АКУСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА Российский патент 1995 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться для измерения частоты и пеленга принимаемых сигналов, а также спектрального анализа сложных сигналов и определения вида модуляции.

Известны акустооптические анализаторы спектра. Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является акустооптический анализатор спектра, который выбран в качестве прототипа. Указанный анализатор спектра обеспечивает визуальный спектральный анализ и распознавание вида модуляции сложных сигналов, а также подавление дополнительных (зеркальных и комбинационных) каналов приема и пеленгацию источника излучения сложных сигналов.

Однако указанное устройство обеспечивает точную и однозначную пеленгацию источника излучения сложных сигналов только в одной плоскости.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем точной и однозначной пеленгации источника излучения сложных сигналов в двух плоскостях.

Цель достигается тем, что в устройство введены третий приемный канал, состоящий из последовательного включенных третьей приемной антенны, третьего смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и третьего усилителя промежуточной частоты, седьмая и восьмая ячейки Брэгга, седьмая и восьмая линзы, шестая матрица фотодетекторов, вторая диафрагма, второй пороговый блок, четвертый и пятый ключи, второй затвор, второй регистр считывания, третий, четвертый, пятый и шестой блоки регистрации, второй, третий и четвертый блоки взаимной привязки, четвертый, пятый и шестой перемножители, первый, второй и третий узкополосные фильтры, первый и второй фазовые детекторы, причем к выходу первого ключа подключен пьезоэлектрический преобразователь седьмой ячейки Брэгга, к выходу третьего усилителя промежуточной частоты подключен пьезоэлектрический преобразователь восьмой ячейки Брэгга, седьмая и восьмая ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную друг к другу с противоположными направлениями распространения в них акустических волн, а на пути распространения их дифрагированного пучка света последовательно установлены седьмая линза, в фокальной плоскости которой размещена вторая диафрагма, и восьмая линза, в фокальной плоскости которой размещена шестая матрица фотодетекторов, к электрическому выходу которой последовательно подключены второй затвор, второй регистр считывания, второй пороговый блок, четвертый ключ, второй вход которого соединен с выходом первой матрицы фотодетекторов, третий блок регистрации и второй блок взаимной привязки, к выходу второго порогового блока последовательно подключены пятый ключ, второй вход которого соединен с выходом шестой матрицы фотодетекторов, и четвертый блок регистрации, выход которого соединен с вторым входом второго блока взаимной привязки, к второму выходу первого гетеродина последовательно подключены четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина, и первый узкополосный фильтр, к выходу первого ключа последовательно подключены пятый (шестой) перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго (третьего) усилителя промежуточной частоты, второй (третий) узкополосный фильтр, первый (второй) фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, пятый (шестой) блок регистрации и третий (четвертый) блок взаимной привязки, второй вход которого соединен с выходом первого (третьего) блока регистрации, при этом тремя приемными антеннами образованы две измерительные базы, которые расположены в виде "прямого угла", в вершине которого размещена антенна первого приемного канала, общая для второго и третьего приемных каналов.

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 принцип пеленгации источника излучения сложных сигналов фазовым методом в двух плоскостях; на фиг.3 частотная диаграмма, поясняющая процесс образования дополнительных каналов приема; на фиг.4 возможный вид осциллограмм на экранах блоков индикации.

Акустооптический анализатор спектра содержит лазер 1, на пути распространения пучка света которого установлены коллиматор 2 и восемь ячеек Брэгга 3.5, 3.6, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3,7 и 3,8. На пути распространения дифрагированного пучка света ячейки Брэгга 3.1 (3.2, 3.3, 3.4) установлена соответствующая линза 4.1 (4.2, 4.3 и 4.4), в фокальной плоскости которой размещена соответствующая матрица фотодетекторов 5.1 (5.2, 5.3, 5,4), выход которой соединен с соответствующим блоком индикации 6.1 (6.2, 6.3, 6.4). Ячейки Брэгга 3.5 и 3.6 примыкают друг к другу, к их электрическим входам подключены соответственно выходы усилителей 7 и 8 промежуточной частоты. Ячейки Брэгга 3.7 и 3.8 примыкают друг к другу, к их электрическим входам подключены соответственно выходы ключа 12 и усилителя 13 промежуточной частоты. К выходу приемной антенны 9.1 последовательно подключены смеситель 10.1, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 11.1, усилитель 7 промежуточной частоты, ключ 12, второй вход которого соединен с выходом порогового блока 19, перемножитель 14.1, полосовой фильтр 15.1, перемножитель 14.2, полосовой фильтр 15.2, перемножитель 14.3 и полосовой фильтр 15.3.

