Акустооптический приемник Советский патент 1993 года по МПК H04B10/06 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для пеленгации и спектрального анализа сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМН).

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем точной и однозначной пеленгации источника излучения фазо манипулированных сигналов.

Структурная схема предлагаемого приемника представлена на фиг. 1; частотная диаграмма, поясняющая принцип образования дополнительных каналов приема, изображена на фиг. 2.

Акустооптический приемник содержит последовательно включенные антенну 1, смеситель 6, второй вход которого соединен . с выходом гетеродина 4, усилитель 8 промежуточной частоты, перемножитель 10, второй вход которого через последовательно, включ-энные смеситель 7 и усилитель 9 промежуточной частоты соединен с выходами

антенны 2 и гетеродина 5, узкополосный фильтр 11, фазовый детектор 17 и блок 18 регистрации. К выходу гетеродина 4 последовательно подключены перемножитель 12, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 5, узкопояосный фильтр 13 и ключ 16, второй вход которого через последовательно включенные коррелятор 14 и пороговый блок 15 соединён с выходами усилителей 8 и 9 промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу фазового детектора 17. На пути распространения пучка света от лазера 20 последовательно установлены коллиматор 21 и ячейка Брэгга 22, пьезоэлектрический преобразователь которой через ключ 19 соединен с выходом первого и второго усилителей промежуточной частоты. На пути распространения дифрагируемой части пучка света установлена линза 23, в фокальной плоскости которой размещена матрица 24 фотодетекторов. Последовательно включенные гетеродин 4 и

(Л

С

00 OJ 00 00

со ю

со

смеситель 6 образуют преобразователь 3 частоты.

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых на зеркальных и комбинационных частотах, основано на использовании двух каналов приема, гетеродины 4 и 5 которых разнесены по частоте на величину 2fnp:

fr2-fn-2fnp,

и корреляционной обработке канальных напряжений. При этом количество дополнительных (зеркальных и комбинационных) частот удваивается (фиг. 2).

Для пеленгации источника излучения ФМн сигналов в предлагаемом приемнике используется фазовый метод, при котором фазовый сдвиг между сигналами, принимаемыми антеннами 1 и 2, Составляет

Др 2 л; j cos у.,;.:

где d - измерительная база (расстояние между антеннами);А-длина волны;... у- угол, определяющий направление на источник излучения.

Фазовому методу пеленгации свойственно противоречие между требованиями точности измерений и однозначности отсчета угловых координат. Действительно, согласно вышеуказанному выражению, фазовая система тем чувствительнее к изменению угла, чем больше относительный размер .базы d/A. Однако с ростом d/A уменьшается значение угловой координаты, при которой разность фаз превосходит значение 2л:, т.е. наступает неоднозначность отсчета.

Исключить неоднозначность пеленгации фазовым методом можно двумя способами: 1( применением остронаправленных антенн; 2) использованием нескольких измерительных баз (многошкальность).

Системы пеленгации с остронаправленными антеннами обладают большой дальностью действия и высокой разрешающей способностью по направлению. Однако они требуют поиска .источника излучения до начала измерений и его сопровождения по направлению антенным лучом в процессе измерений.

Многошкальный метод отсчета углов основан на использовании нескольких измерительных баз. При этом меньшая база образует грубую, но однозначную шкалу отсчета, а большая база - точную, но неоднозначную шкалу отсчета. Системы

пеленгации, использующие такой метод, имеют ограниченную дальность и сложную антенную систему.

В предлагаемом устройстве применен

корреляционный метод устранения неоднозначности пеленгации, который использует корреляционные свойства ФМн сигналов.

.Акустооптический приемник работает следующим образом.

