Способ определения частоты радиосигналов в акустооптическом приемнике-частотомере в режиме сильного сигнала



Способ определения частоты радиосигналов в акустооптическом приемнике-частотомере в режиме сильного сигнала
Способ определения частоты радиосигналов в акустооптическом приемнике-частотомере в режиме сильного сигнала
Способ определения частоты радиосигналов в акустооптическом приемнике-частотомере в режиме сильного сигнала
Способ определения частоты радиосигналов в акустооптическом приемнике-частотомере в режиме сильного сигнала
Способ определения частоты радиосигналов в акустооптическом приемнике-частотомере в режиме сильного сигнала
Способ определения частоты радиосигналов в акустооптическом приемнике-частотомере в режиме сильного сигнала

 


Владельцы патента RU 2421766:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (ЮФУ) (RU)

Настоящее изобретение касается способа определения частоты радиосигнала в акустооптическом приемнике-частотомере в режиме сильного сигнала. Заявленный способ заключается в том, что на электрический вход акустооптического дефлектора подают анализируемый радиосигнал, где преобразовывают его в акустический и далее в оптический сигнал, затем подвергают его Фурье-преобразованию с фиксацией распределения его интенсивности N-элементной линейкой фотодиодов, далее формируют на их выходах видеосигналы, после чего вычисляют частоту радиосигнала, отождествляемую с абсциссой оси симметрии распределения интенсивности светового сигнала, дискретизированного фотодиодами. При этом устанавливают порог в верхней части линейного участка амплитудной характеристики фотодиодов и определяют уровни сигналов ниже порогов на четырех фотодиодах с ближайшими к порогу уровнями, далее обозначают уровни сигналов на этих фотодиодах yA, yB, yC и yD, а соответствующие этим уровням частоты обозначают в порядке возрастания частоты fA, fB, fC и fD, затем убеждаются в том, что частоты fA и fB находятся ниже по частоте участка ограничения сигнала, образованного порогом, а частоты fC и fD - выше, далее сравнивают сигналы на фотодиодах и, если yA>yC, вычисляют частоту f0 по формуле f0=(fC+fA-Δf1)/2, где Δf1=ΔF(yA-yC)/(yA-yB), в противном случае частоту f0 вычисляют по формуле f0=(fC+fA+Δf2)/2, где Δf2=ΔF(yC-yA)/(yC-yD), где ΔF - частотный интервал между фотодиодами. Данный способ позволяет повысить точность измерения частоты радиосигналов в режиме сильного сигнала. 6 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в качестве высокоточного измерителя параметров радиосигналов в частотомерах и демодуляторах частотно-модулированных сигналов диапазона СВЧ.

Известен (см. фиг.1) способ измерения несущей частоты радиосигналов, реализованный в акустооптическом процессоре (Гуревич А.С., Нахмансон Г.С. Обнаружение и измерение частоты узкополосных радиосигналов на фоне помех в акустооптоэлектронном спектроанализаторе // Известия ВУЗов СССР - Радиоэлектроника. - 1981. - Т.24. - №4. - С.26-33), заключающийся в том, что сигнал S(t), частота которого подлежит измерению, подают на электрический вход акустооптического дефлектора 2, где он преобразуется в акустический сигнал, с которым взаимодействует лазерное излучение 1, в результате чего формируют световой сигнал, над которым с помощью линзы 3 выполняют операцию оптического интегрирования с последующим детектированием при помощи линейки фотоприемников 4, состоящей из дискретного набора фотодиодов, формирующих набор видеосигналов, обрабатывая которые электронной системой 5 и решающим устройством 6, определяют порядковый номер фотодиода с максимальным уровнем сигнала и значение частоты сигнала S(t), соответствующей найденному номеру.

