Акустооптическое устройство для измерения частоты радиосигнала Советский патент 1986 года по МПК G01R23/16 

светового пучка, наклонное зеркало 5, синхронизатор 27, генератор 29 тактовых импульсов, цифровой компаратор 30, цифровой сумматор 31, схемы И 32 и 33, регистр 34 начальной частоты, вычитающее устройство 35.Первое и второе измерительные плечи содержат соответственно акустооптические модуляторы А и 6, интегрирующие линзы 8 и 9, оптозлектронные преобразователи из N фотоприемников 10 и t1 каждый, 2N усилителей 12 и 13. Введение второго измерительного плеча и цифрового компаратора, на вход которого поИзобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения частоты импульсных радиосигналов в ВЧ-СВЧ-диа- паэонах.

Целью изобретения является повышение точности измерения частоты импульсных радиосигналов и ее девиации в течение импульса, а также автоматизация процесса измерений.

На чертеже приведена структурная схема акустооптического устройства для измерения частоты радиосигнала.

Устройство содержит лазер 1, оптически связанный через расширитель 2 светового пучка с расщепителем 3 светового пучка. Расщепитель 3 оптически связан с первым измерительным плечом, содержащим первый акус- тооптический модулятор 4, и через зеркало 5 - с вторым измерительным плечом, содержащим второй акустооп- тический модулятор 6. Электрические входа акустооптических модуляторов 4 и 6 подключены к выходу источника 7 исследуемого радиосигнала. Первое и второе измерительные плечи содержат, кроме акустооптических модуляторов 4 и 6, соответственно: интегрирующие линзы 8, 9, оптозлектронные преобразователи в виде линейных матриц из N фотоприемников 10,11 каждая К выходам фотоприемников подключено 2N идeнт fчныx усилителей 12 и 13,разделенных в каждом измерительном плече на К .групп, N/K выходов усилителей каждой группы измерительного плеступают сигналы грубой оценки частоты с выходов решающих устройств групп обоих измерительных плеч, позволяет устранить ложные отсчеты измерений и повышает точность измерения частоты. Введение в каждое измерительное плечо коммутаторов 18 и 19 каналов, сумматоров Н и 15, пороговых устройств 16, 17 и 20, 21, схем 22 и 23 фиксации экстремумов, постоянных запоминающих устройств 24 и 25 позволяет повысить точность измерения несущей частоты импульсного радиосигнала. 1 ил.

ча подключены к К идентичным сумматорам 14 и 15 соответственно. Выход каждого из К группы сумматоров подключен к второму входу порогового

устройства 16 (17) данной группы фотоприемников и к первому входу порогового устройства последующей группы данного измерительного плеча, причем первый вход порогового устройства первой группы каждого измерительного плеча имеет фиксированный порог. Выходы первых усилителей 12 и 13 в каждой из К групп каналов подключены к входам первого из N/K идентичных

коммутаторов каналов 18 и 19 соответствующего измерительного плеча. Выходы вторых усилителей 12 и 13 каждой из N/K групп фотоприемников подключены к второму коммутатору каналов 18

и 19 соответствующего измерительного плеча и т.д. Выход каждого из N/K коммутаторов каналов 18 и 19 соответствующего измерительного плеча подключен ко второму входу порогового

устройства 20 и 21 данного канала и к первому входу порогового устройства 20 и 21 последующего канала, причем первый вход порогового устройства первого канала каждого измерительного плеча имеет фиксированный порог. Выходы N/K пороговых устройств 20, 21 каждого канала подключены к входам схем фиксации экстремума соответствующих измерительных плеч 22,23,

Выходные шины схем 22, 23 фиксации экстремума подключены к адресным входам постоянных запоминающих уст

