Акустооптический приемник



Акустооптический приемник
Акустооптический приемник
Акустооптический приемник

 


Владельцы патента RU 2452092:

Открытое акционерное общество "Авангард" (RU)

Устройство относится к радиоэлектронике и может использоваться для приема, пеленгации, спектрального анализа и детектирования сложных сигналов с фазовой манипуляцией. Акустооптический приемник содержит три приемные антенны 1, 2 и 10, преобразователь частоты 3, гетеродины 4 и 5, смесители 6, 7 и 10.1, усилители 8, 9 и 11 промежуточной частоты, ячейки Брэгга 12, 13, 14, 15, 22, 30 и 31, ключи 16, 19, 38, 39, 46 и 47, линзы 17, 18, 23, 32, 27 и 28, лазер 20, коллиматор 21, матрицы фотодетекторов 24, 29, 33 и 34, затворы 35 и 43, регистры 36 и 44 считывания, пороговые блоки 37 и 45, блоки 40, 41, 48 и 49 регистрации, блоки 42 и 50 взаимной привязки. Приемными антеннами образован геометрический прямой угол, в вершине которого размещена первая приемная антенна, общая для измерительных баз, образованных второй и третьей приемными антеннами в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно. Технический результат заключается в обеспечении возможности точной и однозначной пеленгации источника излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией в двух плоскостях. 3 ил.

 

Предлагаемый приемник относится к радиоэлектронике и может использоваться для приема, пеленгации, спектрального анализа и детектирования сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМн).

Известны акустооптические приемники (авт. свид. СССР №1.718.695, 1.785.410, 1.799.226, 1.799.227; патент СССР №1.838.882; патенты РФ №2.001.533, 2.007.046, 2.134.490, 2.153.680, 2.234.808, 2.291.575, 2.325.761; Дикарев В.И. Методы и технические решения приема и обработки радиосигналов. Учебник, СПб., 2000, с.413-458 и др.)

Из известных приемников наиболее близким к предлагаемому является «Акустооптический приемник» (патент РФ №2.234.808, Н04В 10/06, 2003), который и выбран в качестве прототипа.

Известный приемник обеспечивает прием, пеленгацию, детектирование и спектральный анализ сложных ФМн-сигналов. При этом пеленгация источника излучения сложных ФМн-сигналов осуществляется только в одной плоскости.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей акустооптического приемника путем точной и однозначной пеленгации источника излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией в двух плоскостях.

Поставленная задача решается тем, что акустооптический приемник, содержащий в соответствии с ближайшим аналогом лазер, на пути распространения пучка света которого последовательно установлены коллиматор, первая, вторая и третья ячейки Брэгга, на пути распространения дифрагируемой первой ячейкой Брэгга части пучка света установлена первая линза, в фокальной плоскости которой размещена первая матрица фотодетекторов, вторая и третья ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную одна к другой с одинаковыми направлениями распространения в них акустических волн, смещены относительно друг друга на величину

Δх=V·τэ,

где V - скорость распространения акустических волн;

τэ - длительность элементарных посылок,

а на пути распространения их дифрагированного пучка света установлена вторая линза, в фокальной плоскости которой размещена вторая матрица фотодетекторов, электрический выход которой является первым выходом акустооптического приемника, а также последовательно включенные первую приемную антенну, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, и первый усилитель промежуточной частоты, последовательно включенные вторую приемную антенну, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и второй усилитель промежуточной частоты, последовательно включенные первый пороговый блок и первый ключ, второй ключ, первый и второй блоки регистрации, при этом частоты fг1 и fг2 первого и второго гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты

fг2-fг1=2fup

и выбраны симметричными относительно несущей частоты fc принимаемого сигнала

fс-fг1=fг2-fc=fup,

пьезоэлектрические преобразователи первой, второй и третьей ячеек Брэгга соединены с выходом второго ключа, отличается от ближайшего аналога тем, что он снабжен третьей приемной антенной, третьим смесителем, третьим усилителем промежуточной частоты, четвертой, пятой, шестой и седьмой ячейками Брэгга, третьей, четвертой, пятой и шестой линзами, двумя диафрагмами, третьей и четвертой матрицами фотодетекторов, третьим и четвертым блоками регистрации, двумя затворами, двумя регистрами считывания, вторым пороговым блоком, третьим, четвертым, пятым и шестым ключами и двумя блоками взаимной привязки, причем выход первого усилителя промежуточной частоты через первый ключ подключен к первому входу второго ключа, четвертая и пятая ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную одна к другой с противоположными направлениями распространения в них акустических волн, а на пути распространения их дифрагированного пучка света последовательно установлены третья линза, в фокальной плоскости которой размещена первая диафрагма, и четвертая линза, в фокальной плоскости которой размещена третья матрица фотодетекторов, к электрическому выходу которой последовательно подключены первый затвор, первый регистр считывания, первый пороговый блок, третий ключ, второй вход которого соединен с электрическим выходом первой матрицы фотодетекторов, первый блок регистрации и первый блок взаимной привязки, выход которого является вторым выходом акустооптического приемника, к выходу первого порогового блока последовательно подключены четвертый ключ, второй вход которого соединен с электрическим выходом третьей матрицы фотодетекторов, и второй блок регистрации, выход которого соединен с вторым входом первого блока взаимной привязки, пьезоэлектрические преобразователи четвертой и пятой ячеек Брэгга соединены с выходами первого и второго усилителей промежуточной частоты соответственно, шестая и седьмая ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную одна к другой с противоположными направлениями распространения в них акустических волн, а на пути распространения их дифрагированного пучка света последовательно установлены пятая линза, в фокальной плоскости которой размещена вторая диафрагма, и шестая линза, в фокальной плоскости которой размещена четвертая матрица фотодетекторов, к электрическому выходу которой последовательно подключены второй затвор, второй регистр считывания, второй пороговый блок, пятый ключ, второй вход которого соединен с электрическим выходом первой матрицы фотодетекторов, третий блок регистрации и второй блок взаимной привязки, выход которого является третьим выходом акустооптического приемника, к выходу второго порогового блока последовательно подключены шестой ключ, второй вход которого соединен с электрическим выходом четвертой матрицы фотодетекторов, и четвертый блок регистрации, выход которого соединен с вторым входом второго блока взаимной привязки, второй вход второго ключа соединен с выходом второго порогового блока, пьезоэлектрический преобразователь шестой ячейки Брэгга соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, к выходу третьей приемной антенны последовательно подключены третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и третий усилитель промежуточной частоты, выход которого соединен с пьезоэлектрическим преобразователем седьмой ячейки Брэгга, приемными антеннами образован геометрический прямой угол, в вершине которого размещена первая приемная антенна, общая для измерительных баз, образованных второй и третьей приемными антеннами в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно.

Структурная схема предлагаемого акустооптического приемника представлена на фиг.1. Частотная диаграмма, поясняющая принцип образования дополнительных каналов приема, изображена на фиг.2. Геометрическая схема расположения приемных антенн 1, 2 и 10 показана на фиг.3.

Акустооптический приемник содержит последовательно включенные первую приемную антенну 1, первый смеситель 6, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 4, первый усилитель 8 промежуточной частоты, первый ключ 16, второй вход которого соединен с выходом первого порогового блока 37, и второй ключ 19, второй вход которого соединен с выходом второго порогового блока 45, а выход соединен с пьезоэлектрическими преобразователями первой 22, второй 30 и третьей 31 ячеек Брэгга, последовательно включенные приемную антенну 2 второй смеситель 7, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 5, и второй усилитель 9 промежуточной частоты, выход которого соединен с пьезоэлектрическим преобразователем пятой ячейки Брэгга 13, последовательно включенные третью приемную антенну 10, третий смеситель 10.1, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 5, и третий усилитель 11 промежуточной частоты, выход которого соединен с пьезоэлектрическим преобразователем седьмой ячейки Брэгга 15, пьезоэлектрические преобразователи четвертой 12 и шестой 14 ячеек Брэгга соединены с выходом первого усилителя 8 промежуточной частоты.

