Устройство определения углового положения точечных излучателей Советский патент 1993 года по МПК G02B27/00 

оптическую систему, пространственно-временной модулятор света, фурье-объектив и фоторегистратор, расположенный в выходной плоскости устройства, совмещенной с задней фокальной плоскостью фурье-объек- тива, в передней фокальной плоскости которого помещен пространственно-временной модулятор света, пространственно-временной модулятор света выполнен в виде перпендикулярной оси фазомодулирующей среды с набором параллельных между собой электродов, каждый из которых подключен к выходу соответствующего приемного элемента линейной решетки приемных акустических элементов, модулятор снабжен механизмом возвратно-поступательного перемещения узкого освещающего пучка в параллельном электродам направлении, светоделитель, расположенный между формирующей оптической системой и модулятором, и отклоняющее зеркало вне оптической оси и под углом к выходной плоскости, а также четвертьволновую пластинку перед выходной плоскостью.

На чертеже представлена функциональная схема устройства. .

Устройство определения углового положения точечных излучателей содержит линейную решетку приемных акустических элементов 1, каждый элемент которой подключен к соответствующему электроду прост р.анственн о-в ременного модулятора света 2, светомодулирующая среда которого с системой электродов расположена перпендикулярно оптической оси устройства и снабжена щелью с механизмом возвратно- поступательного перемещения в параллельном электродам направлении, устройство когерентного спектроанализатора, включающее помимо пространственно-временного модулятора света расположенные последовательно на оптической оси источник когерентного излучения 3, формирующую оптическую систему 4, фурье-объектив 5 и фоторегистратор 6, плоскость регистрации которого сопряжена с задней фокальной плоскостью фурье-обьектива 5, в передней фокальной плоскости которого установлен пространственно-временной модулятор 2, устройство содержит также светоделитель 8 в пиде полупрозрачной пластинки, расположенной между формирующей оптической системой и пространственно-временным фазовым модулятором света под углом к оптической оси, а также вынесенное отклоняющее зеркало 9, направляющие часть излучения на плоскость регистрации фоторегистратора 6 - выходную плоскость устройства, перед которой

установлена фазосдвигающая четвертьволновая пластинка 10.

Устройство работает следующим образом.

При приеме сигнала от малоразмерного

излучателя S, имеющего угол положения ©по отношению к оси решетки 1 и находящегося в дальней зоне приема, линейная антенная решетка размером Ln из эквидистантных приемников с пространственным периодом Тп сформирует дискретный сигнал, определяемый как

I ..-.u./ X X

тп

comb(

)rect(-f4.

InLn

0)

15

где

00

Uc(x,y) - Ac / Uc, (Vt)exp j2jrvt (t 00

- -cos0)jdvt,

(2)

где x - координата вдоль линейки приемников (см. фиг. 1);

Sn - чувствительность каждого приемника

Uct временной спектр излучения источника S с амплитудой излучения Ас и ско- ростью распространения излучения Vc.

Электрические сигналы с приемных аку- стических элементов, приходя на электроды ПВМС, вызывают изменение электрического поля (в пространстве), приложение которого к участку упругой (эластичной) среды приводит к изменению ее толщины. При этом электрический сигнал от каждого акустического элемента поступает на соответствующий электрод модулятора через соответствующий электрический контакт.

С учетом масштабного коэффициента m сигнал, поступающий на электроды рельефографического ПВМС, и формирующий поле, которое деформирует рельефог- рафическую (эластомерную, гелеобразную и др.) поверхность пропорционально приложенному напряжению, этот сигнал равен

comb(

)гес),(3)

х.

45 Uc(xi ,t) Ac / Uct Mexp j2vt (t - 00

)1

(4)

xi - координата поперек электродов ПВМС, Ti тТп, Li mLn,

5э - коэффициент передачи электронного тракта.

Заметим, что влиянием множителя tect(xi/Li) можно пренебречь, если только Li Ti или LI/TI 1, что на практике обычно выполняется. Далее, рельеф с учетом чувствительности Si-и размераАх каждого электрода можно записать, как

Л(х1,т) До + Ar(xi,t) До +

+ SnS3SrUc(xi,t) -Jj- comb( --) х

xrect(),

(5)

где АО - толщина модулирующей среды.

