Акустооптическое устройство обнаружения широкополосных фазоманипулированных сигналов и определения вида их фазовой модуляции
Владельцы патента RU 2290650:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" (RU)
Изобретение относится к области оптической обработки сигналов и может быть использовано для анализа принимаемых сигналов в многоканальных и одноканальных системах радиосвязи. Устройство содержит лазер, конденсор, коллиматор, ультразвуковой модулятор света, интегрирующую линзу и матрицу из n фотоприемников. Дополнительно в устройство введены два полупрозрачных зеркала, отражательное зеркало, два ультразвуковых модулятора света, две интегрирующие линзы, две матрицы из n фотоприемников, логический блок, три группы n полосовых фильтров, две группы n усилителей с квадратичной характеристикой, две группы n смесителей и генератор опорных частот. Техническим результатом является возможность одновременного обнаружения синусоидальных сигналов и фазоманипулированных широкополосных сигналов (ФМШПС), определения их несущих частот и вида их фазовой модуляции. 3 ил.
Предлагаемое устройство относится к области оптической обработки сигналов и может быть использовано для анализа принимаемых сигналов в многоканальных и одноканальных системах радиосвязи.
Известно акустооптическое устройство спектрального анализа по книге «Оптическая обработка радиосигналов в реальном времени» Под. ред. С.В.Кулакова - М.: Радио и связь, 1989, с.48, содержащее лазер, конденсор, коллиматор, акустооптический модулятор, фурье-линзу, регистрирующее устройство.
Известно также устройство акустооптического коррелятора по а.с. 1171818, G 06 G 9/00, содержащее расположенные последовательно на одной оптической оси источник когерентного света, коллиматор, первую цилиндрическую линзу, первый акустооптический модулятор, первую сферическую линзу, второй акустооптический модулятор, вторую сферическую линзу, вторую цилиндрическую линзу и двумерный фотоприемник.
Недостатком известных устройств является невозможность обнаружения фазоманипулированных широкополосных сигналов (ФМШПС) и определения вида их модуляции.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является акустооптический спектроанализатор, приведенный в книге В.И.Борисова, В.М.Зинчука, А.Е.Лимарева, Н.П.Мухина, Г.С.Нахмансона «Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью» на с.508, рис.10.3, принятый за прототип.
Структурная схема устройства-прототипа представлена на фиг.1, где обозначено:
1 - лазер;
2 - конденсор;
3 - коллиматор;
4 - ультразвуковой модулятор света (УЗМС);
5 - интегрирующая линза;
6 - матрица (линейка) из n фотоприемников;
7 - электронная система обработки сигналов фотоприемников.
Устройство-прототип содержит последовательно расположенные на одной оптической оси лазер 1, конденсор 2, коллиматор 3, ультразвуковой модулятор света (УЗМС) 4, электрический вход которого является входом устройства, линзу 5 и матрицу (линейку) из n фотоприемников 6, n выходов которой подключены к соответствующим n входам электронной системы обработки сигналов фотоприемников 7, выходы которой являются соответственно n выходами устройства.
Работает устройство-прототип следующим образом. Свет, излучаемый лазером 1, преобразуется конденсором 2 и коллиматором 3 в плоский опорный пучок, освещающий УЗМС 4. УЗМС 4 освещается коллимированным пучком света.
Возбуждающий УЗМС 4 сигнал имеет вид
где a0 - амплитуда принимаемого сигнала;
U(t) и ϕ(t) - законы амплитудной и фазовой модуляции;
- мнимая единица;
ω0=2πƒ0;
f0 - несущая частота сигнала;
ϕ0 - начальная фаза сигнала.
Возбуждающий электрический сигнал преобразуется пьезопреобразователем в акустическую волну, распространяющуюся вдоль апертуры УЗМС 4 со скоростью распространения ультразвука V.
Тогда коэффициент прозрачности УЗМС 4 будет равен:
где 
- индекс фазовой модуляции;
L - толщина УЗМС 4;
λ - длина волны света;
Δnм - максимальное изменение коэффициента преломления среды УЗМС при воздействии на него сигнала единичной мощности;
S(t-x/V) - акустический сигнал, возбуждаемый пьезопреобразователем и распространяющийся вдоль оси OX в УЗМС 4;
t - текущее время наблюдения;
x - координата, вдоль оси которой в УЗМС 4 распространяется ультразвук.
