Оптическое устройство классификации радиосигналов Советский патент 1984 года по МПК G01R29/08 G02F2/02 G02B27/00 

Изобретение относится к оптической обработке информации и может быть использовано в качестве составной части радиоприемных устройств. Известно устройство классификации радиосигналов, построенное на основе электрических фильтров 1. Однако электрические фильтры имеют только одну независимую переменную - время, и для обработки информации, содержащейся во временных и частотных параметрах принимаемых сигналов, необходимо большое число фильтров, отличающихся центральными частотами. Наиболее близким к предлагаемому по своей технической сущности является оптическое устройство классификации радиосигналов, содержащее лазер, коллиматор, пространственный модулятор света, два фотоприемника, а также блок считывания, подключенный к выходу фотоприемников. Это устройство, кроме того, включает две астигматических системы линз и каталог голографических фильтров, а число фотоприемников, собранных в линейку, превышает два. Работа устройства основана на идентификации принятого сигнала с одним из эталонных 2. Используемый здесь голографический метод позволяет создать большое число согласованных фильтров, расположенных в одной плоскости. Однако при отсутствии априорией информации о параметрах ожидавмого множества сигналов (а именно, о несущих частотах, полосах спектра, кодах передачи сообщений) точность классификации с помощью устройства-прототипа может оказаться низкой. Кроме того, в тех случаях, когда от устройства классификации требуется не подробный анализ параметров радиосигналов, а лищь выяснение вида модуляции, то применение рассмотренного устройства нецелесообразно ввиду неоправданных в данном случае затрат и сложности создания обширного каталога голографических фильтров для перекрытия с достаточной точностью неопределенного множества возможных радиосигналов. Цель изобретения - повышение точности классификации радиосигналов по виду модуляции при отсутствии априорной информации об их параметрах. Поставленная цель достигается тем, что в оптическое устройство классификации радиосигналов, содержащее лазер, коллиматор, пространственный модуляторсвета, два . фотоприемника, а также блок считывания, подключенный к выходу фотоприемников, введены три поляризатора, а также установvieHHbie последовательно за пространственным модулятором света экран с двумя отверстиями, расположенными соответственно напротив начального и конечного участков этого модулятора, четвертьволновая пластинка, размещенная на выходе одного из указанных отверстий, второй и третий коллиматорь, выпо.пиенные анаморфотными и расположенными соосно с этими отверстиями, и трехгранная равнобедренная призма, бoльиJaя грань которой перпендикулярна оптической оси устройства, причем первый поляризатор установлен на выходе лазера, второй и третий поляризаторы размещены соответственно перед фотоприемниками в плоскости пересечения оптических осей второго и третьего коллиматоров на выходе трехгранной призмы, главные направления этих поляризаторов взаимно ортогональны и также, как главное направление четвертьволновой пластинки, составляют с главным направлением первого поляризатора угол 45°, а блок считывания выполнен в виде двух фильтров нижних частот, подключенных соответственно к фотоприемникам, и электроннолучевой трубки, входы вертикально и горизонтально отклоняющих систем которой соединены с выходами указанных фильтров. На фиг. 1 представлена оптико-электронная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - состояние поляризации в точках а, в, с, d, f, устройства; на фиг. 3 - изображение, получающееся на экране электроннолучевой трубки (ЭЛТ), случай сигнала с фазовой телеграфией изменением начальной фазы отдельных посылок Af 0; ; на фиг. 4 - то же, случай сигнала с фазовой телеграфией ФТд (Af 0; jT) на фиг. 5то же, случай сигнала частотной телеграфии ЧТ; на фиг. 6 - то же, случай сигнала с частотной модуляцией ЧМ; на фиг. 7 - получение напряжений, поступающих на отклоняющие системы ЭЛТ при приеме радиосигнала ФТ1. Оптическое устройство классификации радиосигналов включает последовательно расположенные лазер 1, первый поляризатор 2, первый коллиматор 3, пространственный модулятор света (ПМС), 4, экран 5 с двумя отверстиями, расположенными соответственно напротив начального и конечного участков модулятора 4, четвертьволновую пластинку 6, размещенную на выходе одного из указанных отверстий, второй 7 и третий 8 коллиматоры, выполненные анаморфортными и расположенные соосно с этими отверстиями, трехгранную равнобедренную призму 9, большая грань которой перпендикулярна оптической оси устройства, второй 10 и третий И поляризаторы, размещенные соответственно перед фотоприемниками 12 и 13 в плоскости пересечения оптических осей коллиматоров) 7 и 8 на выходе призмы 9 а также блок считывания сигнала. При этом главные направления поляризаторов 10 и 11 взаимно ортогональны и так же как главное направление четвертьволновой пластинки 6 составляют с главным направлением поляризатора 2 угол 45°, а блок считывания выполнен в