ройств (ПЗУ) 24, 25 соответственно. Выходы К идентичных пороговых устройств 16 подключены к входам решающего устройства 26 определения группы, выходная шина которого подключе- на к адресным входам каждого из N/K коммутаторов каналов 18. Кй входу синхронизатора 27 подключен выход источника 7 радиосигнала. Выходы К идентичных пороговых устройств 17 подключены к входам решакяцего устрой ства 28 определения группы, выходная шина которого подключена к адресным входам каждого из N/K коммутаторов каналов 19. Выход синхронизатора 27 подключен к генератору 29 тактовых импульсов (ГТИ). Выходы решающих устройств 26 и 28 определения группы подключены к первому и второму входа цифрового компаратора 30 и к старшим ра зрядам первого и второго входов цифрового сумматора 31. К младшим разрядам первого и второго входов цифрового сумматора 31 подключены ин формай,ионные выходы ПЗУ 24 первого измерительного плеча и ПЗУ 25 второг измерительного плеча. Первый выход ГТИ 29 подключен к первому входу первой схемьг И 32, а второй выход ГТИ 29 подключен к первому входу второй схемы И 33. Выход второй схем И 33 подключен ко входу записи регистра 34 начальной частоты.

Выход цифрового компаратора 30 подключен к вторым входам первой схемы И 32 и второй схемы и 33. Выходная шина сумматора 31 подключена к информационным входам регистра 34 начальной частоты и к первому входу вычи- тающего устройства 35, второй вход которого соединен с информационнь&да входами регистра 34 начальной частоты. Информационные выходы регистра 34 начальной частоты и вычитаюП1его устройства 35 подключены к информационным входам индикатора 36.

Акустооптическое устт ойство для измерения частоты радиосигнала работает следующим образом.

С выхода источника 7 радиосигнала на электрические входа первого и второго акустооптических модуляторов 4 и 6 света поступает радиоимпульс, частота заполнения которого измеря- ется. Когерентный пучок света, излучаемый лазером 1, проходит через последовательно расположенные на одной

5

5 Ю 5 20 0

5 0 5

0

5

оптической оси расширитель 2 пучка, оптический расщепитель 3, первый акустооптический модулятор 4 и первую интегрирующую линзу 8. -Распределение интенсивности светового поля в выходной фокальной плоскости инте- грирукяцей линзы 8, где расположена линейная матрица фотоприемников 10, соответствует спектру входного сигнала.

Линейные матрицы фотоприемников 10 и 11 преобразуют распределение света в фокальной плоскости интегрирующих линз 8 и 9 в электрические сигналы, пропорциональные мгновенному спектру мощности входного сигнала, проступающего с источника 7. Далее электрические сигналы с выходов линейных матриц фотоприемников поступают на входы усилителей 12 и 13.

Сигналы (t) на выходах усилителей 12 и 13 каждого измерительного плеча суммируются К сумматорами 14 и 15 групп и сравниваются пороговыми устройствами 16 и 17 в соответствии с выражением

.(-)

(Гц)

где Z (t)

(t) .V z:p r b)5.z:pr{t)- (1)

(у j I J -i

логический сигнал на вы- ходе порогового устройства ()-й группы; fn - фиксированный порог по шумам для (г+1)-й группы.

Сигналы от пороговых устройств 16 и 17 каждой группы Z (t) поступают в решающие устройства 26 и 28 определения группы, в которых блоки обнаружения выносят решение о наличии сигнала на линейной матрице фотоприемников, а блоки измерения определяют грубую оценку частоты Р (номер группы) весовым суммированием сигналов от пороговых устройств К групп. При реализации цифровым способом блок обнаружения - это схема ИЛИ сигналов пороговых устройств, а блок измерения- шифратор, определяющий старшие разряды оценки частоты. Код оценки с выхода решающих устройств 26 и 28 одновременно используется как адресный код для коммутаторов 18 и 19 каналов, выбирающий соответствующую группу аналоговых сигналов Pj (t) с усилителей. Эти сигналы с задержкой, определяемой работой сумматоров 14 и 15, плплговых устройств 16 и 17, шифра5125

тор в решающих устройствах 26 и 28 и коммутаторов 18 и 19 каналов, поступают на входы пороговых устройств 20 и 21, обеспечивающих точную оценку частоты f внутри данной группы фотоприемников г. Если величина задержки значительно меньше скорости изменения частоты сигнала, ее можно не учитывать. Пороговые устройства 20

и 21 сравнивают величины сигналов со- 10 запоминающего устройства ПЗУ 24 и 25, седних каналов с учетом фиксированно- в которых занесены заранее вычислен- го порога по шумам в соответствии ные оценки частоты f, и формирует (t)

f

lo.

