастаеныл спектрригилаелого ФМц сипала, в фокальнойплоскости которой размещена матрица 24фотодетекторов, Каждому разрешающемуэлемету анализируемого частотного диапазод соответствует своей фотодетектор,Описанная выше работа приемника соответствует случаю приема ФМн сигналов по/ основному каалу на частоте Го(фиг 2)Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому зеркальному каналу на частоте Г 31, то в смесителях 4 и 5 онпреобразуется в напрякения следуощихчастот;Г 11 = Гг 1 - Г 31 = ГпрГ 12 = Гг 2 Г 31 = ЗГпр,где первый индекс обозначает канал, по кото;ему принимается ложный сигнал (помеха);второй индекс обозначает номер гетеродцца, частота которого участвует в преобразованиии несущей частоты принимаемоголожного сигнала (помехи).Однако только напряжение на частоте Г 111 оадэет в полосу пропускания усилителя 8промежуточной частоты, а затем подаетсяна первый вход перемножителя 10 и коррелятора 14, Выходное напрякение коррелятора 14 равно нулю, так как на выходеусилителя 9 промекуточной частоты напряжение отсутствует, Ключи 16 и 19 не открываются и ложный сигнал (помеха),принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте Г 31, подавляется.Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму зеркальному каналу на частоте Г 32, то в смесителях 6 и .7 онпреобоазуется в напряжения следующих частот;Г 22 = Г 32 Гг 2 = Гпр,Г 2 л = Г 32 - Гг 1 = ЗГпрОднако только цапряжецие с частотойГ,2 попздает в голосу пропускания усилителя 9 промежуточной частоты и на второй вход коррелятора 14. Выходное напряжение коррелятора 14 в этом случае также равно нулю, так как на выходе усилителя 8 промежуточной частоты напряжение отсутствует, Ключи 16 и 19 це открываются и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму зеркальному каналу на частоте Гз 2, подавляется. По аналогичной причине подавляотся иложные сигналы (помехи), принимаемые подругим дополнительным каналам.Если ложные сигналы (помехи) прли 5 маются одновременно по первому и вгорому зеркальным каналам на частотах Г 31 и Г 32,то в смесителях 4 и 5 оци преобразуются внапряжения следующих частот;Г 11 = Гг 1 - Гз 1 = Гпр10 Г 12 = Гг 2 Г 31 = ЗГпрГ 22. = Г 32 Гг 2 прГ 21= Г 32 - Гг 1 = ЗГпр.При этом напряжения с частотами Г 11 и15 Г 22 попадают в полосу пропускания усилителей 8 и 9 промежуточной частоты иа двавхода перемножителя 10 и коррелятора 14.Однако ключи 16 и 19 не открываются, Этообъясняется тем, что разные локнь 1 е сипалы (помехи) принимаются на разных зеркальных частотах ,31 и Г 32, поэтому междуканальными напряжениями, выделяемымиусилителями 8 и 9 пролекуточой частоты,существует слабая корреляционная связь.Кроме того, иследует отметить, что корреляционная функция помех це имеет ярко выраженного максимума, как это имеет глестоу сложных ФМн сигналов, Выходное напряжение Ч коррелятора 14 не превышает по 30 рогового напряжения Упор в пороговомблоке 15 (ЧЧпор). Последний не срабатывает, ключи 16 и 19 не открываются и ложные сигналы (повлеки), принимаемыеодновременно по первому и второму зер 35 кальным:аналама частотах Г 31 и Г 32, подавляотся,По аналогичной причине годавляотся иложные сигналы (помехи), принимаемые одновремецо и по другим дополцительым40 (комбинационным) каналам.Следовательно, за счет подавленияложных сип:алов (помех), принимаемых подополнительным(зеркальным и комбинационным) каналам, обеспечивается повышение помехоустойчивости и разрешаощейспособности приемника,Таким образом, предлагаемый приемник, по сравнению с прототипом, обеспечивает повышение помехоустойчивости и.разрешающей способности. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех),гринимаемых по дополнительным (зеркальным и комбинационным) каналам, Причемдля подавления указанных ложных сигна 55 лов (помех) используются два приемных канала. гетеродины которых разнесены почастоте на величину 2 Гпр(Гг 2 -Гг = 2 Гпр), икорреляционная обработка канальных напряженн 1 й.Используя два приемных канала, в поедлагаемом приемнике осуществляется точная и однозначная пеленгация источника излучения ФМн сигналов, При этом точность пеленгации достигается за счет 5 увеличения измерительной базы б, А возникаемая при этом неоднозначность отсчета угла у, определяющего направление на истОчник излучения, устраняется также корреляционной обработкой канальных 10 напряжений,. Причем максимум корреляционной функции Я(то ) соответствует зоне однозначности, т.е. области, где разность фаз Ьгр изменяется на величину, меньшую 2 П,Кроме того, предлагаемый приемник 15 обеспечивает повышение реальной чувствительности при пеленгации источника излучения ФЬЛн сигналов., Это достигается перемножением канальных напрякений, при котором происходит свергка спектра 20 ФМн сигналов. А измерение фазового сдвига Лр, определяощего направление на источник излучения ФМн сигналов, осуществляется на удвоенной промежуточной частоте, Тем самым функциональные 25 возможности приемника расширены.Формула изобретенияАкустооптический приемник, содержащий лазер, на пути распространения пучка света которого установлена ячейка Брзгга, 30 на пути распространения дифрагируемой части пучка света установлена линза, в фокальной плоскости которой размещена матрица фотодетекторов, а также последовательно включенные антенну, пре образователь частоты, состоящий из последовательно соединенных первого гетеродина и первого смесителя, и первый усилитель промежуточной частоты, выход которого соединен с пьезоэлектрическим преобразователем ячейки Брэгга, о т л и ч ею щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем точной и однозначной пеленгации источника излучения фазоманипулированных сигналов и повышения помехоустойчивости и разрешающей способности путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным (зеркальным и комбинационным) каналам, в него ввсдены вторая антенна, второй гетеродин, второй смеси- тель, второй усилитель промежуточной частоты, два и ерем ножителя, два . узкополосных фильтра, два ключа, коррелятор и пороговый блок, причем к выходу второй антенны последовательно подключены второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетвродина, второй усилитель промекуточной частоты, первый перемнокитель,второй вход которого соединен с выходом первого усилителя и роглежуточной частоты, перьый узкополосный фильтр, фазовый детектор и блок регистрации, к выходу первого гетеродина последовательно подключены второй переглнокитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, второй узкополосный.фильтр и первый клоч, второй вход которого через последовательно включенные и пороговый блок соединен с выходами первого и второго усилителей промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу фазового детектора, между выходом первого усилителя промсжуточной частоты и пьезоэлектрическим преобразо-вателем ячейки Брэгга вкл 1 очен второй ключ, второй вход которого соединен с выходом порогового блока,1838882 Фиг. г, Ь,иг,2 1 к 2 Составитель В, ДикарТехред М,Моргентал акто орректор М, Керец П водственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2929 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5