К выходу ключа 12 и полосовых фильтров 15.1, 15.2 и 15.3 подключены соответствующие ячейки Брэгга 3.1, 3.2, 3.3 и 3.4. К выходу приемной антенны 9.2 последовательно подключены смеситель 10.2, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 11.2, и усилитель 8 промежуточной частоты, выход которого соединен с пьезоэлектрическим преобразователем ячейки Брэгга 3.6. Пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 3.5 соединен с выходом усилителя 7 промежуточной частоты. К выходу приемной антенны 9.3 последовательно подключены смеситель 10.3, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 11.2, усилитель 13 промежуточной частоты и пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 3.8. Гетеродин 11.1 и смеситель 10.1, гетеродин 11.2 и смеситель 10.2, гетеродин 11.2 и смеситель 10.3 образуют преобразователи частоты. На пути распространения пучка света, дифрагированного на ячейках Брэгга 3.5 и 3.6, последовательно установлены линза 4.5, диафрагма 16 и линза 4.6, в фокальной плоскости которой размещена матрица фотодетекторов 5.5, к выходу которой последовательно подключены первый затвор, 17, первый регистр считывания 18, первый пороговый блок 19, второй ключ 20, второй вход которого соединен с выходом матрицы фотодетекторов 5.1, первый блок регистрации 21 и первый блок 22 взаимной привязки. К выходу матрицы фотодетекторов 5.5 последовательно подключен третий ключ 23, второй вход которого соединен с выходом первого порогового блока 19, и второй блок регистрации 24, выход которого соединен с вторым входом первого блока 22 взаимной привязки. На пути распространения пучка света, дифрагированного на ячейках Брэгга 3.7 и 3.8, последовательно установлены линза 4.7, диафрагма 25 и линза 4.8, в фокальной плоскости которой размещена матрица фотодетекторов 5.6, к выходу которой последовательно подключены второй затвор 26, второй регистр считывания 27, второй пороговый блок 28, четвертый ключ 29, второй вход которого соединен с выходом матрицы фотодетекторов 5.1, третий блок регистрации 30 и второй блок 31 взаимной привязки. К выходу матрицы фотодетекторов 5.6 последовательно подключены пятый ключ 32, второй вход которого соединен с выходом второго порогового блока 28, четвертый блок регистрации 33, выход которого соединен с вторым входом второго блока 31 взаимной привязки. К второму выходу гетеродина 11.1 последовательно подключен четвертый перемножитель 34, второй вход которого соединен с вторым выходом гетеродина 11.2, и первый узкополосный фильтр 37. К выходу ключа 12 последовательно подключены пятый 35 (шестой 36) перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя 8 (13) промежуточной частоты, второй 38 (третий 39) узкополосный фильтр, первый 40 (второй 41) фазовый детектор, пятый 42 (шестой 43) блок регистрации и третий 44 (четвертый 45) блок взаимной привязки, второй вход которого соединен с выходом блока 21 (30) регистрации.

Акустооптический анализатор спектра работает следующим образом. Если на вход устройства поступают сложные сигналы с бинарной фазовой манипуляцией (ФМн-2, ϕ_к(t)=0, π), то их аналитически можно записать следующим образом:
U₁(t)=U_c ˙ cos[2π f_ct+ ϕ_k(t)+ ϕ₁]
U₂(t)=U_c ˙ cos[2π f_ct+ ϕ_k(t)+ ϕ₂]
U₃(t)+U_c ˙ cos[2π f_ct+ ϕ_k(t)+ ϕ₃] 0 ≅ t ≅ T_c, где U_c, f_c, T_c, ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃ амплитуда, несущая частота, длительность и начальные фазы сигналов;
ϕ _k(t)=0, π манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции, причем ϕ_k(t)=const при K τ_п<t<(K-1)τ _п, и может изменяться скачком при t=K τ_п, т.е. на границах между элементарными посылками (K=1,2,N-1);
τ_п, N длительность посылок, из которых составлены сигналы длительностью Т_с(Т_с=N ˙ τ_п).

Сигналы U₁(t), U₂(t) и U₃(t) c выходов антенн 9.1, 9.2 и 9.3 поступают на первые входы смесителей 10.1, 10.2 и 10.3, на вторые входы которых с выходов гетеродинов 11.1 и 11.2 подаются напряжения
U_г1 ( t ) U_г1 ˙ cos ( 2 π f_г1 ˙ t + ϕ_г1 ),
U_г2 ( t ) U_г2 ˙ cos ( 2 π f_г2 ˙ t + ϕ_г2 ) где U_г1 U_г2 f_г1 f_г2 ϕ_г1 ϕ_г2 амплитуды, частоты и начальные фазы напряжений гетеродинов. Причем частоты f_г1 и f_г2 гетеродинов 11.1 и 11.2 разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты
f_г2 f_г1= 2f_пр и выбраны симметричными относительно несущей частоты f_c принимаемых сигналов
f_c-f_г1 f_г2-f_c=f_пр. Это обстоятельство приводит к удвоению числа дополнительных каналов приема (фиг.3).

