Многоканальный оптико-электронный ковариатор Советский патент 1978 года по МПК G06G9/00 

Изобретение относится к оптическим аналоговь вычислительным средствам, предназначенным для статистической обработки случайных процессов и может найти широкое применение в устройствах оптической обработки информации. Известно, что ковариация многомерного стационарного случайного пр цесса определяется ковариационной матрицей всех его текущих значений процесса. Известно оптическое устройство для обработки множества сигналов, в котором каждый из сигналов преобразуется в модулированные световые по токи, которое может найти применени для получения информации о пеленге разированной антенной решетки l . Это устройство не может быть исполь зовано непосредственно для получения ковариационной матрицы множества процессов. Известно устройство, содержащее преобразователь входных сигналов в с -товые потоки, коллиматор и размещен ные последовательно по ходу световы лучей в каждом канале светофильтр, оптико-электронный блок умножения и фотоприемник,выход которого подключен к входу блока интегрирования 21 Однако при анализе множества сигналов устройство должно быть существенно усложнено. Целью изобретения является упрощение устройства при определении ковариационной матрицы множества процессов. Достигается это тем, что в многоканальный оптико-электронный ковариатор введены оптический сумматор, размещенный между оптическими выходами светофильтров и оптическим входом коллиматора, общин разветвленный световод, оптический вход которого связан с выходом коллиматора, а выходы связаны с входами оптико-электронных блоков умножения каждого канала, дополнительные разветвленные световоды и дополнительные светофильтры, установленные на выходах дополнительных разветвленных световодов перед соответствующими фотоприемниками,оптический вход дополнительного разветвленного световода связан в каждом канале с выходом оптико-электронного блока умножения, второй вход которого поддключен к источнику опорного напряжения. Кроме того я ковариаторе оптикоэлектронный блок умножения содержит электронный модулятор света, оптический вход которого является nepBtowi вхо дом блока, а выход оптически связан через светоделитель и светофильтр с фотоприемником, выход которого соединен с первым входом усилителя, второй вход которого- является вторым входом блока. На чертеже схематически иэобргшено предлагаемое устройство. Оно содержит входные клеммы 1, преобразователи 2 входных сигналов в световые потоки. светофильтры 3, оптический сумматор 4 коллиматор 5, общий разветвленный све товод б, оптико-электронные блоки умножения 7, дополнительные светофильтры 8, электронный модулятор света 9, светоделитель 10, светофильтр ц блока 7, фотоприемник 12, усилитель рассогласования 13, клеммы 34 опорного напряжения, светофильтры 15, откосмщиеся к дополнительным светофильтрам 8, дополнительные разветвленные свето воды 16, фотоприемники 17 матрицы, блок интегрирования 18, выходные клем мы 19, Входные 1 подключены к преобразователям 2 электрических сиг налов в световые потоки. Световые по токи, излучаемые преобразователями 2 проходят через первую группу светофильтров 3 и падают через оптический сумматор 4 , на выходе которого формируется единый световой пучок ка коллиматор 5, выходной световой пото которого разводится световодом 6, на оптико электронные блоки умножения 7 оптически связанные с группами светофильтров 8. Т,е, единый световой поток, пройдя электронный модулятор света 9, паДает на светоделитель 10, который делит проходящий световой поток па две части: часть светового потока, отраженная от светоделителя 10, проходит чзрез светофильтр 11 обратной связи и поступает на вход фотоприемчика 12 Выхлд фотоприемника 12 соединен с одним из входов усилителя 13 рассогласования, другой вход которого соед иен с клеммой опорного чапряжения 14 а выход усилителя 13 соединен с элек рическим входом электронного модулятора света 9. Часть светового потока прошедшая светоделитель 10, посредством световодов 16 разводится на светофильтры 15, относящиеся к дополнительным светофильтрам 8. Выгодные световые потоки с выходов светофильтров 15, равно как и со светофильтров 8,падают на соответствующие ячейки фотоприемника 17, Выходы ячеек фотоприемников 17 соединены с соответствующими входами блока интегри рования 18, выходы которого соединены с выходными клеммами 19, Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образсМ,. Множество центрированных входных сигналов поступает с входных на преобразователи 2 электрических сигналов в оптические, на выходе которых излучаются промодулированные по интенсивности световые потоки. Световые потоки, излучаемые преобразователями 2, проходят светофильтры 3, каждый из которых пропускает световой поток с определенной длиной волны. Световые потоки отфильтровываются таким образом, что с выходов светофильтров 3 излучаются световые потоки с определенной длиной волны. Световые потоки с выходов светофильтров 3 через оптический суг матор 4 падают на коллиматор 5, который сжимает рассредоточенные в пространстве входа световые потоки а единый световой поток. Далее этот ехтиный световой поток разводится по каналам жгутом из общего разветвленного световода б, т,е-, в -ый канал заводится световой поток (TV, U ,1 с coблюдeниe l услгзвия .(..uл, (i где ,, световой поток, ГЕрокодявдиЬ в -ы канал К; - постоянный коэффициент, показывающий долю единого светового потока ,y,i) ,- поступающего в i -ьай канал. Каналы состоят из последовательно расположенны: оптико-электронного блока умножения 7 и второй группы светофильтров S. Запеденный в -ни канал световой поток (1) падает на оптический вход электронного мор.