На пути распространения пучка света лазера 20 последовательно установлены коллиматор 21 и ячейки Брэгга 22, 30, 31, 12, 13, 14 и 15.

На пути распространения дифрагируемой первой ячейкой Брэгга 22 части пучка света установлена первая линза 23, в фокальной плоскости которой размещена первая матрица 24 фотодетекторов.

Вторая 30 и третья 31 ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную одна к другой с одинаковыми направлениями распространения в них акустических волн, смещены относительно друг друга на величину

Δх=V·τэ,

где V - скорость распространения акустических волн;

τэ - длительность элементарных посылок.

На пути распространения их дифрагированного пучка света установлена вторая линза 32, в фокальной плоскости которой размещена вторая матрица 33 фотодетекторов, электрический выход которой является первым I выходом акустооптического приемника.

Четвертая 12 и пятая 13 ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную одна к другой с противоположными направлениями распространения в них акустических волн, а на пути распространения их дифрагированного пучка света последовательно установлены третья линза 17, в фокальной плоскости которой размещена первая диафрагма 25, и четвертая линза 18, в фокальной плоскости которой размещена третья матрица 29 фотодетекторов, к электрическому выходу которой последовательно подключены первый затвор 35, первый регистр 36 считывания, первый пороговый блок 37, третий ключ 38, второй вход которого соединен с электрическим выходом первой матрицы 24 фотодетекторов, первый блок 40 регистрации и первый блок 42 взаимной привязки, выход которого является вторым II выходом акустооптического приемника. К выходу первого порогового блока 37 последовательно подключены четвертый ключ 39, второй вход которого соединен с выходом третьей матрицы 29 фотодетекторов, и второй блок 41 регистрации, выход которого соединен с вторым входом первого блока 42 взаимной привязки.

Шестая 14 и седьмая 15 ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную одна к другой с противоположными направлениями распространения в них акустических волн, а на пути распространения их дифрагированного пучка света последовательно установлены пятая линза 27, в фокальной плоскости которой размещена вторая диафрагма 26, и шестая линза 28, в фокальной плоскости которой размещена четвертая матрица 34 фотодетекторов, к электрическому выходу которой последовательно подключены второй затвор 43, второй регистр 44 считывания, второй пороговый блок 45, пятый ключ 46, второй вход которого соединен с электрическим выходом первой матрицы 24 фотодетекторов, третий блок 48 регистрации и второй блок 50 взаимной привязки, выход которого является третьим III выходом акустооптического приемника. К выходу второго порогового блока 45 последовательно подключены шестой ключ 47, второй вход которого соединен с выходом четвертой матрицы 34 фотодетекторов, и четвертый блок 49 регистрации, выход которого соединен с вторым входом второго блока 50 взаимной привязки.

Последовательно включенные гетеродин 4 и смеситель 6 образуют преобразователь 3 частоты.

Первая ячейка 22 Брэгга, первая линза 23 и первая матрица 24 фотодетектора образуют акустооптический анализатор спектра.

Вторая 30 и третья 31 ячейки Брэгга, вторая линза 32 и вторая матрица 33 фотодетекторов образуют акустооптический демодулятор ФМн-сигналов.

Четвертая 12 и пятая 13 (шестая 14 и седьмая 15) ячейки Брэгга, третья 17 и четвертая 18 (пятая 27 и шестая 28) линзы, первая (вторая) диафрагма 25 (26) и третья 29 (четвертая 34) матрица фотодетекторов образуют первый (второй) акустооптический коррелятор.

Частоты fг1 и fг2 первого 4 и второго 5 гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты

fг2-fг1=2fup

и выбраны симметричными относительно несущей частоты fc принимаемого сигнала (фиг.2)

fc-fг1=fг2-fc=fup.

При этом количество дополнительных (зеркальных и комбинационных) каналов удваивается, но создает благоприятные условия для их подавления за счет корреляционной обработки канальных напряжений.