На выходах смесителей 10.1, 10.2 и 10.3 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 7, 8 и 13 промежуточной частоты выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты
U_пр1 ( t )
U_пр1 ˙ cos [ 2 π f_пр t + ϕ_k ( t ) + ϕ_пр1
U_пр2 ( t )
U_пр2 ˙ cos [ 2 π f_пр t ϕ_k ( t ) ϕ_пр2
U_пр3 ( t )
U_пр3 ˙ cos [ 2 π f_пр t ϕ_k ( t ) ϕ_пр3
0 ≅ t ≅ T_c, где U= KU_сU; U= KU_сU;
K коэффициент передачи смесителей;
f_пр= f_c-f_г1 f_г2-f_c промежуточная частота; ϕ_пр1 ϕ₁ ϕ_г1; ϕ_пр2 ϕ₂ ϕ_г2; ϕ_пр3 ϕ₃ ϕ_г3 которые поступают на ячейки Брэгга 3.5, и 3.6, 3,7 и 3.8, где происходит их преобразование в акустические колебания с противоположными направлениями распространения.

Пучок света от лазера 1, сколлимированный коллиматором 2, проходит через ячейки 3.5, 3.6, 3.6, 3.8 Брэгга и дифрагируют на акустических колебаниях, возбужденных напряжениями U_пр1, U_пр2(t) и U_пр3(t). На пути распространения дифрагируемых частей пучка света установлены линзы 4.5 и 4.7, формирующие пространственные спектры принимаемых сигналов. В фокальной плоскости указанных линз установлены диафрагмы 16 и 25, пропускающие только ± первые порядки дифракции светового поля. При этом обеспечивается преобразование фазовой модуляции светового потока в амплитудную модуляцию. В фокальной плоскости линз 4.6 и 4.8 установлены матрицы фотодетекторов 5.5 и 5.6 соответственно. Оптические системы формируют в плоскости расположения матриц фотодетекторов 5.5 и 5.6 изображения, в которых пространственно-временные распределения амплитуд световых волн пропорциональны суммам пространственных копий напряжений U_пр1(t) и U_пр2(t), U_пр1((t) и U_пр3(t):
A₁(x,t) Ut + Ut +,
A₂(y, t) Ut + Ut + где v скорость звука в ячейках Брэгга;
L₁, L₂ продольные размеры изображений.

Поскольку каждые из фотодетекторов матриц 5.5 и 5.6 реагируют на интенсивности
J₁(x, t)= A₁(x,t); J₂(y,t)= A₂(y,t) , и накапливают фотоиндуцированные заряды в течение времени интегрирования Т, в i-x и j-x фотодетекторах по истечении времени Т накапливаются заряды, величина которых равна
QUt + + Ut +dt,
QUt + + Ut +dt, где х_i координата i-го фотодетектора;
y_i координата j-го фотодетектора.

Накопленные заряды с помощью затворов 17 и 26 переносятся из матриц фотодетекторов 5.5 и 5.6 в регистры считывания 18 и 27 соответственно, из которых информация о величине заряда в каждом фотодетекторе выводится последовательно во времени в виде отдельных отсчетов в течении интервала Т. Указанные отсчеты являются отсчетами корреляционных функций R₁( τ₁) и R₂(τ₂), которые сравниваются с пороговым уровнем U_пор в пороговых блоках 19 и 28. Пороговый уровень U_пор превышается только при максимальном значении корреляционных функций R₁( τ₁₀) и R₂( τ₂₀). Так как напряжения U_пр1(t) и U_пр2(t), U_пр1(t) и U_пр3(t) образуются одним и тем же сигналом, принимаемым по трем каналам на одной и той же частоте f_c, то между канальными напряжениями существует сильная корреляционная связь.

Корреляционные функции R₁(τ₁) и R₂(τ₂) имеют ярко выраженный характер, их максимальные значения превышают пороговый уровень U_пор в пороговых блоках 19 и 28. При превышении порогового уровня U_пор в пороговых блоках 19 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющие входы ключей 12, 20 и 23 и открывает их. В исходном состоянии ключи 12, 20, 23, 29 и 32 закрыты. При этом напряжение U_пр1, (t) c выхода усилителя 7 промежуточной частоты через открытый ключ 12 поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки 3.1 и 3.7 Брэгга и на два входа перемножителя 14.1, на выходе которого образуется гармоническое напряжение
U₄(t)=U₁ ˙ cos(4 π f_прt+2 ϕ_пр1, ),
0 ≅ t ≅ T_c, где U₁= K₁U;
K₁ коэффициент передачи перемножителя.

