Многоустойчивое устройство-коррелятрон Советский патент 1975 года по МПК G06G9/00 

1

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и автоматики и может быть использовано в радиотехнике в качестве устройства с многими устойчивыми состояниями стабилизации режимов генерирования сложных радиотехнических сигналов с помощью электро-оптических средств.

Предлагаемое многоустойчивое устройство по существу открывает новый класс устройств - коррелятронов, признаками устойчивых состояний в которых являются виды сложных радиотехнических сигналов, широко применяющихся в современной радиолокации, связи, ионосферном зондировании, радионавигации, космических исследованиях и измерительной технике. Под сложными сигналами понимают радиосигналы, произведение длительности которых (например, для радиоимпульсов) на ширину их спектра много больше единицы. Так, в современной радиолокации нашли применение сложные сигналы с внутриимпульсной частотной модуляцией, фазоманипулированные сигналы в соответствии с кодами Баркера, Фрэнка, Хафмана и другие и шумоподобные двоичные М-последовательности, имеющие базу от нескольких десятков до нескольких десятков и сотен тысяч и определяющиеся функциями неопределенности Вудворда различной структуры. Обработка таких сигналов осуществляется, как правило, с помощью корреляционных устройств или согласованных сложных фильтров. Б результате корреляционной обработки сигнал сильно «сжимается по времени и резко возрастает по ампилтуде, что обеспечивает выделение таких сигналов на фоне существенно превышающего уровня помех, т. е. создание высоко помехоустойчивых и скрытых радиосисте.м. Б последние годы щироко используют методы оптической обработки сложных радиотехнических сигналов на базе создания многоканальных оптико-акустических корреляционных устройств, а также методы генерирования сложных сигналов на основе оптикоакустических корреляторов.

Прототипами для описываемого устройства по принципу построения оптико-акустической корреляционной многоканальной схемы может служить известный многоканальный коррелятор, содержащий источник монохроматического света, например оптический квантовый генератор непрерывного действия, коллиматор, пространственный многоканальный дифракционный модулятор света оптико-акустического типа, многоканальный опорный транспарант, интегрирующую поканально цилиндрическую (астигматическую) линзу и канальные фотоприменики, установленные в фокальной плоскости указанной линзы в местах

дислокации первых дифракционных порядков соответствующих каналов коррелятора.

Известное устройство работает как корреляционное и предназначено для обработки сложных сигналов различных видов (по числу каналов). Для использования коррелятора в качестве генератора сложных сигналов достаточно возбудить в звуконроводе пространственного дифракциоппого модулятора для со ответствуюш.его канала короткий акустически цуг волны. При это.м бегуп ее в звукопроводе акустическое возмущение в виде дельта-импульса па промежуточной частоте оптически «опращивает запись на соответствующей дорон ке опорного транснаранта (на каждой дорожке транспаранта записан определенный вид сложного сигнала). На выходе соответствующего канального фотоприемника выделяется соответствующая составляющая сложного электрического сигнала, как функция времени, перенесенного на промежуточную частоту, т. е. происходит преобразовапие пространственпой записи опорного сигнала на соответствующей дорожке транснаранта во временной радиоимпульс, длительность которого равпа времени распространепия акустического цуга в апертуре прострапственного дифракционного модулятора (времени «опроса записи на транспаранте).

Однако известное устройство не может работать в режиме автономного генератора, оно характеризуется сложностью.

Цель изобретения - генерирование периодической последовательности сложных радиосигналов различных видов. Для этого пространственный дифракционный модулятор света оптико-акустического типа вынолнеп одноканальным и установлен между дополнительно введенными двумя цилиндрическими линзами так, что линия их общего фокуса совмещена с траекторией распространения акустической волны в звукопроводе указанного оптико-акустического модулятора света, который связан оптически с многоканальным опорным транспарантом с записанными на нем пространственными образами генерируемых сложных сигналов через электрооптический многополосковый поляризационный модулятор света, связанный с импульсным коммутатором каналов генерирования, и пластину-анализатор света, а выход многоканального опорного транспаранта оптически связан через сферическую линзу с фотоприемником, общим для Всех используемых каналов. Выход фотопрпемника параллельно подключен к полосовому усилителю и ограничителю по максимуму с низкоомной нагрузкой, подсоединенной к входу одновибратора дельта-имнульсов промежуточной частоты, причем выходы указанного одновибратора и полосового усилителя соединены с пьезодатчиком указанного оптико-акустического модулятора света через сумматор.

На чертеже представлена функциональная схема коррелятрона.