Для пеленгации источника излучения ФМн-сигналов в двух плоскостях в предлагаемом акустооптическом приемнике используется фазовый метод, при котором разности фаз Δφ1 и Δφ2 сигналов, принимаемых тремя разнесенными антеннами 1, 2 и 10, определяются выражениями:

, ,

где d1, d2 - расстояние между разнесенными приемными антеннами 1 и 2, 1 и 10 (измерительные базы);

λ - длина волны;

α, β - угловые координаты (азимут и угол места) источника излучения сложных ФМн-сигналов.

Фазовому методу пеленгации свойственно противоречие между требованиями точности измерений и однозначности отсчета угловых координат α и β. Действительно, согласно вышеуказанным выражениям фазовая система тем чувствительнее к изменению углов α и β, чем больше относительные размеры баз d1/λ и d2/λ. Однако с ростом d1/λ и d2/λ уменьшаются значения угловых координат α и β, при которых разности фаз Δφ1 и Δφ2 превосходят значение 2π, т.е. наступает неоднозначность отсчета угловых координат α и β.

В предлагаемом акустооптическом приемнике применен корреляционный метод устранения неоднозначности, который использует замечательные свойства корреляционной функции сложных ФМн-сигналов. Указанная функция имеет ярко выраженный главный лепесток и относительно низкий уровень боковых лепестков.

Акустооптический приемник работает следующим образом.

Принимаемые сложные ФМн-сигналы:

u1(t)=U1·Cos[2πfct+φк(t)+φ1],

u2(t)=U2·Cos[2πfct+φк(t)+φ2],

u3(t)=U3·Cos[2πfct+φк(t)+φ3], 0≤t≤Tc,

где U1, U2, U3, fc, φ1, φ2, φ3, Тс - амплитуды, несущая частота, начальные фазы и длительность сигналов;

φк(t)={0; π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φк(t)=const при Кτэ<t<(К+1)τэ и может изменяться скачком при t=Кτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2,…, N-1);

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тcс=N…τэ);

с выхода приемных антенн 1, 2 и 10 поступают на первые входы смесителей 6, 7 и 10.1, на вторые входы которых с выходов гетеродинов 4 и 5 подаются напряжения соответственно:

uг1(t)=Uг1·Cos(2πfг1t+φг1),

uг2(t)=Uг2·Cos(2πfг2t+φг2),

где Uг1, Uг2, fг1, fг2, φг1; φг2 - амплитуды, частоты и начальные фазы напряжений гетеродинов 4 и 5.

Причем частоты fг1 и fг2 гетеродинов 4 и 5 разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты

fг2-fг1=2fup

и выбраны симметричными относительно несущей частоты fс принимаемых сигналов

fс-fг1=fг2-fc=fup.

Это обстоятельство приводит к удвоению числа дополнительных каналов приема, но создает благоприятные условия для их подавления за счет корреляционной обработки канальных напряжений.

На выходах смесителей 6 и 7 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 8, 42 и 9 выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты:

uup1(t)=Uпр1·Cos[2πfupt+φк(t)+φup1],

uup2(t)=Uпр2·Cos[2πfupt-φк(t)+φup2],

uup3(t)=Uпр2·Cos[2πfupt-φк(t)+φup3], 0≤t≤Tc,

где ;

;

fup=fc-fг1=fг2-fc - промежуточная (разностная) частота;

φup11г1; φup2г22; φup3г23,

которые поступают на пьезоэлектрические преобразователи ячеек Брэгга 12, 13, 14 и 15, где происходит их преобразование в акустические колебания с противоположными направлениями распространения.

Пучок света лазера 20, сколлимированный коллиматором 21, проходит через указанные ячейки Брэгга и дифрагирует на акустических колебаниях, возбужденных напряжениями uup1(t), uup2(t) и uup3(t). На пути распространения дифрагированных пучков света установлены линзы 17 и 27, формирующие пространственные спектры принимаемых сигналов. В фокальной плоскости указанных линз установлены диафрагмы 25 и 26, пропускающие ± первые порядки дифракции светового поля. При этом обеспечивается преобразование фазовой модуляции светового потока в амплитудную модуляцию. В фокальной плоскости линз 18 и 28 установлены матрицы 29 и 34 фотодетекторов соответственно.

