Адаптивная оптическая система Советский патент 1984 года по МПК G05B13/00 G01C3/08 

Изобретение относится к квантовой радиотехнике и можетбыть использовано в информационных и измерительных системах. Известна многоканальная адаптивная оптическая система, в которой по отраженному сигналу происходит подстройка фаз когерентных излучателей -(представляющих собой или одно зеркало с разделением его на отдельные сегменты, или решетку предварительно синхронизированных по частоте и фазе лазеров). Устойчивость работы системы, а также интенсивность сигна ла опреде ляется характеристиками отдельного адаптивного контура и в пер вую очередь его коэффициентом усиления ij . Однако в.данном устройстве не предусмотрен адаптивный контроль и последующее управление коэффициентами усиления контуров. Наиболее близкой к предлагаемой является адаптивная оптическая систе ма 2 , представляющая собой систему апертурного зондирования и содержащая лазерный источник, облучающий зеркало, в каждый канал излучения ко торого с помощью фазовращателей вводятся модулирующие пробные сигналы для создания незначительной по амплитуде (1/15-1/14 длины волны) фазовой модуляции. Отраженное от объек а излучение регистрируется оптическим приемником (детектором) и подается через полосовые фильтры, настроенные на модулирующие частоты W,,CJ2 фазовые детекторы, на вторые входы которых подаются модулирующие сигналы от генераторов, Интеграторы (фильтры нижних частот) выделяют сигналы ошибки в каждсм канале, которые подаются затем на фазовые модуляторы, Результатом работы является совмещение максимума интерференционной картины с бликом на объекте. Данное устройство содержит также цепи синхронизации для его работы в импульсном режиме, в непрерывном режиме работы системы апертурного зондирования каналы приема и передачи разносят, хотя в простейшем случае прием отраженного сигнала производится также одним оптическим приемником. Кроме этого, сам источник излучения может предста лять собой решетку синхронизированных по частоте (фазе) лазеров. Недостатком известной системы является то, что сигнал фазовой ошибки, поступающий на фазовый модулятор с выхода фильтра нижних частот, зависит от коэффициента усиления адаптивного кансша. Действительно, сигнал фазовой сяиибки на выходе фильтра ижних частот (ФНЧ) в т-ом канале в остоянии адаптации имеет вид: Sm (N - 1) ( , де А - коэффициент усиления в - коэффициент фазовой модуляции;N - ЧИСЛО каналов; G - полный фазовый сдвиг вдоль траектории; onm опорная фаза для элемента. и При анализе работы ckcTeNbi апертурного зондирования предполагается, то коэффициенты усиления во всех каналах одинаковы, и тогда сигнал фазовой ошибки на выходе ФНЧ в каждом канале зависит только от разности фаз (,- Ьопт) Однако обеспечить полную идентичность адаптивных сигналов и постоянство коэффициента усиения в каждом канале на протяжении продолжительного времени работы в реальных условиях трудно. Поэтому в реальном случае имеется сигнал ошибки, состоящий из двух компонент: 5„4Amtь ml o - HG,„-Gonn VЛmЦotN-) 4Q,,,-GonJtuftmy(MM)( где 3„ -сигнал ошибки, зависящий только от разности фаз; 4Sm -сигнал ошибки, обусловлен- ный изменением коэффициента усиления. При этом как увеличение, так и уменьшение коэффициента усиления относительно оптимального ухудшает работу системы. Цель изобретения - повышение точности система за счет повышения интенсивности сигнала на объекте. Цель достигается тем, что в адаптивную оптическую систему, содержащую источник когерентного сигнала, выходом соединенного с входами первого и второго фазовых модуляторов, оптический приемник, выход которого соединен с входагш первого и второго полосовых фильтров, выходами подключённых к первым входам первого и второго фазовых детекторов соответственно, вторые входы первого и второго фазовых детекторов соединены с выходами первого и второго модулирующих генераторов, входы первого и второго фильтров нижних частот подключены к выходампервого и второго фазовых детекторов соответственно, дополнительно введены управляекый усилитель, сумматор, блок сравнения и блок деления, первый вход которого соединен с выходом блока сравнени а второй вход - с выходом сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, с первым входом блока сравнения и вторым входом первого фазового модулятора, выход второго фильтра нижних частот подключен через управляемый усилитель к вторым входам сумматора, блока сравнения и второго фа зового модулятора. Причем выход блока деления соединен с вторым входом управляемого усилителя. На .чертеже представлена блок-схема адаптивной оптической системы. Блок-схема родержит источник когерентного, сигнала 1, первый и второй фазовые модуляторы 2 и 3, оптический приемник 4, первый и второй полосов)ые фильтры 5 и 6, первый и второй фазовые детекторы 7 и 8, первый и второй модулирующие генераторы 9 и 10, первый и второй фильтры нижних частот 11 и 12, управляемый усилитель 13, сумматор 14, блок срав нения 15 и блок деления 16. Устройство работает следующим образом. С помощью модулирующих генераторов 9 и 10 в оба канала излучения вводится фазовая модуляция с амплитудой /15 - 7( /14 на частотах to, , (02. Moдyлиpoвaнный по фазе сигнал от одного элемента апертуры интерферирует с сигналом от второго элемента и создает пространственную интерференционную картину. Отраженное от объекта излучение оказывается промодулированным по амплитуде с частотами СО,, tdg регистрируется оптическим приемником 4. Для разделения сигналов фазовой коррекции сигнал с выхода приемника 4 пропускается через фильтры 5 и 6, настроенные на .частоты Со, , Uj . Затем в первом адаптивном канале сигнал с выхода полосового фильтра 5 подается на вход фа зового детектора, который управляетс модулирующим генератором 9. Фильтр нижней частоты 11 на выход: фазового детектора 7 выделяет управляющий сигНсш, амплитуда и полярность которого задают фазовую коррекцию, посту пающую как и модулирующая частота на вход фазовращателя 2 для его управления. Сигнал с выхода полосового фильтр 6 подается на вход фазового детектора 8, который управляется модулирующим генератором 10. Фильтр нижних частот 12 на выходе фазового детекто ра 8 выделяет сигнал ошибки. Этот сигнал с выхода фильтра нижних частот 12 подается на первый вход регулируемого усилителя 13. Сигнал с выхода рег,улируемого усилителя 13, как и сигнал с выхода ФНЧ 12, подается на сумматор 14, на выходе которого получается сигнал S, пропорциональный сумме сигналов ошибки первого и второго каналов. Подобным образом сигналы с выхода регулируемого усилителя 13 и ФНЧ 11 пЬступают на входы блока сравнения 15, на выходе которого получается сигнал S.,, пропорционсшьный разности сигналов ошибки первого и второго каналов. Эти сигналы 84, S подаются на входы делителя 16, с выхода которого сигнал S4./S, пропорциональный изменению коэффициента усиления второго кангша подается на второй (управляющий) вход регулируемого усилителя 13, с выхода которого скорректированный сигнал фазовой ошибки, амплитуда и полярность которого задают фазовую коррекцию, добавляется к модулирующей частоте и поступает на вход фазовращателя 3 для его управления. Техническая регшизация введенных блоков не вызывает затруднений, так как все они широко используются в современных радиотехнических системах. Так, в качестве делителя 16 может быть использована схема делителя на интегральных микросхемах. Технико-экономическая эффективность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Поведение и стабильность адаптивных систем апертурного зондирования определяется характеристиками отдельного контура. При построении пргжтических адаптивных систем необходимо учитывать влияние коэффициента усиления каждого контура как на процесс адаптации, так и на величину интенсивности сигнала на объекте. Так как полная дисперсия фазовой схиибки в каждом канале может быть записана как rT : 5o iHN-P Ur Uf,, где р - коэффициент рабочей модуля , ции; 6 - дисперсия первоначальной фазовой ошибки, подлежащей компенсации;А - усиление в адаптивном контуре; . I/Ig - коэффициент Штреля, to отсюда видно, что уменьшение коэф фициента А приводит к увеличению 6 что, в свою очередь, приводит к уменьшению интенсивности сигнеша на объекте, что может оценено с помощью коэффициента Штреля: (i-e«pK,)).

