Оптическое устройство классификации радиосигналов
ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО КЛАССИФИКАЦИИ РАДИОСИГНАЛОВ, содержащее лазер, коллиматор, пространственный модулятор света, два фотоприемника , а также блок считывания, подключенный к выходу фотоприемников, отличающееся тем, что, с целью повышения точности классификации радиосигналов по виду модуляции при отсутствии априорной информации об их параметрах, в него введены три поляризатора, а также установленные последовательно за пространственным модулятором света экран с двумя отверстиями, расположенными соответственно напротив начального и конечного участков этого модулятора , четвертьволновая пластинка, размещенная на выходе одного из указанных отверстий, второй и третий коллимато.ры , выполненный анаморфотными и расположенными соосно с этими отверстиями, и трехгранная равнобедренная призма, больщая грань которой перпендикулярна оптитической оси устройства, причем первый поляризатор установлен на выходе лазера, второй и третий поляризаторы размещены соответственно перед фотоприемниками в плоскости пересечения оптических осей второго и третьего коллиматоров, на выходе трехгранной призмы, главные направления этих поляризаторов взаимно ортогональны и так же, как главное направление четвертьволновой пластинки, составляют с направлением первого поляризатоW ра угол 45°, а блок считывания выполнен в виде двух фильтров нижних частот, подключенных соответственно к фотоприемникам , и электроннолучевой трубки, входы вертикально и горизонтально отклоняющих систем которой соединены с выходами указанных фильтров.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
g g G 02 В 27/00 5/30
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
>-"- - 1ИОТЕкА
- Ф+
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3566267/18-10 (22) 18.03.83 (46) 15.07.84. Бюл. № 26 (72) Л. А. Животовский и Ю. А. Цикин (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В. И. Ульянова (Ленина) (53) 535.8(088.8) (56) 1. Г. И. Василенко. Голографическое опознавание образов. М., «Советское радио», 1977, с. 251.
2. Там же, с. 253 — 257 (прототип). (54) (57) ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОИСТВО
КЛАСС ИФИКАЦИИ РАДИОСИГНАЛОВ, содержащее лазер, колл иматор, пространственный модулятор света, два фотоприемника, а также блок считывания, подключенный к выходу фотоприемников, отличающееся тем, что, с целью повышения точности классификации радиосигналов по виду модуляции при отсутствии априорной информации об их параметрах, в него введены три поляризатора, а также установленные последовательно за пространственным модулятором света экран с двумя отверстиями, расположенными соответственно напротив
„„SU„„1103183 А начального и конечного участков этого модулятора, четвертьволновая пластинка, размещенная на выходе одного из указанных отверстий, второй и третий коллимато.ры, выполненный анаморфотными и расположенными соосно с этими отверстиями, итрехгранная равнобедренная призма, большая грань которой перпендикулярна оптитической оси устройства, причем первый поляризатор установлен на выходе лазера, второй и третий поляризаторы размещены соответственно перед фотоприемниками в плоскости пересечения оптических осей второго и третьего коллиматоров, на выходе трехгранной призмы, главные направления этих поляризаторов взаимно ортогональны и так же, как главное направление четвертьволновой пластинки, составляют с I главным направлением первого поляризатора угол 45, а блок считывания выполнен в виде двух фильтров нижних частот, подключенных соответственно к фотоприемни- С кам, и электроннолучевой трубки, входы вертикально и горизонтально отклоняющих систем которой соединены с выходами указанных фильтров.
)а
1103183 диосигналов, содержащее лазер, коллиматор, пространственный модулятор света, два фотоприемника, а также блок считывания, подключенный к выходу фотоприемников, введены три поляризатора, а также установленные последовательно за пространственным модулятором света экран с двумя отверстиями, расположенными соответственно напротив начального и конечного участков этого модулятора, четвертьволновая пластинка, размещенная на выходе одного
55
Изобретение относится к оптической обработке информации и может быть использовано в качестве составной части радиоприемных устройств.
Известно устройство классификации радиосигналов, построенное на основе электрических фильтров (1).
Однако электрические фильтры имеют только одну независимую переменную время, и для обработки информации, содержашейся во временных и частотных па- 1О раметрах приннлаемых сигналов, необходимо большое число фильтров, отличаюшихся центральными частотами.
Наиболее близким к предлагаемому по своей технической суц!ности является оптическое устройство классификации радиоси гналов, содержа !цее лазер, коллиматор, пространственный модулятор света, два фотоприемника, а также блок считывания, подключенный к выходу фотоприемников. Это устройство, кроме того, включает 20 две астигматических системы линз и каталог голографических фильтров, а число фотоприемников, собранных в линейку, превышает два. Работа устройства основана на идентификации принятого сигнала с одним из эталонных (2).