V - скорость распространения ультразвука в УЗМС.
Учитывая, что УЗМС 4 работает при малых индексах фазовой модуляции, т.е. Ψ≪1, коэффициент прозрачности УЗМС 4 будет равен:
и распределение интенсивности дифрагированного света на УЗМС 4 в плоскости матрицы из n фотоприемников 6:
где 
и 
- пространственные частоты;
Н - ширина УЗМС вдоль оси Oy;
E0 - амплитуда световой волны;
D - длина УЗМС вдоль оси Ох ;
ƒл - фокусное расстояние интегрирующей линзы вдоль оси Z;
ξ и η - координаты в плоскости расположения линейки фотоприемников, апертура каждого из которых имеет размеры dξ×dη, a координаты центра i-го (i=1,2,...,n) фотоприемника (ξi,0).
Электрический сигнал на выходе i-го фотоприемника:
где
- мощность оптического сигнала, перехватываемая апертурой i-го фотоприемника;
Кпр - крутизна преобразования фотоприемников.
С выходов матрицы из n фотоприемников 6 сигналы поступают в электронную систему обработки сигналов фотоприемников 7, где проводится их анализ и определение номеров засвеченных фотоприемников, которые подаются на выходы устройства.
Недостатком устройства-прототипа является то, что при приеме сигналов с фазовой бинарной или четверичной модуляцией сигнал не регистрируется фотоприемником, так как в апертуре УЗМС одновременно находится несколько элементарных импульсов с противоположными по знаку коэффициентами модуляции.
Для устранения указанного недостатка в акустооптическое устройство обнаружения широкополосных фазоманипулированных сигналов и определения вида их фазовой модуляции, содержащее последовательно расположенные на первой оптической оси лазер, конденсор, коллиматор, первый ультразвуковой модулятор света, электрический вход которого является входом устройства, первую интегрирующую линзу и первую матрицу из n фотоприемников, согласно изобретению введены n полосовых фильтров первой, второй и третьей групп, n смесителей первой и второй групп, n усилителей с квадратичной характеристикой первой и второй групп, генератор опорных частот, логический блок, первое полупрозрачное зеркало, последовательно расположенные на второй оптической оси второе полупрозрачное зеркало, второй ультразвуковой модулятор света, вторая интегрирующая линза и вторая матрица из n фотоприемников, последовательно расположенные на третьей оптической оси отражательное зеркало, третий ультразвуковой модулятор света, третья интегрирующая линза и третья матрица из n фотоприемников; при этом первое полупрозрачное зеркало размещено на первой оптической оси между коллиматором и первым ультразвуковым модулятором света под углом большим, или равным сорока пяти градусам к направлению первой оптической оси, второе полупрозрачное зеркало размещено параллельно первому полупрозрачному зеркалу так, что проходящий сквозь первое полупрозрачное зеркало и отраженный от второго полупрозрачного зеркала световой поток образует вторую оптическую ось, а отражательное зеркало размещено параллельно второму полупрозрачному зеркалу так, что проходящий сквозь второе полупрозрачное зеркало и отраженный отражательным зеркалом световой поток образует третью оптическую ось; кроме того, вход устройства соединен с входами n полосовых фильтров первой группы, выходы которых через соответствующие усилители с квадратичной характеристикой первой группы подключены к первым входам соответствующих смесителей первой группы, выходы которых через соответствующие полосовые фильтры второй группы соединены с соответствующими n входами второго ультразвукового модулятора света; кроме этого, выходы n полосовых фильтров второй группы через соответствующие усилители с квадратичной характеристикой второй группы подключены к первым входам соответствующих смесителей второй группы, выходы которых через соответствующие полосовые фильтры третьей группы соединены с соответствующими n входами третьего ультразвукового модулятора света; n выходов генератора опорных частот соединены с объединенными вторыми входами соответствующих смесителей первой и второй групп; выходы первой матрицы из n фотоприемников соединены с n входами первой группы логического блока соответственно, выходы второй матрицы из n фотоприемников соединены с n входами второй группы логического блока соответственно, выходы третьей матрицы из n фотоприемников соединены с n входами третьей группы логического блока соответственно; 3n выходов логического блока, образующие n групп по три выхода в каждой группе, являются соответствующими выходами устройства.
Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 2, где обозначено:
1 - лазер;
2 - конденсор;
3 - коллиматор;
41, 42 и 43 - первый, второй и третий ультразвуковые модуляторы света (УЗМС);
51, 52 и 53 - первая, вторая и третья интегрирующие линзы;
61, 62 и 63 - первая, вторая и третья - матрицы (линейки) из n фотоприемников;
71 и 72 - первое и второе полупрозрачные зеркала;
8 - отражательное зеркало;
9 - логический блок;
101-10n - n полосовых фильтров первой группы;
111-11n - n усилителей с квадратичной характеристикой первой группы;
121-12n - n смесителей первой группы;
131-13n - n полосовых фильтров второй группы;
141-14n - n усилителей с квадратичной характеристикой второй группы;
151-15n - n смесителей второй группы;
161-16n - n полосовых фильтров третьей группы;
17 - генератор опорных частот.
Предлагаемое устройство содержит последовательно расположенные на первой оптической оси лазер 1, конденсор 2, коллиматор 3, первое полупрозрачное зеркало 71, первый ультразвуковой модулятор света (УЗМС) 41, первую интегрирующую линзу 51 и первую матрицу из n фотоприемников 61; последовательно расположенные на второй оптической оси второе полупрозрачное зеркало 72, второй УЗМС 42, вторую интегрирующую линзу 52 и вторую матрицу из n фотоприемников 62; последовательно расположенные на третьей оптической оси отражательное зеркало 8, третий УЗМС 43, третью интегрирующую линзу 53 и третью матрицу из n фотоприемников 63; причем первое полупрозрачное зеркало 71 размещено под углом, большим или равным сорока пяти градусам к направлению первой оптической оси, второе полупрозрачное зеркало 72 размещено параллельно первому полупрозрачному зеркалу 71, так, что проходящий сквозь первое полупрозрачное зеркало 71 и отраженный от второго полупрозрачного зеркала 72 световой поток, образуя вторую оптическую ось, освещает второй УЗМС 42, а отражательное зеркало 8 размещено параллельно второму полупрозрачному зеркалу 72 так, что проходящий сквозь второе полупрозрачное зеркало 72 и отраженный отражательным 8 зеркалом световой поток, образуя третью оптическую ось, освещает третий УЗМС 43.
Вход устройства соединен с входом первого УЗМС 41 и входами n полосовых фильтров первой группы 101-10n, выходы которых через соответствующие усилители с квадратичной характеристикой первой группы 111-11n подключены к первым входам соответствующих смесителей первой группы 121-12n, выходы которых через соответствующие полосовые фильтры второй группы 131-13n соединены с соответствующими n входами второго УЗМС 42. Кроме того, выходы n полосовых фильтров второй группы 131-13n через соответствующие усилители с квадратичной характеристикой второй группы 141-14n подключены к первым входам соответствующих смесителей второй группы 151-15n, выходы которых через соответствующие полосовые фильтры третьей группы 161-16n соединены с соответствующими n входами третьего УЗМС 43; n выходов генератора опорных частот 17 соединены с объединенными вторыми входами соответствующих смесителей первой 121-12n и второй 151-15n групп.
Выходы первой матрицы из n фотоприемников 61 соединены с n входами первой группы логического блока 9 соответственно; выходы второй матрицы из n фотоприемников 62 соединены с n входами второй группы логического блока 9 соответственно; выходы третьей матрицы из n фотоприемников 63 соединены с n входами третьей группы логического блока 9 соответственно; 3n выходов логического блока 9, образующие n групп по три выхода в каждой группе, являются соответствующими выходами устройства.
Работает предлагаемое устройство следующим образом.