Оптические системы формируют в плоскости расположения матриц 29 и 34 фотодетекторов изображения, в которых пространственно-временные распределения амплитуд световых волн пропорциональны суммам пространственных копий напряжений uup1(t) и uup2(t), uup1(t) и uup3(t):

,

,

где V - скорость звука в ячейках Брэгга;

L1, L2 - продольные размеры изображений;

, ;

с - скорость распространения света.

Поскольку каждый из фотодетекторов матриц 29 и 34 реагирует на интенсивность:

Y1(x,t)=|A1(x,t)|2; Y2(y,t)=|A2(y,t)|2

и накапливает фотоиндукционные заряды в течение времени интегрирования Т, то в i и j фотодетекторах по истечении времени Т накапливаются заряды, величина которых равна:

,

,

где хi - координата i-го фотодетектора;

уi - координата j-го фотодетектора;

Выходные сигналы i-го и j-гo фотодетекторов, накопленные за время Т, пропорциональны выражениям:

, .

Накопленные заряды с помощью затворов 35 и 43 переносятся из фотодетекторов в регистры 36 и 44 считывания соответственно, из которых информация о величине заряда в каждом фотодетекторе выводится последовательно во времени в виде отдельных отсчетов в течение интервала Т. Указанные отсчеты являются отсчетами корреляционных функций R1(τ) и R2(τ), которые сравниваются с пороговым уровнем Uпор в пороговых блоках 37 и 45. Пороговое напряжение Uпор в пороговых блоках 37 и 45 превышается только при максимальном значении корреляционных функций R1(τ) и R2(τ).

Так как канальные напряжения uup1(t), uup2(t) и uup3(t) образуются одним и тем же ФМн-сигналом, принимаемым по трем каналам на одной и той же частоте fc, то между указанными канальными напряжениями существует сильная корреляционная связь. Корреляционные функции R1(τ) и R2(τ) имеют ярко выраженный главный лепесток, их максимальные значения превышают пороговый уровень Uпор в пороговых блоках 37 и 45.

При превышении порогового уровня Uпор в пороговых блоках 37 и 45 формируются постоянные напряжения, которые поступают на управляющие входы ключей 16, 19, 38, 39, 45 и 46, открывая их. В исходном состоянии указанные ключи всегда закрыты.

При этом напряжение uпр1(t) с выхода усилителя 8 промежуточной частоты через открытые ключи 16 и 19 поступает на пьезоэлектрические преобразователи ячеек Брэгга 22, 30 и 31, где происходит его преобразование в акустические колебания, которые взаимодействуют с пучком света лазера 20.

Возбуждаемая бегущая звуковая волна создает в акустической среде периодическое (по времени и пространству) изменение плотности среды, которое приводит к изменению показателя преломления в результате упругооптического эффекта. Поскольку указанное изменение показателя преломления влияет на фазу прошедшей световой волны, то среда с изменяющимся по пространству показателем преломления представляет собой фазовую пространственную решетку.

При выполнении условия Брэгга, когда интенсивности всех дифракционных максимумов, кроме минус первого, становятся пренебрежимо малы, световой пучок падает на акустический столб под углом

,

где λ - длина волны света;

Λ - длина волны звука,

а направление максимума минус первого порядка, по которому регистрируется амплитудно-модулированный сигнал, определяется из условия

, т.е. ψ-1=-φ,

что физически означает синхронное (резонансное) отражение световой волны от решетки плоскостей с одинаковым показателем преломления.

Таким образом, угол дифракции оказывается линейно связанным с частотой принимаемого ФМн-сигнала. В случае немонохроматического сигнала, характеризующегося некоторым набором частот, акустическая волна каждой из частот этого набора вызывает отклонение оптического луча на определенный угол. При этом как амплитуда, так и фаза каждого отклоненного луча связаны с данной частотой компонентой. Если за акустическим модулятором света поместить интегрирующую линзу, то она сфокусирует отклоненные световые лучи и сформирует их изображение в своей задней фокальной плоскости. Это изображение является преобразованием Фурье принимаемого ФМн-сигнала. В результате данное устройство при сопряжении его с экраном действует как акустооптический анализатор спектра.

