Оптическое устройство для фильтрации сигналов Советский патент 1985 года по МПК G06G9/00 H03H17/00 

.зующим элементом и третьим полупрозрачным зеркалом, первый канал оптической обработки и |формацин выполнен в виде последовательно расположенных вдоль оптической оси третьего транспаранта комплексного пропускания, третьего Фурье-преобразующего элемента, комплексного пространственночастотного фильтра, четвертого Фурье-преобразующего элемента и четвертого транспаранта комплексного пропускания, второй канал оптической обработки информации выполнен в виде мозаичного оптоэлектронного модулятора, снабженного N электрическими входами, третий канал оптической обработки информации выполнен в виде оптоэлектронного модулятора, электрический вход которого соединен с выходом фотодетектора, а вход фотодетектора через интегрирующую линзу оптически связан с выходом мс/заичного оптоэлектронного модулятора, при этом выход второго динамического

транспаранта оптически связан свходом оптического интегратора, выход первого динамического транспаранта оптически связан с входами первого и третьего транспарантов комплексного пропускания, а также с входом мозаичного оптоэлектронного модулятора и с входом оптоэлектронного модулятора, вход второго динамического транспаранта оптически связан с выходами второго и четвертого транспарантов комплексного пропускания, а также с выходом мозаичного оптоэлектронного модулятора и с выходом оптоэлектронного модулятора, каждый из N электрических входов мозаичного оптоэлектронного модулятора через квадратор и сумматор подключен к соответствующему выходу генератора функций, вход которого подключен к пятому выходу генератора тактовых импульсов, а вторые входы сумматоров являются входом устройства.

ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ СИГНАЛОВ, содержащее четыре полупрозрачных зеркала, первый и второй источники монохроматического света, первьй и второй динамические транспаранты, первый и второй Фурье преобразующиё лементы,пространствен но-частотный фильтр и генератор тактовых импульсов,при этом первый динамический транспарант установлен между первым и вторым полупрозрачными зеркалами, второй динамический транспарант установлен между третьим и четвертым полупрозрачными зеркалами, йространственно-частотный фильтр установлен в частотной плоскости между первым и вторым Фурье-преобразующими элементами, первый динамический транспарант выполнен из материала, сенсибилизированного к длине волны второго источника монохроматического света и снабжен зеркалом, селективным к длине волны первого источника монохроматического света, второй динамический транспарант выполнен из материала, сенсибилизи. рованного только к длине волны первого источника монохроматического света, выход первого источника монохроматического света через второе полупрозрачное зеркало и зеркало первого динамического транспаранта, а выход второго источника монохроматического света через третье полупрозрачное зеркало оптически связаны с входом второго динамического транс. паранта, первый и второй выходы генератора тактовых импульсов подключены соответственно к электрическим входам первого и второго источников монохроматического света, а третий и четвертый выходы генератора такто о Эых импульсов подключены соответственно к электрическим входам первого и второго динамических транспарантов, отличающееся тем, что, с целью расширения класса обрабатываемых сигналов за счет опти мальной фильтрации скалярных марковских процессов, в устройство введены оптический интегратор, первый и второй транспаранты комплексного пропускания , три канала оптической обработки информации и генератор функций, причем оптический интегратор, выход { Ьо которого является - выходом устройства, выполнен в виде последовательно 00 установленных выходного транспаранта и линзы, и расположен за первым полупрозрачным зеркалом, первый транспарант комплексного пропускания установлен между первым Фурье-преобразующим элементом и вторым полупрозрачным зеркалом, второй транспарант комплексного пропускания установлен между вторым Фурье-преобра

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике, и точнее к оптическим вычислительным устройствам, и может быть использовано для решения задач оптимальной нелинейной фильтрации скалярных марковских процессов в радиотехнике.