В силу обработки сигналов, длина волны которых Ас существенно превосходит расстояние между приемниками Ас Тп (или Лет Ti), а также непрерывности среды Д- « До, дискретный сигнал (3), посту- пая на электроды, образует рельеф (5), представляющий собой непрерывную функцию Uc(xi,t), промодулированную функцией

P(xi) -J- combf -) х rect( -рЦ, зависящей от соотношения размеров электродов AXI и расстояния между ними TL т.е. скваж- ности системы электродов. Кроме того в общем случае на практике не выполняется гомотетичность преобразования размеров чувствительных элементов приемной антенной решетки Ахи размеров электродов AXI, т.е. Axis Ax/m или Дх/Т Axi/Ti. Причем если Дх/Т « 1 практически всегда, то Axi и Ti могут быть соизмеримы в зависимости от скважности системы электродов. Если Axi Ti/2, тогда

где А - длина волны освещающего излучения, S Sn 5Э Sr.

При освещении однородной волной с амплитудой UOCB за входным транспарантом (ПВМС) получаем модулированное световое поле

UV (xi,t)UOCB exrfj - AolexpD Др- SU0(xi,t)x

xP(xi)UroUri(xi,t),

Uro UOCB expQ Др- До,(8) Uri(xi,t) - exrfJbUc(xi,t)-P(xi), b 2лS/ A, (9)

Воспользуемся разложением вида

00

expDqЈ,7)cos(2 v|)Jo{q( &T}) + 2 ZjkJkx

k -o

( |, 7)cos(2 nv k|), тогда Uri(xi,t) можно записать как

Uri(xi,t) exp{jbUc(xi,tXcos(2 itv xi) CO

e o

cos{6 jrvixi) + ...} П (1)e{ SJkJkx

- Ou

x ( ) x(2t+ 1)vikxi }.

При небольших изменениях рельефа на среде (Дг« До):

bUc ч, bUcf А ,

Jo(

2 + 1

)«18(2Е+1)

Uri(xi,t)1+2 П(-1){ 2jkJkx

Использование: устройство определения углового положения точечных излучателей относится к области оптической обработки информации, а точнее - к способу определения угловых положений слабых точечных излучателей по виду пространственного фурье-спектра светового поля, про- модулированного исходным сигналом от Изобретение относится к области оптической обработки информации, а точнее - к устройствам определения углового положения слабых точечных излучателей. Целью устройства является.повышение обнаружительной способности путем уменьшения когерентных шумов при сокращении одного (поперечного) размера кадрового окна, а также конструктивного излучателей. Изобретение наиболее эффективно может быть использовано в радио- или акустических исследованиях. Сущность изобретения: устройство содержит линейную решетку приемников, подключенных к соответствующим электродам пространственно-временного фазового модулятора света, установленного на оптической оси устройства в передней фокальной плоскости фурье-объектива после когерентного источника и формирующей оптической системы, с механизмом возвратно-поступательного перемещения узкого освещающего пучка в параллельном электродам ПВМС направлении, фоторегистратор, фоточувствительный слой которого расположен за четвертьволновой пластинкой в выходной плоскости устройства, совмещенной с задней фокальной плоскостью фурье-обьектива, а также светоделитель (полупрозрачную пластинку), расположенный под углом к оптической оси между формирующей оптической системой и модулятором, и поворотное зеркало вне оптической оси под углом к выходной плоскости, служащие для формирования опорного пучка в выходной плоскости. 1 ил. упрощения путем устранения устройства ввода. Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве определения углового положения точечного излучателя, содержащем линейную решетку приемных элементов, а также расположенные после довательно на оптической оси источник когерентного излучения, формирующую & 00 ч 00 о о СА

P(xi) cos--xi - -cos3-| -xi +

11

+ соз5- Дх1-- -1 + 5Ti

со

+ 2

(-1)

2л

11л тГГ05 тг 211+) ш

Амплитудный коэффициент пропускания ПВМС

tr(xi,t) - expG --- Д (xi,t) - ехр{ - До -ь

4-SUc(X,t) P(X1)},

(7)

(

ьис

2Е + 1

-)(2е+ 1)vikxi }.

0

f bKyJ bU2Ce(+Vt)l2Eb+iu

при Д- « До, множитель у cos(2 nv xi) равен jbUc cos(2 nv xi). Тогда сигнал в выходной плоскости в первом порядке дифракции определяется выражением

-°°- V,

U BXI foci, vy1) { / Uct expD2 я ( V1

- CO

X1

m Vc

cos 0)d vt} cos(2 лv xi) , (11)

где время t под экспонентой выражено через t yi/Vi (Vi - скорость перемещения

щели во входной плоскости вдоль электродов, размером которого в поперечном направлении можно пренебречь:

Um(yi,t) (5(yi-Vit), .

