Оптическое корреляционное устройство

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИИЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 478331 (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено18.04.73 (21) 1907933/18-24 с присоединением заявки № (32}ПриоритетОпубликовано 25,07.75,Бюллетень №27 Дата опубликования описания 05.08.75 (51) М. Кл.

Q 06 g 9/00 ,ф, ф И

g-б E Зб ю

Государственный квинтет

Совете Министров СССР по делам нзаоретеннй и отнрытнй (53) УДК 681,333:519. ,2 (088. 8) (72) Автор изобретения

О. ф. Меньших

P1) Заявитель (54) ОПТИЧЕСКОЕ КОРРЕЛЯ1(ИОННОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к оптическим средствам вычислительной техники и к смежным областям: радиотехнике, акустике и физической оптике. Оно может быть,исполь: зовано, например, в радиолокации, радионавигации и измерительной технике в качестве корреляционного устройства обнаружения и "сжатия" импульсных радиосигналов с большой базой.

Известны оптико-акустические корреля» 10 торы, применяемые для обработки сложных радиотехнических сигналов, содержащие источник света, пространственный диф1 акционный модулятор с кюветой, транспарант.

Размер растра, входящего в состав кор- !5 релятора оптико-акустического модулятора света вдоль направления распространения акустической волны, определяется аппаратурой оптической системы коррелятора.

По конъюнктурным соображениям ограни- 20 чение величины последней приводит к ограничению длительности временной выборки

-обрабатываемого сигнала до величины порядка 100-150 мксек, что в некоторых

1 ,практически важных случаях является не-, х5 достаточным, например, при обработке импульсных шумоподобных двоичных М-последовательностей.

Цель изобретения — повышение времени корреляции без увеличения апертуры опти ческой системы.

Достигается это тем, что пространст венный дифракционный модулятор света

i оптикс -акустического типа включает оппозитно закрепленные на торцовых стенках оптико-акустической кюветы модулятора, пьезокристаллы, выполняющие роль датчиков-возбудителей и приемников ультразвуковых колебаний в каждой из нескольких пар пьезокристаллов, причем пьезокристаллы-приемники установлены внутри элемента акустического поглощения, выход пьезокристаллов-приемников предыдущего канала (ультраэвуковой дорожки звукопровода оптико-акустической кюветы) связан со входом пьезокристалла-датчика-возбудителя последующего канала через компенсирующий потери полосовой усилитель. Согласованный с пространственным распределением обрабатываемого сигнала в звуко478331

1О

25 проводе оптико-акусти4еской кюветы опорный транспорант выполнен мнэгокачальным и с экранируюшими немодулирэванную часть светового потока по поперечному сечению оптической системы непрозрачным покрытием.

На фиг. 1 показана общая структура оптического коррелятора; на фиг, 2 схема пространственного дифракционнэго модулятора света оптико-акустического типа с элементами связей пьезокристаллов и на фиг. 3 — схема построения опорного многоканального транспаранта.

Корреляционное устройство содержит источник света 1, например оптический квантовый генератор непрерывного действия, конденсор (или коллиматор) 2, кюве-. ту 3, звукопровод которой возбуждается обрабатываемым сигналом 4 с помощью пьезэкристаллического возбудителя 5, установленного на одном торце кюветы 3, на другом конце которой установлен эле» мент (тело) 6 акустического поглощения, согласованный с обрабатываемым сигналом фазовый или амплитудный транспарацт 7, интегрирующую линзу 8, установленную от последней на фокусное расстоя-. ние фокальную диафрагму 9 и фэтоприемник

10, на вход которого поступает та часть светового потока, которая дифрагирована в плюс (минус) первый порядок дифракциэннэй картины.

В эписаннэм корреляторе пространств«нный дифракционпый модулятор света содержит кювету 3, на одном торце которой укреплены (Ч пьезокристаллических возбудителей 5, формирующих в звукопрэвэде кюветгя ультразвуковые волны, образующие )ч акустических параллельных между собой дорожек, на другом торце эптико-акустической кюветы 3 установлены Я пьезэкристаллических приемников 1 1 внутри элемента 6 акустического нэглэщения, п;играем приемник 1 1 для (-эй акустической дорожки связан с возбудителем 5 +1 -эй акустическэй дорожки через компенсирующий потери пэлэсэвэй т усилитель 12 (где - = 1,2,3 ...... g -1).