Следовательно, второй акустооптический коррелятор срабатывает после срабатывания первого акустооптического коррелятора. При превышении порогового уровня U_пор в пороговом блоке 28 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющие входы ключей 29 и 32 и открывает их.

Так как 2 ϕ_k(t)=0, 2 π, то в указанном напряжении фазовая манипуляция уже отсутствует. Напряжение U₁(t) выделяется полосовым фильтром 15.1 и поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 3.2 и на два входа перемножителя 14.2, на выходе которого образуется гармоническое напряжение
U₅(t)=U₂ ˙ cos(8 π f _прt+4 π ϕ_пр1),
0 ≅ t ≅ T_c, где U₂= K₁U21

Это напряжение выделяется полосовым фильтром 15.2 и поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 3.3 и на два входа перемножителя 14.3, на выходе которого образуется гармоническое напряжение
U₆(t)=U₃ ˙ cos(16π f_прt+8 ϕ_пр1),
0 ≅ t ≅ T_c, где U₃= K₁U22

Это напряжение выделяется полосовым фильтром 15.3 и напряжение поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 3.4.

Пучок света от лазера 1, сколлимированный коллиматором 2, проходит через ячейки Брэгга 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 и дифрагирует на акустических колебаниях, возбужденных напряжениями U_пр1(t), U₁(t), U₂(t) и U₃(t).

На пути распространения дифрагируемой части пучка света установлены линзы 4.1, 4.2, 4.3 и 4.4. В фокальных плоскостях указанных линз, формирующих пространственный спектр принимаемого сигнала, установлены матрицы фотодетекторов 5.1, 5.2, 5.3, и 5.4. Каждому разрешаемому элементу анализируемого частотного диапазона соответствует свой фотодетектор. Каждая ячейка Брэгга состоит из звукопровода и возбуждающей гиперзвук пьезоэлектрической пластины, выполненной из кристалла ниобата лития соответственно Х и Y 35^o среза. Это обеспечивает автоматическую подстройку по углу Брэгга и работу ячейки в широком диапазоне частот. В качестве блоков индикации 6.1, 6.2, 6.3 и 6.4 могут быть использованы осциллографические индикаторы.

Ширина спектра ФМн-2 сигнала Δ f_c определяется длительностью τ_пэлементарных посылок (Δ f_c=1/τ _п), тогда как ширина спектра второй Δ f₂, четвертой Δ f₄ и восьмой Δ f₈ гармоник определяется длительностью Т_ссигнала (Δ f₂= Δ f₄=Δ f₈=1/T_c). Следовательно, при умножении фазы на два, четыре и восемь спектр ФМн-2 сигнала сворачивается в N раз (Δ f_c/Δ f₂=Δ f_c/Δ f₄=Δ f_c/Δ f₈= N) и трансформируется в одиночные спектральные составляющие. Это обстоятельство и является признаком распознавания ФМн-2 сигнала. Спектры принимаемого ФМн-2 сигнала и его гармоник визуально наблюдаются на экранах индикаторов 6.1, 6.2, 6.3 и 6.4 (фиг.4а).

Если оптические системы, состоящие из линз 4.5, 4.6, диафрагмы 16 и линз 4.7, 4.8, диафрагмы 25, не меняют масштабов изображений, то распределения световых потоков в фокальной плоскости линз 4.6 и 4.8 могут быть описаны выражениями
Q_i= Ut + Ut +dt,
Q₂= Ut + Ut +dt, где τ₁= Sinβ, τ₂= sinα
d₁ расстояние между антеннами 9.1 и 9.2 (измерительная база, фиг.2);
d₂ расстояние между антеннами 9.2 и 9.3;
β α углы прихода радиоволн в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях (азимут и угол места);
с скорость распространения радиоволны.

Выходные сигналы i-го и j-го фотодетекторов, накопленные за время Т, пропорциональны выражениям
β arcsin α arcsin , из которых видно, что положение максимума корреляционных функций R₁(τ₁₀) и R₂(τ₂₀) принимаемого сигнала по координатам Хi и Yj (или номера соответствующих фотодетекторов) одназначно связаны с истинным пеленгом β_o и углом места α_o источника излучения
τ₁₀≡ β_o, τ₂₀≡ α_o.

