Акустооптический анализатор спектра

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для визуального анализа спектра исследуемых сигналов и определения вида их модуляции. Цель изобретения - повьшение достоверности визуального определения вида модуляции принимаемого сигнала - достигается введением ячеек Брэгга 3., линз 4.1-4.3, матриц фотодетекторов 5.1-5.3, блоков 6.1-6.3 визуальной индикации спектра, перемножителей 10.1-10.3, полосовых фильтров 11.1- 11.3. Анализатор также содержит лазер 1, коллиматор 2, ячейку Брэгга 3.4, матрицу фотодетекторов 5.4, блок 6.4 визуальной индикации спектра , приемную антенну 7 преобразователь 8 частоты, усилитель 9 промежуточной частоты. 4 ил. % k/

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„162 1 2

А1 (51)5 G Ol R 23/17

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

¹.ÖГ

QgiT Jþ. 1 ) ъ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ по изоБРетениям и ОтнРытиям пРи Гннт сссР

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4667 136)21 (22) .24.01.89 (46) 07в0-" ° 9 1. Б лв (72) В,И.Дикарев, А.В.гвардии, В,ВiИельник и АА.Ñìèðíîâ (53) 621 317 ° 757(088ФЯ) (56) Авторское свидетельство СССР и - 1187095, кл. G 01 R 23/16, 1985 °

ТИИЭР, 1981, т, 69, 3 1, с, 117, риса lв (54) АКУСТООПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР

СПЕКТРА (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для визуального анализа спектра исследуемых сиг. алов и определения

2 вида их модуляции Цель изобрете ния - повьипение достоверности визуального определения вида модуляции принимаемого сигнала - достигается введением ячеек Брэгга: 3 ° 13 3 ° линз

4 ° 1-4 ° 3, матриц фотодетекторов

5 ° 1-5 ° 3, блоков 6 ° 1-6 ° 3 визуальной индикации спектра, неремножителей

lO ° 1 10 ° 3, полосовых фильтров 11 ° 1I 1,3 ° Анализатор также содержит ла зер 1, коллиматор 2, ячейку Брэгга .3 ° 4, матрицу фотодетекторов 5 ° 4, блок 6.4 визуальной индикации спект ра, приемнум антенну 7, преобразователь 8 частоты, усилитель 9 проме жуточной частоты. 4 ил, 1626182

Изобретение относится к радиоиз» мерительной технике и предназначено для визуального анализа спектра исследуемых сигналов и определения вида их модуляции °

Целью изобретения является повышение достоверности визуального определения вида модуляции принимаемого сигнала, На фиг.1 представлена струкгурная схема предлагаемого анализатора; на фиг ° 2 возможный вид осциллограмМ на экранах блоков индикации; на фиг.3 схема взаимного расположения символьных частот сигналов с многократной частотной манипуляцией; на фиг.4 — схема изменения фазы частотно-манипунированного сигнала.

Акустооптический анализатор спектра содержит лазер l, на пути распространения пучка света которого установлены коллиматор 2 и четыре ячейки .3 ° 1-3 ° 4 Брэгга. Ца пути дифрагированного пучка света установлена соответствуюшая линза.41 (4 ° 2-4.4), в фокальной плоскости которой разме» щается соответствующая матрица 5.1 (5.2 5.4) фотодетекторов, выход которой соединен с соответствующим блоком 6.1 (6 ° 2 6.4) индикации. К выхо» ду приемной а:iòån.û 7 последовательно подключены преобразователь 8 частоты и уси итель 9 промежуточной частоты, выход которого соединен с двумя входами перемножителя 10 ° 1, через полосовой фильтр 11 ° 1 соединенно"

ro с двумя входами перемножителя

10 ° 2, через полосовой фильтр 11 ° 2 подключенного к двум входам перемножителя 10.3, выходом соединенного с входом полосового фильтра 1!.3. К выходу усилителя 9 промежуточной частоты и каждого полосового фильтра

11 ° 1 (11,2, 11,3) подключена соответствующая ячейка 3.1 (3.2-3 ° 4)

Брэгга, Анализатор спектра работ"ет.следующим образом.

Сигнал, принятый антенной 7, поступает на вход преобразователя 8 частоты, состоящего из смесителя и гетеродина, Преобразованный па частоте сигнал выделяется усилителем 9 промежуточной частоты и поступает на ячейку 3.! Брэгга, где происходит преобразование сигнача в акустическое колебание. Пучок света от лазера 1, сколлимированный коллиматором

2, проходит через ячейки 3 ° 1 3.4

Брэгга и дифрагирует на акустических колебаниях, возбужденных сигналом.

