Устройство для фокусировки излучения
Использование: в квантовой радиотехнике . Сущность изобретения: оптическая система коорекции искажений волнового фронта дополнительно содержит N полосовых фильтров, N корректирующих зеркал, являющихся элементами излучающей апертуры , N устройств деления-отражения луча, N светоделительных устройств, опорное модулирующее зеркало, модулирующий генератор , фазовращатель на л /2 и N контуров управления наклоном элементов излучающей апертуры. При работе системы вследствие гетеродинирования субпучков принимаемого излучения и субпучков опорного излучения, предварительно промодулированного по наклону в двух ортогональных плоскостях, на выходах контуров управления наклоном элементов излучающей апертуры формируются сигналы, пропорциональные ошибкам наклона элементов излучающей апертуры, которые служат для управления угловым положением элементов излучающей апертуры, что ведет к повышению интенсивности излучения решетки когерентных излучателей на мишени. СО
союз советских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4 о С (Д 6д ! К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4858502/10 (22) 08,08.90 (46) 07.09,92. Бюл. N ЗЗ (72) Е.В, Новикова (56) Патент США ¹ 4141652, кл. 352-121, 1979. Патент США № 4096448, кл. 331-94.5, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОКУСИРОВКИ ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Использование: в квантовой радиотехнике. Сущность изобретения: оптическая сис гема коррекции искажений волнового фронта дополнительно содержит N полосовых фильтров, N корректирующих зеркал. являющихся элементами излучающей апертуры, N устройств деления-отражения луча, Изобретение относится к квантовой радиотехнике и может быть использовано в информационных и измерительных системах. Известны различные модификации оптических систем коррекции искажений волнового 4-ронта. Одни из них ocHQBBHbl на методе апертурного зондирования и представляют собой или одно зеркало с разделением его на отдельные сегменты, или решетку предварительно синхронизированных по частоте и фазе когерентных излучателей, В каждый канал излучения вводится фазовая модуляция и по отраженному от объекта сигналу посредством адаптивной подстройки фаз система в каждом канале корректирует такую аберрацию волнового фронта, как фазовый сдвиг. „„ЯЦ„„1760513 А1 К светоделительных устройств, опорное модулирующее зеркало, модулирующий генератор, фазовращатель на 7т /2 и N контуров управления наклоном элементов излучающей апертуры. При работе системы вследствие гетеродинирования суб пучков принимаемого излучения и субпучков опорного излучения, предварительно промодулированного по наклону в двух ортогональных плоскостях, на выходах контуров управления наклоном элементов излучающей апертуры формируются сигналы, пропорциональные ошибкам наклона элементов излучающей апертуры, которые служат для управления угловым положением элементов излучающей апертуры, что ведет к повышению интенсивности излучения решетки когерентных излучателей на мишени. Недостатком таких систем является отсутствие коррекции аберраций наклона волнового фронта. Известна система исправления искажений волнового фронта, представляющая собой устройство регистрации искажений волнового фронта луча, отражаемого от объекта. В этом устройсгзе отраженный луч комбинируется с модулированным эталонным лучом, разделяется на ряд пучков, каждый из которых фокусируется на светочувствительном устройстве, регистрирующем их положение. Электронное устройство определяет для каждого субпучкэ относительные положения отраженного и эталонного лучей и находит по ним ошибку наклона волнового фронта отраженного луча. 1760513 Недостатком этой системы является то, что при использовании решетки когерентных излучателей система отрабатывает только аберрации наклона и не корректирует фазовый сдвиг. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому является оптическая система с фазовой синхронизацией независимых когерентных излучателей, содержащая генератор опорного излучения, решетку когерентных излучателей, управляемых по частоте и фазе, и устройство смещения частоты генератора опорного излучения, электрически управляемое радиочастотным генератором. Каждому когерен тному излучателю решетки соответствует контур управления частотой и фазой излучения.,Отраженная от мишени сферическая волна проходит слой турбулентной атмосферы, искажается и на приемном устройстве системы разделяется íà N субпучков, каждый из которых комбинируется с опорным излучением, отраженным от зеркала, на входе соответствующего оптического приемника. Колебание опорного генератора на входе 1-го оптического и рием ника Uor Ãos ((аког + о рг ) t + Ф рг + >or ) (1) 1 где а) О,г — частота опорного генератора; Ф,г — фаза опорного излучения, отраженного от зеркала: вр.r,Ô p.r — частота и фаза радиочастотного генератора. Колебание излучения, отраженного от мишени в i-ом канале на входе оптического приемника, равно Ur p " (os (йа t + Ф1+ ©Mi ) (2) 1 где и — частота i-ro когерентного излучателя; Ф.1 — фаза i-го когерентного излучателя относительно опорного излучения; Ф .i — фаза отраженного от мишени излучения 1-ro когерентного излучателя. На выходе i-ro оптического приемника частота и фаза сигнала разности частот колебаний (1) и (2) следующая 45 (з) Этот сигнал поступает на вход i-го первого фазового компаратора..