Используемый здесь голографический метод позволяет создать большое число согласованных фильтров, расположенных в одной плоскости. Однако при отсутствии априорией информации о параметрах ожидаемого множества сигналов (а именно, о несущих частотах, полосах спектра, кодах передачи сообщений) точность классификации с помощью устройства-прототипа может оказаться низкой. Кроме того, в тех случаях, когда от устройства классификации тре- З буется не подробный анализ параметров радиосигналов, а лишь выяснение вида модуляции, то применение рассмотренного устройства нецелесообразно ввиду неоправданных в данном случае затрат и сложности создания обширного каталога гологра- 40 фических фильтров для перекрытия с достаточной точностью неопределенного множества возможных радиосигналов.
Цель изобретения — повышение точности классификации радиосигналов по виду модуляции при отсутствии априорной информации об их параметрах.
Поставленная цель достигается тем, что в оптическое устройство классификации раиз у к с!:!анныx отверстий, второй и третий колли маторь!, Выполненные а наморфотны" ми и расположенными соосно с этими отверстиями, и трсхгранная равнобедренная призма, большая грань которой перпендикулярна оптической осн устройства, причем первый поляризатор установлен на выходе лазера, второй и третий поляризаторы размещены соответственно перед фотоприемниками в плоскости пересечения оптических осей второго и третьего коллиматоров на выходе трехгранной призмы, главные направления этих поляризаторов взаимно ортогональны и также, как главное направление четвертьволновой пластинки, составляют с главным направлением первого поляризатора угол
45, а блок считывания выполнен в виде двух фильтров нижних частот, подключенных соответственно к фотоприемникам, и электроннолучевой трубки, входы вертикально и горизонтально отклоняющих систем которой соединены с выходами указан ны х фильтров.
На фиг. 1 представлена оптико-электронная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — состояние поляризации в точках а, в, с, d f, устройства; на фиг. 3 — изображение, получающееся на экране электроннолучевой трубки (ЭЛТ), случай сигнала с фазовой телеграфией ФТ,с изменением начальной фазы отдельных посылок Ы=О; Ж-; на фиг. 4 — то же, случай сигнала с фазовой телеграфией ФТ (3f 0; + —;$) на фиг. 5то же, случай сигнала частотной телеграфии ЧТ; на фиг. 6 — то же, случай сигнала с частотной модуляцией ЧМ; на фиг. 7 — получение напряжений, поступающих на отклоняющие системы ЭЛТ при приеме радиосигнала ФТ! .
Оптическое устройство классификации радиосигналов включает последовательно расположенные лазер 1, первый поляризатор 2, первый коллиматор 3, пространственный модулятор света (ПМС), 4, экран 5 с двумя отверстиями, расположенными соответственно напротив начального и конечного участков модулятора 4, четвертьволновую пластинку 6, размешенную на выходе одного из указанных отверстий, второй 7 и третий 8 коллиматоры, выполненные анаморфортными и расположенные соосно с этими отверстиями, трехгранную равнобедренную призму 9, большая грань которой перпендикулярна оптической оси устройства, второй 10 и третий 11 поляризаторы, размещенные соответственно перед фотоприемниками 12 и 13 в плоскости пересечения оптических осей коллиматоров) 7 и 8 на выходе призмы 9 а также блок считывания сигнала. При этом главные направления поляризаторов 10 и 11 взаимно ортогональны и так же как главное направление четвертьволновой пластинки 6 составляют с главным направлением поляризатора 2 угол 45, а блок считывания выполнен в.!103183 виде двух фильтров нижних частот 14 и 15, подключенных соответственно к фотоприемникам 12 и 13, и ЭЛТ 6, входы вертикально и горизонтально отклоняющих систем которой соединены с выходами указанных фильтров.
Устройство работает следующим образом, Пучок света е выхода лазера 1 через поляризатор 2 поступает на вход коллиматора 3, с выхода которого расширенный по оси Х пучок падает на ПМС 4. Одновременно на вход ПМС 4 в форме электрических колебаний подается принятый радиосигнал.
Прошедший сквозь ПМС 4 световой пучок приобретает пространственную фазовую модуляцию, соответствующую форме радио- !5 сигнала. Далее часть светового пучка, прошедшая через второе отверстие экрана 5, поступает на четвертьволновую пластинку 6 и далее на коллиматор 7, а часть пучка, прошедшая через первое отверстие экрана 5 проходит на коллиматор 8. С вы- 20 ходов коллиматоров 7 и 8 расширенные по оси Y пучки света, пройдя призму 9, пересекаются в плоскости поляризаторов 10 и 11 и через них попадают на входы фотоприемников 12 и 13. Выходные сигналы с этих фотоприемников через фильтры нижних частот 14 и 15 поступают на вертикально и горизонтально отклоняющие системы
ЭЛТ 16, создавая на экране ЭЛТ изображения, позволяющие однозначно определить вид модуляции принимаемого сигнала (фиг. 3 — 6).