Значения истинных пеленга β_o и угла места α_o (или номера соответствующих фотодетекторов) через открытые ключи 23 и 32 фиксируются блоками 24 и 33 регистрации. Значения несущей частоты f_c (или номер соответствующего фотодетектора) через открытые ключи 20 и 29 фиксируются блоками 21 и 30 регистрации. Привязка измеренных значений несущей частоты f_c принимаемого ФМн-2 сигнала, истинных пеленга β_o и угла места α_o источника излучения осуществляется по совпадению сигналов трех каналов во времени с помощью блоков 22 и 31 взаимной привязки. Причем один канал, состоящий из ячейки Брэгга 3.1, линзы 4.1, матрицы фотодетектора 5.1, индикатора 6.1, ключей 20, 29, блоков 21 и 30 регистрации, предназначена для измерения несущей частоты f_c принимаемого сигнала, ширины спектра Δ f_c и его анализа. Для измерения истинного пеленга β_o на источник излучения ФМн-2 сигнала используется второй канал, состоящий из ячеек Брэгга 3.7, 3.8, линз 4.7, 4.8, диафрагмы 25, матрицы фотодетекторов 5.6, ключа 32 и блока 33 регистрации.

Напряжения U_г1(t) и U_г2(t) с вторых выходов гетеродинов 11.1 и 11.2 поступают на два входа перемножителя 34, на выходе которого образуется напряжение U_г(t)=U_г ˙ cos(2π f_гt+ϕ _г)=U_г ˙cos(4π f_прt+ ϕ _г), где U_г= K₁UU,

f_г= f_г2 f_г1=2f_пр, ϕ _г= ϕ_г2 ϕ_г1, которое выделяется узкополосным фильтром 37. Напряжения U_г1(t) и U_г2(t), U_пр1(t) и U_пр3(t) c выходов ключа 12, усилителей 8 и 13 промежуточной частоты поступают на два входа перемножителей 35 и 36, на выходах которых образуются гармонические напряжения
U₇(t)=U₄ ˙ cos(4π f_прt+ ϕ_г+ Δ ϕ₁),
U₈(t)=U₄ ˙ cos(4π f_прt+ ϕ_г+ Δ ϕ₂),
0 ≅ t ≅ Т_с, где U₄= K₁UU;
Δ ϕ₁ фазовый сдвиг, определяющий направление на источник излучения в азимутальной плоскости;
Δ ϕ₂ фазовый сдвиг, определяющий направление на источник излучения в угломестной плоскости.

Напряжения U₇(t) и U₈(t) выделяются узкополосными фильтрами 38 и 39 и поступают на первые входы фазовых детекторов 40 и 41, на вторые входы которых подается напряжение U_г(t) c выхода узкополосного фильтра 37. На выходах фазовых детекторов 40 и 41 образуются постоянные напряжения:
U_н1=U_н ˙ cos Δ ϕ₁,
U_н2=U_н ˙ cos Δ ϕ₂, где U_н= K₂U₄·U;
K₂ коэффициент передачи фазовых детекторов;
Δϕ₁= 2π sinβ, Δϕ₂= 2π sinα,
d₁,d₂ измерительные базы;
λ длина волны, которые фиксируются блоками 42 и 43 регистрации и поступают на первые входы блоков 44 и 45 взаимной привязки соответственно, на вторые входы которых подается измеренное значение несущей частоты f_c принимаемого ФМн-2 сигнала с выходов блоков 21 и 30 регистрации.

Если на вход анализатора спектра поступает ФМн-4 сигнал (t) 0, , π, , то на выходе полосового фильтра 15.1 образуется ФМн-2 сигнал [ϕ_k(t)=0, π 2 π 3 π а на выходе полосовых фильтров 15.2 и 15.3 образуются соответствующие гармонические напряжения U₂(t) и U₃(t). В этом случае на экранах индикаторов 6.1 и 6.2 наблюдаются спектры ФМн-4 и ФМн-2 сигналов, а на экранах индикаторов 6.3 и 6.4 наблюдаются одиночные спектральные составляющие (фиг.4б).

Если на вход устройства поступает ФМн-8 сигнал (t) π, π, π, π, , то на выходах полосовых фильтров 15.1 и 15.2 образуются ФМн-4 и ФМн-2 сигналы, а на выходе полосового фильтра 15.3 образуется гармоническое напряжение U₃(t). В этом случае на экранах индикаторов 6.1, 6.2 и 6.3 наблюдаются спектры ФМн-8, ФМн-4 и ФМн-2 сигналов, а на экране индикатора 6.4 наблюдается одиночная спектральная составляющая (фиг.4в).

Если на вход устройства поступает ЧМн-2 сигнал, то на выходе полосового фильтра 15.1 образуется частотно-манипулированный сигнал с индексом девиации частоты h= 1. При этом его спектр трансформируется в две спектральные составляющие на частотах 2f₁ и 2f₂. На выходе полосового фильтра 15.3 образуется две спектральные составляющие на частотах 8f₁ и 8f₂ (фиг.4г).