nC-V

(2)

где

f

с выражением

p;:(t) pru);

i - текущий номер канала внутри

группы г;

; - переключательная функция на выходе порогового устройства i-ro канала выбранной коммутаторами каналов г-группы. Значения (t) определяют знак первой производной пространственного спектра сигнала по координате вдоль

формацнонный код, соответствуюашй младшим разрядам оценки частоты.При

15 получении знаковой функции производной главного лепестка пространственного спектра сигнала вблизи экстремума и на краях лепестка, где первая производная стремится к нулю,

20 возможно получить несколько (t), отличных от нуля, сосредоточенных в описанных областях. В связи с этим квазиоптимальное правилу точного измерения оценки частоты f следующее,

линейной матрицы ; . Схема фиксации 25Пусть область группы фотоприемников,

смены знака производной в соответст-где Z(t) отлична от нуля fdl е О. вующем измерительном плече произво-

дит следующие логические операции

Для белого шума D D для всех 2 V 1, К. Область D разбивается на непересекающиеся подобласти f в соот ветствии с правилом

для каждого из п каналов г-группы

лГ(1) rM(t)(t)ovi

30

Для белого шума D D для всех 2 V 1, К. Область D разбивается на непересекающиеся подобласти f в соответствии с правилом

(t)

dfCt)

Г::и)@г:м(о;

(3)

Сг)

М

.N/K . .

Таких подобластей при заданных ограничениях на спектр сигнала и шума всегда три. Реально размер подобласти о -- 1-6 измерительных каналов определяется уровнем шумов и формой спектра. Экстремум находится в одной из этих трех подобластей. Решающее правило для обнаружения экстремума вытекает из ограничений на пространственный спектр сигнала. Если событие, что в подобласти находится экстремум основного лепестка спектра сигd ; (t) - логическая функция,отлича- 45 нала соответствует гипотезе Н(т 1,

2 и 3), то гипотеза Н истинна или ложна при выполнении соотношений:

л,- ; (t)Afl :4t) OV1, (4)

где ® - операция суммирования по

модулю два;35

Л - операция логического умножения;

л ; (t) - логическая функция на выходе i-ro канала, отмечающая номера каналов, в которых произошла смена знака производной пространственного спектра сигнала с плюса н минус и наоборот;

40

,

ющая номера каналов, в которых произошла смена знака производной только с плюса на минус.

В соответствии с выражениями (3) и (4) этот блок 22 или 23 может представлять собой гоуппу из (N/K)-1 сумматоров по модулю два и (N/K)-1 вентилей. Позиционный код со схем 22 и 23 фиксации экстремумов поступает на адресные входы постоянного

формацнонный код, соответствуюашй младшим разрядам оценки частоты.При

15 получении знаковой функции производной главного лепестка пространственного спектра сигнала вблизи экстремума и на краях лепестка, где первая производная стремится к нулю,

20 возможно получить несколько (t), отличных от нуля, сосредоточенных в описанных областях. В связи с этим квазиоптимальное правилу точного измерения оценки частоты f следующее,

25Пусть область группы фотоприемников,

где Z(t) отлична от нуля fdl е О.

Для белого шума D D для всех 2 V 1, К. Область D разбивается на непересекающиеся подобласти f в соответствии с правилом

Измерение частоты по экстремуму пространственного спектра сигнала в подобласти определяется операцией

de(t)

2 HN

Т

(6)

где iw - интервал частот, соответствующий группе фотоприемников г (для белого шума ico одинакова для всех г V 1, N/K). Решения на основе правила (5) и оценки частоты на основе формулы (6) вычисляются заранее на ЭВМ для всех возможных 2 N/K значений позиционных кодов d,, ivi, N/K и заносятся в ПЗУ 24 и 25 соответствующего объема. Коды грубой оценки частоты из решающих устройств 26 и 28 обоих измерительных плеч поступают в цифровой компаратор 30, где они сравниваются. В случае неравенства кодов запрещающий уровень с выхода компаратора 30 поступает на входы схем И 32 и 33, а если коды равны - вырабатывается разрешающий потенциал на выходе цифрового компаратора 30.

