Устройство для обработки сигналов антенной решетки Советский патент 1984 года по МПК H01Q21/00 

Изобретение относится к акустооптическим устройствам обработки информации и может быть использовано в радиолокации для определения трехмерных координат объекта с восстанов лением трехмерной модели обозреваемого пространства, а также для двумерного фокального синтеза. Известено устройство обработки сигналов фазированных антенных решеток (ФАР) с электрическим сканированием диаграммы направленности. Работа устройства заключается в том, что сигналы с выхода каждого элемента фазированной антенной решетки проходят через усилители, линии задержки и затем суммируются 1. Недостатком устройства является возможность пропуска цели, так как обзор пространства ведется посредством сканирующей диаграммы направленности. При этом сигналы от объекта, находящегося вне диаграммы направлен ности, не поступают на вход радиолокационной системы. Кроме того, необходимо применение сложной электронной техники. Известно устройство для обработки сигналов антенной решетки, содержащее расположенные на одной оси когерентный источник света, конденсор, коллиматор, акустооптический модулятор, интегрирующую линзу и блок регистрации. Устройство работает следующим образом. Импульсный сигнал с каждого элемента фазированной антенной решет ки поступает на преобразователь частоты, состоящий из смесителей и гете родина, усиливается, задерживается в каждой колонке и суммируется. Суммарный сигнал с каждой колонки решет ки подается на соответствующий канал акустического модулятора света и рас пространяется в нем в виде объемной волны. Плоская световая волна, образованная оптическим квантовым генератором, конденсором и коллиматором, проходя через акустический модулятор света, дифрагирует на акустических сигналах, распространяющихся в каждом из каналов. В задней фокальной плоскости интегрирующей линзы формируется дифракционная картина многоканального акустического модулятора света. Положение главного пика дифракционного максимума первого поряд ка относительно осей. У, Z содержит информацию об угловых координатах це ли. При изменении угла падения электромагнитной волны на решетку происходит соответствующее смещение положения главного пика дифракционного максимума в выходной плоскости У02 интегрирукмей линзы, что свидетельст вует об изменении угловых координат цели или источника сигналов. Принятый импульснпй сигнал (его длительность равна длительности зондирующего сигнала) в каждой колонке преобразуют в пачку импульсов, причем число импульсов в пачке равно числу элементов антенной решетки в колонке. Для получения пачки импульсов каждый сигнал задерживают, причем задержка кратна длительности зондирующего сигнала, затем сигналы усиливают для компенсации потерь, вызванных задержкой и суммируют 2. К недостаткам устройства следует отнести наличие задержки и суммирования, что ведет к тому, что данным устройством можно обрабатывать импульсные сигналы лишь определенной длительности. Обработка сигналов, длительность которых больше времени запаздывания в элементе задержки, затруднена, а обработка непрерывных сигналов практически невозможна. Кроме того, устройство содержит большое количество сложных блоков и элементов, определяющих его высокую стоимость, большую трудоемкость изготовления и настройки. Поскольку многократная модуляция светового потока производится суммарными сигналами, длительность которых больше длительности сигнала с выхода элемента ФАР, модуляция световой волны требует большой оптической апертуры. Вследствие этого, устройство имеет значительные габаритные размеры, что затрудняет его использование на борту летательных аппаратов. Пель изобретения - расширение класса обрабатываемых сигна гов и упрощение устройства. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для обработки сигналов антенной решетки, содержащем расрасположенные на одной оси когерентный источник спета, конденсор, коллиматор, акустооптический модулятор, интегрирующую линзу и блок регистрации, между коллиматором и акустическим модулятором и между указанным модулятором ) и интегрирующей линзой установлены соответственно скрещенные поляризатор и анализатор, а акустооптический модулятор выполнен коллинеарным и на его боковой грани расположена двумерная решетка пьезопреобразователей, входы которых являются входами устройства. Расширение клалса обрабатываемых предлагаемым устройством сигналов осуществляется за счет того, что акустооптический модулятор выполнен коллинеарным. При этом необходимо отметить , что в предлагаемом устройстве сигналы с каждого элемента антенной решетки без задержки и суммирования независимо друг от друга модулируют соответствующие элементы светового потока, поэтому соотношение амплитуд и фаз между акустическими волнами в среде взаимодействия сохраняется вне зависимости от длительности им-, пульсного обрабатываемого сигнала либо длительности выборки непрерывного сигнала, находящейся в рассматриваемый момент времени в среде акусто оптического взаимодействия. На чертеже изображено предлагаемое устройство. Устройство содержит расположенные на одной оптической оси когерентный источник 1 света, конденсор 2, колли матор 3, поляризатор 4, акустооптический модулятор 5 с двумерной решет кой пьезопреобраэователей 6, анализатор 7, интегрирующую линзу 8, блок 9 регистрации. Угол в между передней торцовой гранью С и продольной осью X акустооптического модулятора 5 выбирается из условия оптимального отражения акустических волн от грани С и распространения их .