Принцип классификации, положенный в основу рассматриваемого устройства, состоит в следующем. Предположим, что на вход ПМС 4 поступает некоторый произволь ный радиосигнал S(t) вида
S(t) = A(t)cos (®t + f /t) ) где Я И) -функции амплитудной модуляции; — средняя частота сигнала;
/ t — время;
f(<) функция фазовой модуляции.
Сигнал S(t) формирует в ПМС 4 входной транспарант, имеющий соответствующую
S(t) функцию пропускания S(x).
Световой пучок на выходе ПМС приобретает вдоль оси Х фазовую модуляцию, соответствующую функции пропускания
S(x). Из фиг. видно, что световым лучам на выходе отверстий экрана 5 соответствуют различные значения координаты Х и, следовательно, различные значения сигнала S(t), сдвинутые относительно друг друга на некоторый временной интервал ь . Отметим, что диаметр отверстий экрана 5 должен быть достаточно большим, чтобы исключить дифракционные расширение световых лучей. 55
Предположим, что поляризатор 2 обеспечивает вертикальную поляризацию света на выходе ПМС 4 и соответственно на выЕ(t) = S(1) (2:+ 2 ), Е (t) = Sz(t ((2z + J z) (1)
В выражении (1) значения S (t) определяются параметрами сигнала S(t) в моменты вемени t u t —; множитель обязан четвертьволновой пластинке 6.
После прохождения колли маторов 7 и
8 и призмы 9 световые пучки, вышедшие из отверстий экрана 5 пересекаются в плоскости поляризаторов 10 и 11. Результирующее поле E (t) в этой- плоскости равно
Е М = Е1Ф + Е Ф = (si(t) + 3,(!) )2
+ (Si () + 1 Р,()) 2 (2) Поскольку поляризаторы 10 и 11 повернуты на + 45" и — 45 относительно главного направления поляризатора 2, они пропускают соответственно первое и второе слагаемые правой части выражения (2). В результате на выходах фотоприемников 12 и
l3 выделяются сигналы 1 (2) и 1 (2), пропорциональные следующим значениям:
I,(ti=I5Ä S (! =Ю,К!(+ Л (t>(+2(5,
52(t ) (сов f Ðz(И- " +))
l,Ct > = l S,«) +j, Sz
+ 2 iS>!t> S2(t) ып (с)-rz(t))у где т, (t) = avgSi(t).
Поскольку в рассматриваемом случаем ПМС
4 осуществляет фазовую модуляцию света, то
/S; (t)/ = S = const
Следовательно, на выходах фильтров 14 и 15 будут выделяться соответственно напряжения ч1 (t) = S cos (6(t) — Т1 (1)1;
vz (t) = S sin (gz(t)-,(t) ) (4) Предположим, что S(t) — сигнал с фазовой телеграфией ФТ со скачкообразным изменением начальной фазы отдельных посылок найТ = ft". На фиг. 7 показаны S(t) и S(t — C), а также соответствующие функции 3, (t) и 3z(t) и напряжения У (t) и
Ч (t), поступающие на отклоняющие систеходе отверстий экрана 5 (точка а, с на фиг. 1 и 2). Четвертьволновая пластина 6 установлена таким образом, что луч света, прошедший второе отверстие экрана 5 на выходе этой пластины приобретает круговую поляризацию (точка в на фиг. 1 и 2). В поляризационном базисе (1,, lz) (фиг. 2) векторы поля световых лучей E (1) и Е (!), прошедших первое и второе отверстия экрана 5 на выходе коллиматоров 7 и 8 можно соответственно записать в виде:
1103183 фиг. 4 мы ЭЛТ 16. При этом изображение на экране 16 будет состоять из двух диаметральнорасположенных точек (фиг. 3) Аналогично можно пояснить вид изображений на экране ЭЛТ 16 предлагаемого устройства и при других видах модуляции сигнала.
Общее число фильтров (копий), необходимое для эффективной классификации сигналов в базовом объекте-прототипа, составляет величину порядка 10 штук.
Реализация каталога голограмм с рассчитанным числом фильтров прр гически невозможна. Кроме того, большо число фильт ров приводит к увеличению времени поиска эталонного сигнала и усложнению аппаратурной реализации устройства. При ограничении числа фильтров каталога голограмм
5 до 10з — 10 резко снижается эффективность классификации.
Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с базовым объектом-прототипом обеспечивает увеличение точности классификации сигналов по виду модуляции при
10 отсутствии априорной информации о параметрах множества сигналов и позволяет упростить процедуру классификации и реализацию устройства.
1103183
Sl I 2® ! 1 1 Фиг. 7 Редактор Л. Авраменко Заказ 4975 35 Составитель В. Кравченко Техред И. Верес Корректор И. Муска Тираж 497 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
