Устройство для определения характеристической функции случайного сигнала Советский патент 1984 года по МПК G06G9/00 

11 Изобретение относится к оптической вычислительной технике и может быть использовано для определения характеристической функции случайных сигналов, например, при исследо вании случайных процессов в радиоэлектронике, в системах автоматичес кого управления и контроля и т.д. Известно устройство, позволяющее определять плотность вероятности случайного процесса, Фурье-образом которой является характеристическая функция. Устройство содержит последовательно установленные по ходу светового луча источник некогерентного света, транспарант с записью исследуемого сигнала, цилиндрическую линзу, щелевую диафрагму и регистратор. Линия фокусов цилиндрической линзы совмещена с вертикальным направлением входного транспаранта, а щелевая диафрагма установлена вертикально l . Известное устройство предназначено для вычисления плотности вероятности случайного процесса и не по зволяет непосредственно определить его характеристическую функцию. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому .результату является устройс во, содержащее расположенные последовательно на одной оптической оси источник когерентного .света, трансп рант, сферическую линзу и регистратор 2 .Недостатком этого устройства явл ется низкая точность измерения характеристической функции. Это связа но с тем, что на транспаранте записан не исследуемый сигнал, а его плотность вероятности, которая имее погрешность в результате предварительного измерения. Наличие погрешности приводит к появлению мультипликативных шумов, существенно возрастающих в когерентной схеме. Цель изобретения - повышение точ ности . Поставленная цель достигается те что в устройство для определения характеристической функции случайно го сигнала, содержащее расположенны последовательно на одной оптической оси источник света, транспарант, сф рическую линзу и регистратор, введе ны формирователь спектра, рассеиватель и интерферометр, при этом формирователь спектра расположен между источником света и транспарантом, рассеиватель расположен за сферичес кой линзой в плоскости, сопряженной с плоскостью транспаранта, интерфер метр расположен за рассеивателем и оптически связан с регистратором, а источник света выполнен некогерентным. . Кроме того, формирователь спектра выполнен из последовательно установленных на оптической оси щели, сферической линзы и трехгранной призмы. На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит последовательно расположенные на оптической оси некогерентный источник 1 света, формирователь 2 спектра, транспарант 3, сферическую линзу 4, рассеиватель 5, интерферометр 6 и регистратор 7. Формирователь 2 спектра содержит щель 8, сферическую линзу 9 и трехгранную призму 10. Транспарант 3 выполнен в виде непрозрачного экрана с записью на нем сигнала у(х) в виде тонкой прозрачной линии. Прозрачность транспаранта 3 определяется соотношением llU,4)nUifi q-y(x)l , ( где П ( 1 - ограничение транспаранта по координате X . Рассеиватель 5 установлен в плоскости, сопряженной с плоскостью транспаранта 3. Ра ссеиватель 5 может быть выполнен, например, в виде матовой пластины. Согласно другому ва-, рианту исполнениярассеиватель 5 может быть выполнен в виде голографического рассеивателя с узкой диаграммой рассеяния. В качестве интерферометра б может быть использован любой двухлучевой интерферометр, например интерферометр Майкельсона. Регистратор 7 установлен на выходе интерферометра б и содержит последовательно установленные узкую щель 11, фотоприемник 12 и цифровой вольтметр 13. Фотоприемник 12 установлен с возможностью перемещения, а щель 11 ориентирована параллельно интерференционным полосам. При использовании в качестве рассеивателя 5 матовой пластины в качестве фотоприемника 12 целесообразно выбрать фотоумножитель. При использовании в качестве рассеивателя 5 голографического рассеивателя фотоприемником 12 может служить, например, фотодиод. Устройство работает следующим образом. При прохождении излучаемого источником 1 некогерентного света через линзу 9 и призму 10 в плоскости транспаранта 3 .формируется спектр источника 1 в виде горизонтальных полос. Распределение амплитуды поля в плоскости транспаранта определяется соотношениемP,Cx,4,z,l)-Pi-cos(, Г2)

Где PI - амплитуда

а циклическая частота об - коэффициент пропорциональности между циклической частотой и координатой ij . Поскольку прозрачность транспаранта 3 определяется из соотношения Cl циклическая частота прошедшего через него светового сигнала изменяется в соответствии с амплитудой сигнала 4() . Прошедший через транспарант световой сигнал определяется соотношением

P2(v.y.z,t P2-Sb-y Tii ° i o s)

Тгяе nix)

Вследствие того, что рассеиватель 5 установлен в сопряженной с транспарантом плоскости, линза 4 формирует на нем уменьшенное изображение транспаранта 3. Пройдя через рассеиватель 5, световой сигнал

P2(i«.H- -- VPz-coe co,f tijUl t ()

поступает на вход интерферометра. На выходе интерферометра 6 формируется интерферограмма, переменная составляющая которой равна автокорреляционной функции светового сигнала и имеет вид

( ..

il-T-t

е - Q,,.,(}

,,w,

(Л

Где - аргумент автокорреля. ционной функции; 111,{е - первый момент сигнал а j - характеристическая

iuot/2 функция-,

А,е - масштабные коэффициенты, постоянные для конкретной реализации устройства.

Поскольку щель 11 фотоприемника 12 ориентирована параллельно интерференционным полосам, при перемещении фотоприемника вдоль интерферограммы с выхода вольтметра 13 снимаются значения автокорреляционной функции, по которым строится график характеристической функции.

Таким образом, замена когерентного 5 источника света на некогерентный и введение новых элементов - формирователя спектра, рассеивателя и интерферометра - позволяет использовать для получения характеристической функции .запись исследуемого случайного сигнала, за счет чего и повышается точность измерения.

-1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЙ ФУНКЦИИ СЛУЧАЙНОГО СИГНАЛА, содержащее расположенные последовательно на одной оптической оси источник света, транспарант, сферическую линзу и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены формирователь спектра, рассеиватель и интерферометр, при этом формирователь спектра расположен между источником света и транспарантом,.. рассеиватель расположен за сферической линзой в плоскости, сопряженной с плоскостью транспаранта, интерферометр расположен за рассеивателем и оптически связан с регистратором, а источник света выполнен некогерентным. 2. Устройство по п.1, о т л и чающееся тем, что формирова- с тель спектра выполнен из последова тельно установленных на оптической (Л оси щели, сферической линзы и трехгранМой призмы.