Оптическое корреляционное устройство Советский патент 1975 года по МПК G06G9/00 

1

Изобретение относится к оптическим средствам вычислительной техники и к смежным областям: радиотехнике, акустике ;и физической оптике. Оно может быть.испол; зовано, например, в радиолокации, радионавигации и измерительной технике в качестве корреляционного устройства обнаружения и сжатия импульсных радиосигналов с большой базой.

Известны оптико-акустические корреляторы, применяемые для обработки сложных радиотехнических сигналов, содержащие источник света, пространственный диф ракционный модулятор с кюветой, транспарант Размер растра, входящего в состав коррелятора оптико-акустического модулятора света вдоль направления распространения акустической волны, определяется аппаратурой оптическойсистемы коррелятора. По конъюнктурным соображениям ограничение величины последней приводит к ограничению длительности временной выборки -обрабатываемого сигнала до величины/ порядка 1ОО-15О мксек, что в некоторых практически важных случаях является недостаточным, например, при обработке импульсных шумоподобных двоичных М-последовательностей.

ЦеЩ) изобретения - повышение времени корреляции без увеличения апертуры оптической системы.

Достигается это тем, что пространств : венный дифракционный модулятор света оптико-акустического типа включает оппозитно закрепленные на торцовых стенках оптико-акустической кюветы модулятора, ьезокристаллы, выполнгиощие роль датчиков-возбудителей и приемников ультразву-

ковых колебаний в каждой из нескольких пар пьезокристаллов, причем пьезокристаплы-приемники установлены внутри элемента акустического поглощения, выход пьезокристаллов-приемников предыдущего канала (ультразвуковой дорожки звукопровода оптико-акустической кюветы) связан со входом пьезокристалла-датчика-возбудителя последующего канала через компенсируюший потери полосовой усилитель. Соласованный с пространственным распределением обрабатываемого сигнала в звукопроводе оптнко-акустАеской кюветы опорный трапспорант выполнен кшо1Х)кача; ьным н jc экранирующими немодулированную част светового потока по поперечному сечению оптической системы непрозрачю.1м покрытием.

На фиг. 1 показана общая структура оптического коррелятора; ira фиг. 2 - схема пространственного дифракционного модулятора света оптико-акуст гческого

типа с элементами связен пьезокристаллов и на фиг. 3 - схема построения опорного многоканального транспаранта.

Корреляционное устройство содержит источник света 1, например оптический

квантовый генератор непрерывного действия, конденсор (или коллиматор) 2, кюветТУ 3, звукопровод которой возбуждается обрабатываемым сигналом 4 с помошью пьезокристаллического возбудителя 5,

установленного на одном торне кюветы 3, на другом конце которой установлен элемент (тело) 6 акустического поглощения, Согласованный с обрабатываемым сигна- фазовый или амплитудный транспараит 7, интегрируюшую лннзу 8, установленную от последней на фокусное расстояние фокальную диафрагму 9 и фотоприемни Ю, на вход которого поступает та часть светового потока, которая дифрагирована в плюс (минус) первый порядок дифракционной картины,

В описанном корреляторе пространстВ нный дифрс1кционный модулятор света содержит кювету 3, на одном торце кото- рой укреплены N пьезокристаллических возбудителей 5, ф ормируюишх в звуко проводе кюветы ультразвуковые волны, образующие М акустических параллельных между собой дорожек, на другом тор- це оптико-акуст1гческой кюветы 3 установлены N пьезокристаллических приемников 11 внутри элемента 6 акус1-ического поглощения, приемник 11 дця L-эй акустической дорожки связан с воз- будителем 5 i+t -ой акустической дорожки через компенсирующий потери полосово усилитель 12 (где I 1,2,3 ...... N -1

Выход последнего N -го приемника 11 может использоваться, например, при

необходимости ко 1троля.

Применяемый в корреляторе опорный транспарант 7 выполняется N - каналь- пым, из неэквидистантных (в общем случае) дифракционных решеток 13 фачЭовото или амплитудного типов пространственно согласована с соответствующей акустической дорожкой в авукопроводе кюветы 3 для обрабатываемого радисигнала. Для снижения уровня паразитного

фона на выходе фотоприемника 10 на поверхность транспаранта 7 нанесено непрозрачное покрытие 14, экранирующее немодулированную часть светового потока (по поперечному сечению оптической системы) в пространственном дифракционном модуляторе света. Поверхность этого покрытия (маски), обращенная к падающему на нее световому потоку, выполнена мато- вой с черчением для ослабления помех, обусловленных отражениями маски.

Рассмотрим работу предлагаемого уст ройства. Плоская волна света, формируема от источника света 1 (конденсатором 2, модулируется по фазе в пространственном дифракционном модуляторе света оптикоакустического типа, а затем дополнительн модулируется по фазе или амплитуде в транспаранте 7 (фазовом или амплитудном соответственно) и интегрируется линзой 8. При этом выделяются фокальной диафрагмой 9 световые лучи, дифрагированные в первый дифракционный максимум (поря док) дифракционной картины, которые зате преобразуются нега1нейным фотоприемником 1О, например, на основе фотоэлектронного умножителя в фильтруемый электрический сигнал. Отфильтрованная переменная соста ляющая этого сигнала содержит колебание промежуточной частоты обрабатываемого радиосигнала, а амплитуда этой сос1авляк щей определяется Ci-епенью корреляции пространственных фазовых или амплитудных распределений: NirHoeeHHoro - в звуко проводе оптико-акустической кюветы 3 и стационарного - в опорном транспаранте 7.