Принимаемые ФМн сигналы

Ui(t)-Vc -cos 2 л: fct+ рк(0 + р 1, :

U2(t) Vc -cos 2 n fct + p K(t) + (, о t Tc,

где Vc, fc, .. i Тс - амплитуда, несущая частота, начальные фазы и длительность сигналов;

РК (t) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции, причем рк(г) const при К ги t (К+1)ти и может изменяться скачком при

t К Ги т.е. на границах между элементарными посылками (К 1,2,..., N-1);

Гц , N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тс (Тс N ги ); с

выхода антенн 1 и 2 поступают на первый вход смесителей 6 и 7, на второй вход которых с выхода гетеродинов 4 и 5 подаются напряжения соответственно

Un(t) Vn cos (2 л: fnt + рп ),

. Ur2 (t) Vr2 COS (2 71 frat + )

где U n , Vr2 , fn, fr2, фг , рГ2 - амплитуды, частоты, начальные фазы напряжений гетеродинов 4 и 5.

Причем частоты fri и т2.гетеродинов 4 и 5 выбраны следующим образом:

fri 2fnp .

На выходе смесителей 6 и 7 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 8 и 9 выделяются напряжения промежуточной (разностной)частоты:

Unpl (t) Vnpi COS 2ttfnpt + PK (t) + pnpl Unp2(t) Vnp2 COS - pK(t) - pnpzl

0 t Tc, A

где Vnp1 KiVcVn; Vnp2 KiVcVr2;

Ki - коэффициент передачи смесителей;

fnp fc-fri - - промежуточная частота; ,

р Ум ГАФ2 -( которые поступают на два входа перемножителя )0. На выходе последнего образуется гармоническое колебание

Us(t) Уз-соз(47rfnpt Ч- + Л р.), О Јt ТС, 1

где V3 2-K2Vnpi Vnp2,

«2- коэффициент передачи перемножи- Теля;

Apr рг2 Ул.

(f -(pi фазовый сдвиг, определяющий направление на источник излучения ФМн сигналов,

Это колебание выделяется узкополосным фильтром 11, частота настройки fHi которого выбирается равной 2тпр(тщ. 2fnp), и поступает на первый вход фазового детектора 17.

Напряжения Un(t) и Ur2(0 с выходов ге- Теродинов 4 и 5 подаются на два входа перемножителя 12, на выходе которого образуется гармоническое колебание

U(t) V4.cos 2n (fr2-fr i)t + Ас/7г V4X

XCO S(4 Я fnpt + ),

rfleV4 -j-K2-Vn-Vr2 ,

которое выделяется узкополосным фильтром 13, частота настройки Тц2 которого выбирается равной 2fnp (fn2 2fnp).

Напряжения Unpi(t) и Unp2(t) с выхода усилителей 8 и 9 промежуточной частоты поступают на два входа коррелятора 14, на выходе которого образуется напряжение U, пропорциональное корреляционной функции R(T). Это напряжении поступает на вход порогового блока 15, где сравнивается С пороговым уровнем Vnop. При этом пороговое напряжение Vnop в пороговом блоке 15 превышается только при максимальном выходном напряжении коррелятора 14 (Умах Vnop). Так как один и тотже сигнал принимается по двум каналам, то между канальными напряжениями Unpi(t) n(Jnp2 W существует сильная корреляционная связь, выходное напряжение коррелятора 14 достигает максимального значения VMax при4 котором TO уь, где у0 - истинный пеленг. Следовательно, пороговое напряжение Vnop в пороговом блоке 15 превышается только

при максимальном значении корреляционной функции R(r0) и не превышается при значениях т, соответствующих боковым лепесткам корреляционной функции R(f) 5 (V Vnop). При превышении порогового уровня Vnop (VMax Vnap) В ПОРОГОВОМ блоке 15

формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключей 16 и 19 и открывает их. В исходном состоя0 нии ключи закрыты. При этом гармоническое колебание LM(t) с выхода узкополосного фильтра 13 через открытый ключ 16 поступает на цторой вход фазового детектора 17, на выходе которого образует5 ся постоянное напряжение.

UH VHCOSA

1

0 где V, KaVsV/i;

Кз - коэффициент передачи фазового детектора.

Это напряжение фиксируется блоком 18 регистрации. При этом повышение точности

5 пеленгации источника излучения ФМн сигналов обеспечивается путем увеличомкк измерительной базы d. А возникающая при этом неоднозначность отсчета углл у устраняется корреляционной обрзбот ксй каналь0 ных напряжений.