Признаками аналога, совпадающими с признаками предлагаемого изобретения, являются подача радиосигнала на электрический вход акустооптического дефлектора, его преобразование в дефлекторе в акустический аналог, преобразование акустического аналога в световой сигнал, операция оптического интегрирования (операция Фурье-преобразования в заявляемом способе), детектирование светового сигнала фотодиодами линейки фотоприемников, формирование на их выходах видеосигналов с последующей обработкой и вычислением частоты радиосигнала, отождествляемой с абсциссой оси симметрии распределения интенсивности светового сигнала, продетектированного фотодиодами.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является низкая точность измерения частоты в режиме сильного сигнала. В названном режиме несколько фотодиодов линейки фотоприемников 4 находятся в насыщении, из-за чего определение фотодиода с максимальным сигналом осуществляется с большой погрешностью. Как следствие, погрешность измерения частоты описанным способом-аналогом может существенно превысить частотный интервал ΔF между фотодиодами.

Известен также способ (см. фиг.2) измерения несущей частоты радиосигналов, реализованный в акустооптическом приемнике-частотомере (Роздобудько В.В., Дикарев Б.Д. Высокоточный акустооптический приемник-частотомер комбинированного типа // Радиотехника. 2003. - №9. - С.31-36), заключающийся в том, что сигнал S(t), частота которого подлежит измерению, подают на электрический вход акустооптического дефлектора, где он преобразуется в акустический сигнал, с которым взаимодействует лазерное излучение, в результате чего формируют световой сигнал, над которым с помощью интегрирующей линзы 3 выполняют операцию Фурье-преобразования и детектирование при помощи линейки фотоприемников 4, формирование на их выходах видеосигналов, которые усиливают затем видеоусилителями 7, сравнивают с пороговым уровнем в пороговых устройствах 8 (при превышении порогового уровня уровнем видеосигнала пороговое устройство срабатывает) с последующим грубым определением частоты радиосигнала регистрирующим устройством I-9 и уточнением частоты с использованием коммутатора 10, дискриминатора 11 и регистрирующего устройства II-12 путем сопоставления уровней сигналов Uп и Uз, снимаемых с двух крайних фотодиодов, уровни которых превышают уровень 14 (фиг.3) срабатывания пороговых устройств и путем уточнения положения максимума распределения светового сигнала 13 (фиг.3), продетектированного фотодиодами линейки фотоприемников.

Признаками аналога, совпадающими с признаками предлагаемого изобретения, являются подача радиосигнала на электрический вход акустооптического дефлектора, его преобразование в дефлекторе в акустический аналог, преобразование акустического аналога в световой сигнал, операция Фурье-преобразования, детектирование светового сигнала фотодиодами линейки фотоприемников, формирование на их выходах видеосигналов с последующей обработкой и вычислением частоты радиосигнала, отождествляемой с абсциссой оси симметрии распределения интенсивности светового сигнала, продетектированного фотодиодами.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является крайне низкая точность измерения частоты радиосигналов в режиме сильного сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ-прототип, реализованный в акустооптическом частотомере (фиг.4) (Роздобудько В.В. Широкополосные акустооптические измерители частотных и фазовых параметров радиосигналов // Радиотехника. - 2001. - №1. - С.79-92) и заключающийся в том, что на электрический вход акустооптического дефлектора 2 подают измеряемый радиосигнал S(t), в акустооптическом дефлекторе он преобразуется в акустический сигнал, с которым взаимодействует оптическое излучение, сформированное лазером 15 и коллиматором 16, в результате чего формируют световой сигнал, над которым с помощью линзы 3 выполняют операцию Фурье-преобразования с последующим детектированием при помощи линейки фотоприемников 4, состоящей из дискретного набора фотодиодов, формирующих набор видеосигналов, которые усиливают затем видеоусилителями 7, сравнивают с пороговым уровнем в пороговых устройствах 8 (при превышении порогового уровня уровнем видеосигнала пороговое устройство срабатывает), далее определяют номера первого mп и последнего mз сработавшего порогового устройства (см. фиг.5, на котором: 13 - распределение светового сигнала, продетектированное фотодиодами линейки фотоприемников, 14 - уровень порога) и определяют частоту радиосигнала при помощи решающего устройства 6 по формуле

где fH - начальная частота диапазона частот частотомера, ΔfΣ - его полоса пропускания, N - число фотодиодов в линейке фотоприемников 4.

