Многоустойчивое устройство-коррелятрон

 

О П И С А Н И Е (»)-475633

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 24.04.73 (21) 1913127/18-24 с присоединением заявки № (51) М. Кл. G 06g 9/00

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 30.06.75. Бюллетень ¹ 24

Дата опубликования описания 19.09.75 (53) УДК 681.333(088.8) (72) Автор изобретения

О. Ф. Меньших (71) Заявитель (54) МНОГОУСТОЙЧИВОЕ УСТРОЙСТВΠ— КОРРЕЛЯТРОН

Государственный комитет (32) Приоритет

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и автоматики и может быть использовано в радиотехнике в качестве устройства с многими устойчивыми состояниями стабилизации режимов генерирования сложных радиотехнических сигналов с помощью электро-оптических средств.

Предлагаемое многоустойчивое устройство по существу открывает новый класс устройств — коррелятронов, признаками устойчивых состояний в которых являются виды сложных радиотехнических сигналов, широко применяющихся в современной радиолокации, связи, ионосферном зондировании, радионавигации, космических исследованиях и измерительной технике. Под сложными сигналами понимают радиосигналы, произведение длительности которых (например, для радиоимпульсов) на ширину их спектра много больше единицы. Так, в современной радиолокации нашли применение сложные сигналы с внутриимпульсной частотной модуляцией, фазоманипулированные сигналы в соответствии с кодами Баркера, Фрэнка, Хафмана и другие и шумоподобные двоичные М-последовательности, имеющие базу от нескольких десятков до нескольких десятков и сотен тысяч и определяющиеся функциями неопределенности Вудворда различной структуры. Обработка таких сигналов осуществляется, как правило, с помощью корреляционных устройств или согласованных сложных фильтров. В результате корреляционной обработки сигнал сильно

«сжимается» по времени и резко возрастает

5 по ампилтуде, что обеспечивает выделение таких сигналов на фоне существенно превышающего уровня помех, т. е. создание высоко помехоустойчивых и скрытых радиосистем.

В последние годы широко используют ме10 тоды оптической обработки сложных радиотехнических сигналов на базе создания многоканальных оптико-акустических корреляционных устройств, а также методы генерирования сложных сигналов на основе оптикоl5 акустических корреляторов.

Прототипами для описываемого устройства по принципу построения оптико-акустической корреляционной многоканальной схемы мо20 жет служить известный многоканальный коррелятор, содержащий источник монохроматического света, например оптический квантовый генератор непрерывного действия, коллиматор, пространственный многоканальный ди25 фракционный модулятор света оптико-акустического типа, многоканальный опорный транспарант, интегрирующую поканально цилиндрическую (астигматическую) линзу и канальные фотоприменики, установленные в фокаль30 ной плоскости указанной линзы в местах

475633 дислокации первых дифракцпонпых порядков соответствующих каналов коррелятора.

Известное устройство работает как корреляционное и предназначено для обработки сложных сигналов различных видов (по числу каналов). Для использования коррелятора в качестве генератора сложных сигналов достаточно возбудить в звукопроводе пространственного дифракционного модулятора для со ответствующего канала короткий акустический цуг волны. При этом бегущее в звукопроводс акустическое возмущение в виде дельта-импульса на промежуточной частоте оптически

«опрашивает» запись на соответствующей дорожке опорного транспаранта (на каждой дорожке транспаранта записан определенньш вид сложного сигнала). На выходе соответствующего канального фотоприемника выделяется соответствующая составляющая сложного электрического сигнала, как функция времени, перенесенного на промежуточную частоту, т. е. происходит преобразование пространственной записи опорного сигнала на соответствующей дорожке транспаранта во вре1яенной радиоимпульс, длитсльность которого равна времени распространения акустического цуга в апертуре пространственного дифракционного модулятора (времени «опроса» записи на транспаранте) .

Однако известное устройство не мо>кет работать в режиме автономного генератора, оно характеризуется сложностью.

Цель изобретения — генерирование периодической последовательности сложных радиосигналов различных видов. Для этого пространственный дифракционный модулятор света оптико-акустического типа выполнен одноканальным и установлен между дополнительно введенными двумя цилиндрическими линза!!и так, что линия их общего фокуса совмещена с траекторией распространения акустической волны в звукопроводе указанного оптико-акустического модулятора света, который связан оптически с многоканальным опорным транспарантом с записанными на пем пространственными образами генерируемых сложных сигналов через электр оопти ческий многополосковый поляризационный модулятор света, связанный с импульсным коммутатором каналов генерирования, и пластину-анализатор света, а выход многоканального опорного транспаранта оптически связан через сферическую линзу с фотоприемником, общим для всех используемых каналов. Выход фото..риемника параллельно подключен к полосовому усилителю и ограничителю по максимуму с низкоомной нагрузкой, подсоединенной к входу одновибратора дельта-импульсов проме>куточной частоты, причем выходы указанного одновибратора и полосового усилителя соединены с пьезодатчиком указанного оптико-акустического модулятора света через сумматор.