На его второй вход подается сигнал с выхода i-ro фотоэлектрического приемника, на входе которого комбинируют излучения опорного генератора Cos ((Nor + ия, ) t + Фр ) и iro когерентного излучател я Cos((at+%i) Иоп «>5((и3од" Ир „- иэда» я ж -ср ° cp.) 50 0фэ)(оэ ((йЬг + шрг ) t (4 t + Фрг — Ф ) (4) Сигнал на выходе 1-ro первого фазового компаратора равен Офх11 Соз (Фог Фм! ) 6) Зтот сигнал поступает на вход i-го фазосдвигателя так же как и сигнал радиочастотного генератора Сов (врг t + Фрг ), в результате чего на выходе 1-го фазосдвигателя имеем сигнал UyoiCos (oipr t + Фрг — l + Фог ) (б) На выходе i-го второго фазового компаратора при подаче на его входы сигналов (4) и (6) имеем Офка(Сов f (й1у и ) t + gM (Ф вЂ” Ф у ) 3 (7) После прохождения усилителя этот сигнал используется для подстройки частоты когерентных излучателей к частоте опорного генератора и для формирования фазового фронта излучения, выравненного относительно опорного и сопряженного по фазе принимаемому сигналу, Недостатком описанной системы является то, что она отрабатывает только аберрации сдвига волнового фронта и не корректирует наклона элементов излучающей апертуры. Целью изобретения является повышение интенсивности излучения на мишени за счет коррекции ошибок наклона волнового фронта, Эта цель достигается введением в каждый из N контуров управления полосового фильтра, выход которого соединен с первым входом первого фазового компаратора, а вход соединен с выходом соответствующего оптического приемника, опорное зеркало выполнено модулирующим, введены последовательно соединенные модулирующий генератор и фазовращатель íà zc /2, выходы которых соединены с управляющим входом опорного модулирующего зеркала, кроме того. в устройство введены N корректирующих зеркал, каждое.из которых оптически связано с соответствующим когерентным излучателем и первым входом соответствующего светоделительного устройства, Й контуров управления наклоном корректирующих зеркал, каждый из которых состоит иэ последовательно соединен1760513 ных режекторного фильтра и амплитудного детектора, а также из последовательно соединенных первого синхронного детектора, первого фильтра нижних частот, первого усилителя и двигателя коррекции по азимуту, и из последовательно соединенных второго синхронного детектора, второго фильтра нижних частот, второго усилителя и двигателя коррекции по углу места, причем, первые входы первого и второго синхронного детектора соединены с выходом амплитудного детектора, второй вход первого синхронного детектора соединен с выходом модулирующего генератора, второй вход второго синхронного детектора соединен с выходом фазовращателя на л /2, вход режекторного фильтра соединен с выходом соответствующего оптического приемника, а выходы двигателей коррекции по азимуту и углу места подключены к управляющим входам соответствующего корректирующего зеркала. На чертеже представлена схема устройства, на которой использованы следующие обозначения: 1,1...1.N — решетка из N когерентных излучателей, 2 — генератор опорного излучения, 3 — устройство смещения частоты генератора опорного излучения, 4 — радиочастотный генератор. 5.1„,5.M — устройства деления-отражения луча, 6.1...6,N — оптические приемники, 7.1...7.N — светоделительные устройства, 8,1..:8.К вЂ” контуры управления фазой и частотой излучения когерентных излучателей, каждый из которых состоит из: 9i — паласовой фильтр, 10i — фотоэлектрический приемник, 11i, 13 — первый и второй фазовые компараторы, 12 — фазосдвигател ь, 14i — усилитель, 15,1...15. N — корректирующие зеркала, являющиеся элементами излучающей апертуры, 16 — опорное модулирующее зеркало, 17 — модулирующий генератор, 18 — фазовращатель на л /2, 19.1...19.N — контуры управления наклоном элементов излучающей апертуры, каждый из которых состоит из: 20i — режекторный фильтр, 21i — амплитудный детектор, 22i, 23i — синхронные детекторы, 24t, 25t — фильтры нижних частот, 26!. 