Признаками прототипа, совпадающими с признаками предлагаемого изобретения, являются подача радиосигнала на электрический вход акустооптического дефлектора, его преобразование в дефлекторе в акустический аналог, преобразование акустического аналога в световой сигнал, операция Фурье-преобразования, детектирование светового сигнала фотодиодами линейки фотоприемников, формирование на их выходах видеосигналов с последующей обработкой и вычислением частоты радиосигнала, отождествляемой с абсциссой оси симметрии распределения интенсивности светового сигнала, продетектированного фотодиодами.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является низкая точность измерения частоты радиосигналов, которая для полосы рабочих частот процессора ΔfΣ и числа фотодиодов N в линейке фотоприемников не превышает величины 0,25(ΔfΣ/N), что соответствует четверти частотного интервала между фотодиодами. Кроме того, при работе в режиме сильного сигнала (в режиме ограничения) возможны грубые погрешности измерения частоты, связанные с превышением порогового уровня боковыми лепестками распределения интенсивности светового сигнала. Вследствие такого превышения могут быть неправильно определены номера mп и mз, используемые в формуле (1) для вычисления частоты, что приведет к грубым ошибкам в ее определении. Если же для избавления от грубых ошибок увеличить уровень порога, то это приведет к сужению линейного участка динамического диапазона.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение точности измерения частоты радиосигналов, поступающих на вход измерителя, при работе его в нелинейной части динамического диапазона (в режиме ограничения или в режиме насыщения фотодиодов).

Технический результат достигается тем, что устанавливают порог в верхней части линейного участка амплитудной характеристики фотодиодов, определяют уровни сигналов ниже порога на четырех фотодиодах с ближайшими к порогу уровнями, далее обозначают уровни сигналов на этих фотодиодах yA, yB, yC и yD, а соответствующие этим уровням частоты обозначают в порядке возрастания частоты fA, fB, fC, fD, затем убеждаются в том, что частоты fA и fB находятся ниже по частоте участка ограничения сигнала, образованного порогом, а частоты fC и fD - выше, далее сравнивают сигналы на фотодиодах и, если уА>yC, вычисляют частоту f0 по формуле f0(fC+fA-Δf1)/2, где Δf1=Δf(уА-yC)/(yA-yB), в противном случае частоту f0 вычисляют по формуле f0=(fC+fA+Δf2)/2, где Δf2=ΔF(yC-yA)/(yC-yD), ΔF - частотный интервал между фотодиодами.

Для достижения технического результата в способе определения частоты радиосигнала в акустооптическом приемнике-частотомере, заключающемся в том, что на электрический вход акустооптического дефлектора подают анализируемый радиосигнал, где преобразовывают его в акустический и далее в оптический сигнал, затем подвергают его Фурье-преобразованию с фиксацией распределения его интенсивности N-элементной линейкой фотодиодов, далее формируют на их выходах видеосигналы, после чего вычисляют частоту радиосигнала, отождествляемую с абсциссой оси симметрии распределения интенсивности светового сигнала, дискретизированного фотодиодами, устанавливают порог в верхней части линейного участка амплитудной характеристики фотодиодов, определяют уровни сигналов ниже порога на четырех фотодиодах с ближайшими к порогу уровнями, далее обозначают уровни сигналов на этих фотодиодах yA, yB yC и yD, а соответствующие этим уровням частоты обозначают в порядке возрастания частоты fA, fB, fC, fD, затем убеждаются в том, что частоты fA и fB находятся ниже по частоте участка ограничения сигнала, образованного порогом, а частоты fC и fD - выше, далее сравнивают сигналы на фотодиодах и, если yA>yC, вычисляют частоту f0 по формуле f0=(fC+fA-Δf1)/2, где Δf1=ΔF(уА-yC)/(yA-yB), в противном случае частоту f0 вычисляют по формуле f0=(fC+fA+Δf2)/2, где Δf2=ΔF(yC-yA)/(yC-yD), ΔF- частотный интервал между фотодиодами.