Импульс запуска на ГГЙ 29 формируется синхронизатором 27 о-т радиоимпульса источника 7 исследуемого сигнала с генератора. Импульс записи с ГТИ 29 пропускается схемами И 32 и 33 при разрешающем уровне на выходе компаратора 30, причем импульс записи проходит через схему И 32 с задержкой на заполнение ампертуры ультразвукового модулятора света и оконча- ние фронта радиоимпульса записывает в регистр 34 начальной частоты и индикатор 36 суммарный код с выхода цифрового сумматора 31. На ста|маие разряды входов цифрового сумматора 31 поступают коды грубых оценок частоты I с выходов рещакидих устройств 26 и 28, а в младшие разряды входов цифрового сумматора 31 поступают коды точных оценок частоты с информационных выходов ПЗУ 24 и 25 обоих измерительных плеч. Импульсы записи с ГГИ 29 вслед за импульсом записи пропускаются схемой И 33 при разрешающем потенциале с выхода цифрового компара- тора 30 и производят Запись отсчетов разностного кода, соответствующего девиации частоты, с выхода вычитающего устройства 35 на индикатор 36. При этом на первый вход вычитающего уст- рОйства 35 поступает код оценки начальной частоты с выходов регистра начальной частоты, а на второй вход

20

25

30

3550

10

2509798

вычитающего устройства 35 подается текущий код оценки частоты с выхода цифрового сумматора 31. При поступлении следующего радиоимпульса иссле- 5 дуемого сигнала процесс повторяется. Индикатор 36 имеет ряд регистров и сумматор. В pf-iHCTpax с помощью сумматора накапливается информация об оценке частоты, оценке девиации частоты в нескольких сечениях радиоимпульса. Усредненная информация об оценке частоты и оценке девиации ин- дицнруется на Цифровом табло или прецезионном стрелочном приборе пос- 15 ле цифроаналогового преобразования. Предлагается регистрация на внешнем н осителе (магнитная лента, диск) текущей оценки девиации частоты и начальной частоты для возможности визуального наблюдения и дальнейшей обработки информации. Период повторения импульсов записи оценки девиации частоты должен превьшать суммарную задержку первого и второго измерительных плеч и цифрового компаратора 30, сумматора 31 и вычитающего устройства 35. В свою очередь, для обеспечения измерения в реальном масйтабе времени cy fr apнaя задержка устройства измерения частоты и девиации радиосигналов не должна превьш1ать за- данную точность измерения девиации частоты, определяемую скоростью ухода частоты.

Таким образом, введение второго измерительного плеча и цифрового компаратора, на вход которого поступают сигналы грубой оценки частоты с выходов решающих устройств групп обоих измерительных плеч, выходной сигнал которого разрешает (в случае одинаковых отсчетов), либо запрещает (в случае разных отсчетов) прстизводить измерение частоты, позволяет устранить ложные отсчеты измерений и по- вьш1ает точность измерения частоты.

Объединение в каждом измерительном- плече сигналов с выходов усилителей каналов в каждой из К групп с помощью сумматоров и пороговых устройств, соединенных таким образом, что выход сумматора любой группы подключен к второму входу порогового устройства данной группы и первому входу порогового устройства последующей группы, позволяет устранить неоднозначность выбора номера группы фотоприемников в решающем устройстве

определения группы, если изображение спектра сигнала в фокальной плоскости линз приходится на несколько фотоприемников, что повышает точность измерения частоты.

Введение в каждое измерительное плечо коммутаторов каналов, объеди- някяцих каналы с одинаковыми номерами у всех групп, подключение к ним пороговых устройств таким образом, что выход каждого коммутатора подключен к второму входу порогового устройства этого коммутатора и к первому входу порогового устройства последующего коммутатора, подключение к выходам пороговых устройств схемы фиксации экстремума и постоянного запоминаюш.е- го устройства позволяет определить номер одного фотоприемника, на который приходится экстремум просгранст венного изображения спектра радиосигнала в фокальной плоскости интегрирующих линз, что позволяет повысить точ

ность измерения несущей частоты импульсного радиосигнала.