Следует отметить, что на каждой ячейке Брэгга дифрагирует только 1/10 часть основного пучка света лазера 20. Поэтому использование семи ячеек Брэгга на одной оптической оси устройства обеспечивает повышение его эффективности и коэффициента полезного действия.

Из выражений, приведенных выше, видно, что положение максимумов корреляционных функций R1(τ) и R2(τ) по координатам хi и yj (или номера соответствующих фотодетекторов) однозначно связаны с истинным пеленгом αи и углом места βи источника излучения сложных ФМн-сигналов

τ1и, τ1и.

Значения истинных пеленга αи и угла места βи (или номера соответствующих фотодетекторов) через открытые ключи 39 и 47 поступают на входы блоков 41 и 49 регистрации, где они и регистрируются.

Значение несущей частоты fc с электрического выхода матрицы 24 фотодетекторов через открытые ключи 38 и 46 поступают на входы блоков 40 и 48 регистрации соответственно, где и регистрируются. Привязка измеренных значений несущей частоты fc, истинных пеленга αи и угла места βи осуществляется по совпадению сигналов трех каналов во времени с помощью блоков 42 и 50 взаимной привязки.

Для демодуляции принимаемых ФМн-сигналов используется акустооптический демодулятор, состоящий из ячеек Брэгга 30 и 31, установленных на общей оптической оси устройства вплотную друг к другу с одинаковыми направлениями распространения в них акустических колебаний, линзы 32 и матрицы 13 фотодетекторов. При этом указанные ячейки Брэгга смещены относительно друг друга (вдоль оси х) на величину

Δх=V·τэ,

где V - скорость распространения акустических волн;

τэ - длительность элементарных посылок.

Ширина оптического пучка d, проходящего через ячейки Брэгга 30 и 31, должна удовлетворять условию

d<<V·τэ,

которое при необходимости легко реализуется фокусировкой лазерного пучка света с помощью коллиматора 21. Причем демодуляция принимаемых ФМн-сигналов осуществляется методом относительной фазовой манипуляции.

Описанная выше работа акустооптического приемника соответствует случаю приема ФМн-сигналов по основному каналу на частоте fc (фиг.2).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому зеркальному каналу на частоте fз1, то в смесителях 6, 7 и 10.1 он преобразуется в напряжения следующих частот:

f11=fг1-fз1=fup,

f12=fг2-fз1=3fup,

где первый индекс обозначает канал, по которому принимается ложный сигнал (помеха);

второй индекс обозначает номер гетеродина, частота которого участвует в преобразовании несущей частоты принимаемого ложного сигнала (помехи).

Однако только напряжение с частотой f11 попадает в полосу пропускания усилителя 8 промежуточной частоты, а затем на пьезоэлектрические преобразователи ячеек Брэгга 12 и 14. Выходные напряжения акустооптических корреляторов равны нулю, так как на выходе усилителей 9 и 11 промежуточной частоты напряжения отсутствуют. Ключи 16 и 19 не открываются, и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте fз1, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму зеркальному каналу на частоте fз2, то в смесителях 6, 7 и 10.1 он преобразуется в напряжения следующих частот:

f22=fз2-fг2=fup,

f21=fз2-fг1=3fup.

Однако только напряжение с частотой f22 попадает в полосу пропускания усилителей 9 и 11 промежуточной частоты. Выходные напряжения акустооптических корреляторов в этом случае также равны нулю, так как на выходе усилителя 8 промежуточной частоты напряжение отсутствует. Ключи 16 и 19 не открываются, и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму зеркальному каналу на частоте fз2, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по другим дополнительным каналам.

Если ложные сигналы (помехи) принимаются одновременно по первому и второму зеркальным каналам на частотах fз1, и fз2, то в смесителях 6, 7 и 10.1 они преобразуются в напряжения следующих частот:

f11=fг1-fз1=fup, f22=fз2-fг2=fup,

f12=fг2-fз1=3fup, f21=fз2-fг1=3fup.