виде двух фильтров нижних частот 14 и 15, подключенных соответственно к фотоприемникам 12 и 13, и ЭЛТ 16, входы вертикально и горизонтально отклоняющих систем которой соединены с выходами указанных фильтров.

Устройство работает следующим образом.

Пучок света е выхода лазера 1 через поляризатор 2 поступает на вход коллиматора 3, с выхода которого расщиренный по оси X пучок падает на ПМС 4. Одновременно на вход ПМС 4 в форме электрических колебаний подается принятый радиосигнал. Прощедший сквозь ПМС 4 световой пучок приобретает пространственную фазовую модуляцию, соответствующую форме радио сигнала. Далее часть светового пучка, прощедщая через второе отверстие экрана 5, поступает на четвертьволновую пластинку 6 и далее на коллиматор 7, а часть пучка, прощедшая через первое отверстие экрана 5 проходит на коллиматор 8. С выходов коллиматоров 7 и 8 расширенные по оси Y пучки света, пройдя призму 9, пересекаются в плоскости поляризаторов 10 и 11 и через них попадают на входы фотоприемников 12 и 13. Выходные сигналы с этих фотоприемников через фильтры нижних частот 14 и 15 поступают на вертикально и горизонтально отклоняющие системы ЭЛТ 16, создавая на экране ЭЛТ изображения, позволяющие однозначно определить вид модуляции принимаемого сигнала (фиг. 3-6).

Принцип классификации, положенный в основу рассматриваемого устройства, состоит Б следующем. Предположим, что на вход ПМС 4 поступает некоторый произволь ный радиосигнал S(t) вида

S(t) A(t)cos wt i- f /t)

где Act) -функции амплитудной модуляции;

-средняя частота сигнала;

/ t - время;

Nt.)-функция фазовой модуляции. Сигнал S(t) формирует в ПМС 4 входной транспарант, имеющий соответствующую S(t) функцию пропускания S(x).

Световой пучок на выходе ПМС приобретает вдоль оси X фазовую модуляцию, соответствующую функции пропускания S(x). Из фиг. 1 видно, что световым лучам на выходе отв ерстий экрана 5 соответствуют различные значения координаты X и, следовательно, различные значения сигнала S(t), сдвинутые относительно друг друга на некоторый временной интервал t . Отметим, что диаметр отверстий экрана 5 должен быть достаточно большим, чтобы исключить дифракционные расширение световых лучей.

Предположим, что поляризатор 2 обеспечивает вертикальную поляризацию света на выходе ПМС 4 и соответственно на выходе отверстий экрана 5 (точка а, с на фиг. 1 и 2). Четвертьволновая пластина 6 установлена таким образом, что луч света, прошедший второе отверстие экрана 5 на выходе этой пластины приобретает круговую поляризацию (точка в . 1 и 2). В поляризационном базисе (li,Jx) (ФЩ- 2) векторы поля световых лучей Е (t) и E(i), прошедших первое и второе отверстия экрана 5 на выходе коллиматоров 7 и 8 можно соответственно записать в виде;

E,(i) Si(t) + Tj,

E,(t) Si(t ( + ГУ(1)

В выражении (1) значения S (t) определяются параметрами сигнала S(t) в моменты вемени t и t- ;. множитель обязан четвертьволновой пластинке 6.