улятора света 9 г на выходе которого световой поток зависит от управляющего напряжепия, Световой поток Рт, (ч,ц ,-Ь) с выхода модулятора света 9 падаЪт на светодеиитель 10, делящий этот световой поток на два потока. Часть светового потока, отраженного светоделителем 10 содержит в своем составе все множество длин волн. Светофильтром 11 обратной связи выделяется световой поток, соответствующий первому сомножителю членов s -ой строки ковариационной матрицы, длины волны которого равна Я , Выделенный световой поток поступает а фотоприемник 12, где он преобразовывается в электрическое напряжение, Электрическое напряжение с выхода фотоприемника 12 подается на первый вход; усилителя 13 рассогласования, на BiCpoH вход которого подается опорное напряжение с клеммы 4 источника опорного напряжения, выход усилителя 3 Рс1ссогласоваиия соединен с электрическим входом модулятора света 9, Проходящий через светоделитель 10 световой поток ( i У содержит в себе произведение суммы всех потоков, ютветствующнх стациснарньм случайHUM процессам, на световой поток, соответствукяций i -му стационарному случайному процессу. Таким образомР Цу у, представляет собой суммарный световой поток, соответствующий сумг-1е членов строки aтpиl ы ковариаций, которые по ступают на входы блока интегрирования 18, выходы которого соединены с выход ными клеммами 19, После интегрировани на блоке 18 напряжений в интервале реализаций (О,Т) блоком на выходных 19 возникают сигналы, пропорциональные элементам i -ой строки (i l,2... п) матрицы ковариаций. Преимущество данного изобретения з ключается в следующем: достигается абсолютная гальваничес кая развязка между входом, выходом и цепями управления; световой поток с выхода блока умножения 7 попадает на вторую группу светофильтров 8, где посредством жгута из световодов 16 подводится к светофильтрам 15, длина волн светопропус кания которых 5 ( i ,1... п . На выходы светофильтров 15 излучается пакет све товых потоков с длиной BOJSH Д j , Интенсивность световых потоков пакета, излучаемого с выхода светофильтров 1В пропорционахшна произведению текущих координат многомерного стационарного случайного процесса. Пакет световых потоков р5( преобразовывается ячейками матрицы фотоприемников 17 в электрические напряжения; выполнение мультипликативной операции ос т-цествляется в оптическом диапазоне и упрощается аппаратурная реали3 аци я, Экспериментальное исследование устройства проводилось на лабораторном ма кете, где в качестве амплитудных модуляторов света использовались специальf-O . изготовленные модуляторы на электрооптических кристаллах АДР и КДР, заклеенных между стеклами с нанесен и.лми токопроводящими слоями двуокиси олова Световое отверстие модуляторов равно 30 мм. Напряжение на кристаллы подавалось с выхода ламповых усилителей при помощи делителей напряжения. Лабораторный макет представлял собой трехканальный ковариатор (-дисперси ометр) для определения матрицы ковариаций трехмерного стационарного случайного процесса, где используются длины волн нМ , Л2. 486 нМ и Дэ 426нМ формируемое светофильтрами. В качестве входных стационарных случайных процессов, между которыми определялась ковариация и дисперсия, был использован поверочный тест комбинации треугольников с острым и тупы.1 углом при вершине, высоты которых распределены по случайному закону, с наперед заданной дисперсией и математическим ожиданием. 6 4b При этом полуширина главного максимума спектра вводимых сигналов созтветствовала частотной полосе 0, i0520 Гц. Технико-Экономический эффект данного устройства по сравнению с извест-ны -ш устройствами заключается в том, что данное устройство позволяет определить дисперсии и ковариаций во всех каналах одновременно в реальном масштабе времени,устройство упрощено ввиду уменьшения числа блоков умножения. Кроме того, в описанном устройстве не применяются дорогостоящие элементы с высоким классом точности обработки поверхностей. Формула изобретения 1, Многоканальный оптико-электронный ковариатор, содержащий преобразователь входных сигналов в световые потоки, коллиматор и размещенные последовательно по ходу световых лучей в каждом канале светофильтр, оптикоэлектронный блок умножения и фотоприемник, выход которого подключен ко входу блока интегрирования, отличающийся тем, что с целью упрощения при определении ковариационной матрицы множества процессов, в многоканальный оптико-электронный ковариатор введены оптический сумматор, размеценный между оптическими выходами светофильтров и оптическим входом коллиматора, общий разветвленный световод, оптический вход которого связан с выходом коллиматора, а выходы связаны со входами оптико-электронных блоков умножения каждого канала, дополнительные разветвленные световоды и дополнительные светофильтры, установленные на выходах дополнительных разветвленных световодов перед соответствующими фотоприемниками, оптический вход дополнительного разветвленного световода связан в каждом канале с выходом оптико-электронного блока умножения, втопой вход которого подключен к источнику опорного напряжения . 2„ Устройство по п, 1, отличающееся тем,что в нем оптико-электронный блок умножения содержит электронный модулятор света, оптический вход которого является первым входом блока, а выход оптически связам через св.етоделитель и светофильтр с фотоприемником, выход которого соединен с первы л входом усилителя, второй вход которого является вторым входом блока. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1,Патент CtlA № 34794Ч/;, МКИ 235-181, 1969, 2.Жовинский В, Н., Арховский В. Ф, Корреляционные устройства, М., Энер1974, 174.