На чертеже представлена функциональная схема коррелятрона.

1О

Устройство содержит источник 1 когерентного света, например оптический квантовый генератор непрерывного действия, коллиматор

2, оптико-акустическую кювету 3 оптико-акустического пространствснного дифракционного модулятора света, звукопровод которого возбуждается пьезодатчиком 4 в форме акустической волны, поглощаемой затем акустическим поглотителем 5, пару цилиндрических (астигматичсских) линз 6 и 7, общая линия фокУ cа I

10 света (дихроичсский !1veнoчнь1i! поляроид), главная плоскость 1!оляризации которого скрещена отпосителы!о плоскости поляризации света. излучаемого источником 1 (излучение газовых лазерных устройств является строго поляризованным в плоскости) . Кроме того, устройство содержит многоканальный опорньш транспарант 11 с записанными пространственно (по фазе или ампл1!туде проходящих через него волн света) опорными сложными сигналами различных видов, сферическую интегрирующую линзу 12, фотоприемник 13, установленный в фокальной плоскости указанной линзы в области расположения плюс или минус первого порядка дифракции дифракционной картины, полосовой усилитель 14 промсжуточной час!оты и ограничитель 15 по х!аксичуму, параллельно подключенные к выходу фотоприемника 13. Выход ограничителя

15 связан с низкоомной нагрузкой 16, шунтиру1ощсй выход фотоприемника 13 при сигналах, превышающих некоторое пороговое значение на выходе фотоприемника. Указанная нагрузка связана с одновибратором 17 дельта-импульсов промежуточной частоты, а выходы одновибратора 17 и полосового усилителя

14 подключены через сумматор 18 к пьезодатчику 4 пространственного дифракционного модулятора свега.

Рассмотрим действие предлагаемого устройства.

Линейно поляризованная монохроматическая волна света оптического квантового генератора 1 формируется коллиматоро1! 2 В виде плоской световой волны, которая воздействует на звукопровод оптико-акустической кюветы 3, возбуждаемый ультразвуковой волной от пьезодатчика 4. Затем она поглощается в акустическом поглотителе 5, так что в звукопроводе образуется бегущая акустическая волна при подаче на пьезодатчик соответствующих электрических колебаний. Траектория распространения акустической волнь, в звукопроводе кюветы 3 сов!!ещена с общей линией фокусов цилиндрических (астигматических) линз 6 и 7, поэтому волновой фронт

475633

20

30

60 б5 светового потока па выходе линзы 7 является фазомодулированным при распространении в звукопроводе кюветы 3 акустической волны, вызывающей соответствующие возмущения оптической плотности звукопровода. Использование одноканального оптико-акустического модулятора, снабженного цилиндрическими (астигматическими) линзами 6 и 7, адекватно применению многоканального оптико-акустического модулятора без линз, однако, конструктивно гораздо проще и надежнее последнего.

Включение того или иного канала генерирования достигается подачей на соответствующую полупрозрачную полосу (электропроводящую) электрооптического многополосного поляризационного модулятора 8 света электрического потенциала определенной величины от импульсного коммутатора 9 каналов генерирования относительно общей электропроводящей полупрозрачной заземленной обкладки плоской кристаллической пластины поляризационного модулятора (например, изготовленной из дигилрофосфата калия или аммония, ниобата лития, титаната бария или стронция, сернистого цинка и т. д.). Напряжение, открывающее соответствующий канал генерирования, называемое полуволновым и равное по порядку от нескольких лесятков до нескольких сотен вольт, изменяет величину анизотропии кристалла (его чести в виде полосы) так. что проходящий в данном канале световой поток изменяет свою поляризацию на 90 . Для всех других каналов устройства свет не изменяет характера своей поляризации. Поскольку за поляризационным модулятором установлена пластина-анализатор 10 света. главная плоскость поляризации которого ориентирована ортогонально плоскости поляризации света оптического квантового генератора 1, то свет на выходе платины- анализатора может пройти только в рассматриваемом канале, связанном с одной из записанных на многоканальном опорном транспаранте !1 фазовых или амплитудных дорожек. Следовательно. изменяя подключение полуволнового напряжения от коммутатора 9 к той или иной электропроволящей полупрозрачной полоске поляризационного модулятора 8, можно направлять дифрагированный в пространственном оптико-акустическом молуляторе световой поток через тот или иной канал многоканального опорного транспаранта при отключении всех его других каналов.

