Оптико-электронный модуляционный спектрограф Советский патент 1987 года по МПК G01R23/17 

Изобретение относится к измерению и регистрации спектров сигналов в радиоастрономии.

Цель изобретения - повьппение числа регистрируемьк спектральных от- счетов в единицу времени путем параллельного аналогового синхронного интегрирования оптических сигналов спектральных каналов.

На фиг. 1 представлена блок-схема оптико-электронного спектрографа; на фиг. 2 - графики, поясняющие его работу.

Модулятор 1, первый вход которого является входом устройства, соединен по выходу с входом спектрального приемника 2, который соединен по выходу электрическим входом акус- тоаптического модулятора спектра 3, оптический выход которого связан с .матричным фотоприемником на основе прибора с зарядовой связью (МПЗС) 4. Выход генератора реверсивньк фазных импульсов 5 соединен с электрическим входом МПЗС 4, первый вход генератора 5 соединен с выходом счетчика 6. Электрический выход МПЗС 4 соединен с входом регистрирующего устройства 7. Опорный генератор 8 соединен по выходу с вторыми входами модулятора 1, генератора реверсивных фазных импульсов 5 и входом счетчика 6.

Устройство работает следующим образом.

С приемной антенны А на вход спектрографа поступает радиосигнал, который по сигналам с опорного генератора 8 модулируется модулятором

1 с периодом

Т.

Т, + т, (фиг. 2а)

Спектральньй приемник 2 осуществляет усиление модулированного радиосигнала в полосе приема и преобразует диапазон частот сигнала в диапазон рабочих частот акустооптичес кого анализатора спектра 3. В акус- тооптическом анализаторе спектра 3 происходит преобразование радиосигнала в оптический и пространственное спектральное разложение последнего. Оптические сигналы спект- ральньк компонент проецируются на зону приемника 2 (фиг. 26) секции накопления (СН) МПЗС 4. В засвеченных элементах фотоприемника накапливается заряд (q), пропорциональный освещенности и - времени интегрирования. Каждому столбцу элемен

тов МПЗС соответствует свой спектральный отсчет.

До начального момента времени t элементы СН очищены, затем происходит накопление сигнала первого полупериода модуляции.С приходом импульса опорного генератора 8 в момент времени : генератор реверсивных фазных импульсов 5 вырабатывает последовательность импульсов управления, которая перемещает сформированный зарядовый рельеф,отображающий усредненный за время Т, спектр сигнала S,, из второй зоны в первую зону. Одновременно во вторую зону переместятся пустые зарядовые пакеты из третьей зоны. В течение времени Т. во второй зоне будет формироваться зарядовый рельеф, отобралсающий спектр сигнала S .По следующему импульсу с опорного генератора 8 в момент времени t- -синхронно с переключением модулятора 1 генератор 5 вырабатывает обратную последовательность импульсов управления МПЗС, которая установит исходное расположение зарядовых пакетов, (ЧТО завершает первьй цикл синхрон

|ного накопления в СН. Когда число таких циклов равно заданному п, счетчик б вьщает сигнал, по которому генератор 5 вырабатывает фазные импульсы, производящие перемещение накопленных зарядов за

время ,,

п из СН в секцию хранения МПЗС. Далее зарядовые пакеты из секции хранения по фазным импульсам генератора 5 выводятся через выходной регистр МПЗС на регистрирующее устройство 7 независимо от синхронных перемещений зарядовых пакетов в СН. Времена параллельного аналогового синхронного интегрирования спектров радиосигналов Б, и S составляетвенно.

и

и

п

соответст

Использование генератора реверсивных фазных импульсов и счетчика модуляционных полупериодов отличает данный спектрограф от известных так как путем реализации параллельного аналогового синхронного интегрирования на МПЗС фотоприемнике можно в п раз увеличить производительность спектрографа. Кроме того, можно во столько же раз поднять частоту модуляции в целях обеспечения регистра312