При этом напряжения с частотами f11 и f22 попадают в полосу пропускания усилителей 8, 9 и 11 промежуточной частоты и на пьезоэлектрические преобразователи ячеек Брэгга 12, 13, 14 и 15. Однако ключи 16 и 19 не открываются. Это объясняется тем, что разные ложные сигналы (помехи) принимаются на разных зеркальных частотах fз1 и fз2, поэтому между канальными напряжениями, выделяемыми усилителями 8, 9 и 11 промежуточной частоты, существует слабая корреляционная связь. Кроме того, следует отметить, что корреляционная функция помех не имеет ярко выраженного главного лепестка, как это имеет место у сложных ФМн-сигналов. Выходные напряжения акустооптических корреляторов не превышают порогового напряжения Uпop в пороговых блоках 37 и 45. Ключи 16 и 19 не открываются, и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по первому и второму зеркальным каналам на частотах fз1 и fз2, подавляются.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно и по другим дополнительным (комбинационным) каналам.

Следовательно, за счет подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным (зеркальным и комбинационным) каналам, обеспечивается повышение помехоустойчивости и разрешающей способности акустооптического приемника.

Таким образом, предлагаемый акустооптический приемник по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает точную и однозначную пеленгацию источника излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией в двух плоскостях. Это достигается путем использования трех приемных антенн, расположенных в виде геометрического прямого угла, и двух акустооптических корреляторов.

При этом расположение приемных антенн в виде геометрического прямого угла приводит к сокращению числа приемных антенн и к реализации модифицированного фазового метода пеленгации. При технической реализации классического фазового метода пеленгации при расположении приемных антенн в виде геометрического креста при тех же условиях требуется четыре приемные антенны. В данном случае реализуется новая идеология фазового метода пеленгации, при которой одна антенна является общей для измерительных баз, образованных приемными антеннами, расположенными в азимутальной и угломестной плоскостях.

Для повышения точности пеленгации источника излучения сложных ФМн-сигналов в двух плоскостях увеличивают относительные размеры измерительных баз d1/λ и d2/λ, а возникающая при этом неоднозначность угловых координат α и β устраняется корреляционной обработкой канальных напряжений с помощью двух акустооптических корреляторов.

Отличительной особенностью предлагаемого акустооптического приемника является то, что для «просвечивания» нескольких ячеек Брэгга используется один лазер. Тем самым повышаются эффективность и коэффициент полезного действия оптической системы.

Экспериментально было установлено, что на каждой ячейке Брэгга дифрагирует только 1/10 часть основного пучка света лазера, т.е. полезно используется только 1/10 часть основного пучка света лазера. Количество ячеек Брэгга, устанавливаемых на оптической оси устройства, зависит от мощности лазера и от степени фокусировки его пучка света.

Ложные сигналы (помехи), принимаемые по дополнительным (зеркальным и комбинационным) каналам, устраняются также корреляционной обработкой канальных напряжений.

Тем самым функциональные возможности акустооптического приемника расширены.