Осуществление выборочной коммутации каналов многоканального опорного транспаранта позволяет заменить цилиндрическую (астигматическую) линзу-интегратор и канальные фотоприемники. число которых равно числу каналов транспаранта, на сферическую интегрирующую линзу 12 и олин, обилий для всех каналов коррелятора фотоприемник 13, установленный в фокальной плоскости линзы

12 в области дислокац„:и плюс или минус первого порядка дифракции. При использовани сферической интегрирующей линзы 12 координаты области дифракционных максимумов картины дифракции совпадают для всех каналов коррелятора. Благодаря эTому можно обойтись одним общим фотоприемником.

Процесс двойной (последовательпой) дпфракции световой волны на звукопроводс о тико-акустического модулятора света и на соответствующей дорожке многоканального опорного транспаранта и интегрирования в сферической линзе 12 характеризует процесс взятия корреляционного интеграла по апертуре оптической системы от двух функций— сигнала, подаваемого на пьезодатчик 4. и сигнала, пространственно отображенного на соответствующей фазовой или амплитудной дорожке многоканального опорного транспаранта.

Теория и эксперимент показывают, что если на пьезодатчик 4 подавать короткий цуг электрического колебания промежуточной частоты (пространственно отображенной на дорожках транспаранта 11). то на выходе фотоприемника 13 образуются колебания на промежуточной частоте. имеющие спектр сложного сигнала. записанного на соответствующей (открытой по световому потоку) лорожк( транспаранта. Длительность этого сигна I3 равна времени распространения акустического цуга в звукопроводе кюветы 3 в пределах рабочей апертуры оптической системы (времени

«опроса» дельта-импульсом пространственно распределенной записи опорного сложного сигнала на соответствующей дорожке транспаранта) . С другой стороны, если к пьезодатчику подводить колебания соответствующего сложного сигнала указанной длительности, вид которого совпа.чает с ви.чом записанного на работспощей дорожке тоанспаранта опорного сложного сигнала, то в момент максимума корреляции пространственных распределений сигнала. преобразованного в оптикоакустической к.овете и записанного на работающей дорожке опорного транспаранта. на выходе фотоприемника 13 образуется «сжатый» по времени импульс болhlIlîé амплитудь . Так, если оаза сигнала, записанного на транспаранте и подаваемого на пьезодатчик

4 кюветы 3, равна В = 100. то дчительность

«сжатого» ралиоимпульса на выходе фотоприемника может быть в 100 раз меньше,члительности обрабатываемого сигнала, определяемого апертурой системы. а амплитуда

«сжатого» импульса при этом возрастает в силу закона сохранения энергии в !О раз по сравнению с амплитудой оорабатываемого сложного радиоимпульса.

Таким образом, данное устройство может работать в лвух режимах: генерирования сложного сигнала, записанного на соответствуюшей работаюшей .чорояке многокаHà,÷üíоro опорного транспаранта. а также обработки сложного радиоимпульса с образованием

«сжатого» радиоимпул са большой амплитуды. Выбор того или иного режима зависит

475633 лишь от того, какого характера сигнал подан на пьезодатчик 4 — дельта-импульс промежуточной частоты с выхода одновибратора или сложный сигнал послосового усилителя 14.

Представленная на чертеже схема коррелятрона представляет собой эквивалентный че1ырехполюсник с немонотонной амплитудной характеристикой, замкнутый в петлю обратной связи. Обратная связь создается тем, что выход фотоприемника 13 соединен с записывающим входом пространственного дифракционного модулятора света — с пьезодатчиком

4 — через соответствующие параллельно действующие цепи формирования и выделения (усиления). Такую схему можно отнести к адаптивным многомерным рециркуляторам с жестким режимом самовозбуждения.

Действительно, если на вход одновибратора

17 подать запускающий импульс от какого-либо внешнего источника (по шине «Запуск»), па пьезодатчик воздействует сформированный в одновибраторе короткий радиоимпульс на промежуточной частоте (10 — 30 мгц), который в звукопроводе кюветы 3 возбуждает короткий акустический цуг, распространяющийся в кювете и считывающий запись опорного сложного сигнала с работающей дорожки транспаранта 11. При этом на выходе фотоприемника возникает составляющая считываемого с транспаранта сложного радиосигнала малой амплитуды и с длительностью, равной отношению рабочей апертуры оптической системы на скорость распространения акустических колебаний в звукопроводе оптико-акустической кюветы 3. Уровень считываемого сложного сигнала оказывается существенно ниже уровня ограничения в ограничителе 15 по максимуму. Поэтому выход фотоприемника 13 не шунтируется ограничителем 15 с низкоомной нагрузкой 16, и сигнал воздействует только на полосовой усилитель 14, усиливается в нем и через линейный сумматор 18 вновь воздействует на пьезодатчик 4.

