Акустооптический анализаторСпЕКТРА Советский патент 1981 года по МПК G01R23/175 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к .акустооптическйм анализаторам спектра сигналовв реальном времени, и может найти применение при обработке радиосигналов любой .длительности. Известны акуст.ооатические анализаторы, содержащие последовательно расположенные источник когерентного света, акустооптическую ячейку, фокусирующую линзу и фотоприемник, а также посдецовагельно соединенные антенну, приемник и преобразователь радиосигналов в акустические, вьисод которого подключен к акустоопгиче ской ячейке L1J. Однако точность анализа их недостаточна. Цель изобретения - повышение точности анализа. Указанная цель достигается тем, что в акустооптическнй анализатор спектра, содержащий источник когерентного света, акустооптическую ячейку, фокусирующую линзу и фотоп иемник, дополнительно введены,четыре блока памяти, два коммутатора, два блока.извлечения квадратного корня, переменная линия задержки, блок умножения, генератор коэффициентов, ключ, сумматор, блок синхронизации и управления и эегистрирующее устройство, причем вход блока синхронизации и управления подключен ко входу акустооптической ячейки, а выходы - ко.входам блоков памяти, коммутаторов, ключа и переменной линии задержки, второй вход первого блока памяти соединен с выходом фотоприемника, а выходы - с входами первого коммутатора, один выход которого подключен через ключ ко второму входу второго блока памяти, а второй выход - к первому блоку извлечения квадратного корня, выходы которого соединены со входами блока умножения, один из них непосредственно,а другой - через переменную линию задержки, третий вход блока умножения подключен к выходу второго коммутатора, соединенного с выходами генератора коэффициентов, ВЬЕКОД блока

умножения соединен со вторым входом третьего блока памяти, выходы второго и третьего блоков памяти подключены ко входам сумматора, выход которого соединен через второй блок-;извлечения квадратного корня со вторым входом четвертого блока памяти, выход -Которого подключен к регистрирующему устройству

На чертеже изоб(эажена функциональная схема устройства.

Оптическая часть устройства содержит постецрвательно расположенные на одной оси источник 1 когерентного света, акустооптическую ячейку 2 на: бегущих волнах фокусирующую линзу 3, фотоприемник 4. В электронную часть устройства введены блоки 5-8 памяти, коммутатоты 9 и 1О, блоки 11 и 12 извлечения квадратного корня, переменная линия 13 задержки, блок 14 умножения, генератор 15 коэффициентов, ключ 16, сумматор 17, блок 18 синхронизации и управления, регистрирующее устройство 19.

В блок 5 памяти записьшается информация с .фотоприемника 4 . которая через коммутатор 9 поступает одновременно в блок 11 извлечения квадратного корня и блок 6 памяти, соединенный со входами сумматора 17. С помощью клю- .ча 16, введенного между коммутатором 9 и блоком 6 памяти, устанавливается связь между блоками 5 и 6 памяти в моменты времени, задаваемые блоком 18 синхронизации и управления. На сумматор 17 одновременно поступают с блока 7 памяти промежуточные значения произведений трех сигналов, два из которых поступают с блока 11 извлечения квадратного корня, один из них непосредственно, а другой - через переменную линию 13 задержки. Перемножение этих сигналов выполняется в блоке 14 умножения. Третий сигнал на блок 14 умножения подается в генератора 15 коэффициентов через коммутатор 1О. В блок 8 памяти записывается информация о спектре всего входног радиосигнала, которая поступает.с выхо.да сумматора 17 через блок 12 извлечения квадратного корня. Регистрирующее устройство 19 подключено к блоку 8 памяти.

Анализируемьй радиосигнал длительностью Т поступает на преобразователь акустооптической ячейки 2, осуществляющей преобразование электромагнитной энергии в энергию :ультразв -ковых колебаний той же частоты, распространяющихся в звукопроводе ячейки. .Свет источника i дифрагирует на каждой сиектрапьной компоненте входного радиосигнала. Угол дифракции света в первом дифракционном порядке однозначно определяет его частоту. В фокальной плоскости линзы 3, где помещен фотоприемник 4, формируется сигнал, соответствующий про странственному спектру мощности отрез- . ка реализации анализируемого радиосигнала, находящегося в апертуре ячейки 2 и равного по длительности времени прохождения ультразвуковой волной апертуры светового пучка. Световое поле регистрируется с помощью квадратичного позиционно-чувствитёльного фотоприемника 4 N раз с интервалом между двумя последовательными экспозициями по мере поступления радиосигнала на вход устройства. За время м -ой экспозиции длительностью t $ в каждой точке фотоприемника 4 регистрируется инд енсивность определенной спектральной составляющей, содержащейся в спектре, входного радиосигнала и находящейся в пределах светового пучка.

Для вычисления спектра всего радиосигнал а по спектрам отдельных его частей необходимо выполнить когерентное сложение сигналов фотоприемника 4 для каждой спектральной компоненты с учетом сдвига их во времени.