После прохождения коллиматоров 7 п 8 и призмы 9 световые пучки, вышедшие из отверстий экрана 5 пересекаются в плоскости поляризаторов 10 и 11. Результирующее поле Ё (t) в этой- плоскости равно

Ei(i) -l-Ei(t) Si(t) -fSjdJlt+ S, (t) -f jSj(t)E;(2)

Поскольку поляризаторы 10 и 11 повернуты на 4- 45° и -45 относительно главного направления поляризатора 2, они пропускают соответственно первое и второе слагаемые правой части выражения (2). В результате на выходах фотоприемников 12 и 13 выделяются сигналы Ii(t) и I(t), пропорциона.дьные следующим значениям:

I,Ct)lVt)i-S2(t)(t)i4|5z(t)| t2lVt)S2(t)|-cos 2Ct))

hCt) l5i(t)f,S;(t)(2 |SiCt)|VlSa(t)l4 )-2iSi(t)S2(t) sinCYi(t)-TiCt)(

гдеГ« (t) avgSi(t).

Поскольку в рассматриваемом случаем ПМС

4 осуществляет фазовую модуляцию света,

то

/Si(t)/ S const

Следовательно, на выходах фильтров 14 и 15 будут выделяться соответственно напряжения

V, (t) T,(t) -Yi(t);

Vj(t) ,(t)-n(t)

(4)

Предположим, что S(t) - сигнал с фазовой телеграфией ФТ со скачкообразным изменением начальной фазы отдельных посылок наД ff. На фиг. 7 показаны S(t)

и S(t-С)., а также соответствующие функции tij (t) и 2(1) и напряжения Vi(t) и УЗ (t), поступающие на отклоняющие системы ЭЛТ 16. При этом изображение на экране 16 будет состоять из двух диаметральнорасположенных точек (фиг. 3) Аналогично можно пояснить вид изображений на экране ЭЛТ 16 предлагаемого устройства и при других видах модуляции сигнала. Общее число фильтров (копий), необходимое для эффективной классификации сигналов в базовом объекте-прототипа, составляет величину порядка 10- штук. Реализация каталога голограмм с рассчитанным числом фильтров пр 11 гически невозможна. Кроме того, большое число фильт ров приводит к увеличению времени поиска эталонного сигнала и усложнению аппаратурной реализации устройства. При ограничении числа фильтров каталога голограмм до 10 резко снижается эффективность классификации. Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с базовым объектом-прототипом обеспечивает увеличение точности классификации сигналов по виду модуляции при отсутствии априорной информации о параметрах множества сигналов и позволяет упростить процедуру классификации и реализацию устройства.

t о t /

abed jVue 2.

ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО КЛАССИФИКАЦИИ РАДИОСИГНАЛОВ, содержащее лазер, коллиматор, пространственный модулятор света, два фотоприемника, а также блок считывания, подключенный к выходу фотоприемников, отличающееся тем, что, с целью повышения точности классификации радиосигналов по виду модуляции при отсутствии априорной информации об их параметрах, в него введены три поляризатора, а также установленные последовательно за пространственным модулятором света экран с двумя отверстиями, расположенными соответственно напротив начального и конечного участков этого модулятора, четвертьволновая пластинка, размещенная на выходе одного из указанных отверстий, второй и третий коллимато.ры, выполненный анаморфотными и расположенными соосно с этими отверстиями, и трехгранная равнобедренная призма, больщая грань которой перпендикулярна оптитической оси устройства, причем первый поляризатор установлен на выходе лазера, второй и третий поляризаторы размещены соответственно перед фотоприемниками в плоскости пересечения оптических осей второго и третьего коллиматоров, на выходе трехгранной призмы, главные направления этих поляризаторов взаимно ортогональны и так же, как главное направление четвертьволновой пластинки, составляют с направлением первого поляризатоW ра угол 45°, а блок считывания выполнен в виде двух фильтров нижних частот, подключенных соответственно к фотоприемникам, и электроннолучевой трубки, входы вертикально и горизонтально отклоняющих систем которой соединены с выходами указанных фильтров.

(pTj

/

ipui.Z

ЦТ

ФТг

. I /

-;

игЛ

f/fl

фиг.5

фиг.6