Сравнивая предлагаемый способ с прототипом, видно, что он содержит новые признаки, т.е. соответствует критерию новизны. Проводя сравнение с аналогами, видно, что заявляемый способ соответствует критерию «существенные отличия», так как в аналогах не обнаружены предъявляемые новые признаки.

Для доказательства существования причинно-следственной связи между заявляемыми признаками и достигаемым техническим результатом рассмотрим сущность предлагаемого способа измерения частоты и сопоставим его со способом-прототипом и способами-аналогами.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем. На фиг.6 в координатах частота-уровень показаны два возможных варианта (а и б) распределений интенсивности светового сигнала на фотоприемнике в режиме сильного сигнала (в режиме ограничения). Абсциссы точек В, А, С, D соответствуют частотам точной настройки фотодиодов фотоприемника (fB, fA, fC и fD). Ординаты точек В, А, C, D равны уровням сигналов на фотодиодах (yB, yA, yC и yD). Частотный интервал между фотодиодами равен ΔF. На выходах фотодиодов, находящихся в насыщении (интервал RS), сигнал максимален (ограничен). Распределение интенсивности светового сигнала симметрично относительно оси F, абсцисса которой равна частоте радиосигнала.

Суть предлагаемого способа измерения частоты состоит (см. фиг.6а) в определении положения на оси частот абсцисс точек С и G, т.е. значений fC и fG. Они симметричны относительно F, и потому абсцисса оси F, т.e. частота радиосигнала f0 определяется как среднее арифметическое частот fC и fG по формуле

В этой формуле частота fC известна, а точка G лежит на прямой АВ. Абсциссу fG можно вычислить по формуле

где Δf - неизвестный частотный интервал GE между точками G и Е. Для его поисков воспользуемся свойствами подобных треугольников ВАН и GAE. Составим пропорцию AH/BH=AE/GE, откуда искомый отрезок GE (интервал Δf) определяется по формуле:

Но частотный интервал между точками ВН - это частотный интервал ΔF между фотодиодами, величины АЕ и АН вычисляются по формулам:

Таким образом,

После подстановки вычисленного Δf=Δf1 в (3) и вычисленной fG в (2) получим искомое положение оси симметрии распределения:

Формула (9) справедлива для случая, когда yA>yC. Для альтернативной ситуации, показанной на фиг.6б, аналогичные формулы для вычисления частоты имеют вид:

Пример последовательности действий, направленных на измерение частоты радиосигнала, в соответствии с заявляемым способом включает в себя следующие шаги.

1. Устанавливают порог Up в верхней части линейного участка амплитудной характеристики фотодиодов. Этот шаг необходим, поскольку реальные амплитудные характеристики фотодиодов, как правило, не имеют явно выраженного участка ограничения.

2. Измеряют (см. фиг.6) уровни сигналов yA, yB, yC, yD. Все они должны быть ниже порога Up. При этом один из уровней сигналов уA или уC должен быть ближайшим к порогу Up уровнем.

3. Сравнивают сигналы yA и yC. В случае yA>yC (фиг.6а) применяют для вычислений частоты формулы (8) и (9), в альтернативном случае (фиг.6б) применяют формулы (10) и (11).

Можно показать, что по сравнению с прототипом максимальная погрешность измерения частоты заявляемым способом в режиме сильного сигнала может снизиться на порядок и более. Использование заявляемого способа измерения частоты в акустооптическом измерителе позволит улучшить технические характеристики данного устройства за счет увеличения точности измерения.