Устройство содержит источник 1 когерентного света, например оптический квантовый генератор непрерывного действия, коллиматор 2, оптико-акустическую кювету 3 оптико-акустического пространственного дифракционного модулятора света, звукопровод которого возбуждается пьезодатчиком 4 в форме акустической волны, поглощаемой затем акустическим поглотителем 5, пару цилипдрических

(астигматических) линз 6 и 7, общая линия фокуса которых совмещена с траекторпсй распрострапения акустической волны в звукопроноде кюветы 3, электрюоптическпй .мпогодорожечный (многонолосный) поляризационный

модулятор 8 света на основе электрооптических кристаллов, находящихся в электрическом ноле, создаваемом на соответствующих выходных щинах импульсного коммутатора 9 каналов генерирования, пластипу-анализатор

10 света (дихроический пленочный поляроид), главная плоскость поляризации которого скрещена отиосительпо плоскости поляризации света, излучаемого источником 1 (излучение газовых лазерных устройств является строго

поляризованным в плоскости). Кроме того, устройство содержит мпогоканальный опорный транспарант 11 с записанными пространственно (по фазе или амплитуде проходящих через него волн света) опорными сложными

сигналами различных видов, сферическую интегрирующую линзу 12, фотоприемник 13, установленный в фокальной плоскости указаппой линзы в области расположения плюс или минус первого порядка дифракции дифракционной картины, полосовой усилитель 14 промежуточной частоты и ограничитель 15 по макси.муму, параллельно подключенные к выходу фотоприе.дшика 13. Выход ограничителя 15 связан с низкоомной нагрузкой 16, щунтирующей выход фотоприемника 13 при сигналах, превыщающих некоторое пороговое значение на выходе фотонрие.мника. Указанная нагрузка связана с одновибратором 17 дельта-имнульсов промежуточной частоты, а выходы одновибратора 17 и полосового усилителя

14 подключены через сумматор 18 к пьезодатчику 4 прострапственного дифракционного

модулятора света.

Рассмотрим действие предлагаемого устройства.

Линейно поляризованная монохроматическая волпа света оптического квантового генератора I формируется коллиматором 2 в виде плоской световой волны, которая воздействует на звукопровод оптико-акустической кюветы 3, возбуждаемый ультразвуковой волпой от пьезодатчика 4. Затем она поглощается в акустическом поглотителе 5, так что в звуконроводе образуется бегущая акустичеекая волна при подаче на пьезодатчик соответствующих электрических колебаний. Траектория распространения акустической волны в звукопроводе кюветы 3 совмещена с общей линией фокусов цилиндрических (астигматических) линз 6 и 7. поэтому волновой фронт

светового потока на выходе линзы 7 является фазомодулированным при распространении в звукопроводе кюветы 3 акустической волны, вызывающей соответствующие возмущения оптической плотности звукопровода. Использование одноканального оптико-акустического модулятора, снабженного цилиндрическими (астигматическими) линзами 6 и 7, адекватно применению многоканального оптико-акустического модулятора без лииз, однако, конструктивно гораздо проще и надежнее последнего.

Включение того или иного канала генерирования достигается подачей на соответствующую полупрозрачную полосу (электропроводящую) электрооптического многополосного поляризационного модулятора 8 света электрического потенциала определенной величины от импульсного коммутатора 9 каналов генерирования относительно общей электропроводящей полупрозрачной заземленной обкладки плоской кристаллической пластины поляризационного модулятора (например, изготовленной из дигидрофосфата калия или аммония, ниобата лития, титаната бария или стронция, сернистого цинка и т. д.). Напрялсение, открывающее соответствующий канал генерирования, называемое полуволновым и равное по порядку от нескольких десятков до нескольких сотен вольт, изменяет величину анизотропии кристалла (его чести в виде полосы) так. что проходящий в данном канале световой поток изменяет свою поляризапию на 90°. Для всех других каналов устройства свет не изменяет характера своей поляризации. Поскольку за поляризационным модулятором установлена пластина-анализатор 10 света, главная плоскость поляризации которого ориентирована ортогонально плоскости поляризации света оптического квантового генератора 1, то свет на выходе платины- анализатора может пройти только в рассматриваемом канале, связанном с одной из записанных на многоканальном опорном транспаранте 11 фазовых или амплитудпых дорожек. Следовательно, изменяя подключение полуволнового напряжения от коммутатора 9 к той или иной электропроводящей полупрозрачной полоске поляризационного модулятора 8, можно направлять дифрагированный в пространственном оптико-акустическом модуляторе световой поток через тот или иной канал многоканального опорного транспаранта при отключении всех его других каналов.