51097970

Если коэффициент усиления в про-ность уменьшается в 1,123 раза иЛи

цесое работы уменьшается, напримерна 12,25%.

на 10%, то это приводит к увеличению С другой стороны как увеличение, дисперсии фазовой ошибки в канале,так и уменьшение коэффициента усилекоторое может быть оценено следующимния может привести к потере устойобразом: 5чивости системл.

Таким образом, изобретение позвоg; .ляет увеличить интенсивность сигнаЛ (.А-аА) иа на объекте и улане вить систему

т.е. полная дисперсия возрастает за 10бований к стабильности характеристик

счет увеличения второй составляющейэлементов адаптивного канала. Кроме

на 12%. С помощью несложных расчетов,того, использование изобретения в

используя вышеприведенное выражениемногоканальных системах апертурного

для вычисления относительной интен-зондирования позволит значительно

сивности (коэффициент Штреля), мож- |5сократить время .подготовки к работе,

но показать, что при величинах Я .20°так как оно определится в этом случго составляет 0,349 рад. (ju , чае временем настройки только одноили 0,385 рад. И при уменьшении ко-го (стабильного) канала, а настройэффициента усиления на 10% интенсив-ка остальных произойдет по нему.

за счет значительного понижения тре

АДАПТИВНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА, содержащая источник когерентного сигнала, соединенный выходом с входами первого и второго фазовых модуля оров, оптический приемник, выход которого соединен с входами первого и второго полосовых фильтров, подключенных выходами к первым входам первого и второго фазовых детекторов соответственно, входы первого и второго фазовых детекторов соединены с выходами первого и второго моду- t 1 SU,,., 1097970 А 3C5D G 05 В 13/00 // G 01 С 3/08 ,5c; .. г лирующих генераторов, входы первого и второго фильтров нижних частот подключены к выходам первого и второго фазовых детекторов соответстВ1енно, отлич аюцаяся тем, что, с целью повьхиения точности системы за счет повышения интенсивности сигнала на объекте, в нее дополнительно введены управляемый усилитель, сумматор, блок сравнения и блок деления, первый вход которого, соединен с выходом блока сравнения, а второй вход с выходом сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, с первым входом блока сравнения и с вторым входом первого фазового модулятора, выход второго фильтра нижних частот Подклю|(П чен через управляемый усилитель к вторым входам сумматора, блока сравнения и второго фазового модулятора, причем выход блока деления соединен с вторым входом управляемого усилителя. СО СО --sj