Способ измерения спектра мощности стационарных случайных сигналов и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано при создании анализаторов спектра стационарных случайных сигналов.

Цель изобретения - повышение точности измерения спектра мощности сильно зашумленных сигналов, переданных по двум электрическим каналам.

На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ.

Устройство содержит два идентичных оптических канала, каждый из которых состоит из расположенных последовательно на одной оптической оси источника 1 (. коллимированного когерентного света, дополнительного фазово-оптического пространственно-временного модулятора света (ПВМС/ 3 (4), телескопической проекционной системы 5 (6), основного фазово-оптического ПВМС 7 (8), Фурье преобразующего объектива 9 (10), фильтрующей диафрагмы 11 (12), установленной в частотной плоскости Фу- рье-преобразующего объектива, с отверстием в области первого дифракционного порядка, в котором расположена входная плоскость блока 13 (I i) интегрирования по времени (например, фотокатод видикона). Дополнительный ПВМС 3 первого оптического канала связан с источником 15 сигнала второго электрического канала через инвертор 16, меняющий знак сигнала на противоположный. Основной ПВМС.7 первого канала связан с источником I7 сигнала первого электрического канала. Дополнительный ПВМС 4 второго оптического канала связан с источником 7 сигнала первого канала а основной ПВМС 8 второго канала - с источником 15 сигнала второго канала. Выходы блоков 13 и 14 интегрирования по времени первого и второго каналов соответственно связаны с двумя входау и блока 18 вьиитания. Выход блока 1В вычитания является выходом устройства.

Устройство работает следующим образом. . Сигнал f. (t) представляет собой

т

аддитивную смесь информационного сигнала s(t) и шума n,(t), а f (t)- смесь информационного сигнала s(t) и :шума n2(t)t Предполагается, что

509582

п (t) и п (t) статистически независимы. Электрические сигналы с помощью фазово-оптических ПВМС преобразуются в пространственно-временную модуля5 цию фазы падающего светового потока. Рабочая апертура ПВМС определяет пространственный интервал, смещаемый по времени, по которому осуществляется интегрирование, т.е. длину анализи10 руемой реализации. Эффект воздействия двух фазово-оптических ПВМС, оптически сопряженных с помощью проекционной телескопической системы, сводится к модуляции фазы светового поf5 тока пропорционально сумме сигналов, подаваемых на ПВМС. Поэтому модуляция фазы светового потока за ПВМС 7 пропорциональна величине

20

4/x)f (x)-f(x)n(x)-n (х).

а за ПВМС 8 - величине

(x)(x)+f(x)2s(x)+n(x)+n(x)

Объективы 9 и 10 выполняют Фурье- преобразование модулированных световых Волн.Таким образом,распределение поля в частотной плоскости первого оптичес-t кого канала пропорционально выражению

Vv))-n2(v),

а на выходе второго оптического канала - выражению

H ,(v)2s(v)+n (v)+njv), (2)

где знак А/ (тильда) над знаком функции обозначает функцию сопряженную по Фурье с исходной функцией. Распределение интенсивности света в частотных плоскостях пропорционально квадрату модуля пространственно- частотного спектра и определяется умножением выражений (I) и (2) на комплексно-сопряженные величины. Получаем

I , (v), (v)n (v)-n (v)n7(v)-{T,(v)n/(v)+i(v)S4v) (3)

/Ч (v)(v)sMv)+2s(v)n/(v) + +2s(v)n, (v)+2s(v)n, (v)+n. (v)nf (v)+. -n, (v)n2(v)+2g4v)n, (v)t bn(v)n, (v))n,; (v) (4)

где звездочка обозначает комплексное сопряжение.

При смене на входе системы большого количества реализаций на фотокатодах видиконов осуществляется интегрирование по времени получае3

мых квадратов модулей пространственно-частотных спектров, т.е. осуществляется операпия усреднения (обозначено угловыми скобками).

Блок вычитания осуществляет вычитание i I ) / из (v)/2 . Сигнал на выходе блока вычитания равен /(v)| )/ -( (v)lS (v)s (v).

Из последнего выражения видно, что выходной сигнал устройства представляет собой спектр мощности входного сигнала без шумов. При конечном времени интегрирования на выходе устройства шумы все таки присутствуют. Их моЕцность тем меньше, а отношение сигнала к шуму тем выше, чем больше время интегрирования.