Осуществление выборочной коммутации каналов многоканального опорного транспаранта позволяет заменить цилиндрическую (астигматическую) линзу-интегратор и канальные фотоприемники, число которых равно числу каналов транспаранта, на сферическую интегрирующую линзу 12 и один, общий для всех каналов коррелятора фотоприемник 13, установленный в фокальной плоскости линзы 12 в области дислокации плюс или минус первого порядка дифракции. При использованил

сферической интегрирующей лпнзы 12 координаты области дифракционных MaKCHMyNtoB картины дифракции совпадают для всех каиалов коррелятора. Благодаря этому можно обойтись одним общим фотоприемником.

Процесс двойной (последовательной) днфракции световой волны на звуконроводе онтико-акустического годулятора света и на соответствующей дорожке многоканального

опорного транспаранта и интегрирования в сферической линзе 12 характеризует процесс взятия корреляционного интеграла по апертуре оптической системы от двух функций - сигнала, подаваемого на пьезодатчнк 4, и сигнала, пространственно отображенного па соответствуЕОщей фазовой или амплитудной дорожке многоканального опорного транспаранта. Теория и эксперимент показывают, что если на пьезодатчик 4 подавать короткий цуг электрического колебания промежуточной частоты (пространственно отображенной на дорожках транспаранта 11), то на выходе фотоприемника 13 образуются колебания на промежуточной частоте, имеющие спектр сложного сигнала, записанного на соответствующей (открытой по световому потоку) дорожке транспаранта. Длительность этого сигнала равна времени распрострапения акустического

цуга в звукопроводе кюветы 3 в пределах рабочей апертуры оптической системы (времени «опроса дельта-импульсом пространственно распределенной записи опорного сложного сигнала на соответствующей дорожке транспарапта). С другой стороны, если к пьезодатчику подводить колебания соответствующего сложного сигна,1а указанной длительности, вид которого совпадает с видом записанного на работающей дорожке тоанспаранта

опорного сложного сигнала, то в roмeнт максимума корреляции пространственных распределений сигна,та, преобразованного в оптикоакустической кювете и записанного на работающей дорожке опорного транспаранта, на

выходе фотоприемника 13 образуется «сжатый по времени импульс большой амплитуды. Так. если база сигнала, записанного на транспаранте и подаваемого на пьезодатчик 4 кюветы 3, равна S 100, то длительность

«сжатого радиоимпульса на выходе фотоприемника может быть в 100 раз меньше длительности обрабатываемого сигнала, определяемого апертурой системы, а амплитуда «сжатого импульса при этом возрастает в силу закона сохранения энергии в 10 раз по сравнению с амплитудой обрабатываемого сложного радиоимпульса.

Таким образом, данное устройство может работать в двух режимах: генерирования

сложного сигнала, записанного на соответствующей работающей дорожке многокана,льного опорного транспаранта, а также обработки сложного радиоимпульса с образованием «сжатого радиоимпульса больщой амплитуды. Выбор того или иного режима зависит

лишь от того, какого характера сигнал подан на ньезодатчик 4 - дельта-импульс промежуточной частоты с выхода одновибратора или сложный сигнал нослосового усилителя 14.

Представленная на чертеже схема коррелятрона представляет собой эквивалентный четырехполюсник с немонотонной амплитудной характеристикой, замкнутый в петлю обратной связи. Обратная связь создается тем, что выход фотоприемника 13 соединен с записывающим входом пространственного дифракционного модулятора света - с пьезодатчиком 4 - через соответствующие параллельно действующие цепи формирования и выделения (усиления). Такую схему можно отнести к адаптивным многомерным рециркуляторам с жестким режимом самовозбуждения.

Действительно, если на вход одновибратора 17 подать запускающий импульс от какого-либо внещнего источника (по щине «Запуск), на пьезодатчик воздействует сформированный в одновибраторе короткий радиоимпульс на промел уточной частоте (10-30 мгц), который в звукопроводе кюветы 3 возбуждает короткий акустический цуг, распространяющийся в кювете и считывающий запись опорного сложного сигнала с работающей дорожки транспаранта 11. При этом на выходе фотоприемника возникает составляющая считываемого с транспаранта сложного радиосигнала малой амплитуды и с длительностью, равной отнощению рабочей апертуры оптической системы на скорость распространения акустических колебаний в звукопроводе оптико-акустической кюветы 3. Уровень считываемого сложного сигнала оказывается существенно ниже уровня ограничения в ограничителе 15 по максимуму. Поэтому выход фотоприемника 13 не щунтируется ограничителем 15 с низкоомной нагрузкой 16, и сигнал воздействует только на полосовой усилитель 14, усиливается в нем и через линейный сумматор 18 вновь воздействует на пьезодатчик 4.