271 — усилители, 28i, 29i — двигатели коррекции по азимуту и по углу места. Устройство работает следующим образом, 5 Отраженная от блика на мишени сферическая волна, прошедшая через турбулентную атмосферу, имеет искаженный по фазовому сдвигу и наклону волновой фронт, который с помощью светоделительных уст10 ройств 7,1...7 M делится на N субпучков, каждый из которых поступает на соответствующий оптический приемник 6.1...6.N. Опорная волна создается генератором опорного излучения 2, работающим на час15 тоте и o.r. При прохождении устройства смещения частоты опорного генератора 3, управляемого радиочастотным генератором 4, работающим на частоте в р.г, получает сдвиг частоты на o) p,<, проходит 20 устройства деления-отражения 5.1...5.N, в каждом из которых происходит отделение равной части опорной волны в направлении соответствующего светоделительного устройства 7.1...7,N, что осуществляется за счет 25 подбора коэффициентов пропускания каждого из N устройств деления-отражения лу«а 5.1...5.N, и падает на опорное модулирующее зеркало 16, Через светоделительные устройства 7.1...7.N субпучки .30 опорного излучения вместе с субпучками, отделенными светоделительными устройствами 7.1...7.N от излучения соответствующего когерентного излучателя решетки 1.1...1.N, направляемого посредством кор35 ректирующих зеркал 15.1...15Л, являющихся элементами излучающей апертуры, в направлении мишени, поступают на входы соответствующих фотоэлектронных приемников 10.1...10.N. Опорная волна отражает40 ся от опорного модулирующего зеркала 16, модуляция которого осуществляется в двух ортогональных плоскостях с помощью модулирующего генератора 17, на выходе которого сигнал Sin Q t, и фазовращателя на 45 л /2 18, имеющего на выходе сигнал f" Cos Qt. Отраженная от опорного модули-. рующего зеркала 16 промодулированная опорная волна делится на N равных субпучков с помощью устро1, тва деления-отраже50 ния луча, что достигается подбором коэффициентов пропускания, и совместно с соответствующим субпучком излучения, ограженного от мишени и прошедшего через соответствующее светоделител ьное устрой55 ство, регистрируется соответствующим оптическим приемником 6.1...6.N. Таким образом, в результате комбинирования i-ãî субпучка, принимаемого от мишени излучения, с модулированной по наклону опорной 1760513 волной на выходе i-га оптического приемника 6.N формируется сигнал где ф, Q — коэффициент и частота угловой модуляции; r — радиус зрачка оптического приемника; в i p i — угловые ошибки наклона между субпучками принимаемого излучения и опорным излучением в ортогональных плоскостях; h,о, Л Ф вЂ” результирующие частота и фаза излучения, OTраженного от мишени. Сигнал Орп поступает на входы контура 8i управления фазой и частотой излучения i-го когерентного излучателя и контура 19.N управления наклоном излучающей апертуры. Работа i-ro контура управления фазой и частотой излучения i-ro когерентного излучателя заключается в следующем. С выхода оптического приемника G.i сигнал (8) поступает на вход полосового фильтра 9.i, настроенного на частоту Лв, Так как спектр сигнала (8) представляет собой спектр амплитудно-модулированного колебания с несущей частотой Лсу и боко. вьили частотами Лй + Q, то на выходе полосового фильтра 9л сигнал имеет вид >р. Е - - к - (e - - у< )fco$ (ace; i+a V;) Далее работа контура управления фазой и частотой излучения i-го когерентного излучателя аналогична работе прототипа. Сигнал (9) поступает на вход первого фазового компаратора 11,i, на второй вход которого подается сигнал с выхода фотоэлектрического приемника 10Л, На его входе комбинирует субпучок опорного излучения, отделенный устройством деления-отражения луча 5.i, и субпучок излучения i-ro когерентного излучателя 1,1, отделенный светоделительным устройством 7.i. С выхода первого фазового кампаратора 11Л сигнал поступает на вход фазосдвигателя 12Л, на второй вход которого подается сигнал радиочастотного генератора 4. Сигналы с выходов фазосдвигателя 12.i и фазоэлектрического приемника 10.l поступают на соответствующие входы второго фазового компаратора 13.i, выход которого через уси10 15 литель 14.i подключен к управляющему входу когерентного излучателя 1,!. В результате частоты когерентных излучателей 1.1...1.N подстраиваются к частоте генератора опорного излучения 2 и формируется фазовый фронт излучения, выравненный относительно опорного и сопряженный па фазе принимаемому от мишени излучению. Работа i-го контура управления наклоном элементов излучающей апертуры заключается в следующем. С выхода оптического приемника 6.N сигнал (8) поступает на вход режекторного фильтра 20,i, настроенного на частоту h . Так как спектр сигнала (8) представляет собой спектр амплитудно-модулированного колебания с несущей частотой Аси и боковыми частотами (Ла + Q) . то после прохождения режекторного фильтра 20.! и 20 амплитудного детектора 21,i