Известно устройство оценки сигнала по минимуму среднеквадратической ошибки, содержащее генератор функций, сумматоры, интеграторы и квадратичные устройства П1

Однако оценка, получаемая на выходе устройства, приближенная и кроме того, это устройство предназначено для нелинейной фильтрации очень узкого класса скалярных марковских процессов, а именно процессов гауссовского типа.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство восстановления сигнала итерационным методом, основанном на алгоритме последовательных приближений Бургера и Вал Ситтера, содержащее четыре полупрозрачных зеркала, первы

и второй динамические транспаранты, первый и второй Фурье-преобразующие элементы, пространственно-частотньй фильтр и генератор тактовых импульсов, при этом первый динамический транспарант установлен между первым и вторым полупрозрачным зеркалами, второй динамический транспарант установлен Между третьим и четвертым полупрозрачными зеркалами, пространственно-частотный фильтр установлен в частотной плоскости между первым и вторьм Фурье-преобразующими элементами , первый динамический транспарант выполнен из материала, сенсибилизированного к длине волны второ;го источника монохроматического свет и снабжен зеркалом, селективным к длине волны первого источника монохроматического света, второй динамический транспарант выполнен из материала, сенсибилизированного только к длине волны первого источника монохроматического света, выход первого источника монохроматического . света через второе полупрозрачное зеркало и зеркало первого динамического транспаранта, а выход второго источника монохроматического света через третье полупрозрачное зеркало оптически связаны с входом второго динамического транспаранта, первый . и второй выходы генератора тактовых импульсов подключены соответственно к электрическим входам первого и второго источников монохроматическог света, а третий и четвертый выходы генератора тактовых импульсов подключены соответственно к электрическим входам первого и второго динамических транспарантов 2J . К недостаткам устройства можно от нести ограниченность класса решаемых задач. Целью изобретения является расширение класса обрабатываемых сигналов за счет оптимальной фильтрации скалярных марковских процессов. Поставленная цель Достигается тем, что в устройство, содержащее .четьгрё полупрозрачных зеркала, первы к второй источники монохроматического света, первый и второй динамические транспаранты, первый и второй Фурье-преобразующие элементы, пространственно-частотный фильтр и генератор тактовых импульсов, при этом первый динамический транспарант уста новлен между первым и вторым полупрозрачными зеркалами, второй динамический транспорант установлен между третьим и четвертым полупрозрачными зеркалами, пространственно-частотный фильтр установлен в частотной плоскости между первым и вторым Фурьепреобразующими элементами, первый динамический транспарант выполнен из . материала, сенсибилизированного к длине волны второго источника монохроматического света и снабжен зерка лом, селективным к длине волны первого источника монохроматического света, второй динамический транспарант выполнен из материала, сенсибилизированного только к длине волны первого источника монохроматического света, вьпсод первого источника монохроматического света через второе полупрозрачное зеркало и зеркало первого динамического транспаранта, а выход второго источника монохрома тического света через третье полупрозрачное зеркало оптически связаны с входом второго динамического транспаранта, первый и второй выходы генератора тактовых импульсов подключены соответственно к электрическим входам первого и второго источников монохроматического света, а третий и четвертый выходы генератора тактовых импульсов подключены соответственно к электрическим входам первого и яторого динамических транспарантов, введены оптический интегратор, первый и второй транспаранты комплексного пропускания, три канала оптической обработки информации и генератор функций, причем оптический интегратор, выход которого является выходом устройства, выполнен в виде последовательно установленных выходного транспаранта и