Если на входах устройства поступает ЧМН-3 сигнал, то на выходе полосовых фильтров 15.2 и 15.3 образуются три спектральные составляющие на частотах 4f₁, 4f₂ 4f_ср и 8f₁, 8f_cр, 8f₂, т.е. сплошной спектр трансформируется в три спектральные составляющие (фиг. 4д). На выходе перемножителя 14.3 спектр ЧМн-3 сигнала трансформируется в другой сплошной спектр, поскольку h<1.

Таким образом, на экранах индикаторов 6.1 и 6.2 визуально будут наблюдаться сплошные спектры.

Если на вход устройства поступает ЧМн-5 сигнал, то на выходе перемножителя 14.3 его сплошной спектр трансформируется в пять спектральных лепестков с пиковыми значениями на частотах 8f₁, 8f₃, 8f_ср, 8f₄, 8f₂. На выходах перемножителей 14.1 и 14.2 сплошной спектр ЧМн-5 сигнала трансформируется в другие сплошные спектры, так как в этих случаях h<1.

Таким образом, на экранах индикаторов 6.1, 6.2, 6.3 будут наблюдаться сплошные спектры, а на экране индикатора 6.4 пять спектральных лепестков (фиг.4е).

Если на вход устройства поступают сигналы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ)
U₉(t)=U_c ˙ cos(2π f_ct+ π γ t²+ ϕ₁),
U₁₀(t)=U_c ˙ cos(2π f_ct+ π γ t²+ ϕ₂),
U₁₁(t)=U_c ˙ cos(2π f_ct+ π γ t²+ϕ₃),
0 ≅ t ≅ T_c, где U_c, f_c, T_c, ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃ амплитуда, начальная частота; длительность и начальные фазы сигналов;
γ скорость изменения частоты внутри импульса и Δ f_g девиация частоты, то преобразователями частоты они переносятся на промежуточную частоту
U_пр4 ( t ) U_пр1 ˙ cos ( 2 π f_пр t + π γ t² + ϕ_пр1 )
U_пр5 ( t ) U_пр2 ˙ cos ( 2 π f_пр t π γ t² ϕ_пр2 )
U_пр6 ( t ) U_пр2 ˙ cos ( 2 π f_пр t π γ t² ϕ_пр5 )
0 ≅ t ≅ T_c.

Напряжение U_пр4(t) выделяется усилителем 7 промежуточной частоты и поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 3.1 и на два входа перемножителя 14.1, на выходе которого образуется ЛЧМ сигнал:
U₁₂(t)=U₁ ˙ cos(4π f_прt+2 π γ t²+2 ϕ_пр1),
0 ≅ t ≅ T_c, который выделяется полосовым фильтром 15.1 и поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 3.2.

Так как длительность Т_с ЛЧМ сигнала на основной и удвоенной промежуточной частоте одинакова, то увеличение γ в 2 раза происходит за счет увеличения в 2 раза девиации частоты Δ f_g. Из этого следует, что ширина спектра ЛЧМ сигнала на удвоенной промежуточной частоте в 2 раза больше его ширины на основной промежуточной частоте (Δ f₂=2Δ f_c).

Аналогично на выходах перемножителей 14.2 и 14.3 ширина спектра ЛЧМ сигнала увеличивается в 4 и 8 раз (Δ f₄=4Δ f_c, Δ f₈=8Δ f_c).

Следовательно на экране индикатора 6.1 визуально наблюдается спектр ЛЧМ сигнала, а на экранах индикаторов 6.2, 6.3 и 6.4 наблюдаются спектры ЛЧМ сигналов, ширина которых в 2,4 и 8 раз больше ширины спектра исходного ЛЧМ сигнала (фиг.4ж). Это обстоятельство и является признаком распознавания ЛЧМ сигнала.

Описанная выше работа устройства соответствует случают приема сложных сигналов по основному каналу на частоте f_c (фиг.3).

Если ложные сигналы (помехи) принимаются по первому зеркальному каналу на частоте f₃, то в смесителях 10.1 и 10.2 они преобразуются в напряжения следующих частот:
f₁₁=f_г1 f₃₁=f_пр,
f₁₂= f_г2 -f₃₁=3f_пр, где первый индект обозначает канал, по которому принимается сигнал;
второй индекс обозначает номер гетеродина, частота которого участвует в преобразовании частоты принимаемого сигнала (помехи).

Однако только напряжение с частотой f₁₁ попадает в полосу пропускания Δ f_п усилителя 7 промежуточной частоты. Это напряжение поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 3.5. Напряжение на выходе усилителя 8 промежуточной частоты отсутствует, выходное напряжение акустооптического коррелятора равно нулю, ключи 12, 20, 23 не открываются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по первому зеркальному каналу на частоте f₃₁, подавляются.

