Оптический анализатор спектра случайных сигналов Советский патент 1981 года по МПК G01R23/16 

В этом случае, когда исследуем ш сигнал имеет большую длительность и частота сигнала случайным образом флуктуирует в течение всей длительности сигнала, напряжегше на выходе анализатора представляет собой функцию времени, значениями которой являются мгновенные значения средней частоты спектра исследуемого сигнала, которые могут флуктуировать относительно некоторой усредненной величины 2.. Однако этот анализатор не позволяет измерять усредненное значение флуктуации средней частоты спектра случайного сигнала. Цепью изобретения является улучшение статистических свойств получаемой величины усредненного значения флуктуации средней частоты спектра исследуемого сигнала. Указанная цель достигается тем, что в опти ческий анализатор спектра случайных сигналов содержащий оптически связанные и последовательно расположенные источник когерентного света, коллиматор, пространственно-временной модулятор, первую интегрирующую линзу и непрозрачный экран, установленные в одной из двух плоскостей пространственных частот и оптически связаю1ые транспарант, вторую ин тегрирующую линзу и первый фотоприемник, расположенные в другой плоскости пространствеЯЕшых частот и оптически связанные третью интегрирующую линзу и второй фотоприемник а также блок деления, блок извлечения квадратного корня и блок умножения, введен бло усреднения, при этом выходы первого и второго фотоприемников соответственно соединены с первым и вторым входами блока деления, выход которого через последовательно подключенные блок извлечения квадратного корня и блок умножения соединен с входом блока усреднения. На чертеже представлена схема оптического анализатора. Оптический анализатор спектра случайных сигналов содержит источник когерентного света 1, коллиматор 2, пространственно-временной модулятор 3, первую интегрирующую лии зу 4, непрозрачный экран 5, транспарант 6, вторую интегрирующую линзу 7, третью интег рирующую линзу 8, первый фотоприемник 9, второй фотоприемник 10, блок деления 11, блок извлечения квадратного корня 12, блок умножения 13 и блок усреднения 14. В разных полуплоскостях плоскости пространственных частот, которой является фокальная плоскость первой интегрирующей линзы 4 установлены вторая и третья интегрирующие линзы 7 и 8, перед второй интегрирующей ли ЗОЙ 7 расположен транспарант 6. В фокусе второй и третьей интегрирующих линз 7 и 8 установлены первый и второй фотоприемники 9 и 10, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами блока деления 11. Оптический анализатор спектра случайных шгналов работает следуюпшм образом. Источник когерентного света I излучает узкий пучок монохроматического света, который расашряется до необходимых размеров коллиматором 2 и освещает пространственно-временной модулятор 3, на электрический вход которого поступает исследуемый электрический сигнал. Первая интегрирующая линза 4 осуществляет преобразование Фурье пространственного аналога электрического сигнала, и в ее фокальной плоскости формируется спектр пространственных частот, представляющий собой пространственное распределение амплитуд и фаз света. Непрозрачный экран 5, расположенный на оптической оси анализатора после первой интегрирующей линзы 4, фильтрует пространственные частоты, расположенные в области нулевых пространственных частот, что улучшает основные характеристики анализатора. Вторая и третья интегрирующие линзы 7 и 8, расположенные в разных плоскостях пространственных частот, и расположенный перед второй интегрирующей линзой 7 транспарант 6 осуществляют интегрирование пространственного распределения амплитуд света в разных плоскостях пространственных частот, причем траншарант 6 осуществляет взвещивание амплитуд света в соответствии с передаточной характеристикойT(W) W в результате на выходе второй интегрирующей линзы 7, перед которой расположен транспарант 6, формируется величина % Fa Г W/(W)dW , третьей интегрирующей линзы 8 формируется величина J F(WjdW, -мУх где F(W) - пространственная спектральная плотность. Первый и второй фотоприемники 9 и 10, расположенные в фокусе второй и третьей интегрирующих линз 7 и 8, формируют напряжения, пропорциональные интенсивности света на выходе интегрирующих линз, которые поступают на первый и второй входы блока деления 11, напряжение с выхода которого подается на вход блока извлечения квадратного корня 12, выходное напряжение которого умножается в блоке умножения 13 на некоторую константу и затем интегрируется в блоке усреднения 14. При этом напряжение на выходе оптического анализатора спектра случайных сигналов ятляется искомой усредненной величиной. Напряжение на выходе блока усреднения 1 пропорционально усредненному значению флук туации средней частоты спектра исследуемого сигнала и может быть использовано для индикации или в качестве регулирующего напря жения в системах автоматического регулирова ния. Оптический анализатор спектра случайных сигналов может найти применение в системах приема и обработки радиосигналов в качестве устройства для оценки параметров сигнала, в качестве датчика управляющего напряжения в устройствах автоматического регулирования, а также для непосредственного измерения и индикации усредненного значения флуктуации средней частоты отектра случайных сигналов. Испытания макета предложенного анализатора подтвердили его работоспособность и воз мджность измерения усредненного значения флуктуации средней Частоты спектра исследуемых сигналов при анализе длительных реализаций сигнала в случае флуктуации частоты сигнала. Формула изобретения Оптический анализатор спектра случайных сигналов, содержащий оптически связанные и 24 последовательно расположенные источник когерентного света, коллиматор, пространственновременной модулятор, первую интегрирующую линзу и непрозрачный экран, установленные в одной из двух плоскостей пространственных частот и оптически связанные транспарант, BJOрую интегрирующую лннзу и первый фотоприемкик, расположенные в другой плоскости пространственных частот и оптически связанные третью интегрирующую линзу и второй фотоприемник, а также блок деления, блок извлечения квадратного корня н блок умножения, отличающийся тем, что, с целью улучщения статистических свойств получаемой величины усредненного значения флуктуации средней частоты спектра исследуемого сигнала, в него введен блок усреднения, при этом выходы первого и второго фотоприемников со ответственно соединены с первым и вторым входами блока деления, выход , которого через последовательно подключенные блок, извлечения квадратного корня и блок умножения соединен с входом блока усреднения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 558225, кл. G 01 R 23/16, 09.06.75. 2,Авторское свидетельство СССР по заявке № 2783932/18-21, кл. G 01 R 23/16, 25.06.79 (прототип).