сигналы на входах синхронных детекторов 22.l и 23.1 пропорциональны величине (QQ Sin Q t +ф<р Cos Qt } . На второй вход синхронного детектора 22Л подаются 25 сигналы модулирующего генератора 17.1, пропорциональные Sin Qt а на второй вход синхронного детектора 23.! поступают сигналы модулирующего генератора 17, предварительно сдвинутые по фазе на л /2 30 с помощью фазовращателя на л /2 18, пропорциональные Cos Qt . Выходные сигналы синхронных детекторов 22.i и 23л после фильтрации фильтрами нижних частот 24.i u 25,i несут информацию об ошибках. наклона 35 i-го элемента волнового фронта и после усиления усилителями 26.i и 27.i соответственно с помощью двигателей коррекции по азимуту 28Л и углу места 29.i соответственно поступают на управляющие входы коррек40 тирующего зеркала 15.1, являющегося элементом излучающей апертуры, изменяя его наклон в двух ортогональных плоскостях, что позволяет формировать на излучающей апертуре волновой фронт, сопряженный по наклону с волновым фронтом принимаемого излучения. Формула изобретения Устройства для фокусировки излучения, содержащее решетку иэ N когерентных из50 лучателей, генератор опорного излучения, оптически связанный с устройством смещения частоты генератора опорного излучения, управляемым разночастотным генератором, N оптических приемников, N контуров управления фазой и частотой излучения когерентных излучателей, каждый из которых состоит из фотоэлектрического приемника и последовательно соединенных первого фазового компаратора, фазосдви1760513 10 гателя, второго фазового компаратора и усилителя, выход которого подключен к управляемому входу соответствующего когерентного излучателя, при этом первый вход первого фазового компаратора соединен с выходом соответствующего оптического приемника, а вторые входы первого и второго фазовых компараторов соединены с выходом соответствующего фотоэлектрического приемника, а второй вход фазосдвигателя соединен с выходом радиочастотного генератора, а также N последовательно оптически взаимосвязанных устройств деления-отражения луча, четвертый оптический выход каждого из которых соединен с соответствующим оптическим приемником, а первый оптический вход первого из N устройств деления-отражения луча оптически связан с выходом устройства смещения частоты генератора опорного излучения, N светоделительных устройств, вторые оптические входы и выходы каждого из которых замкнуты через удаленную мишень, третий вход и выход каждого из которых соединены с третьим выходом и входом соответствующего устройства деления-отражения луча, а первые выходы соединены с входами соответствующего фотоэлектрического приемника, а также опорное зеркало, оптически взаимосвязанное с вторыми входом и выходом N-ro устройства деления-отражения луча, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения интенсивности излучения на мишени за счет коррекции ошибок наклона волнового фронта, в каждый из N контуров управления введен полосовой фильтр, выход котЬрого соединен с первым входом первого фазового компаратора. а вход соединен с выходом соответствующего оптического приемника, опорное зеркало выполнено модулирующим, введены последовательно соединенные модулирую5 щий генератор и фазовращатвль на л /2, выходы которых соединены с управляющим входом опорного модулирующего зеркала. кроме того, в устройство введены N корректирующих зеркал, каждое из которых опти10 чески связано с соответствующим когерентным излучателем и с первым входам соответствующего светоделительного устройства, N контуров управления наклоном корректирующих зеркал, каждый из 15 которых состоит из последовательно соединенных режекторного фильтра и синхронного детектора, а также из последовательно соединенных первого синхронного детектора, первого фильтра 20 нижних частот, первого усилителя и двигателя коррекции по азимуту и из последовательно соединенных второго синхронного детектора, второго фильтра нижних частот, второго усилителя и двигателя коррек25 ции по углу места, причем первые входы первого и второго синхронных детекторов соединены с выходом амплитудного детектора, второй вход первого синхронногодетектора соединен с выходом 30 модулирующего генератора, второй вход второго синхронного детектора соединен с выходом фазовращателя на г /2, вход режекторного фильтра соединен с выходом соответствующего оптического при35 емника, а выходы двигателей коррекции по азимуту и углу места подключены K управляющим входам соответствующего корректирующего зеркала. 1760513 I I I i ! l ! 1 !. t ! ! J Редактор Е.Новикова - Техред M.Moðãåíòàn Корректор Н.Тупица Заказ 3186 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35. Раушская наб„4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, yn,Гагарина, 101