Свет, излучаемый лазером 1, преобразуется конденсором 2 и коллиматором 3 в плоский опорный пучок, который, отражаясь первым полупрозрачным зеркалом 71, освещает первый УЗМС 41 под углом Брэгга θБ к нормали к его поверхности.
В то же время, на вход электрический вход первого УЗМС 41 с размерами апертуры D×H (длинах×ширину) поступает фазоманипулированный широкополосный сигнал (ФМШПС):
где 
- прямоугольная огибающая отдельного импульса длительностью τи;
k - номер импульса в сигнале;
N - общее число импульсов в принимаемом сигнале;
{pk} - совокупность коэффициентов, определяющих закон изменения фазовой псевдослучайной кодовой последовательности, принимающих значения рk=0,1 при бинарной и рk=0,±1,2 - при четверичной модуляции;
θс - величина скачка фазы, принимающая значения θc=π при бинарной модуляции и θc=π/2 при четверичной модуляции.
Сигнал S(t), воздействуя на пьезопреобразователь первого УЗМС 41, возбуждает в его звукопроводе акустическую волну, распространяющуюся вдоль оси Ох со скоростью V. Предполагается, что длительность анализируемого сигнала Nτи значительно превышает Tм=D/V - время распространения ультразвуковой волны в первом УЗМС 41 и в апертуре первого УЗМС 41 размещается m отдельных импульсов принимаемого ФМШПС, т.е. D=mVτи (Vτи - пространственная длительность отдельного импульса).
Тогда распределение интенсивности дифрагированного светового пучка в выходной фокальной плоскости (в плоскости размещения фотоприемников) может быть записано как:
где Ψ=2πΔnмL/λ - индекс фазовой модуляции;
L - длина акустооптического взаимодействия (толщина УЗМС);
Δnм - амплитуда изменения коэффициента преломления среды акустооптического взаимодействия относительно среднего значения при воздействии сигнала единичной мощности;
λ - длина волны светового пучка освещающего УЗМС;
E0 - амплитуда световой волны;
и - пространственные частоты.
При заполнении апертуры первого УЗМС 41 сигналом (7) распределение интенсивности светового потока, прошедшего первый УЗМС 41, первую интегрирующую линзу 51 и освещающего первую матрицу из n фотоприемников 61, определяется следующими соотношениями.
Для 0<t<τи:
где 
Апр=(E0ΨDH/λƒл)2,
ωx0=ωx-ω0/V,
α1=p1θc (где p1 определяется как {рk} - см. выше).
Для(k-1)τи<t<kτи, 2≤k≤m:
где αν=pνθc - фаза ν-го импульса, находящегося в апертуре УЗМС 41, ν - принимает значения от 1 до k-1 в соответствии с импульсами, находящимися в рассматриваемый момент времени в апертуре УЗМС 41.
Для kτи<t<{k+1)τи, m≤k≤N-1:
где αk+1, αk-ν и αk-(m-1) - фазы k+1-го, k-ν-го и k-(m-1)-го импульсов соответственно, находящихся в апертуре УЗМС 41 в рассматриваемый момент времени.
Электрический сигнал на выходе i-го (i=1, ..., n) фотоприемника первой матрицы 61.i с координатами центра (ξi=iΔξ,0), может быть представлен в виде:
где Kпер - постоянная, характеризующая свойства переходной характеристики фотоприемника;
где Kпр - постоянная, характеризующая крутизну преобразования фотоприемника.
Кроме того, световой поток, проходя через первое полупрозрачное зеркало 71, попадает на второе полупрозрачное зеркало 72, отражаясь от которого освещает второй УЗМС 42.
В то же время, на i-й электрический вход второго УЗМС 42 подается модулирующий сигнал, который формируется следующим образом. Входной сигнал (7) поступает на вход i-го полосового фильтра первой группы 10i, рабочая частота которого совпадает с частотой ƒ0=ω0/2π, и затем на соответствующий усилитель с квадратичной характеристикой первой группы 11i, осуществляющий операцию y[t)=ZS2(t), на выходе которого формируется сигнал:
где Z - коэффициент, характеризующий размерность выходного сигнала усилителя y1(t).