На пути распространения дифрагируе»

5 мои части пучка света устанавливают»

1 ся линзы 4 ° 1 4a4 ° В фокальных плоскостях указанных линз, формирующих пространственный спектр принимаемого сигнала, установлены матрицы 5 ° 1 "5. 4 фотодетекторов. Каждому разрешаемому элементу анализируемого частотного диапазона соответствует свой фотодетектор ° Ячейка . ° 1 (3 ° 2-3,4) Брэгга состоит из звуконровода и возбуждающей гиперэвук пьезоэлектрической пластины, выполненной из кристалла ниобата лития соответственно Х и Y—

35 среза. Это обеспечивает автомао тическую подстройку по углу Брэгга и работу ячейки в широком диапазоне частот, В качестве блоков 6.1-6.4 индикации могут быть использованы осциллографические индикаторы.

Еспи на вход анализатора спектра поступает сложный сигнал с фазовой манипуляцией (Ф!!н), то его аналитически можно записать следующим образом: зо U (t) = усов 27f,c+Q (t) +цJ

0 - t Ы- тс»

55 где Чс fc,lс,Тс амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала соответст венно;

g (t) - манипулируемая со

К ставляющая фазы, отображающая закон фа з ов ой мани пуля ции, причем (g (t)= к

=const при

K !, „(t w (К+1)Ь и может изменяться скачком при .=К ьн

) т.е ° на границах между элемен гарньгми посылками (К=1, 2....,К-1);

N — длительность и ко» ц! личество элемен тарных посылок, иэ которых составлен сигнал длительнос» тью Т.=h!, -л

Если на одной несущей частоте дискретная информация передается от

lh2h I 82 одного источника сообщения, то целесообразно использовать однократную (бинарную) фазовую манипуляцию (ФМн-2, y „(t) =OЯ) . Для передачи сообщении от двух источников Hcllollb» зуется двухкратная фазоная манипуляг»

w 3, ция (ФМн 4, p<(t)=0, —, )I, - й), причем от одного источника фаза манипулируется по закону 1, а от другогоII Зг по закону вЂ, - 4. Лля передачи сооб2 2 щений от трех источников используется трехкратная фазовая манилу))яция и )и Зт-, 5, 3. (Ф1н 8 Ц) (t)=0 — — — 1) -1) —, 4

4 2 4 4 2

Б общем случае )га одной несущей частоте одновременно можно перед»вать сообщения or п источников, ис пользуя для этого и-кра гную фазовую манипуляцию, Однако целесообразными являются одно-, двух- и трехкратная фазовые манипуляции. Дальнейшее повышение кратности фазовой манипуляции ограничивается тем, чro уменьшается расстояние ме кду элементарными сигналами и в существенной мере снижается помехоустойчивость канала связи °

Принимаемый ФМн-2-сигнал с выхода антенны 7 поступает на вход преобра» зователя 8 частоты, на выходе кото»

1 рого образуется напряжение

ы „ (с)=ч„ соЯ(2вйд I+4.<(t)+tP„IJ

06 аТ

-КЧ,Ч,,Я() =О, й;

1 кОэффициент передачи смеси» теля;

V„I) К

f I)P fC

-f

Япр=

Ч с Ж промежуточная частота; промежуточная начальная фаза;

Vrifr» амплитуда, частота и началь» ная фаза напряжения гетеро дина соответственно

Это напряжение выделяется усили телем 9 промежуточной частоты и поступает на ячейку 3.1 Брэгга и на два: входа перемножителя 10, на выходе ко» торого образуется гармоническое напряжение

U< (1-) = Ч

Оа «Т

1 где Ч1 = — К Чп 1

К вЂ” коэффициент передачи пере1 множителя °

Так как ?(„() = 0,2 и, то в ука10 занном напряжении фазовая манипуляция уже отсутствует. Напряжение U< () выделяется полосовым фильтром 11 ° и поступает на ячейку 3 ° 2 Брэгга и на два входа перемножителя 10 ° 2, на

15 выходе которого обра:обуется гармони» ческое напряжение

U (t) = V cns(8II fq t + 4Чпр

Тс

20 где V< = — К Ч, Это напряжение выделяется полосовым фильтром 11 ° 2 и поступает на ячейку

3.3 bpoãl à и на два входа перемножи» теля 10 ° 3, на выходе которого обра зуется гармоническое напряжение

U)(t) = V oos(1hIIf t + 8(п ), 0 tcТ(, 2 где ЧЗ = вЂ, К Ч .