ции быстроменяющихся входных радиосигналов,

В известных радиоастрономических оптико-электронных модуляционных спектрографах синхронное с модуляци- ей входного сигнала накопление сигналов в течение времени t п- Т„, где Тд - период модуляции входного сигнала; п - число циклов сихронно- го накопления осуществляется в цифро вом интеграторе, функции которого может выполнять универсальная ЭВМ. При этом предварительное накопление в аналоговом виде сигналов, соответствующих спектральным отсчетам, производится в элементах ПЗС фотоприемника лишь в течение части (Т, или Tj) периода модуляции Т. По окончании данного промежутка времени (Т, или Т) накопленные сигналы выводятся из элементов ПЗС фотоприемника, преобразуются в цифровой код и заносятся в ячейки цифрового интегратора. Пусть частота выполнения действия, состоящего из указанной последовательности трех операций f. Тогда максимальное число спектральных отсчетов, которое может быть занесено в цифровой интегратор за время Т, составляет

N, T.f

За.время синхронного накопления сигналов Ъ в цифровом интеграторе накапливается такое же количество спектральных отсчетов N,. Поэтому производительность спектрографа (максимальное число регистрируемых спектральных отсчетов в единицу вре- мени) равна

-

Nf

п

f п

В предлагаемом устройстве синхронное накопление сигналов в течение „ осуществляется в аналоговом виде на МПЗС-фотоприемнике. Вывод из МПЗС массива накопленных сигналов, преобразование его в цифровой сигнал занесение отсчетов в цифровую память (регистрация) осуществляется один раз в течение времени 5 п а не п раз, как в известных устройствах. В этом случае максимальное число отсчетов, которое может быть зарегистрировано при той же частоте f, составляет N 1 f.

0 -5 0 0

5 0

5

5

5

94

Следовательно, максимальное число регистрируемых спектральных отсчетов в единицу времени составляет N, ,

Р. -н

Сравнение Р, и Р показывает, что предлагаемое устройство позволяет добиться увеличения в п раз числа регистрируемых спектральных отсчетов в единицу времени при сохранении быстродействия канала, осуществляющего операции: вывод из ПЗС, аналого-цифровое преобразование, регистрацию в память ЭВМ.

Так в известном спектрографе при частоте модуляции 50 Гц предельной частоте преобразования и регистрации одного отсчета 50 - 100 кГц, числе циклов синхронного накопления 50 - 500 ( 1 - 10 с), производительность составляет порядка 10 отсчетов/с. В предлагаемом устройстве, работающем при тех же параметрах, что и известный спектрограф, производительность достигает 10 отсчетов/с . Формула изобретения

Оптико-электронный модуляционный спектрограф, содержащий последовательно соединенные между собой модулятор, первый вход которого является входом устройства, спектральный приемник, акустооптический анализатор спектра, а также устройство регистрации, опорный генератор, соединенный с вторым входом модулятора, отличающийся тем, что, .с целью повышения числа регистрируемых спектральных отсчетов в единицу времени путем параллельного аналогового синхронного интегрирования оптических сигналов спектральных отсчетов, в него введены матричный фотоприемник на приборе с зарядовой связью с кадровой синхронизацией , генератор реверсивных фазных импульсов и счетчик, причем, матричный фотоприемник оптически связан с выходом акустооптического анализатора спектра и электрически с входом устройства регистрации генератор реверсивных фазных импульсов соединен по входу с матричным фотоприемником, а по первому входу - со счетчиком, опорный генератор по выходу соединен с вторым входом генератора реверсивных фазных импульсов и входом счетчика.

N in

ХЛ

N

гл

:

1Л

ч::

N

tn

F

tTTTl

ta

ь

H

G

K::

U5

li I Is |й 1 p

Составитель И.Коновалов Редактор М.Товтин Техред А.Кравчук Корректор М.Демчик

--- - - - - - - - - ----- - -- - - - .- -- ---i.--. - -.. . - - «..

Заказ 7895/41 Тираж 751Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

Изобретение относится к измерению и регистрации спектров сигналов и радиосигналов. Цель изобретения - повьшение числа регистрируемых спектральных отсчетов в единицу времени достигается путем параллельного аналогового синхронного интегрирования оптических сигналов спектральных каналов. Для этого в спектрограф дополнительно введены матричный фотоприемник 4 на приборе с зарядовой связью, генератор 5 реверсивных фаз- ных импульсов и счетчик 6. Спектрограф также содержит модулятор 1,спектральный приемник 2, акустооптичес- кий модулятор 3 спектра, регистрирующее устройство 7, опорный генератор 8. При этом производительность достигается ду. 2 ил. 10 отсчетов в секунс С/) ГО () О О Фиг.1