Сигнал с выхода i-го усилителя с квадратичной характеристикой первой группы 11i поступает на первый вход соответствующего смесителя первой группы 12i, на второй вход которого подается напряжение с соответствующего i-го выхода генератора опорных частот 17:
где aоп - амплитуда опорного сигнала генератора опорных частот 17.
С выхода i-го смесителя первой группы 12 сигнал с частотой ƒ0 подается на вход i-го полосового фильтра второй группы 13i, рабочая частота которого ƒ0=ω0/2π.
Тогда напряжение сигнала на выходе i-го полосового фильтра второй группы 13i, определяется:
где Ксм - константа, характеризующая размерность выходного сигнала смесителя частоты.
С выхода i-го полосового фильтра второй группы 13i сигнал (15) поступает на соответствующий i-й электрический вход второго УЗМС 42.
При заполнении апертуры второго УЗМС 42 сигналом (15) распределение интенсивности светового потока, прошедшего через второй УЗМС 42, вторую интегрирующую линзу 52 и освещающего вторую матрицу из n фотоприемников 62, определяется следующими соотношениями:
Для 0<t<τи:
где 
Для (k-1)τи< t<kτи, 2≤k≤m:
Для kτи<t<(k+1)τи, m≤k≤N-1:
Проводя рассмотрение по аналогии с вышеизложенным, получим, что электрический сигнал на выходе i-го фотоприемника второй матрицы 62.i с координатами центра (ξI=iΔξ,0) можно записать как
где 
Кроме того, световой поток, проходя через второе полупрозрачное зеркало 72, попадает на отражательное зеркало 8, отражаясь от которого, освещает третий УЗМС 43.
В то же время, на i-й электрический вход третьего УЗМС 43 подается модулирующий сигнал, который формируется следующим образом. Сигнал (15) с выхода i-го полосового фильтра второй группы 13i поступает на вход i-го усилителя с квадратичной характеристикой второй группы 14i, выходной сигнал которого определяется:
Сигнал с выхода i-го усилителя с квадратичной характеристикой второй группы 14i, поступает на первый вход смесителя второй группы 15i, на второй вход которого подается напряжение с соответствующего i-го выхода генератора опорных частот 17 Uоп(t) такое же, как и на второй вход смесителя первой группы 12i.
С выхода i-го смесителя второй группы 15i сигнал с частотой ƒ0 подается на вход i-го полосового фильтра третьей группы 16i, рабочая частота которого совпадает с частотой ƒ0=ω0/2π.
Тогда напряжение на выходе i-го полосового фильтра третьей группы 16i определяется:
С выхода i-го полосового фильтра третьей группы 16i сигнал (21) подается на соответствующий i-й вход третьего УЗМС 43.
При заполнении апертуры третьего УЗМС 43 сигналом (21) распределение интенсивности светового потока, прошедшего через третий УЗМС 43, третью интегрирующую линзу 53 и освещающего третью матрицу из n фотоприемников 63, определяется соотношениями:
Для 0<t<τи:
где 
Для (k-1)τи<t<kτи, 2≤k≤m:
Для kτи<t<(k+1)τи, m≤k≤N-1:
Тогда напряжение на выходе i- го фотоприемника третьей матрицы 63.i с координатами центра (ξi=iΔξ,0) определяется:
где 
При приеме сигнала (7) на частоте ω0 в соответствии с (9)-(11), (16)-(18) и (22)-(24) выходные эффекты незасвеченных фотоприемников будут равны нулю. Выходные эффекты на выходе 1-х фотоприемников первой 61.i, второй 62.i, и третьей 63.i матриц, соответствующих пространственной частоте ωx=ω0/V, будут определяться соответственно:
где 
где Bпр1=Bпр(ZKсмaопa0)2;
где Bпр2=Bпр(ZKсмaопa0)6.
Сигналы с выходов первой 61, второй 62 и третьей 63 матриц из n фотоприемников подаются на соответствующие группы входов логического блока 9, где проводится анализ и логическая обработка сигналов с целью определения вида фазовой модуляции принятого сигнала.