Использование предлагаемого способа- измерения спектра мощности стационарных случайных сигналов позволяет проводить измерения при отношениях сигналов к шуму на входе меньшрпс единицы, что повьшдает точность измерений. Регулируя время интегрирования, можно получить требуемое отношение сигнала к шуму на выходе устройства.

Формула изо б р е т е н и я

1. Способ измерения спектра мощности стационарных случайных сигналов, основанный на преобразовании электрических сигналов в пространственно-временную модуляцию фазы светового потока, интегрировании по выделенному пространственному интервалу, смещаемому во времени, оптическом Фурье-преобразовании модулированной волны, интегрировании по времени квадрата модуля получаемого пространственно-частотного спектра, отличающийся тем, что, с целью повьшгения точности измерения спектра мощности сильно зашу- мленных сигналов, переданных по двум электрическим каналам, формируют два канала обработки, в одном из которых в пространственно-временную модуляцию фазы световой волны преобразуют сумму электрических сигналов, поступающих по электрическим каналам, в другом - разность, а спектр мощности информационной составляющей сигнала получают вычитая из результата интегрирования по времени квадрата модуля пространственно-частотного спектра получаемого в одном канале, резуль509584

тат интегрирования по времени в дру- гом канале.

2. Устройство для измерения спектра мощности стационарных сигналов, 5 содержащее оптический спектроанали- затор, состоящий из расположенных последовательно на одной оптической оси источника коллимированного когерентного света, фазово-оптического

10 пространственно-временного модулятора света, связанного с источником сигнала электрического канала, Фурье- преобразующего объектива, фильтрующей диафрагмы, установленной в ча15 стотной плоскости Фурье-преобразуюшего объектива, с отверстием в области первого диффракционного порядка, в котором расположена входная плос- . кость блока интегрирования во вре.ме20

ни, например фотокатод видикона.

отличающееся тем, что, оно содержит второй канал, включающий источник электрического сигнала, оптический спектроанализатор, иден- тичный спектроанализатору первого канала, фазово-оптический пространственно-временной модулятор света которого связан с источником сигнала второго канала, и в оптических спектроанализаторах первого и второго каналов между источниками коллимированного света и пространственно- временным модулятором света установлено по дополнительному фазово-опти- ческому пространственно-временному модулятору света и по телескопической проекционной системе так, что дополнительные пространственно-вре--. менные модуляторы света оптически сопряжены с основными пространственновременными модуляторами света,

при этом устройство снабжено инвертором, меняющим знак сигнала на про- тивоположньй, через который дополнительный пространственно-временной модулятор света первого канала связан с источником сигнала второго канала,а дополнительный пространственно-временной модулятор света второго канала связан с источником сиг- нала первого канала, кроме того, устройство снабжено блоком вычитания, один вход которого связан с выходом блока интегрирования по времени первого канала, второй вход - с выходом блока интегрирования по времени второго канала, а выход блока вычитания является выходом устройства в целом.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, может использоваться при создании анализаторов спектра стационарных случайных сигналов. Целью изобретения является повъшение точности измерения спектра мощности сильно зашумленных сигналов, переданных по двум электрическим каналам (ЭК). Способ основан на преобразовании электрических сигналов в пространственно-временную модуляцию фазы светового потока, формировании двух ЭК, в одном из которых полученный сигнал преобразуют в сумму, а в другом канале - в разность электрических сигналов, и на их последующей обработке. Устройство для реализации способа содержит два идентичных оптических канала, каждый из которых соответственно содержит источники 1 и 2 коллими- рованного когерентного света, дополнительные фазово-оптические пространственно-временные модуляторы света (ПВМС) 3 и 4, основные фазово- оптические ПВМС 7 и 8 Фур ье-преобразующие объективы 9 и 10, фильтрующие диафрагмы 11 и 12, блоки 13 и 14 интегрирования по времени, источник 15 сигнала второго ЭК, инвертор 16, источник 17 сигнала первого ЭК, блок 18 вычитания, 2 с.п, ф-лы, 1 ил. и гз i (Л iS сд о со СП оо W 12 V