Это напряжение выделяется полосовым фильтром 11,3 и поступает на ячейку .3.4 Брэгга, 35 Ыирина спектра ФМн-2 сигнала g f

l с определяется длительностью g элемен

4 тарных посылок (1 =,;,-), тогда как 4 ширина спектра второй $ f< четвертой

Д1 и восьмой 4 f гармоник определя»

4 В ется длительностью Тс сигнала (6f

=(f 1 — Q f 8 — ) ° Следовательно при

Тс умножении фазы на два, четыре и

II восемь спектр ФМн-2-сигнала свора

Ь с Ь . Ь с чивается" в N раз (В

= N) и трансформируется в одиночные

50 спектральные составляющие Это об стоятельство и является признаком распознавания ФМн-2 сигнала Спектры принимаемого ФМн 2 и его гармоник визуально наблюдаются на экранах ин дикаторов б.1-6 ° 4 соответственно (фиг.2а).

Если на вход анализатора спектра поступает ФИн 4-сигнал q „ (t) - О, 1626182

3 то на выходе полосового

2 °" фильтра 1!.1 образуется ФИИ-2 сигнал (, () = О, 11, 2i<, 3((, а на выходе полосовых фильтров II ° 2 и 11,3 образуются соответствующие гармонические напряжения О2() и U>(t). И этом случае на экранах индикаторов 6.1 и

;6,2 наблюдаются спектры ФМн-4» и

ФИн-2 сигналов, на экранах индикаторов.6 ° 3 и:6,4 наблюдаются одиночные спектральные составляющие (фиг.26}.

Если на вход анализатора )аост пает ФМн 8-сигнал Ц1 (t) = P », э 11

3л л. 52 31 /л

4 4 2 4 — ((Il — н -"(-Н то на выходах полосовых фильтров 11,2 и 11 ° 3 об» разуются ФМн-4 и ФМИ 2-сигналы, а на выходе полосового фильтра 11 4 гармоническое напряжение i) (t). В этом случае на экранах индикаторов

6,1-.6,3 наблюдаются спектры ФИн 8», ФМИ-4- и ФИн-2-сигналов, а на экране индикатора 6 ° 4 - одиночная спектраль- 25 ная составляющая (фиг 2в).

Среды сложных сигналов с частотной манипуляцией (ЧИн) широко распространены сигнапы с минимальной частотной манипуляцией (ЧМн 2), с дуобинар- 30 ной частотной манипуляцией (ЧМн-3) и со скругленной частотной манипуляцией (ЧИИ-5) (фиг ° 3).

Сложный ЧИн-2-сигнал аналитически описывается выражением

Ut (t) = 4 сов (2Г(св((с) в(2), О (t Т где Ц) (t) — и эме няющая ся во вр емени фазовая функция (фиг ° 4); 40

4+Гг

f =- — — — средняя частота сигнала

2 (фиг 3);

fI=f(;

- -л-, 4с

4 ((2 45

I f (. + - (- — символьные частоты. сР 4

Фазовая функция g (t) может быть представлена выражением

t (I) (t) =?ï„h Q1к g((,-K )d(,, к где Ь вЂ” последовательносгь инфо маk

1 ционкых симВОЛОВ 1 «+ 1 l 55

h - - индекс девиации частоты.

Функция g (t) представляе r собой импульс, определяемый на временном интервале 0, (.g J как р л)

a(t) О" ос) Таким образом, ЧМн-2-сигнал обладает следующими свойствами.

Девиация частоты определяется Ве1 1 1 личиной Д f = hg(t) 2 2n(, 40

Частота сигнала, соответстгующая

"+1" символу, равна f = f + ——

1 с

Частота сигнала, соответствующая символу 2 p anH 2 f c 7\

4сц

Фазовая функция q(t) на каждом символьном интервале изменяется во Вре мени линейно, За время одного сим вольного интервала набег фазы раП вен 2 —. На интервале — ОО а t о-2 фа зовая функция q (t) является непрерывной кусочно-линейной функцией, а огибающая сигнала постоянна. Спектр

ЧМн-2-сигнала в отличие от частотноманипулированных сигналов с индексом девиации частоты h) 1 является

sin Х 2 сплошнь.м и имеет форму (††-}, 99X

Х энергии сигнала сосредоточено в центральном лепестке его спектра Ско» рость спадания боКовых лепестков равна 1/f, т е. значительно выше, 4 с чем у ФМн-сигналов.