С n групп выходов логического блока 9 сигналы поступают на соответствующие группы выходов устройства.
Логический блок 9 может быть реализован согласно функциональной схеме, представленной на фиг.3, где введены следующие обозначения:
911.1-913.n - 3n пороговых блоков;
921.1-922.n - 2n инверторов;
931.1-93n.3 - 3n схем «И».
Логический блок 9 содержит 3n пороговых блоков 911.1-913.n, образующих три группы по n пороговых блоков в каждой соответственно: 911.1-911.n, 912.1-912.n и 913.1-913.n, 2n инверторов 921.1-921.n, образующих две группы по n инверторов в каждой соответственно: 921.1-921.n и 922.1-922.n, а также 3n схем «И» 931.1- 93n.3, образующих n групп по три схемы «И» в каждой соответственно: 931.1-931.3, ..., 93n.1-93n.3.
Входы n пороговых блоков первой группы 911.1-911.n являются соответствующими n входами первой группы логического блока 9. Выход каждого из n пороговых блоков первой группы 911.1-911.n соединен со входом соответствующего инвертора первой группы 921.1-921.n, а также с первым входом первой схемы «И» соответствующей n группы 931.1,...,93n.1. Выход каждого из n инверторов первой группы 921.1-921.n соединен с объединенными первыми входами второй и третьей схем «И» соответствующей n группы: 931.2 и 931.3,...,93n.2 и 93n.3.
Входы n пороговых блоков второй группы 912.1-912.n являются соответствующими n входами второй группы логического блока 9. Выход каждого из n пороговых блоков второй группы 912.1-912.n соединен со входом соответствующего инвертора второй группы 922.1-922.n, а также с объединенными вторыми входами первой и второй схем «И» соответствующей n группы: 931.1 и 931.2,...,93n.1 и 93n.2.
Входы n пороговых блоков третьей группы 913.1-913.n являются соответствующими n входами третьей группы логического блока 9. Выход каждого из n пороговых блоков третьей группы 913.1-913.n соединен с объединенными третьими входами первой, второй и третьей схем «И» соответствующей n группы: 931.1-931.3,...,93n.1-93n.3.
Логический блок 9 работает следующим образом.
С первой группы входов логического блока 9 выходные сигналы первой матрицы из n фотоприемников 61 поступают на входы соответствующих n пороговых блоков первой группы 911.1-911.n, со второй группы входов логического блока 9 выходные сигналы второй матрицы из n фотоприемников 62 поступают на входы соответствующих n пороговых блоков второй группы 912.1-912.n, а с третьей группы входов выходные сигналы третьей матрицы из n фотоприемников 63 поступают на входы соответствующих n пороговых блоков третьей группы 913.1-913.n. Величина порога каждой группы пороговых блоков выбирается таким образом, чтобы выходной сигнал фотоприемника превышал его только в случае прохождения через соответствующий УЗМС чисто синусоидального сигнала.
Рассмотрим случай, когда фазовая модуляция у сигнала отсутствует, то есть на вход устройства принимается простой синусоидальный сигнал (θc=0) с частотой, соответствующей i-м фотоприемникам во всех трех матрицах. Тогда выходные сигналы i-х фотоприемников первой 61.i, второй 62.i, и третьей 63.i матриц, соответствующих частоте принимаемого сигнала, имеют большую величину:
Следовательно, выходные сигналы соответствующих i-х пороговых блоков первой 911.i, второй 912.i и третьей 913.i групп равны логической «1», и, соответственно, на выходах соответствующих i-x инверторов первой 921.i, и второй 922.i групп будут логические «0». В этом случае на первый, второй и третий входы первой схемы «И» соответствующей i-й группы 93i.1 будут поступать логические «1» и, следовательно, на выходе первой схемы «И» i-й группы 93i.1 будет сигнал уровня логической «1». Этот сигнал показывает, что на вход устройства поступил синусоидальный сигнал на частоте ƒ0, соответствующей i-му каналу обработки.