Ширина спектра Afc принимаемых ФМн сигналов определяется длитнльиостьюГц элементарных посылок (A fс М ти), тогда как ширина спектра At гармонического ко5 лебания Уз(т) определяется его длительностью Tc(Afi 1/Тс), т.е..ширина спектра Afr гармонического колебания в N раз меньше ширины спектра Afc входных ФМн сигналов (Afc/ Afr N). Это даст возможность с по- мощью узкополосного фильтра 11 выделить гармоническое колебание КзО), отфильтровав при этом значительную часть шумов и помех, т.е. повысить реальную чувствительность приёмника при пеленгации источника

5 ФМн сигналов,

Напряжение UMpi(t) с выхода усилителя 8 промежуточной частоты через открытый ключ 19 одновременно поступает на пьезоп электрический преобразователь ячейки Брэгга 22, где преобразуется в акустическое колебание. Пучок света от лазера 20, скол- лимированный коллиматором 21, проходит через ячейку Брэгга 22 и дифрагирует на

,. акустическом колебании, возбужденном напряжении Unpi(t). Ячейка Брэгга 22 состоит . из звукопровода. и возбуждающей гиперзвук пьезоэлектрической пластины, выполненной из кристалла ниобата лития соответственно X и У-35° среза. Это обеспечивает автоматическую псГдстройку по углу Брэгга и работу ячейки в широком диапазоне частот.

На пути распространения дифрагируемой части пучка спета установлена линза, формирующая пространственный спектр принимаемого ФМп сигнала, в фокальной плоскости которой размещена матрица 24 фотодетектороо. Каждому разрешающему элементу анализируемого частотного пазоиа соответствует своей фотодетектор. Описанная выше работа приемника соответствует случаю приемаФМн сигналов по основному каналу на частоте fc (фиг. 2).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому зеркальному каналу на частоте тэт, то в смесителях А и 5 он преобразуется в напряжения следующих частот:

fl1 fn-f31 fnp, f 12 3fnp,

где первый индекс обозначает канал, по которому принимается ложный сигнал (помеха);

второй индекс обозначает номер гетеродина, частота которого участвует в преобразовании несущей частоты принимаемого ложного сигнала (помехи). Однако только напряжение на частоте fn попадает в полосу пропускания усилителя 8 промежуточной частоты, а затем подается 1-га первый вход перемножителя 10 и коррелятора VI. Выходное напряжение коррелятора 14 равно нулю, так как на выходе усилителя 9 промежуточной частоты напряжение отсутствует. Ключи 16 и 19 не открываются и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте fai, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму зеркальному каналу на частоте Тз2, то в смесителях 6 и -7 он преобразуется в напряжения следующих частот:

f22 fnp, f32-fri 3fnp.

Однако только напряжение с частотой f22 попадает в полосу пропускания усилителя 9 промежуточной частоты и на второй вход коррелятора 14. Выходное напряжение коррелятора 14 в этом случае также равно нулю, так как на выходе усилителя 8 промежуточной частоты напряжение отсутствует, Ключи 16 и 19 не открываются и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму зеркальному каналу на частоте fa2, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по другим дополнительным каналам.

Если ложные сигналы (помехи) приии- маются одновременно по первому и второму зеркальным каналам на частотах fai и f32, то в смесителях 4 и 5 они преобразуются и напряжения следующих частот:

fn fn - f3i fnp. fi2-fr2-f3i 3Fnp,

f22 f32 - fr2 -fnp, f21 f32 - fri 3fnp.

При этом напряжения с частотами fn и

f22 попадают в полосу пропускания усилителей 8 и 9 промежуточной частоты и на два входа перемножителя 10 и коррелятора 14. Однако ключи 16 и 19 не открываются, Это объясняется тем, что разные ложные сигналы (помехи) принимаются, на разных зеркальных частотах fai и fa2, поэтому между канальными напряжениями, выделяемыми усилителями 8 и 9 промежуточной частоты, существует слабая корреляционная связь.

