Акустооптический анализатор

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться для визуального анализа спектра сложных сигналов, определения пеленга и вида их модуляции. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем пеленгации источника излучения сложного сигнала, Цель достигается введением в устройство второго гетеродина 12, второго смесителя 13, усилителя 14 второй промежуточной частоты, второй и третьей антенн 15 и 16,третьего и четвертого смесителей 17 и 18,второго и третьего усилителей 19 и 20 первой промежуточной частоты, четвертого и пятого перемножителей 21 и 22, второго и третьего узкополосных фильтров 23 и 24, первого и второго фазовых детекторов 25 и 26, пятого и шестого блоков 27 и 28 индикации. Устройство содержит также лазер 1, коллиматор 2, ячейки Брэгга 3-1-3-4, линзы 4-1-4-4, матрицы фотодетекторов 5- 1-5-4, блоки 6-1-6-4, первую антенну 7, преобразователь 8 частоты, состоящий из первого гетеродина 8.1 и первого смесителя 8.2, первый усилитель 9 первой промежуточной частоты, первый, второй и третий перемножители 10.1, 10.2 и 10.3, первый, второй и третий полосовые фильтры 11,1 11,2 и 11.3.4ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 R 23/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

11,2 и 11.3. 4 ил.

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1626182 (21) 4919260/21 (22) 13.03.91 (46) 07.03,93, Бюл. № 9 (72) В,E,Âåëèxîâ, В,И,Дикарев и Б,В.Коинаш (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1626182, кл. G 01 Р 23/16, 1988. (54) АКУСТООПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться для визуального анализа спектра сложных сигналов, определения пеленга и вида их модуляции. Цель изобретения — расши рение функциональных возможностей путем . пеленгации источника излучения сложного сигнала. Цель достигается введением в устройство второго гетеродина 12, второго смесителя 13, усилителя 14 второй

» Ы „1800381 А2 промежуточной частоты, второй и третьей антенн 15 и 16, третьего и четвертого смесителей 17 и 18, второго и третьего усилителей

19 и 20 первой промежуточной частоты, четвертого и пятого перемножителей 21 и 22, второго и третьего узкополосных фильтров

23 и 24, первого и второго фазовых детекторов 25 и 26, пятого и шестого блоков 27 и 28 индикации. Устройство содержит также лазер 1, коллиматор 2, ячейки Брэгга 3-1 — 3-4, линзы 4-1 — 4-4, матрицы фотодетекторов 51 — 5-4, блоки 6-1 — 6-4, первую антенну 7, преобразователь 8 частоты, состоящий из первого гетеродина 8.1 и первого смесителя 8.2, первый усилитель 9 первой промежуточной частоты, первый, второй и третий перемножители 10,1., 10.2 и 10.3, первый, второй и третий полосовые фильтры 11,1

1800381

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться для визуального анализа спектра сложных сигналов, определения пеленга и вида их модуляции.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем пеленгации источника излучения сложного сигнала.

Структурная схема анализатора спектра представлена на фиг.1; взаимное расположение символьных частот сложных сигналов с многократной частотной манипуляцией показано на фиг.2; закон изменения фазы частотно-манипулированного сигнала изображен на фиг,З; принцип пеленгации источника сложного сигнала фазовым методом в одной плоскости иллюстрируется фиг,4, Устройство содержит лазер 1, коллиматор 2, ячейки Брэгга 3-1 — 3-4, линзы 4-1 — 4-4, матрицы фотодетекторов 5-1 — 5-4, блоки 61 — 6-4 индикации, первую антенну 7, преобразователь 8 частоты, состоящий из первого гетеродина 8.1 и первого смесителя 8,2, первый усилитель 9 первой промежуточной частоты, первый, второй и третий перемножители 10.1, 10.2 и 10,3, первый, второй и третий полосовые фильтры 11.1, 11.2 и 11.3, второй гетеродин 12, второй смеситель 13, усилитель 14 второй промежуточной частоты, вторую и третью антенны 15 и 16, третий и четвертый смесители 17 и 18, второй и третий усилители 19 и 20 первой промежуточной частоты, четвертый и пятый перемножители 21 и 22, первый и второй узкополосные фильтры 23 и 24, первый и второй фазовые детекторы 25 и 26, пятый и шестой блоки 27 и 28 индикации.

К выходу первой антенны 7 последовательно подключены смеситель 8.2, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 8,1, усилитель 9 первой промежуточной частоты, смеситель 13, второй вход которого соединен с выходом гетеродина

12, и усилитель 14 второй промежуточной частоты, К выходу усилителя 9 первой промежуточной частоты последовательно подключены перемножитель 10.1, полосовой фильтр 11.1, перемножитель 10.2, полосовой фильтр 11.2, перемножитель 10,3 и полосовой фильтр 11.3. На пути распространения пучка света лазера 1 последовательно установлены коллиматор 2 и четыре ячейки Брэгга 3-1 — 3-4. На пути распространения каждого дифрагированного пучка света установлена линза 4-1 — 4-4, в фокальной плоскости которой размещена матрица фотодетекторов 5-1-5-4, к выходу которой подключен блок 6-1 — 6-4 индикации.