Акустооптический приемник, содержащий лазер, на пути распространения пучка света которого последовательно установлены коллиматор, первая, вторая и третья ячейки Брэгга, на пути распространения дифрагируемой первой ячейкой Брэгга части пучка света установлена первая линза, в фокальной плоскости которой размещена первая матрица фотодетекторов, вторая и третья ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную одна к другой с одинаковыми направлениями распространения в них акустических волн, смещены относительно друг друга на величину Δx=V·τэ, где V - скорость распространения акустических волн; τэ - длительность элементарных посылок, а на пути распространения их дифрагированного пучка света установлена вторая линза, в фокальной плоскости которой размещена вторая матрица фотодетекторов, электрический выход которой является первым выходом акустооптического приемника, а также последовательно включенные первую приемную антенну, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, и первый усилитель промежуточной частоты, последовательно включенные вторую приемную антенну, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и второй усилитель промежуточной частоты, последовательно включенные первый пороговый блок и первый ключ, второй ключ, первый и второй блоки регистрации, при этом частоты fг1 и fг2 первого и второго гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты fг2-fг1=2fup и выбраны симметричными относительно несущей частоты fc принимаемого сигнала fc-fг1=fг2-fc=fup, пьезоэлектрические преобразователи первой, второй и третьей ячеек Брэгга соединены с выходом второго ключа, отличающийся тем, что он снабжен третьей приемной антенной, третьим смесителем, третьим усилителем промежуточной частоты, четвертой, пятой, шестой и седьмой ячейками Брэгга, третьей, четвертой, пятой и шестой линзами, двумя диафрагмами, третьей и четвертой матрицами фотодетекторов, третьим и четвертым блоками регистрации, двумя затворами, двумя регистрами считывания, вторым пороговым блоком, третьим, четвертым, пятым и шестым ключами и двумя блоками взаимной привязки, причем выход первого усилителя промежуточной частоты через первый ключ подключен к первому входу второго ключа, четвертая и пятая ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную одна к другой с противоположными направлениями распространения в них акустических волн, а на пути распространения их дифрагированного пучка света последовательно установлены третья линза, в фокальной плоскости которой размещена первая диафрагма, и четвертая линза, в фокальной плоскости которой размещена третья матрица фотодетекторов, к электрическому выходу которой последовательно подключены первый затвор, первый регистр считывания, первый пороговый блок, третий ключ, второй вход которого соединен с электрическим выходом первой матрицы фотодетекторов, первый блок регистрации и первый блок взаимной привязки, выход которого является вторым выходом акустооптического приемника, к выходу первого порогового блока последовательно подключены четвертый ключ, второй вход которого соединен с электрическим выходом третьей матрицы фотодетекторов, и второй блок регистрации, выход которого соединен с вторым входом первого блока взаимной привязки, пьезоэлектрические преобразователи четвертой и пятой ячеек Брэгга соединены с выходами первого и второго усилителей промежуточной частоты соответственно, шестая и седьмая ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную одна к другой с противоположными направлениями распространения в них акустических волн, а на пути распространения их дифрагированного пучка света последовательно установлены пятая линза, в фокальной плоскости которой размещена вторая диафрагма, и шестая линза, в фокальной плоскости которой размещена четвертая матрица фотодетекторов, к электрическому выходу которой последовательно подключены второй затвор, второй регистр считывания, второй пороговый блок, пятый ключ, второй вход которого соединен с электрическим выходом первой матрицы фотодетекторов, третий блок регистрации и второй блок взаимной привязки, выход которого является третьим выходом акустооптического приемника, к выходу второго порогового блока последовательно подключены шестой ключ, второй вход которого соединен с электрическим выходом четвертой матрицы фотодетекторов, и четвертый блок регистрации, выход которого соединен с вторым входом второго блока взаимной привязки, второй вход второго ключа соединен с выходом второго порогового блока, пьезоэлектрический преобразователь шестой ячейки Брэгга соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, к выходу третьей приемной антенны последовательно подключены третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и третий усилитель промежуточной частоты, выход которого соединен с пьезоэлектрическим преобразователем седьмой ячейки Брэгга, приемными антеннами образован геометрический прямой угол, в вершине которого размещена первая приемная антенна, общая для измерительных баз, образованных второй и третьей приемными антеннами в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться для обнаружения выхода в эфир радиостанций с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) и определения их сетки используемых частот.

Изобретение относится к области электрорадиотехники, более конкретно к детектированию входного сигнала путем распределения входного сигнала на независимые компоненты сигнала, которые усиливают независимо.

Изобретение относится к атмосферной и волоконно-оптической связи и может быть использовано при создании прикладных систем. .

Изобретение относится к оптико-электронным системам пеленгации и может быть использовано в устройствах обнаружения и наблюдения объектов в оптическом диапазоне длин волн.

Изобретение относится к области оптической обработки сигналов и может быть использовано для передачи многоканальных и одноканальных сообщений по оптическим линиям связи.
Наверх