Огибаю аая корреляционной функции с выхода фотоприемника 10 достигает максимума при точном совпадении указанных пространственных распределений и быстро спадает при рассогласовании их подобно поведению функции Вудворда.

При обработке слолшых радиотехнических сит налов с базой В (равной произведению длительно сти обрабатываемого радиоимпульса на .его щирину спектра, либп произведению временной выборки квалинепрерывного сложного радиосигнала на щирину спектра сигнала в пределах данной временной выборки, размер которой определяется апертурой оптической системы) в процессе корреляционной обработки осу- шествляется сжатие огибаюшей корреляционной функции в В раз с одновременным увеличением амплитуды огибающей в В раз. Благодаря указанному временному перераспределению энергии обрабатываемого сигнала на выходе коррелятора, до5478331

поянешюго Бидеодетектором и пороговым , устройством, образуется в момент макснн мума корреляции указанных пространственных распределений короткий сжатый импульс, превышающий некоторую пороговую § величину, определяемую на основании критериев максимума функции правдоподобия. Например, при сжатии обрабатываемых

игналов с внутриимпульсной линeйнQ i ..- -

частотной модуляцией (ЛМЧ) длительность IQ сжатых импульсов на выходе коррелятора будет обратно пропорциональна раз-

меру апертуры оптической системы, а точнее длине освещаемой светом части ультразвуковой дорожки пространственного 15 дифракционного модулятора света оптико- акуст1гчес15ого типа.

В описанном устройстве эквивалентная длина ультразвуковой дорожки существенно увеличена без какого-либо увеличения20

апертуры оптической системы. Это достигнуто благодаря рациональному использованию оптического поля системы - переходу к многодорожечной -канальной записи обрабатываемого радиосигнала в25

звукопроводе оптико-акустической кюветы 3, как это представлено на фиг. 2. Увеличение времени ворреляции в раз по сравнению с известной схемой однодоро- жечного коррелятора дог тигнуто благо- 30 даря последовательной связи пьезокристалпнческих приемников 11 I. -ных акустических . с вoзбyднгeля и 5 t-f-1-ых акустических дорожек ( i 1,2,3 ... N -1) через компенсирующие потери по- 35

ОСОВЫХ усилителей .1.2. Необходимость в использовании усилителей 12 вызывается соображениями согласования низкого входного импеданса возбудителей 5 с импедансом выходных цепей приемников 11 и ком- 40 пенсации потерь акустической волны в звукопроводе кюветы 3 и той части толщины элемента (тела) акустическог о поглощения 6, которая отделяет приемник 11 от звуконровода кюветы 3.45

Д

Ьледует отметить, что установка приемников 11. внутри тела акустического поглощения 6 исключает возникновение режима смещанной или стоячей волн в50

звукопроводе кюветы 3, поскольку акустические волны, проходящие через указанную выще толщину акустического поглотителя из звукопроводящей среды до поверхности приемников 11, испытывают доста- 55 точно сильные затухания в акустическом поглотителе 6, однако достаточные для возбуждения в приемниках 11 электрических колебаний обрабатываемого сигнала (с соответствующими временными сдвигами).60

Акустические волны, отражаемые поверх- костями приемников 11 в противоположном направлении, вновь испытьюают затухания в указанной трлщине элемента акустического поглощения 6, так что амплитуды обратных акустических волн в звукопроводе кюветы 3 становятся пренебрежимо малыми в сравнении с амплитудами прямых акустических волн, возбуждаемых пье зодатчиками 5, и помех работе коррелятора не создают.

Анализ работы оптико-акустического модулятора света показывает, что наибольщее количество каналов М, котомакс

рые могут быть записаны в квадратном растре системы с размером стороны растL , равно N ра.

-1( J

Ft,

2 V 1

,22V

паке

где F -частота промежуточных колебаний обрабатываемого сигнала, а размер, стороны пьезодатчика 5 do выбирают при этом из условий дивиргенции акустической волны из соотнощения 1

cL -/ i,22Vt, у/г

( F /

допускающего ущцрение ультразвуковой дорожки в области элемента акустического поглощения 6 вдвое по сравнению с ее шириной в области ньезодатчиков 5.

Так, при использовании пространственного дифракционного модулятора света на основе оптико акустической кюветы, напо ненной водным раствором этилового спир- та (V 10 мм/сек), при промежуточной частоте обрабатываемого сигнала F 30 МГЦ и стороне растра опt 15О мм полутической системы

каналов .

чаем

макс

Ад 2,45 мм.

Это позволяет получить время корреляцииЯ ЗО 150 мксек 4,5 мсек, что обеспечивает проведение обработки длиноимпульсных .сигналов со сложной высокочастотной структурой, а также щумоподобных двоичных М-последовательностей, т. е. решать качественно новые задачи.

Предмет. изобретения.

Оптическое корреляционное устройство, содержащее расположенные на оптической оси источник света, конденсор, пространственный дифракционный модулятор оптико-акустического типа с кюветой многоканальный транспарант с экранирующ

н модулврсеанную часть светового патока ; непрозрачным псжрытием, интегрирующую линзу, фсжальную диа4рагму и фотопряем: ник, усилители, отлнчающе. еся тем, что, с целью увеличения объема о6ра батываемой инф Ч5мацин,в нем прост ранственный дифракционный мoдyлятqp оптико-акустнческсго типа выполнен в виде

8

элемента акустического поглощ.ешш внурри котсрсго оппозитно устаншлены;. льезокристаллические возбудители и приемники, ; элемент акустического поглощения закреплен на одном из терцев кюветы модулятора, а пьезокристаллические приемники соединены с пьезокристаллическими возбудителями смежных каналов через усилители.

/

Фиг. 1 Bbiif.od

12 12

.З