линзы, и расположен за первым полупрозрачным зеркалом, первый транспарант комплексного пропускания установлен между первым Фурье-преобразующим элементом и вторым полупрозрачным зеркалом, второй транспарант комплексного пропускания установлен между вторь1м Фурье-преобразующим элементом и третьим полупрозрачным зеркалом, первый канал оптической обработки информации выполнен в виде последовательно расположенных вдоль оптической оси третьего транспаранта комплексного пропускания, третьего Фурье-преобразукицего элемента, комплексного пространственно-частотного фильтра,четвертого Фурье-преобразующего элемента и четвертого транспаранта комплексного пропускания, второй канал оптической обработки информации выполнен в виде мозаичного оптоэлектронпого модулятора, снабженного N электрическими входами, третий канал оптической об(работки информации выполнен в виде оптоэяектронного модулятора, электрический вход которого соединен с выходом фотодетектора, а вход фотодетектора через интегрирующую линзу оптически связан с выходом мозаичного оптоэлектронного модулятора, при этом выход второго динамического транспаранта оптически связан с входом оптического интегратора, выход первого динамического транспаранта оптически связан с входами первого и третьего транспарантов комплексного пропускания, а также с входом мозаичного оптоэлектронного модулятора и с входом оптоэлектронного модулятора, вход второгб динамического транспаранта оптически связан с выходами второго и четвертого транспарантов комплексного пропускания, а также с выходом мозаичного оптоэлектронного модулятора и с выходом опто, электронного модулятора, каждый из N электрических входов мозаичногО опт злектронного модулятора через квадр тор и сумматор подключен к соответс вующему выходу генератора функций, вход которого подключён к пятому выходу генератора тактовых импульсов а вторые входы сумматоров являются входом устройства. На фиг.1 представлена структурная схема оптического устройства для фильтрации сигналов; на фиг.2 схема второго канала оптической, обработки информации; на фиг.З схема третьего канала оптической обработки информации. Оптическое устройство для фильтра ции сигналов включает в себя первый 1 и второй 2 источники монохроматического света, освещающие соответственно первый 3 и второй 4 динамические транспаранты. На пути света, отразившегося от первого динамического транспаранта расположены первый 5 и второй 6 Фурье-преобразующие элементы, между которыми установлен пространственно-частотный фильтр 7. Синхронизация работы источников 1 и ,2 и транспарантов 3 и 4 осуществляется с помощью генератора 8 тактовых -импульсов. Выходом устройства служит оптический интегратор 9. Устройство также содержит первьй 10, второй 11 и третий 12 каналы оптической обработки информации и генератор 13 функции, при этом оптический интегратор 9 содержит выходной транспарант 14 и линзу 15, перед первым 5 Фурье-преобразующим элементом установлен первьй транспарант 16 комплек Сного пропускания, за вторым 6 Фурье-преобразующим элементом установлен второй транспарант комплексного пропускания 17, а первый канал 10 оптической обработки информации состоит из третьего транспаранта комплексного пропускания 18, третьего Фурье-преобразующего элемента 19, комплексного пространственно-частотного фильтра 20, четвертого Фурьепреобразующего элемента 21, четвертого транспаранта комплексного пропускания 22. Второй канал 11 оптичес кой обработки информации состоит из ..мозаичного оптоэлектронного модулятора 23, каждый из N электрических выходов которого через квадратор 24 и сумматор 25 подключен к выходу генератора 13 функций. Третий канал 12 оптической обработки информации состоит из оптоэлектронного модулятора 26, фотодетектора 27 и интегрирующей линзы 28. Оптическая связь между элементами устройства осуществляется при помощи полупрозрачных зеркал 3j -3 . Работу устройства можно описать следующим вьфажением, представляющим измененную форму уравнения Стратоновичаv3(,(,t)t|r(;((j,t)«i(x,ti -iitf ;u)k,iA,t) w (t)i t ) (- ,t) tt (x,t)wu,tut, n; где,)- апостериорная плотность вероятности; (t)-5(,;t)V (Ь)- входной сигнал; и f - операторы прямого, и обратного преобразования Фурье. Рещением ура: нения (1) является апостериорная плотность вероятности фильтруемого процесса. Знание последней позволяет находить оптимальную оценку искомого параметра, являющегося скалярным марковским процессом. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии значение WCA.iD) записано на втором динамическом транспаранте 4. На первом динамическом транспаранте 3 запись отсутстВует, первый и второй источники монохроматического света выключены. На первом такте первого цикла тактовьш импульс с генератора 8 включает второй источник монохроматического Света 2 и функции W(,о) записьшается на первьй динамический транспарант 3 (запись на втором динамическом транспаранте 4 при этом остается). Часть светового потока, несущего информацию о W(Q через первое полупрозрачное зеркало, транспарант 14 и линзу ормирует начальное значение оценки в соответствии с выражением X(tl--JXV JU,, (2) т.е.). Вторым тактовым импульсом с генератора 8 запускается генератор функций 13 на N выходах которого формируется N значений SCX,tV. 5(X,,Ql,.o),...,sU,,oV Третьим импульсом с генератора 8. включается первый источник 1 монохроматического света и функция IJi.O переписывается из первого динамического транспаранта 3 (в отраженном свете) во второй динамический транспарант 4. При этом на выходе второго 17, четвертого 22 транспарантов комплексного пропускания, а также на .выходе второго 11 и третьего 12 кана лов оптической обработки информации формируются соответственно второе, третье, четвертое и пятое слагаемые выражения (1), которые суммируются на втором динамическом транспаранте 4 вместе с хранящимся там Vi/(X,u). Фор мирование второго слагаемого осуществляется на элементах канала, состоящего иэ первого транспаранта 16 комплексного пропускания с записью на нем коэффициента К, выполнения прямого преобразования Фурье элементом 5, фильтрацией сигнала пространственно-частотным фильтром 7 с передаточной функцией Н (со) выполнения обратного преобразования Фурье элементом 6 и умножением сигнала на -,вторым транспарантом 17 комплексного пропускания. Аналогичные преобразования осуществляются и в первом канале 10 обработки информации, в котором на транспаранте 18 записан коэффициент К на транспаранте 22-it, а фильтр 20 имеет передаточнуюфункцию H . Структура второго канала, изображенная на фиг.2, осуществляет модуляцию светового потока при помощи мбдуля тора 23, на входы которо через квадраторы -24 и сумматоры 25 поступает входной сигнал, сложенный со значениями 5(7i|t) , полученными от генератора 13 функций. В результате интегрирования, поступающего на линзу 28. четвертого слагаемого и модуляции им потока ) с помощью фотодетектора 27, на выходе которого формируется сигнал оо Fl-xAft-iUtl j F(,(.)(.,nи)t)(31, на выходе канала 12 образуется сигнал пятого слагаемого вьфажения (1). При сложении всех слагаемых в результате первого цикла на втором динамическом транспаранте 4 записано Yi(,(.o).,oЯV -btf K,U,(x.(,o|4i (г.о ) t .oyvJC.QUt- f После этого с генератора 8 на первый динамический транспарант 3 подается импульс стирания предыдущей информации. Во втором цикле все операции повторяются и функция VJ (т ЛУиспольэуется для вычисления функции VJ(X ,2ut) на втором шаге и т.д. Таким образом, в конце П-цикла на динамическом транспаранте 4 записана функция .. VJ(, п. t)N(.Ы) ЙЬ- f t;cof f Кг( tV X ЙЫл-А) bbf ,1Л X х (X.lMut) t F(x,(nHUil NCX.U-AU-tU - FKlf - Ut)W (x.Cn-iUtUt.. Ha выходе интегратора (выходе устройства) после п -циклов сформированы оценки искомого параметра .(t) : (о),..,..., .Л(п i-fc) , совокупность которых и дает решение задачи нелинейной 4)ильтрации скалярных марковских сигналов. Основными достоинствами предлагаемого фильтра являются: возможность фильтрации широкого класса скалярных марковских процессов; высокое быстроТ ействие; простота настройки (разность хода волн, возникающая в устройстве между световыми пучками и их неодинаковая интенсивность устраняются выбором соответствуюпщх расстояний между элементами фильтра и введением вспомогательных транспарантов с постоянными коэффициентами пропускания).

-le-зГ I It

к

фиг.2

owJ

Фил.З