Таким образом, сложный сигнал, считываемый с транспаранта 11 (с одной из его работающих дорожек), вновь записывается в звукопроводе пространственного оптико-акустического модулятора. Эта запись в форме бегущей акустической волны накапливается в звукопроводе до тех пор, пока записываемое в нем распределение не совпадет с соответствующим распределением опорного сложного сигнала на рассматриваемой дорожке транспаранта. Это совпадение соответствует i ÿêñèмуму корреляции сопоставляемых пространственных записей, и в силу ранее изложенного в этот момент времени на выходе фотоприемника 13 формируется весьма короткий «сжатый» радиоимпульс с большой амплитудой, существенно превосходящий уровень ограничения ограничителя по максимуму. Ограничитель 15 открывается, и выход фотоприемника шунтируется низким сопротивлением нагрузки 16, так что обратная связь фотоприемника с пьезодатчиком 4 через полосовой усилитель

Предмет изобретения

Многоустойчивое устройство — коррелятрон, содержащее размещенные на одной оптичз14 имеет временно (в течение действия «сжатого» импульса) низкий коэффициент передачи. Импульсный сигнал, фиксируемый в сопротивлении нагрузки 16, воздействует на вход одновибратора дельта-импульсов проме>куточной частоты. При этом на его выходе формируется одиночный весьма короткий радиоимпульс на промежуточной частоте, который и подается на пьезодатчик 4. Указанный процесс регенерации сложного сигнала повторяется вновь.

Рассмотрим пример реализации коррелятрона. Если оптико-акустическая кювета 3 заполнена водным раствором этилового спирта, а рабочая апертура оптической системы составляет 100 мм, то наибольшее время корреляции — около 100 мксек. Такой величины может быть длительность генерируемых сложных радиоимпульсов. Если на дорожках многоканального опорного транспаранта записаны различные сложные радиомпульсы с внутриимпульсной линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), характеризующиеся разными значениями скорости изменения частоты несущих колебаний в пределах длительности импульса, например на 5, О, 5, 5, 6, О,..., 9,5 Мгц (т. е. десять значений скоростей изменения частоты внутри импульса длительностью

100 мксек) при средней частоте радиоимпульсов в 25 Мгц, то эквивалентные базы сложных сигналов соответственно равны 500, 550, 600,..., 950. Максимально «сжатые» по длительности корреляционные отклики (при кор- реляционной обработке сложных сигналов, действующих на пьезодатчик 4) имеют при этом длительности соответственно О, 20, О, 18, О, 17,..., О, 11 мксек, а их амплитуды выше амплитуды сложного сигнала соответственно в 22, 23, 24,..., 30 раз. Полосовой усилитель 14

40 должен быть настроен на частоту 25 Мгц и иметь полосу прозрачности в диапазоне 20—

30 Мгц, в этой же полосе частот должен работать пьезодатчик (обычно ширина полосы пропускания оптико-акустических дифракционных модуляторов составляет до половины от центральной частоты настройки пьезорезонатора) . Генерируемые сложные сигналы представляют периодическую последовательность смеси считывающего дельта-импульса и сложного сигнала заданного вида с периодом повторения 100 мксек. Временное стробирование такого совокупного сигнала. образующегося на выходе фотоприемника 13, позволяет провести временную режекцию дельтаимпульсов (это устройство не представлено на чертеже), т. е. очистить выходной сигнал коррелятора от этих импульсов. Для переключения каналов генерирования используется декадный коммутатор, управляемый внешними импульсами.

475633

Составитель В. ЖовннскнйРедактор И. Грузова Техред Т, Миронова Корректор Т. Добровольская

Заказ 2261/1! Изд. № 1553 Тираж 679 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, )K-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 ской оси источник когерентного света, коллиматор, оптико-акустический пространственный дифракционный модулятор света с пьезодатчиком и поглотителем, опорный транспарант, интегрирующую линзу и фотоприемник, о тл ич а юще еся тем, что, с целью получения периодической последовательности сложных сигналов устройство, содержит ограничитель, одновибратор, усилитель промежуточной частоты, сумматор, две цилиндрические линзы, размещенные на общей оптической оси соответственно после коллиматора и после пространственного дифракционного модулятора света, пьезодатчик которого подключен к выходу сумматора, пластину-анализатор света и многодорожечный поляризациониый модулятор света, размещенные соответственно между опорным транспарантом и второй цилиндрической линзой, и импульсный коммутатор, подключенный к многодорожечному поляризационному модулятору; входы сумматора соединены с выходами одновибратора и усилителя промежуточной частоты, подключенного входом к фотоприемнику, соединенному с ограничителем, подключенным к резистору нагрузки и к одновибратору