Устройство для определения характеристической функции случайного сигнала

 

-1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЙ ФУНКЦИИ СЛУЧАЙНОГО СИГНАЛА, содержащее расположенные последовательно на одной оптической оси источник света, транспарант , сферическую линзу и регистратор , отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены формирователь спектра, рассеиватель и интерферометр, при этом формирователь спектра расположен между источником света и транспарантом ,.. рассеиватель расположен за сферической линзой в плоскости, сопряженной с плоскостью транспаранта , интерферометр расположен за рассеивателем и оптически связан с регистратором , а источник света выполнен некогерентным. 2. Устройство по п.1, о т л и чающееся тем, что формировас тель спектра выполнен из последова тельно установленных на оптической (Л оси щели, сферической линзы и трехгранМой призмы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„SU„, 1.1 2 А

3(Я) 06 С 9 /00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ф Ф л1",, ».. „

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ii О зс с.т» (21 ) 3561083/18-24 (22) 10.03;83 (46) 15.07.84. Бюл. 9 26 (72) С.М.Горский, A.A.Còðoìêoâ и В.К.Стромкова (71) Институт прикладной физики

АН СССР (53) 681.333(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 253454, кл. G 06 G 7/52, 1969.

2. Свет В.Д. Оптические методы обработки сигналов. N., "Энергия", 1971, с. 95 (прототип). (54)(57) .1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОЙ ФУНКЦИИ СЛУЧАЙНОГО СИГНАЛА, содержащее расположенные последовательно на одной оптической оси источник света, транспарант, сферическую линзу и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены формирователь спектра, рассеиватель и интерферометр, при этом формирователь спектра расположен между источником света и тран спарантом,, рассеиватель расположен за сферической линзой в плоскости, сопряженной с плоскостью транспаранта, интерферометр расположен за рассеивателем и оптически связан с регистратором, а источник света выполнен некогерентным.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что формирователь спектра выполнен из последова- Я тельно установленных на оптической оси щели, сферической линзы и трехгранной призмы.

1103262

Изобретение относится к оптической вычислительной технике и может быть использовано для определения характеристической функции случайных сигналов, например, при исследовании случайных процессов в радиоэлектронике, н системах автоматического управления и контроля и т.д.

Известно устройство, позволяющее определять плотность вероятности случайного процесса, Фурье-образом которой является характеристическая функция. Устройство содержит последовательно установленные по ходу светового луча источник некогерентного света, транспарант с эа- 15 писью исследуемого сигнала, цилиндрическую линзу, щелевую диафрагму и регистратор. Линия фокусон цилиндрической линзы совМещена с вертикальным направлением входного тран- 20 спаранта, а щелевая диафрагма установлена вертикально (1) .

Известное устройство предназначено для вычисления плотности вероятности случайного процесса и не позволяет непосредственно определить его характеристическую функцию.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому .результату является устройст-30 во, содержащее расположенные последовательно на одной оптической оси источник когерентного .света, транспарант, сферическую линзу и регистратор (21 .

Недостатком этого устройства явля.ется низкая точность измерения характеристической функции. Это связано с тем, что на транспаранте записан не исследуемый сигнал, а его

40 плотность вероятности, которая имеет погрешность в результате предварительного измерения. Наличие погрешности приводит к появлению мультипликативных шумов, существенно возрастающих в когерентной схеме.

Цель изобретения — повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что н устройстно для определения характеристической функции случайного сигнала, содержащее расположенные последовательно на одной оптической оси источник света, транспарант, сферическую линзу и регистратор, введены формирователь спектра, рассеива55 тель и интерферометр, при этом формирователь спектра расположен между источником света и транспарантом, рассеинатель расположен эа сферической линзой в плоскости, сопряженной 60 с плоскостью транспаранта, интерферометр расположен за рассеивателем и оптически связан с регистратором, а источник света выполнен некогерентным.

Кроме того, формирователь спектра выполнен из последовательно установленных на оптической оси щели, сферической линзы и трехгранной призмы.