Если ложные сигналы (помехи) принимаются по второму зеркальному каналу на частоте f_з2, то в смесителях 10.1 и 10.2 они преобразуются в напряжения следующих частот:
f₂₁=f_з2-f_г1=3f_пр,
f₂₂=f_з2-f_г2=f_пр.

Однако только напряжение с частотой f₂₂ попадает в полосу пропускания Δ f_п усилителя 8 промежуточной частоты. Напряжение на выходе усилителя 7 промежуточной частоты отсутствует, выходное напряжение акустооптического коррелятора также равно нулю, ключи 12, 20, 23 не открываются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по второму зеркальному каналу на частоте f_з2, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по первому комбинационному каналу на частоте f_к1 или по второму комбинационному на частоте f_к2 или по любому другому комбинационному каналу.

Если ложные сигналы (помехи) одновременно принимаются по первому f_з1 и второму f_з2 зеркальным каналам или по двум другим дополнительным каналам, то на выходах усилителей 7 и 8 промежуточной частоты образуются напряжения, которые поступают на ячейки Брэгга 3.5 и 3.6. Однако выходное напряжение акустооптического коррелятора не превышает порогового уровня U_пор. Это объясняется тем, что канальные напряжения образуются разными ложными сигналами (помехами), принимаемыми на разных частотах. Между канальными напряжениями существует слабая корреляционная связь и выходное напряжение коррелятора не превышает порогового уровня U_пор. Ключи 12, 20 и 23 не открываются и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по двум дополнительным каналам, подавляются.

Пороговый уровень U_пор в пороговом блоке 19 превышается только при приеме сложных сигналов по основному каналу на частоте f_c, корреляционная функция которых имеет один главный лепесток с высоким уровнем и несколько боковых лепестков с низким уровнем.

Таким образом, предлагаемый анализатор спектра по сравнению с прототипом обеспечивает точную и однозначную пеленгацию источника излучения сложных сигналов в двух плоскостях фазовым методом. При этом используются две измерительные базы d₁ и d₂, расположенные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Причем антенна 9.1 является общей для указанных измерительных баз. Следовательно, две измерительные базы расположены в виде прямого угла, в вершине которого помещена антенна первого приемного канала, общая для второго и третьего приемных каналов. Такое расположение измерительных баз приводит к сокращению количества используемых антенн. Вместо четырех антенн, располагаемых в виде классического креста, использованы три антенны, которые расположены в виде прямого угла.

Повышение точности пеленгации достигается увеличением измерительных баз d₁ и d₂. Возникающая при этом неоднозначность отсчета угловых координат β и α устраняется корреляционной обработкой принимаемых сложных сигналов. При этом в каждой плоскости используются одна измерительная база и две шкалы отсчета: фазовая и временная. Эти шкалы независимы друг от друга.

Фазовая шкала обеспечивает измерение направления на источник излучения сложных сигналов по разности раз сигналов, принимаемых тремя разнесенными в пространстве антеннами. Временная шкала обеспечивает измерение направления на источник излучения сложных сигналов по запаздыванию огибащей сигнала в тех же антеннах. Причем первая шкала обеспечивает точный, но неоднозначный отсчет угловых координат, а вторая шкала однозначный, но грубый отсчет угловых координат источника излучения сложных сигналов.

Кроме того, предлагаемое устройство позволяет повысить чувствительность при пеленгации источника излучения сложных сигналов. Это объясняется тем, что за счет перемножения напряжений U_пр1(t) и U_пр2(t), U_пр1(t) и U_пр3(t) осуществляется свертка спектра принимаемых сложных сигналов в N раз, что позволяет выделить гармонические колебания U₇(t) и U₈(t) c помощью узкополосных фильтров 38 и 39, отфильтровав при этом значительную часть шумов и помех, т. е. повысить чувствительность устройства при пеленгации источника излучения, сложных сигналов. Причем пеленгация источника излучения сложных сигналов осуществляется на фиксированной частоте, равной разности частот гетеродинов f_г2-f₁₁=2f_пр, что исключает влияние нестабильности несущей частоты f_c принимаемых сложных сигналов на результаты пеленгации. Предлагаемое устройство инвариантно к виду модуляции принимаемых сложных сигналов. Тем самым функциональные возможности устройства расширены.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться для измерения частоты и пеленга принимаемых сигналов, а также спектрального анализа сложных сигналов и определения вида модуляции. Устройство содержит лазер, коллиматор, ячейку Брэгга, матрицы фотодетекторов, блоки индикации, усилители промежуточной частоты, приемные антенны, смесители, гетеродины, ключи, усилитель промежуточной частоты, перемножители, полосовые фильтры, диафрагмы, затворы, регистры считывания, пороговые блоки, блоки взаимной привязки, узкополосные фильтры, фазовые детекторы. 4 ил.

АКУСТООПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА, содержащий последовательно оптически соединенные лазер, коллиматор и шесть ячеек Брэгга, на пути распространения дифрагированного пучка света первой, второй, третьей и четвертой ячеек Брэгга установлены линзы, в фокальных плоскостях которых размещены матрицы фотодетекторов, электрическими выходами подключенные к блокам визуальной индикации спектра, пятая и шестая ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную одна к другой с противоположными направлениями распространения в них акустических волн, а на пути распространения их дифрагированного пучка света последовательно установлены пятая линза, в фокальной плоскости которой размещена диафрагма, и шестая линза, в фокальной плоскости которой размещена пятая матрица фотодетекторов, к электрическому выходу которой последовательно подключены затвор, регистр считывания, пороговый блок, второй ключ, первый блок регистрации и первый блок взаимной привязки, к выходу порогового блока последовательно подключены третий ключ и второй блок регистрации, выход которого соединен с вторым входом первого блока взаимной привязки, второй вход второго ключа соединен с выходом первой матрицы фотодетектора, а второй вход третьего ключа с выходом пятой матрицы фотодетекторов, а также два приемных канала, каждый из которых состоит из последовательно включенных приемной антенны, смесителя и усилителя промежуточной частоты, а также гетеродина, соединенного с вторым входом смесителя, к выходу первого усилителя промежуточной частоты последовательно подключены первый ключ, первый перемножитель, первый полосовой фильтр, второй перемножитель, второй полосовой фильтр, третий перемножитель и третий полосовой фильтр, второй вход первого ключа соединен с выходом порогового блока, пьезоэлектрический преобразователь первой ячейки Брэгга соединен с выходом первого ключа, пьезоэлектрические преобразователи второй, третьей и четвертой ячеек Брэгга соединены с выходом первого, второго и третьего полосовых фильтров соответственно, пьезоэлектрические преобразователи пятой и шестой ячеек Брэгга соединены с выходами первого и второго усилителей промежуточной частоты соответственно, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем точной и однозначной пеленгации источника излучения сложных сигналов в двух плоскостях, в него введены третий приемный канал, состоящий из второго гетеродина и последовательно включенных третьей приемной антенны, третьего смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и третьего усилителя промежуточной частоты, седьмая и восьмая ячейки Брэгга, седьмая линза, вторая диафрагма, восьмая линза, последовательно соединенные шестая матрица фотодетекторов, второй затвор, второй регистр считывания, второй пороговый блок, четвертый ключ и третий блок регистрации, а также четвертый, пятый и шестой блоки регистрации, второй,третий и четвертый блоки взаимной привязки, четвертый, пятый и шестой перемножители, первый, второй и третий узкополосные фильтры, первый и второй фазовые детекторы, причем к выходу первого ключа подключен пьезоэлектрический преобразователь седьмой ячейки Брэгга, к выходу третьего усилителя промежуточной частоты подключен пьезоэлектрический преобразователь восьмой ячейки Брэгга, седьмая и восьмая ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную одна к другой с противоположными направлениями распространения в них акустических волн, а на пути распространения их дифрагированного пучка света последовательно установлены седьмая линза, в фокальной плоскости которой размещена вторая диафрагма, и восьмая линза, в фокальной плоскости которой размещена шестая матрица фотодетекторов, второй вход четвертого ключа соединен с выходом первой матрицы фотодетекторов, выход третьего блока регистрации с первыми входами второго и четвертого блоков взаимной привязки, к выходу второго порогового блока последовательно подключены пятый ключ, второй вход которого соединен с выходом шестой матрицы фотодетекторов, и четвертый блок регистрации, выход которого соединен с вторым входом второго блока взаимной привязки, к второму выходу первого гетеродина последовательно подключены четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина, и первый узкополосный фильтр, к выходу первого ключа подключены пятый и шестой перемножители, вторые входы которых соединены с выходом второго и третьего усилителей промежуточной частоты соответственно, к выходам перемножителей подключен второй, третий узкополосные фильтры, соединенные с входами первого и второго фазовых детекторов, вторые входы которых соединены с выходом первого узкополосного фильтра, а выходы через пятый и шестой блоки регистрации соответственно с входами третьего и четвертого блоков взаимной привязки, второй вход третьего блока взаимной привязки соединен с выходом первого блока регистрации, при этом тремя приемными антеннами образованы две измерительные базы, которые расположены в виде "прямого угла", в вершине которого размещена антенна первого приемного канала, общая для второго и третьего приемного каналов.