При этом с выхода соответствующего i-го инвертора первой группы 921.i на объединенные первые входы второй 93i.2 и третьей 93i.3 схем "И" соответствующей i-й группы поступят логические «0», с выхода i-го инвертора второй группы 922.i на второй вход третьей схемы «И» соответствующей i-й группы также поступит логический «0», а с выхода i-го порогового блока третьей группы 913.i на третьи входы второй 93i.2 и третьей 93i.3 схем "И" соответствующей i-й группы поступят логические «1». Следовательно, на выходах второй 93i.2 и третьей 93i.3 схем "И" i-й группы будут сигналы уровня логического «0».
При приеме ФМШПС с бинарной фазовой модуляцией (θc=π) выходные сигналы i-x фотоприемников второй 62.i и третьей 63.i матриц, соответствующих частоте принимаемого сигнала, принимают максимальные значения, совпадающие с (30) и (31) соответственно, т.к. все значения фазовых коэффициентов 2αk=2pkπ кратны 2π (pk=0,1). Величина же выходного сигнала i-го фотоприемника первой матрицы 61.i в силу того, что фаза сигнала модулируется псевдослучайной последовательностью, будет, как следует из (26)-(28), значительно меньше, и соответствующий пороговый блок первой группы 911.i не сработает, то есть на его выходе будет логический "0". В этом случае на первый вход первой схемы «И» соответствующей i-й группы 93i.1 поступит логический «0», а на второй вход - логическая «1»; с выхода i-го инвертора первой группы 921.i на объединенные первые входы второй 93i.2 и третьей 93i.3 схем "И" соответствующей i-й группы поступят логические «1», с выхода i-го инвертора второй группы 922.i на второй вход третьей схемы «И» соответствующей i-й группы 93i.3 поступит логический «0», а с выхода i-го порогового блока третьей группы 913.i на третьи входы первой 93i.1 второй 93i.2 и третьей 93i.3 схем "И" соответствующей i-й группы поступят логические «1». Следовательно, на выходах первой 93i.1 и третьей 93i.3 схем "И" i-й группы будут сигналы уровня логического «0», а на выходе второй схемы «И» i-й группы 93i.2 будет сигнал уровня логической «1». Этот сигнал показывает, что на вход устройства поступил ФМШПС с бинарной фазовой модуляцией на несущей частоте ƒ0, соответствующей i-му каналу обработки.
При приеме ФМШПС с четверичной фазовой модуляцией (θc=π/2), выходной сигнал i-го фотоприемника третьей матрицы 63.i принимает значение, совпадающее с (31), т.к. 4αk=2pkπ(θc=π/2) и, следовательно, выходной сигнал соответствующего i-го порогового блока третьей группы 913.i будет равен логической "1". Величины же выходных сигналов i-х фотоприемников первой 61.i и второй 62.i матриц будут значительно меньше, и соответствующие i-е пороговые блоки первой 911.i и второй 912.i групп не сработают, то есть на их выходах будут логические "0". В этом случае, на первый и второй входы первой схемы «И» соответствующей i-й группы 93i.1, а также на второй вход второй схемы «И» соответствующей i-й группы 93i.2, будут поступать логические «0», с выхода i-го инвертора первой группы 922.i на объединенные первые входы второй 93i.2 и третьей 93i.3 схем "И" соответствующей i-й группы поступят логические «1», с выхода i-го инвертора второй группы 922.i на второй вход третьей схемы «И» соответствующей i-й группы 93i.3 также поступит логическая «1», а с выхода i-го порогового блока третьей группы 913.i на третьи входы первой 93i.1, второй 93i.2 и третьей 93i.3 схем "И" соответствующей i-й группы поступят логические «1». Следовательно, на выходах первой 93i.1 и второй 93i.2 схем "И" i-й группы будут сигналы уровня логического «0», а на выходе третьей схемы «И» i-й группы 93i.3 будет сигнал уровня логической «1». Этот сигнал показывает, что на вход устройства поступил ФМШПС с четверичной фазовой модуляцией на несущей частоте ƒ0, соответствующей i-му каналу обработки.