Способ определения частоты радиосигнала в акустооптическом приемнике-частотомере, заключающийся в том, что на электрический вход акустооптического дефлектора подают анализируемый радиосигнал, где преобразовывают его в акустический и далее в оптический сигнал, затем подвергают его Фурье-преобразованию с фиксацией распределения его интенсивности N-элементной линейкой фотодиодов, далее формируют на их выходах видеосигналы, после чего вычисляют частоту радиосигнала, отождествляемую с абсциссой оси симметрии распределения интенсивности светового сигнала, дискретизированного фотодиодами, отличающийся тем, что устанавливают порог в верхней части линейного участка амплитудной характеристики фотодиодов, определяют уровни сигналов ниже порога на четырех фотодиодах с ближайшими к порогу уровнями, далее обозначают уровни сигналов на этих фотодиодах yA, yB, yC и yD, а соответствующие этим уровням частоты обозначают в порядке возрастания частоты fA, fB, fC и fD, затем убеждаются в том, что частоты fA и fB находятся ниже по частоте участка ограничения сигнала, образованного порогом, а частоты fC и fD - выше, далее сравнивают сигналы на фотодиодах и, если yA>yC, вычисляют частоту f0 по формуле f0=(fC+fA-Δf1)/2, где Δf1=ΔF(yA-yC)/(yA-yB), в противном случае частоту f0 вычисляют по формуле f0=(fC+fA+Δf2)/2, где Δf2=ΔF(yC-yA)/(yC-yD), где ΔF - частотный интервал между фотодиодами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля температурных режимов прокатных станов, металлургических и энергетических установок.

Изобретение относится к области радиотехники и предназначено для передачи управляющих сигналов от вычислительного устройства к знакосинтезирующему устройству или матричному дисплею (плазменный, жидкокристаллический, активно-матричный, OLED, FED и т.п.).

Изобретение относится к акустооптическим измерителям параметров радиосигналов, работающим в широкой полосе частот, и может быть использовано в установках оптической обработки информации.

Изобретение относится к акустооптике и может быть использовано для отклонения оптического излучения. .

Изобретение относится к устройствам оптической обработки сигналов на объемных акустических волнах и может быть использовано в акустооптических анализаторах спектра, измерителях параметров радиосигналов СВЧ диапазона, а также в системах связи и радиолокации.

Изобретение относится к средствам волоконно-оптической связи и может быть использовано при последовательном переключении линий связи, построенных на оптическом волокне, без преобразования оптической несущей.

Изобретение относится к акустооптике и может быть использовано в устройствах отклонения лазерных пучков, управления их длиной волны и мощностью, например, в устройствах отображения видеоинформации на экране, лазерных микроскопах и системах для обработки материалов, в том числе биологических.

Изобретение относится к оптоволоконной технике и может быть использовано в оптических приборах. .

Изобретение относится к области управления когерентными лазерными пучками ультрафиолетового диапазона. .

Изобретение относится к акустооптике и может быть использовано в приборах отклонения и модуляции лазерных пучков

Изобретение относится к устройствам для модуляции и сканирования оптического излучения на основе дифракции Брэгга на акустических волнах

Изобретение относится к области изготовления жидкокристаллических ячеек для жидкокристаллических приборов, которые могут быть широко использованы в различных информационных системах

Изобретение относится к оптике, к оптическим волноводным устройствам, в частности к микромеханическим оптическим коммутаторам оптических линий связи. Технический результат изобретения заключается в создании устройства матричного коммутатора оптических линий связи, имеющего размеры коммутационных ячеек много меньше, чем у электрооптических коммутаторов, что позволит создавать матричные коммутаторы большой сложности. Оптический коммутатор оптических линий связи содержит на подложке планарный оптический волновод и области формируемого в нем брэгговского зеркала в виде картины периодической пространственной модуляции показателя преломления волновода, создаваемой при помощи группы периодически размещенных поверх волновода электродов в виде пленочных полосок. Пленочные полоски соединены с электрическими контактами, расположенными на коммутаторе. Также оптический коммутатор содержит оптические устройства ввода в волновод и вывода излучения. Отличительной особенностью изобретения является то, что полоски закреплены с зазором над поверхностью планарного волновода с возможностью перемещения с изменением величины зазора. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ относится к области обработки сигналов и предназначен для использования во входных цепях радиоприемных систем. Способ селекции сигналов включает формирование пространственно-когерентного монохроматического светового потока, первую фазовую модуляцию этого потока пространственно-временным акустическим сигналом, соответствующим входному электрическому сигналу, пространственную фильтрацию светового потока, вторую фазовую модуляцию светового потока пространственно-временным акустическим сигналом, соответствующим входному электрическому сигналу и имеющим в два раза большую длину волны, чем при первой фазовой модуляции, интегрирование светового потока, вторичную пространственную фильтрацию и пространственно-дискретное детектирование. Технический результат заключается в обеспечении возможности осуществления процесса селекции сигналов независимо от времени прихода сигнала. 1 ил.