вдол1Г оси X. Задняя торцовая грань Д акустооптического модулятора срезана под углом Брюстера относительно продольной оси X для обеспечения минимальных потерь дифрагированного света на-отражение. Сигналы двумерной фазированной антенной решетки 10 через усилители 11 подаются на соответствующие сигнальные электроды решетки пьезопреобразоватеЛей 6. I Устройство работает следующим образом. В отсутствии сигналов на входе скрещенные под углом 90° поляризатор 4 и анализатор 7 обеспечивают полное подавление световых волн в выходной плоскости устройства. Входные импуль ные или непрерывные сигналы с каждого элемента двумерной антенной решет ки 10 с некоторой частотой заполнения, равной tfj, , подают после усиления на соответствующие пьезопреобразователи 6 двумерного акустического модулятора 5 света и возбуждают в среде взаимодействия акустические волны, которые, отражаясь от грани С, распространяются вдоль оси X. Плоская поляризованная световая волн вхо.г;ит. в акустооптический модулятор 5, обеспечивающий коллинеарную дифракцию световых и акустических волн т.е. обладающий оптической анизотропией и имеющий ненулевой диагональный коэффициент фотоупругой матрицы. Промодулированная в результате колли неарного взаимодействия световая вол на имеет вектор поляризации, смещенный на некоторый угол Ч относительно вектора поляризации немодулироваиног светового потока, и пропускаются ана лизатором 7. Интегрирующая линза 8 осуществляет преобразование Фурье выходного светового потока. Анализа-г тор 7 отфильтровывает немодулированную световую волну. Распределение фаз и амплитуд по фронту в световой волне, выходящей из акустического модулятора 5, пропорционально распределению фаз и амплитуд в раскрыве радиолокационной фазированной антенной решетки 10. Интенсивность и пространственные координаты дифракционного пятна пропорциональны интенсивности и пространственным координатам источника излучения ввиду того, что объемные акустические волны, распространяющиеся в акустооптическом модуляторе 5, смещены по времени друг относительно друга в точном с6ответствии с фазовым сдвигом входных сигналов ФАР. Таким образом, образованное в выходной плоскости . световое распределение является оптической моделью электромагнитного поля в раскрыве ФАР. При обработке сигнала, длительность которого больше временной апертуры модулятора, либо при обработке непрерывного сигнала, модуляция световой волны осуществляется выборками сигнала с элементов фазированной антенной решетки 10, KOTOjMJe находятся в рассматриваемый момент времени в среде взаимог действия. При этом распределение амплитуд и фаз промодулированного светового потока пропорционально распределению амплитуд и фаз электромагнитного поля в раскрыве фазированной антенной решетки 10 и образованное световое распределение в выходной плоскости представляет собой оптическую модель электромагнитного поля обозреваемого пространства. В следующий момент времени модуляция светового потока уже осуществляется другими выборками непрерывного сигнала, заполнившими акустооптический модулятор 5. Блок 9 регистрации отмечает постоянное или изменяющееся во времени и пространстве (в зависимости от соотношения амплитуд и фаз сигналов антенной решетки) световое распределение. Предлагаемое устройство для обработки сигналов, антенной решётки отличается от прототипа, так как позволяет обрабатывать импульсные сигналы любой длительности, а также непрерывные сигналы при сохранении параллельности обзора пространства. Технико-экономическое преимущество предлагаемого устройства-по сравнению с прототипом заключается в значительном упрощении обработки сигналов, так как коллинеарное взаимодействие световых и акустических во, осуществляемое усиленными сигналами фазированной антенной решетки, непосредственно подаваемыми в каналы модуляции, позволяет отказаться от линий задержки, сумматоров, смесителей и гетеродинов. Технология изготовления устройства для обработки сигналов антенной решетки значительно проще технологии изготовления прототипа, а стоимость ниже, так как технология изготовления двумерного акустооптического модулятора, обеспечивающего коллинеарное взаимодействие акустических и световых волн, достаточно отработана, а стоимость поляроидов, из которых выполнены поляризатор и анализатор невелика.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ, содержащее расположенные на одной.оси когерентный источник света,конденсор,коллиматор ,акустооптический модулятор, интегрирующую линзу и блок регистрации, отличающееся тем, что, с целью расширения класса обрабатываемых сигналов и упрощения устройстйа, между коллиматором и акустооптическим модулятором и между указанным модулятором и интегрирующей линзой установлены соответственно скрещенные поляризатор и анализатор, а акустооптический модулятор выполнен колли неарным и на его боковой грани расположена двумерная решетка с пьеэопреобразователей, входы которых® являются входами устройства. (Л СО СО СО 4