Кроме того, иследует отметить, что корреля- ционная функция помех не имеет -ярко вы-- раженного максимума, как это имеет место у сложных ФМн сигналов.Выходное напряжение V коррелятора 14 не превышает порогового напряжения Упор в пороговом блоке 15 (V Vnop). Последний не срабатывает, ключи 16 и 19 не открываются и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по первому и второму зеркальным каналам на частотах fai и f32, подавляются.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно и по другим дополнительным

(комбинационным) каналам.

- Следовательно, за счет подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным (зеркальным и комбинационным) каналам, обеспечивается повышение помехоустойчивости и разрешающей способности приемника.

Таким образом, предлагаемый приемник, по сравнению с прототипом, обеспечивает повышение помехоустойчивости и.

разрешающей способности. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным (зеркальным и комбинационным) каналам. Причем для подавления указанных ложных сигналов (помех) используются два приемных канала, гетеродины которых разнесены по частоте на величину 2fnp(fr2 fn 2 fnp), и корреляционная обработка канальных напряжений.

Используя доз приемных канала, в предлагаемом приемнике осуществляется точная и однозначная пеленгация источнику излучения ФМн сигналов. При этом точ- нбсть пеленгации достигается за счет увеличения измерительной базы cl, А возни- каемая при этом неоднозначность отсчета угла у, определяющего направление на источник излучения, устраняется также корре- лйционной обработкой канальных напряжений,-Причем максимум корреляционной функции R(r0) соответствует зоне однозначности, т.е. области, где разность фаз Дг/ изменяется на величину, меньшую 2П.

Кроме того, предлагаемый приемник обеспечивает повышение реальной чувствительности при пеленгации источника излучения ФМн сигналов. . Это достигается перемножением канальных напряжений, при котором происходит свертка спектра ФМн сигналов. А измерение фазового сдви- га , определяющего направление на источник излучения ФМн сигналов, осуществляется на удвоенной промежуточной частоте. Тем самым функциональные возможности приемника расширены.

Ф о р м у л а и з о б р е т. е н и я

Акустооптический приемник, содержащий лазер, на пути распространения пучка света которого установлена ячейка Брэгга, на пути распространения дифрагируемой части пучка света установлена линза, в фокальной плоскости которой размещена матрица фотодетекторов, а также последовательно включенные антенну, преобразователь частоты, состоящий из последовательно соединенных первого гетеродина и первого смесителя, и первый усилитель промежуточной частоты, выход

которого соединен с пьезоэлектрическим преобразователем ячейки Брэгга, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем точ- ной и однозначной пеленгации источника излучения ф азоманипулированных сигналов и повышения помехоустойчивости и разрешающей способности путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых

по дополнительным (зеркальным и комбинационным) каналам, в него сведены вторая антенна, второй гетеродин, второй смеситель, второй усилитель промежуточной част о т , д в а п е р е м и р ж и т е л я , два,

узкопблосных фильтра, два ключа, коррелятор и пороговый блок, причем к выходу второй антенны последовательно подключены второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, пторой усилитель промежуточной частоты, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, перьый узкополос- ный фильтр, фазовый детектор и блок регистрации, к выходу первого гетеродина последовательно подключены второй пере- мкожитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, второй узкополосный-фильтр и первый-ключ, пторой

вход которого через последовательно включенные и пороговый блок соединен с выходами первого и второго усилителей промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу фазового детектора, между

выходом первого усилителя промежуточной частоты и пьезоэлектрическим преобразователем ячейки Брэгга включен второй ключ, второй вход которого соединен с выходом порогового блока.

Фиг. I.

Использование: в радиоприемнике для пеленгации и спектрального анализа сложных сигналов с фазовой манипуляцией. Сущность изобретения: акустооптический приемник содержит две антенны, преобразователь частоты, состоящий из гетеродина и смесителя, гетеродин, смеситель,.два усилителя промежуточной частоты, перемножитель, узкопслосный фильтр, перемножитель, второй узкополосный фильтр, коррелятор, пороговый блок, ключ, фазовый детектор, блок регистрации, ключ, лазер, коллиматор, ячейку Брегга, линзу и матрицу фотодетекторов, 2 ил.

и „ ь

ь .

/пр