Устройство относится к области обработки сигналов и предназначено для использования во входных цепях радиоприемных систем. Устройство селекции сигналов содержит последовательно оптически соединенные лазер, коллиматор, первый акустооптический модулятор (АОМ) света, электрический вход которого является входом устройства, первую линзу проектирующей оптической системы, первый пространственный фильтр, последовательно соединенную вторую линзу проектирующей оптической системы, второй АОМ света, оптически соединенный с интегрирующей линзой через второй порядок дифракции, второй пространственный фильтр и фотодетектор, выполненный в виде линейки фотодиодов. При этом электрические входы первого и второго АОМ света объединены, а скорость распространения акустической волны во втором АОМ света выбрана вдвое больше скорости распространения акустической волны в первом АОМ света. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения уровня выходного сигнала, а также в обеспечении возможности осуществления устройства селекции сигналов независимым от времени прихода сигнала. 1 ил.

Изобретение относится к области прикладной оптики и спектрометрии и касается акустооптического монохроматора. Монохроматор содержит неколлинеарный акустооптический фильтр, отличающийся тем, что в качестве элемента для компенсации дисперсии использована выходная грань кристалла акустооптической ячейки фильтра. Угол наклона выходной грани кристалла по отношению ко входной грани выбирается таким образом, чтобы спектральный дрейф угла дифракции в ячейке максимально компенсировался спектральным дрейфом угла преломления продифрагировавшего пучка на наклонной выходной грани. Технический результат заключается в увеличении спектрального интервала компенсации дисперсионных искажений. 2 ил.

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для формирования лазерного растра систем управления, лазерных прицелов и может быть использовано при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, проводке судов по сложным фарватерам, обнаружении оптикоэлектронных приборов по «блику», дистанционном управлении робототехническими устройствами. Способ формирования лазерного растра основан на последовательной дифракции лазерного пучка на двух последовательно установленных и развернутых на 90 градусов по отношению друг к другу акустооптических дефлекторах, на входы управления которых поданы высокочастотные сигналы управления f1(t) и f2(t), законы изменения которых задают в виде линейного изменения частот управления, а число N строк или (и) столбцов выбирают как целочисленное значение из условия N=k·Tс/τ, где k=1,0-2,5, Tс - время формирования строки, τ - постоянная времени дефлектора, вычисляемая из соотношения τ=d0/ν, d0 - световая апертура дефлекторов, ν - скорость акустических волн. Технический результат заключается в повышении равномерности интенсивности лазерного растра, повышении информативности лазерной системы и обеспечении возможности поворота лазерного растра относительно его центра. 6 ил.

Устройство селекции сигналов по частоте содержит последовательно оптически соединенные лазер, коллиматор, акустооптический модулятор (АОМ) света, первую интегрирующую линзу и пространственный фильтр, а также вторую интегрирующую линзу и линейку фотодиодов. Электрический вход модулятора является входом устройства. При этом между пространственным фильтром и второй интегрирующей линзой в ±1-х порядках дифракции установлены оптические транспаранты. Технический результат заключается в снижении искажений выходных сигналов. 1 ил.
Наверх