Пьезоэлектрические преобразователи ячеек Брэгга 3-1 — 3-4 соединены с выходами усилителя 9 первой промежуточной частоты и полосовых фильтров 11.1, 11.2 и 11,3. К

5 выходу антенны 15 (16) последовательно подключены смеситель 17 (18), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 8, усилитель 19 (20) первой промежуточной частоты, перемножитель 21 (22), второй вход

"О которого соединен с выходом усилителя 14 второй промежуточной частоты, узкополосный фильтр 23 (24), фазовый детектор 25 (26), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 12, и блок 27 (28) индикации.

"5 В устройстве используется двухшкальный метод устранения неоднозначности отсчета угловой координаты (фиг.4). При этом меньшая фаза d< образует грубую, но однозначную шкалу отсчета, а большая база dz—

20 точную, но неоднозначную шкалу отсчета.

Причем между указанными базами выполняются следующие условия:

d1/ Л < 1/2 < dz/ Л .

Акустооптический анализатор спектра работает следующим образом.

Если на вход анализатора спектра поступают сложные сигналы с бинарной фазоЗО вой манипуляцией (ФМН-2), то их аналитически можно записать следующим образом:

0 (т) = Uccos (2 zzfc t+ pk(t)+ «р ).

UZ(t) = UcCOS (2 тГ fc t + p k (t) + p г);

Us(t) = 0ссоз(2 л fc t+ p k (t) + p 3):

0<т <Т, где Uc, fc, Т, p t, р г р з — амплитуда, несущая частота, длительность и начальные фазы сигналов;

pk(t) = О, к — манипулируемая состав45 ляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции, причем p k(t) =const при

k г < t< (k+ 1) т и и может изменяться скачком при t = k t n, т.е. на границах между элементарными посылками (Ic = 1, 2, ..., N-1); т, N — длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Tc (Tc = N г u)

Эти сигналы с выходов антенн 7, 15 и 16 соответственно поступают на первые входы смесителей 8 — 2, 17 и 18, на вторые входы которых подается напряжение U<> гетеродина 8 — 1.

На выходах смесителей 8 — 2. 17 и 18 образуются напряжения комбинационных ча1800381 стот. Усилителями 9, 19 и 20 выделяются напряжения Unpt первой промежуточной частоты tnp<.

Напряжение Unp< (t) с выхода усилителя

9 первой промежуточной частоты поступает 5 на два входа перемножителя 10.1, на выходе которого образуется гармоническое колебание

U4(t) = U4COS (4 7Cfnp) t+ 2 Р пр1), 10

0 t Тс

Гдв 04 = 1/2 К2 0 и р1;

Кг — коэффициент передачи перемно- 15 жителя; р пр1 = fc- f > — первая промежуточная частота.

Так как 2 p k(t) = 0,2 л, то в указанном колебании фазовая манипуляция уже отсут-. 20 ствует, Колебание 04(т) выделяется полосовым фильтром 11;1 и поступает на два входа перемножителя 10.2, на выходе которого образуется гармоническое колебание 0в(т):

05= 1/2 К2 U 4

Это колебание выделяется полосовым фильтром 11,2 и поступает на два входа перемножителя 10.3, на выходе которого 30 образуется гармоническое колебание

0п=1/2 К20 .

Это колебание выделяется полосовым 35 фил ьтром 11.3.

Напряжение Unp> (t) и гармонические колебания U4(t), 05(t) и u6(t) с выходов усилителя 9 первой промежуточной частоты и полосовых фильтров 11.1, 11,2 и 11.3 40 поступают на пьезоэлектрические преобразователи ячеек Брэгга 3-1 — 3-4 соответственно, где происходит их преобразование в акустические колебания.

Г1учок света от лазера 1, сколлимиро- 45 ванный коллиматором 2, проходит через все ячейки Брэгга 3-1 — 3-4 и дифрагирует на акустических колебаниях, возбужденных указанными напряжениями.

На пути распространения каждой диф- 50 рагируемой части пучка света устанавливается линза 4-1 — 4-4, в фокальной плоскости которой формируется пространственный спектр принимаемого сигнала и устанавливается матрица фотодетекторов 5-1 — 5-4, к 55 выходу которой подключен блок 6-1 — 6-4 индикации. Каждому разрешаемому элементу анализируемого частотного диапазона соответствует свой фотодетектор. Каждая ячейка Брэгга 3-1 — 3-4 состоит из звукопровода и возбуждающей гиперзвук пьезоэлектрической пластины, выполненной из кристалла ниобата лития, соответственно Х и У вЂ” 35 среза. Это обеспечивает автоматическую подстройку по углу Брэгга и работу ячейки в широком диапазоне частот. В качестве блоков 6-1 — 6-4 индикации могут быть использованы осциллографические индикаторы.