На чертеже изобра>кена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит последовательно расположенные на оптической оси некогерентный источник 1 света, формирователь 2 спектра, транспарант 3, сферическую линзу 4, рассеиватель 5, интерферометр б и регистратор 7. Формиронатель 2 спектра содержит щель 8, сферическую линзу 9 и трехгранную призму 10.

Транспарант 3 выполнен в виде непрозрачного экрана с записью на нем сигнала )(x) в виде тонкой прозрачной линии. Прозрачность транспаранта 3 определяется соотношением

П(x,ф = П (к 8(Ц- (к)) р где П (л) — ограничение транспаранта по координате Х

Рассеиватель 5 установлен в плоскости, сопряженной с плоскостью транспаранта 3. Рассеиватель 5 может быть выполнен, например, в виде матовой пластины. Согласно другому варианту исполнения рассеиватель 5 может быть ныполнен в виде голографического рассеинателя с узкой диаграммой рассеяния.

В качестве интерферометра б может быть использован любой двухлучевой интерферометр, например интерферометр Майкельсона. Регистратор

7 установлен на выходе интерферометра 6 и содержит последовательно установленные узкую щель 11, фотоприемник 12 и цифровой вольтметр 13. Фотоприемник 12 установлен с возмож ностью перемещения, à щель 11 ориентирована параллельно интерференционным полосам.

При использовании в качестве рассеивателя 5 матовой пластины в качестве фотоприемника 12 целесообразно выбрать фотоумножитель. При использовании в качестве рассеивателя

5 голографического рассеивателя фотоприемником 12 может служить, например, фотодиод.

Устройстно работает следующим образом.

При прохождении излучаемого источником 1 некогерентного света через линзу 9 и призму 10 в плоскости транспаранта 3 формируется спектр источ— ника 1 в виде горизонтальных полос.

Распределение амплитуды поля в плоскости транспаранта определяется соотношением

Р,(х,q, ф =Р„сов((сд с„ Ц (2) 1103262 uov

=A.Re е " В (ч)

j(x3

Составитель Г.Зелинский

Редактор Л.Алексеенко ТехредЛ.Микеш

Корректор Л.Пилипенко

Подписное

Заказ 5031/39 Тираж 699

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 где Р— амплитуда, — циклическая частота, — коэффициент пропорциональности между циклической частотой и координатой .

Поскольку прозрачность транспаранта 3 определяется из соотношения (1), циклическая частота прошедшего через него светового сигнала изменяется в соответствии с амплитудой сигнала (х) . Прошедший через тран- 10 спарант световой сигнал определяется соотношением

2(ч.g,x,t) Р2 Ч. j-Ч(хДсоб(()о (с Д (М где P =Р„П()

2 1

Вследствие того, что рассеиватель

5 установлен в сопряженной с транспарантом плоскости, линза 4 формирует на нем уменьшенное изображение транспаранта 3. Пройдя через рассе- 20 иватель 5, световой сигнал (,g.+,1) =Ð co6(Q ta)(g))< Я)

-поступает на вход интерферометра.

На выходе интерферометра 6 формируется интерферограмма, переменная составляющая которой равна автокорреляционной функции светового сигнала и имеет вид

1 u,ч .— Re(e .m,(е " )) — Re(< 9„и15=где 7 =a,., — аргумент автокорреляционной функции; ц()1 э

rn,(e " — первый момент сигнала

9 („ л ) — характеристическая

;,„ функция;

4,Š— масштабные коэффициенты, постоянные для конкретной реализации устройства.

Поскольку щель 11 фотоприемника

12 ориентирована параллельно интерференционным полосам, при перемещении фотоприемника вдоль интерферограммы с выхода вольтметра 13 снимаются значения автокорреляционной функции, по которым строится график характеристической функции.

Таким образом, замена когерентного источника света на некогерентный и введение новых элементов — формирователя спектра, рассеивателя и интерферометра — позволяет использовать для получения характеристической функции запись исследуемого случайного сигнала, за счет чего и повышается точность измерения.