Для определения амплитуды спектральной сдставляющей .длинного радиосигнала на частоте входного сигнала необходимо измерить интенсивность этой ,-составляющей спектра в каждой из N экспозиций извлечь квадратный корень из всех полученных значений и произвести вычисление, За N экспозиций фбтоприемник 4 регистрирует квадрат модуля спектра каждой отдельной части длинного сигнала. После записи всей информации в блок 5 памяти коммутатор 9- последоватепьно с определенной постоянной скоростью выбирает из всего массива информацию, поступающую из определенной точки координатного фотоприемника 4 за N экспозиций; соответствующую одной спектральной составляющей. Эти данные поступают одновременно на блок 6 памяти и блок 11 извлечения квадратного корня, выходной сигнал котррого пропорционален модулю спектральной компоненты.

Фазовый член для составляющей спектра в VI -ой экспозиции назовем коэффициентом. Максимальное количество коэффициентов определяется разрешающей способностью фогоприемника 4 и количеством экспозиияй. Переменная линия 13 задержки выйопняет требуемую задержку сигнапа на время, кратное одному такту работы коммутатора. Рассмотрим формирование спектра длинного радиосигнала. Происходит это в несколько этапов. В течение 1-го этапа из блока 5 памяти препоследоватепьно с постоянной тактовой частотой.нерез коммутатор 9 значения квадрата модуля, одной спектрапьной составляющей (т.е. сиг налы из одной точки фотоприемника) записываются в промежуточный блок 6 памяти. Одновременно в блок 7 памяти поступает (N -1) сигнал с блока 14 умножения. Время задержки перемножаемых сигналов равно одному такту работы ком мутатора 9. На следующем этапе меняетоя коэффициент усиления и время задержки увеличивается в 2 раза. Так что в блок 7 памяти записывается ( (Ц -2) сигнала и так далее. На послеонем fl -1 этапе коэффициенту, присваивается определенное значение и в блок 7 памяти запи сывается последний сигнал. На. втором и всех последующих этапах ключ 16 прерьшает связь коммутатора . 9 с блоком 6 памяти. Накопленные в течение указанных (N -2) этапов сигналы в блоках памяти 6 и 7 складываются в сумматоре 17. Таким образом, выходной сигнал сумма. тора соответствует квадрату модуля одной спектральной составляющей на частоте анализа, а на вьрсоде блока 12 извлечения квадратного корня - ее модулю. Далее цикл работы устройства повторяется, но обработка выполняется над информацией, поступившей в блок 5 памяти нз следующей точки координатного фото- приемника 4. По мере обработки информации блоком 5 памяти значения модуля спектральных составляющих всего входного радиосигнала накапливаются и хранятся в блоке 8 памяти, откуда поступают потом на регистрирующее устройство 19, воспроизводящее спектр всего длинного входного сигнала.. Для управления работой анализатора спектра введено устройство управления и синхронизации, которое выдает команды начала, конца хранения ннфсрмации, её . вывода из блоков памяти, осуществляет контроль за порядком хранения, задает тактовую частоту коммутаторов. Предлагаемое устройство выполняет спектральный :анализ сигналов, длительность которых превышает время заполнения ультразвуковым сигналом апертуры АОН путем регистрации спектров .«lacTeft длинного радиосигнала традиционным методом и их сшивания при дальнейшей обработке, которая может быть организована с привлечением ЭВМ. Формула изо б р е т е н и я Акустоопгичёский анализатор спектра, содержащий источник когерентного света, акусгооптическую ячейку, фокусирующую пинзу и фотоприемник,о тличаюшнйс я Т8м,что,с целью повышения точности анализа, в него дополнительно введены четыре блока пам&ти, два коммутатора, два блока извлечения ква/фатного корня, переменная линия задержки, блок умножения, генератор коэффициентов, ключ, сумматор, блок синхронизации и управления и регистрирующее устройоагво, причем вход блока синхронизации и управления подключен ко входу акустсюпти- . ческой ячейки, а выходы - ко входам блоков памяти, коммутаторов, ключа и переменной линии задержки, .второй|вход первого блока памяти соединен с выходом фотоприемника, а его выходы - с входами первого коммутатора, один выход которого подключен через ключ ко второму входу второго блока памяти, а второй выход - к первому блоку извлечения квадратного корня, выходы которого соединены со входами блока умножения, один из . них непосредственно, а другой -; через переменную линию задержки, третий -вход блока умножения подключен к выходу второго коммутатора, соединенного с выходами генератора коэффициентов, выход блока умножения соединен со вторым входом третьего блока памяти,, выходы второго и третьего блоков памяти подключены ко входам сумматора, выход которого соединен через второй блок извлечения квадратного корня со вторым входом четвертого блока памяти, вьгход которого подключен к регистрирующему; устройству. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Парке. Акустооптический спектро-. анализатор. - Зарубежная радиоэлектроника, 1970, № 12. с. 14-39.