Ширина спектра ФМН-2 сигнала Л fc определяется длительностью т его элементарных посылок (Л fc = 1/r n). Тогда как ширина спектра второй Л f, четвертой Л

f4 и восьмой Л fe гармоник определяется длительностью Т сигнала (Л f = Л f4 =

Л f8 = 1/Тс). Следовательно, при умножении фазы (частоты) на два, четыре и восемь спектр ФМН-2 сигнала "сворачивается" в N

hf hf hf

p33 (- — — — -- — „— — -. — — = N ) и TpB HCформируется в одиночные спектральные составляющие. Это обстоятельство и является признаком распознавания ФМН-2 сигнала.

Напряжение Unpre (t) с выхода усилителя

9 первой промежуточной частоты одновременно поступает на первый вход смесителя

13, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 12

0г2(С) = 0гг COS (2 л fr2+ р r2 ), где Ur2 fr2, р r2 — амплитуда, частота и начальная фаза напряжения гетеродина 12.

На выходе смесителя 13 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 14 выделяется напряжение только второй промежуточной частоты

Unp4(t) = Unp2 COS (2 X тпр21+ p k(t) + p пр4)

0

fnp2 = fnp1 fr2 — вторая промежуточная частота;

Pnp2= P пр1- Pr2 которое подается на вторые входы перемножителей 21 и 22, на первые входы которых поступают напряжения 0пр2 (t) и Unp3 (t) с выходов усилителей 19 и 20 первой промежуточной частоты соответственно.

На выходах перемножителей 21 и 22 образуются гармонические напряжения

1800381

U7(t), U8(t); U7(t) = U7 соз (2л fr2t+ р2

+ Лф 1); О7= 1/2 K2Unp1 Опр2 О8(т) = О7со$ (2 afZ)+ p г2+ hp 2),0 < t ТсЛф1=

= pz — p1 = 2 тг d1/ А sin а;

Лр2 = pa — p1 = 2 пса Х sin Q где Ьк — последовательность информационных символов -1, +1;

h = 1/2 — индекс девиации частоты.

Функция g(t) представляет собой импульс, определяемый на интервале (О, 7: и)

20 как где О = 1/2 Кз О7 Ог2:

35

О1(с) = О сов (2 л fcp t+ p (t)+ p 1);

U2(t) = Uc c0s (2 л fcp т+ p(t) + p 2)

Оз(с) = Uc cos (2 л fcpt+ p (т) + р 2 ), 0 (с T„, которые выделяются узкополосными фильтрами 23 и 24 и поступают на первые входы фазовых детекторов 25 и 26, на вторые вхоДы котоРых поДаетсЯ напРЯжение Ог2 (t) с выхода гетеродина 12, На выходах фазовых детекторов 25 и 26 образуются постоянные напряжения

U«(а ) = Он cos ЛР1

Он2(G ) = Он cos Apz;

Кз — коэффициент передачи фазовых детекторов 25 и 26, пропорциональные фазовым сдвигам Ьр1 и Лр2 . Эти напряжения регистрируются индикаторами

27 и 28.

Если на вход анализатора спектра по. ступает ФMH-4 сигнал (p () = О, л /2, л, 3/2 л ), то на выходе полосового фильтра 11.1 образуется ФМН-2 сигнал (p к(т) = О, л,2 л, Зл ), а на выходах полосовых фильтров 11.2 и 11.3 образуются соответствующие гармоничеСкиЕ напряжЕния U8(t) и U8(t), Если на вход устройства поступает

ФМН-8 сигнал ((t) = О,.тг /4, л /2, 3/4_#_, л, 5/4л

3/2 л, 7/4 л), то на выходах полосовых фильтров 11.1 и

11,2 образуются ФМН-4 и ФМН-2 сигналы, а на выходе полосового фильтра 11.3 образуется гармоническое напряжение U8(t).

Если на вход устройства поступают сложные сигналы с бинарной частотной манипуляцией (ЧMH-2), то аналитически их можно записать следующим образом: где p (t) — изменяющаяся во времени фазовая функция (фиг.4);

f1 +f2

fcp =

2 — средняя частота сигнала (фиг.За);

71 = fcp — 1i4tu 2 = fcp + "/4 tu символьные частоты.

Фазовая функция может быть представлена выражением

p(t)=2 л h (g bgq(Kt )dr, т 1/2 „т г0, т н):

g(t) =

0;. ((0, т ц).