При одновременном приеме нескольких ФМ сигналов на частотах, соответствующих нескольким каналам обработки, на соответствующих группах выходов будут присутствовать по одной логической "1", которые будут указывать на виды фазовой модуляции каждого из принимаемых сигналов.
Реализацию матриц из n фотоприемников можно осуществить, используя следующую литературу:
Д.М.Борсак «Фотодетекторы для акустооптических систем обработки сигналов», ТИИЭР, 1981 г., т.69, №1, стр.117-138;
Н.А.Есепкина и др. «Оптоэлектронные процессоры со сканирующими ПЗС фотоприемниками». Квантовая электроника, 1995 г., т.22, №10, стр.991-996.
Реализация остальных блоков не вызывает затруднений, так как они широко описаны в научно-технической литературе.
Таким образом, в предлагаемом устройстве на выходе фотоприемников, имеющих одинаковые номера в каждой из трех матриц, одновременно формируются максимальные выходные эффекты.
Номер фотоприемников с максимальным выходным эффектом соответствует несущей частоте принимаемого сигнала.
Комбинация засвеченных фотоприемников определяет вид модуляции сигнала: три засвеченных фотоприемника соответствуют сигналу без фазовой модуляции, два - сигналу с бинарной фазовой модуляцией, один - сигналу с четверичной фазовой модуляцией.
Следовательно, введение в устройство новых блоков позволяет осуществлять обнаружение синусоидальных сигналов и ФМШПС, определять их несущую частоту и вид фазовой модуляции.
Акустооптическое устройство обнаружения широкополосных фазоманипулированных сигналов и определения вида их фазовой модуляции, содержащее последовательно расположенные на первой оптической оси лазер, конденсор, коллиматор, первый ультразвуковой модулятор света, электрический вход которого является входом устройства, первую интегрирующую линзу и первую матрицу из n фотоприемников, отличающееся тем, что введены n полосовых фильтров первой, второй и третьей групп, n смесителей первой и второй групп, n усилителей с квадратичной характеристикой первой и второй групп, генератор опорных частот, логический блок, первое полупрозрачное зеркало, последовательно расположенные на второй оптической оси второе полупрозрачное зеркало, второй ультразвуковой модулятор света, вторая интегрирующая линза и вторая матрица из n фотоприемников, последовательно расположенные на третьей оптической оси отражательное зеркало, третий ультразвуковой модулятор света, третья интегрирующая линза и третья матрица из n фотоприемников при этом первое полупрозрачное зеркало размещено на первой оптической оси между коллиматором и первым ультразвуковым модулятором света под углом, большим или равным 45° к направлению первой оптической оси, второе полупрозрачное зеркало размещено параллельно первому полупрозрачному зеркалу так, что проходящий сквозь первое полупрозрачное зеркало и отраженный от второго полупрозрачного зеркала световой поток образует вторую оптическую ось, а отражательное зеркало размещено параллельно второму полупрозрачному зеркалу так, что проходящий сквозь второе полупрозрачное зеркало и отраженный отражательным зеркалом световой поток образует третью оптическую ось; кроме того, вход устройства соединен с входами n полосовых фильтров первой группы, выходы которых через соответствующие усилители с квадратичной характеристикой первой группы подключены к первым входам соответствующих смесителей первой группы, выходы которых через соответствующие полосовые фильтры второй группы соединены с соответствующими n входами второго ультразвукового модулятора света; кроме этого, выходы n полосовых фильтров второй группы через соответствующие усилители с квадратичной характеристикой второй группы подключены к первым входам соответствующих смесителей второй группы, выходы которых через соответствующие полосовые фильтры третьей группы соединены с соответствующими n входами третьего ультразвукового модулятора света; n выходов генератора опорных частот соединены с объединенными вторыми входами соответствующих смесителей первой и второй групп; выходы первой матрицы из n фотоприемников соединены с n входами первой группы логического блока соответственно, выходы второй матрицы из n фотоприемников соединены с n входами второй группы логического блока соответственно, выходы третьей матрицы из n фотоприемников соединены с n входами третьей группы логического блока соответственно; 3n выходов логического блока, образующие n групп по три выхода в каждой группе, являются соответствующими выходами устройства.