Если на вход анализатора поступа ет ЧМн-2 сигнал, то на выходе поло» сового фильтра 11.1 образуется частотно-манипулированный сигнал с индексом девиации частоты h=l При этом

его спектр трансформируется в спектральные составляющие на частотах

2Е1 и 212. На выходе полосового фильтра 11.2 образуются две спектральные составляющие на частотах 411 и 4fg, а на выходе полосового фильтра 11 ° 3 - две спектральные составляющие на частотах 8f1 и 8Г (фиг.2г).

Корреляционно кодированные сигна лы могут быть предСтавлены выраже» кием

U (t)=V cot(2>fc t+2âЩ J m(t)d2), О(2 ! где m(t) — передаваемое сообщение, которое может быть представлено выражением m(t) 1626182 (л+л и av (+?аK + ак+( ((К ) =

II ак! ак,( (--- +а +---).

4 2 к 2

2 4

r(ÐH

d = 1 при

K д = О при

К ак

О и ак (тд О, ак г а((-1

25

35

О=С ТС, 40

50

55,h

d кP (t-K i(„)°, ré прямоугольный импульс < диничного веса и длительности Ь,„;

d — корреляционно кодированK ная последовательность битов данных а„= {б, 1!.

В дуобинарном случае (ЧИн-3) кодирующий полином равен

1 + D

F (D)

2 и таким образом ак + ак- R

d = -- — --- h = з(!Г

С(U

Из соотношении следует что, если ак = ак,, то фа» зовая функция изменяется линейно на

И величину 4 — в конце символьного ин»

2 тервала. Если а, ф а „(, то фазовая функция в отличие 0Т ЧИн-2-сигнала остается постоянной.

Из приведенных выражений следует, что ЧИн-4-сигнал в соответствии со и значениями фазы (О + — - —,) имеет

2 2 три мгновенные частоты: Г, f(=f + !

+gf = f + -д-, f< = f -hfg

cF 4„„СР

f

С(4л„

Если на вход анализатора пост1 пает ЧИн-3-сигнал, то »а выходе полосовых фильтров 11.2 и 11,3 образуются три спектральные составляющие на частотах 4Г(, 4f >, 4fg и Sf1, 8Гс, 8Е<, т, е, сплошнои спектр трансформируется в три спектральные состав» ляющие (фиг.2д).

На выходе перемнокителя 10 ° 1 (спектр ЧИн-3 трансформируется в другой сплошной спектр, поскольку h (1.

Таким образом, на экранах индикаторов 6 ° 1 и 6 ° 2 визуально наблюдаются сплошные спектры, В случае частотной манипуляции со скруглением (ЧИн-5) корреляционный кодирующий полином равен (1+D)

F(D) = — — т е;

4 ак q + 2aK + ав (d

» °

l 4

Отсюда следует, чro приращение фазы

Ф!!н-5-сигнала на К-"I символ ьнон4 интервале может быть записано в виде

Г!ри этом фаза в конце символьных интервалов может иметь значения О, ((WI

+ вЂ, + †. (:оответственно, указанный сигнал имеет пять мгновенных частот:

СР (2 CP - d СР—

ЬГД !

f f + — -=Г ° +-т 4 Сà — 2 С вЂ” 8 к ц

Если на вход анализатора поступает ЧИн-5-сигнал, то на выходе перемножителя 10 ° 3 его сплошной спектр трансформируется в пять спектральных лепестков с пиковыми значениями на частотах 8Г(, 8Г1,8Г,,ЯГ4,8Г2.На вьгходах перемножителсй 10 ° 1 и 10,2 сплошной спектр ЧИн-5-сигнала трансформируется в сплошные спектры, так как в этих случаях h w 1 ° Таким образом, на экранах индикаторов 6 !»

6 ° 3 наблюдаются сплошные спектры, а на экране индикатора 6 ° 4 - пять спектральных лепестков (фиг ° 2е).