Таким образом, сложный сигнал, считываемый с транспаранта И (с одной из его работающих дорожек), вновь записывается в звукопроводе пространственного оптико-акустического модулятора. Эта запись в форме бегущей акустической волны накапливается в звукопроводе до тех тор, пока записываемое в нем распределение не совпадет с соответствующим распределением опорного сложного сигнала на рассматриваемой дорожке транспаранта. Это совпадение соответствует максимуму корреляции сопоставляемых пространственных записей, и в силу ранее изложенного в этот момент времени на выходе фотоприемника 13 формируется весьма короткий «сжатый радиоимпульс с большой амплитудой, существенно превосходящий уровень ограничения ограничителя по максимуму. Ограничитель 15 открывается, и выход фотоприемника щунтируется низким сопротивлением натрузки 16, так что обратная связь фотоприемника с пьезодатчнком 4 через полосовой усилитель

14 имеет временно (в течение действия «сжатого импульса) низкий коэффициент передачи. Импульсный сигнал, фиксируемый в сопротивлении нагрузки 16, воздействует на вход одновибратора дельта-импульсов промежуточной частоты. При этом на его выходе формируется одиночный весьма короткий радиоимпульс на промежуточной частоте, который и подается на пьезодатчик 4. Указанный

процесс регенерации сложного сигнала повторяется вновь.

Рассмотрим пример реализации коррелятрона. Если Оптико-акустическая «ювета 3 заполнена водным раствором этилового спирта, а

рабочая апертура оптической системы составляет 100 мм, то наибольщее время корреляции - около 100 мксек. Такой величины может быть длительность генерируемых сложных радиоимпульсов. Если на дорожках многоканального опорного транспаранта записаны различные сложные радиомпульсы с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), характеризующиеся разными значениями скорости изменения частоты несущих

колебаний в пределах длительности импульса, например на 5, О, 5, 5, 6, О,..., 9,5 Мгц (т. е. десять значений скоростей изменения частоты внутри импульса длительностью 100 мксек) при средней частоте радиоимпульсов в 25 Мгц, то эквивалентные базы сложных сигналов соответственно равны 500, 550, 600, . . ., 950. Максимально «сжатые по длительности корреляционные отклики (при корреляционной обработке сложных сигналов,

действующих на пьезодатчик 4) имеют при этом длительности соответственно О, 20, О, 18, О, 17О, II мксек, а их амплитуды выше амплитуды сложного сигнала соответственно в 22, 23, 24, . . .,. 30 раз. Полосовой усилитель 14

должен быть настроен на частоту 25 Мгц и иметь полосу прозрачности в диапазоне 20- 30 Мгц, в этой же полосе частот должен работать пьезодатчик (обычно ширина полосы пропускания оптико-акустических дифракционных модуляторов составляет до половины от центральной частоты настройки пьезорезонатора). Генерируемые сложные сигналы представляют периодическую последовательность смеси считывающего дельта-импульса и

сложного сигнала заданного вида с периодом

повторения 100 мксек. Временное стробирование такого совокупного сигнала, образующегося на выходе фотоприемника 13, позволяет провести временную режекцию дельтаимпульсов (это устройство не представлено на чертеже), т. е. очистить выходной сигнал коррелятора от этих импульсов. Для переключения каналов генерирования используется декадный коммутатор, управляемый внещними импульсами.

Предмет изобретения

Многоустойчивое устройство - коррелятрон, содержащее размещенные на одной оптической оси источник когерентного света, коллиматор, оптико-акустический пространственный дифракционный модулятор света с пьезодатчиком и поглотителем, опорный транспарант, интегрирующую линзу и фотоприемник, о тличающееся тем, что, с целью получения периодической последовательности сложных сигналов устройство, содержит ограничитель, одновибратор, усилитель промежуточной частоты, сумматор, две цилиндрические линзы, размещенные на общей оптической оси соответственно после коллиматора и после пространственного дифракционного модулятора

света, пьезодатчик которого подключен к выходу сумматора, пластину-анализатор света и многодорожечный поляризационный модулятор света, размещенные соответственно между опорным транспарантом и второй цилиндрической линзой, и импульсный коммутатор, подключенный к многодорожечному поляризационному модулятору; входы сумматора соединены с выходами одновибратора и усилителя промежуточной частоты, подключенного входом к фотоприемнику, соединенному с ограничителем, подключенным к резистору нагрузки и к одновибратору.

запуск