На выходе полосового фильтра 11.1 образуется частотно-манипулируемый сигнал с индексом девиации частоты h =1, При этом его спектр трансформируется в две спектральные составляющие на частотах 2f1 и 2fz, На выходах полосовых фильтров 11,2 и 11.3 образуются две спектральные составляющие на частотах 411, 4 fz, и 8f1, 812.

Если на вход устройства поступает сигнал с дуобинарной частотной манипуляцией (ЧМН-3) (фиг.2б), то на выходах полосовых фильтров 11,2 и 11.3 образуются три спектральные составляющие на частотах 411, 41ср, 4f2 и Sf1, Sfcp, Sf2, т,е. сплошной спектР трансформируется в три спектральные составляющие. На выходе перемножителя

10.1 спектр ЧМН-3 сигнала трансформируется в другой сплошной спектр, поскольку

i1 <1, Таким образом, на экранах индикаторов

6 визуально наблюдаются сплошные спектры, Если на вход устройства поступает сложный сигнал со скругленной частотной манипуляцией (ЧМН-5) (фиг.2), то на выходе перемножителя 10,3 его сплошной спектр трансформируется в пять спектральных лепестков с пиковыми значениями на частотах

811, Sf4, 81з, 815 и 812. На выходах перемножителей 10.1 и 10,2 сплошной спектр ЧМН5 сигнала трансформируется в другие сплошные спектры, так как в этих случаях

I1 <1.

1800381

О т Тс, 0 t Tc, 50

Если на вход устройства поступают сложные сигналы с линейной частотной модуляя цией (Л Ч М) U1(t) = Uc COS (2 X fc l + X У С + P 1);

UZ(t) = 0 COS (2 Л fc t+ Л 7 t +.P Z);

U3(t)=UcCOS(2 X tet+ X g + P 3), 0 t Tc, где y= h fa!Tc — скорость изменения частоты внутри импульса.

Л fg — дивиация частоты, то усилителями 9, 19 и 20 первой промежуточной частоты выделяются найряжения

Unp1(t) = Unp COS(2 Л fnp1t+ Л l + P пр1);

Upp(t) = 0пр сов(2л fnpt+ л у t + р р 2); г

Unp3(t)=Unpcos(2 тг fnpt+ л У Р + ф прз), Напряжение Unp1(t) с выхода усилителя

9 первой промежуточной частоты поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 3 и на два входа перемножителя 10,1, на выходе которого образуется

ЛЧ M-сигнал.

U4(t)=U4COS(4 Л fnp11+2 Л g 12+2 P»p1), который выделяется полосовым фильтром

11.1 и поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 3-2, Так как длительность ТС ЛЧМ-сигнала на основной и удвоенной промежуточной частоте одинакова, то увеличение у в 2 раза происходит за счет увеличения в 2 раза девиации частоты Л fg. Из этого следует, что ширина спектра ЛЧМ-сигнала на удвоенной промежуточной частоте в 2 раза больше его ширины на основной промежуточной частоте (Л fZ = 2 Л fc). ÀÍàËOÃÈ×ÍO На ВЫХОдаХ ПЕремножителей 10.2 и 10.3 ширина спектра

ЛЧМ-сигнала увеличивается в 4 и 8 раз, Следовательно, на экране индикатора

5 6-1 визуально наблюдается спектр ЛЧМсигнала, а на экранах индикаторов 6-2, 6-3 и

6-4 наблюдаются спектры ЛЧМ-сигналов, ширина которых в 2, 4 и 8 раз больше ширины спектра исходного ЛЧМ-сигнала. Это об10 стоятельство и является признаком распознавания ЛЧМ-сигнала.

Формула изобретения

15 Акустооптический анализатор спектра поавт.св. N 1626182, отл ича ю щи йся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем пеленгации источника излучения сложного сигнала, в него

20 введены вторая и третья антенны, второй, третий и четвертый смесители, второй и третий усилители первой промежуточной частоты, второй гетеродин, четвертый и пятый перемножители, два узкополосных фильтра, 25 два фазовых детектора, усилитель второй промежуточной частоты, пятый и шестой блоки индикации, причем к выходу первого усилителя первой промежуточной частоты последовательно подключены второй сме30 ситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и усилитель второй промежуточной частоты, к выходу второй и третьей антенн последовательно подключены соответственно третий и чет35 вертый смесители, второй вход которых соединен с выходом первого гетеродина, второй и третий усилители первой промежуточной частоты, четвертый и пятый перемножители, второй вход которых соединен

40 с выходом усилителя второй промежуточной частоты, первый и второй фазовый детекторы, второй вход которых соединен с выходом второго гетеродина, и с пятым и шестым блоками индикации соответственно.

1800381 ;. и-2 а.

Ч. (я-3

Ве

Фиг 4

Редактор

Заказ 1162 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

- — :Г

%"

1 1

Составитель Л.Устинова

Техред Ы.Моргентал Корректор Н,Кешеля