Если на вход анализатора поступает, сигнал с линейной частотной модуляцией (ЛЧИ)

Uc(t) = 7 сов(2кГ t +и с +(p ), где Vc > f,(s, T — амплитуда, начальная

С С 10б частота, начальная фаза и длительность сигнала соответст» венно;

1= скорость изменения

Т

С частоты внутри им пульса; девиация частоты, то преобразователем 8 частоты он переносится на промежуточи ю частоту

U „(t) — Vpp cos (2((f u t +и g t +(flap)

0 (tCT

НапряжЕНие U(I!I(t) выделяется усилите лем 9 промежуточной частоты и посту пает на ячейку;3 ° 1 Брэгга на два входа перемножителя 10.1, на выходе ко» торого образуется JI -сигнал

1626182!

2 (t) =- V os(4 !и t + + 2ф„

0(t(Те который выделяется полосовым фильтром 11,1 и поступает на ячейку 3 ° 1

Брэгга ° Так как длительность Т ЛЧМ( сигнала на основной и удвоенной промежуточной частоте одинакова, то уве» личение (в 2 раза происходит за

10 счет увеличения в 2 раза девиации частоты ДЕ . 11з этого следует„что ширина счектра ЛЧМсигнала ня удвоенной *ромежуточной частоте в 2 разя

15 больше его ширины на основной промежуточной частоте (ff = 2)i ).

Аналогично на выходах перемножителей 10.2 и 10.3 ширина спектра

ЛЧ11 увеличив: ется в 4 и 8 раз °

Следовательно, на экране индикатора 6.1 визуально наблюдается спек rp ЛЧИ--сигналя, а на экранах индикаторов 6.2-6.4 - сп ктры сигналов, ширина которых в 2, 4 и 8 раз больше ширины спектра исходного сигнала (фиг.2ж). Этс обстоятельство является признаком распознавания Л И-сиги:ла„

Таки образом, предлаг аемый анализатор обссп чивает не только анализ спектра принимаемого сигналя, иэ и позволяет ловя сить достозерность визуального опреде. ения вида модуляции принимаемого сигнала Это достигается использованием в качестве информативных признаков ширины спектра и из цений в его структуре при умножении фазы принимаемого сигнала на два, четыре и восемь, 20

Фо р м у л а и з î о р е т е н и я

Акустоочтический анализатор спектра, содержащий последовательно оптически соединенные лазер, коллиматор, ячейку Брэгга, в продифрагированном

45 луче которой последовательно установлены линза и матрица фотодетекторов в ее фокальной плоскости, электрическим выходом подключенная к блоку визуальной индикации спектра, а также приемную антенну, соединенную через последовательно включенные преобразователь частоты и усилитель промежуточной частоты с электрическим входом ячейки Брэгга, о т л п ч

v.: и и с я тем, что, с це ьи повышения достоверности . пзуального определения вида модуляции IpH .* .мас мого

col нала, п и го нведе; l! ополнительно три ячейки Брэггя, три линзы, три мятрицы фотодетекторов и три блока ьизуальной индикяпии спектра, а так же три перемножителя и три полосовых фильтря, IlpH этом дополнительнь е ячейки Брэгга расположены последовательHo по ходу непродифрягированшего в первой ячейке Брэгг,> луча, по ходу продифрагировавшего в каждои из дополнительных ячеек Брэгга луча установлены последовательно одна из дополнительных линз и расположенная в ее фокяльной плоскости одна из дополнительных матриц фотодетекторов, электрическим выходом подключенная к

oJlHîìó из дополнительных блоков визуальной индикации спектра, к выходу усилителя промежуточной частоты подключены входы первого геремножителя, вьход коfopoI о через первый полосовой фильтр соединен с двумя входами вто рого перемножителя, а выход послед» него в свою очередь подключен через второй полосовой фильтр к двум Вхо» дам третьего перемножителя, выходом соединенного с входом третьего полосового фильтра, причем к выходу каждого полосового фильтра подключен электрический вход соответствующей дополнительной ячейки Брэгга, а Юи- ФМн-4

3 tlHe-2 ЧИн -3

У ЧММ-5

N ЛЧМ

1626182 ц-5

Составитель И.Коновалов

Техред М. Дидык Кооректор С Шекмар

Редактор И Горная

Подписное

Тираж 420

Заказ 275

ВНИИПИ Государственного

113035, Производственно-издательскиГ комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Х

О

Я

2 комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5