При движении щели, вырезающей из широкого освещающего пучка узкий световой нож, происходит перемещение узкого освещающего пучка в перпендикулярном электродам направлении.

Меняя порядок интегрирования и учитывая фильтрирующее свойство (5-функции, получим

Uexl(Vxi, Vyi) С1 Uct(Vyi Vl + Vxi

.. П1 Vc .

cos©Jl

ci b mVi/Vc.(12) Для получения результирующего распределения интенсивности, выходную плоскость освещают опорной плоской волной Uon U0 exp(j27T sin / y i/ Я), где /3 - угол падения опорной волны. Результат интерференции фурье-образа входного сигнала с опорной волной описывается выражением

JBb,x(x l,y l) lU1BX+Uon 2 |U1BX|2 + + I.Uon I2 + (U1BX U%n + + Uon). (13)

Составляющие |.и1вх12и lUonl2 являются шумовой засветкой и могут быть устранены вычитанием; информационные составляющие (01ВХ + 0 вх Uon) с учетом действительного характера функции 01вх и четвертьволновой пластинки окончательно формируют следующее распределение: п

(U1BX + 01%х + Uon) 2UoUiBX х

xcos(27rsin/3y i/A) C2Uct(vy1Vi +

+ Vxl )cOS(2 7rsin/ yi/A),

v«Uo V

C2 2UobmViVc.

Следовательно, интересующая нас информация об угловом положении исходного излучателя s содержится в угловой координате следа наклонно расположенного фурье-спектра и может быть определена согласно зависимости

-arctg(

Vcm

Vicos©

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

01 - угол наклона фурье-спектра в точке Vi, однозначно связанный с угловым положением точечного излучателя 0,

Таким образом, информация об угловом положении излучателя ©i извлекается из результирующего распределения путем измерения угла следа фурье-спектра излучающего источника ©ь который однозначно определяет угловое положение ©последнего относительно линейной решетки приемных элементов. Определение 0 происходит при анализе картины, получаемой в фоторегистраторе при использовании щелевой диаграммы, размер которой в поперечном направлении (в направлении перемещения) многократно меньше размера полного кадрового окна, что соответственно обеспечивает многократное уменьшение шумовой составляющей пространственного фурье- спектра, а, следовательно многократное превышение обнэружительной способности предлагаемого устройства по сравнению с прототипом (например, при кадровом окне 20 х 20 мм и щели 1 х 20 мм2 превышение порядка (20 х 20):(1 х 20) 20 раз). Повышение обнаружительной способности особенно важно в устройствах подобного типа, т.к. позволяет обнаруживать и определять угловое положение слабых (по мощности) излучателей. Упрощение конструкции устройства за счет ликвидации устройства ввода или устройства, обеспечивающего запись принятого сигнала на оптический транспарант, существенно сокращает габариты всей системы.

Экономический эффект от использования предложенного устройства обусловлен его техническими преимуществами.

Формула изобретения

Устройство определения углового положения точечных излучателей, содержащее линейку приемных элементов и блок оптической обработки сигналов, состоящий из оптически связанных источника когерентного излучения, формирующей оптической системы, пространственно-временного модулятора света, фурье-объектива и фоторегистратора, причем пространственно-временной модулятор света расположен в передней фокальной плоскости фурье- объектива, функция его пропускания определяется сигналами с приемных элементов, а фоторегистратор расположен в задней фокальной плоскости фурье-обьектива, отличающееся тем, что, с целью повышения обнаружительной способности путем уменьшения когерентных шумов, а также упрощения конструкции, блок оптической обработки сигналов дополнительно содержит оптически связанные светоделитель, отклоняющее зеркало и четвертьволновую пластинку, причем светоделитель расположен между формирующей оптической системой и пространственно-временным модулятором, отклоняющее зеркало расположено вне оптической оси фурье-объекти- ва под углом к задней фокальной плоскости фурье-обьектива, четвертьволновая пластинка расположена в задней фокальной плоскости фурье-объектива. пространственно-временной модулятор содержит прозрачную пластинку из фазомодулирующе- го свет материала, снабженную набором электродов, выполненных в виде параллельных отрезков прямой, и щель с мехзнизмом ее перемещения, причем щель ориентирована в направлении, перпендикулярном направлению электродов, и установлена с возможностью возвратно- поступательного перемещения вдольэлектродов, каждый из которых подключен к выходу соответствующего приемного элемента.

10