Форму л.а изобретения

Акустооптическое устройство для измерения .частоты радиосигнала, содержащая лазер, расширитель пучка, первое измерительное плечо, включающее расположенные на одной оптической оси первый акустооптический модулятор света, электрический вход которого соединен с входом источника радиосигнала, первую интегрирующую линзу и первый оптоэлектронный преобразователь в виде линейной мaтpип)l фотопри- мников, а также электронную систему обработки, включающую N каналов, каж- дай из которых содержит усилитель, разделенных на К последовательных групп, решающее устройство определения группы и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения частоты, устройство содержит второе измерительное

измерительным плечом через оптический50 расщепитель, расположенный между расширителем пучка и первым акустоопти- ческим модулятором света, включающее расположенные на одной оптической оси наклонное зеркало, второй акустооп- 55 тичеСкий .модулятор света, электрический вход которого соединен с входом источника радиосигнала, вторую инте10

t5

20

25

30

35 40

50 55 097910

грирующую линзу и второй оптоэлектронный преобразователь в виде линейной матрицы фотоприемников, а также электронную систему обработки второго измерительного плеча, аналогичную первой, причрм в каждой из К гругтп каналов электронных систем обработки первого и второго измерительных плеч выходы N/K усилителей подключены к входам сумматора, выход которого в каждой группе подключен к второму входу порогового устройства данной группы и к первому входу порогового устройства последующей группы, причем первый вход порогового устройства первой группы соединен с фиксированным порогом, выходы пороговых Устройств подключены к входам решающего устройства определения группы, выходные шины решающих устройств определения группы первого и второго измерительных плеч подключены к входам цифрового компаратора и старшим разрядам соответственно первого и второго входов цифрового сумматора, выход цифрового компаратора подключен к первым входам первой и второй схем И, к вторым входам первого и второй схем И подключены соответст- ве.нно первый и второй выходы генератора тактовых импульсов, вход которого через синхронизатор подключен к электрическим входам акустоопти- ческих модуляторов обоих измерительных плеч, выход первой схемы И соединен с первым входом индикатора, а выход второй схемы И соединен с входом записи регистра начальной частоты, выходная шина которого подключена к первому входу вычитающего устройства и второму входу индикато ра, выходная шина цифрового сумматора подключена к информационной шине регистра начальной частоты и второму входу вычитающего устройства, выходная шУ1на которого подключена к третьему входу индикатора, в каждой из К групп каналов обоих измерительных плеч выходы первых усилителей группы подключены .к входам первого из N/K коммутаторов каналов .плеча, выходы вторь(х усилителей Группы подключены к входам второго коммутатора кана.иов плеча и т.д., к адресным входам каж- .дого коммутатора каналов подключена выходная шина решающего устройства определения группы соответствующего плеча, выходы коммутаторов каналов

П125097912

измерительного плеча подключены к ройства и первому входу четвертого пороговым устройствам в следующем порогового устройства и т.д., выходы порядке: выход первого коммутатора этих пороговых устройств подключены подключен к второму входу первого к входам схемы фиксации смены знака порогового устройства и первому входу 5 производной, выходная шина которой второго порогового устройства, выход подключена к адресньм входам посто- второго коммутатора подключен к вто- явного эапомшг ощего устройства, а рому входу второго порогового уст- выходные шины постоянных запоминах - ройства и первому входу третьего по- щих устройств первого и второго из- рогового устройства, выход третьего tO мерительных плеч подключены к млад- коммутатора каналов подключен к вто- шим разрядам соответственно первого рому входу третьего порогового уст- и второго входов щ Фрового сумматора.

Составитель И. Коновалов.

Редактор М. Келемеш Техред Л.Сердюкова Корректор М. Демчик

Заказ 4405/41 Тираж 728Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета СССР

по делш4 изобретений и открыт 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Произволетвенно-полигра гческое предприятие, г Ужгород, ул Проектная, А

Изобретение относится к радисчз- мерительной технике, может быть использовано для измерения частоты импульсных радиосигналов в ВЧ-СВЧ-диапазонах. Целью изобретения является повьшение точности измерения частоты импульсных радиосигналов и ее девиации в течение импульса, а также автоматизация процесса измерений. В устройство, содержащее лазер 1, расширитель 2 светового пучка, первое измерительное плечо, индепсатор 36, источник 7 исследуемого радиосигнала, для достижения цели введено второе измерительное плечо, расщепитель 3 с S