Выход пэследнегэ М -гэ приемника 11 может испэльзэваться, например, цри неэбхэднмэсти контроля.

Применяемый в корреляторе опорный транспарант 7 выполняется Й вЂ” канальным, каждая из неэквидистантных (в общем случае) дифракциэцных решеток 13 фазового или амплитуднэгэ тинов пространственно согласэвана с соответствующей акустическэй дорожкой B звукэпрэводе кюветы 3 для обрабатываемого радис сигнала, Лля снижения урэвня паразитнэго фона на выходе фотоприемника 10 на поверхность транспаранта 7 нанесено непрэдрачное покрытие 14, экранируюшее немодулированную часть светового потока (по поперечному сечению оптической системы) в пространственном дифракционном модуляторе света. Поверхность этого .покрытия (маски), обращенная к падающему на нее световому потоку, выполнена матовой с черчением для ослабления помех, обусловленных отражениями маски.

Рассмотрим работу предлагаемого уст ройства. Плоская волна света, формируемая . эт источника света 1;конденсатором 2, модулируется пэ фазе в йрэстрацственном дифракционном модуляторе света оптикоакустического типа, а затем дополнительно мэдулируется по фазе или амплитуде в транспаранте 7 (фазовом или амплитудном соответственно) и интегрируется линзой

8. При этом выделяются фэкальной диафрагмой 9 световые лучи, дифрагированные в первый дифракционный максимум (порядок) дифракциэннэй картины, которые затем преобразуются нелинейным фотоприемником

10, наприк1ер, на основе фотоэлектронного умножителя в фильтруемый электрический сигнал. Отфильтрованная переменная состав ляющая этого сигнала содержит колебание промежуточной частоты обрабатываемого радиосигнала, а амплитуда этой составляющей определяется степенью корреляции пространственных фазовых или амплитуд= ных распределений: мгновенного — B звукопр оводе оптик э-а куст ич ес кой кюветы 3 и стациэнарнэгэ — B эпэрнэм транспаранте

7.

Огибающая корреляционной функции с выхода фотоприемника 10 дэстт.ает максимума при точном совпадении указанных пространственных распределений и быстро спадает при рассогласэвании их подобно поведению функции Вудвэрда.

При обработке сложных радиотехнических сигналов с базой В (равнэй произведению длительности обрабатываемого радиоимпульса на .егэ ширину спектра, либэ произведению временной выборки квазинепрерывного сложного радиосигнала на ширину спектра сигнала в пределах данной временной выборки, размер кэтэрэй определяется апертурой оптической системы) в процессе корреляционной обработки осуществляется "сжатие" огибающей корреляционной функции в В раз с одновременным увеличением амплитуды огибающей в ) В раз. Благодаря указанному временному перераспределению энергии обрабатываемого сйгнала на выходе коррелятора, дэ478331 полненного видеодетектором и пороговым, устройством, образуется в момент максимума корреляции указанных пространствен= ных распределений короткий "сжатый" импульс, превышаюший некоторую пороговую величину, определяемую на основании критериев максимума функции правдоподобия.

Например, при "сжатии" обрабатываемых сигналов с внутриимпульсной линейнс,й частотной модуляцией (ЛМЧ ) длительность л0

"сжатых" импульсов на выходе коррелятора будет обратно пропорциональна размеру апертуры оптической системы, а точнее длине освешаемой светом части ультразвуковой дорожки пространственного (5 дифракционного модулятора света оптикоакустического типа.

В описанном устройстве эквивалентная длина ультразвуковой дорогкки сушественно увеличена без какого-либо увеличения 20 апертуры оптической системы. Это достигнуто благодаря рациональному использованию оптического поля системы — переходу к многодорожечной Щ -канальной записи обрабатываемогo радиосигнала в 25 звукопроводе оптико-акустической кюветы

3, как это представлено на фиг. 2. Увеличение времени ворреляции в g раз по сравнению с известной схемой эднэдорожечнот о коррелятора noстигпуто благс - 30 даря последовательной связи пьезокристаллических приемников 11 -ных акусти1 ческих дорожек с возбудителями 5 л.1-ых аку< THBecKHK nope>>H K (I = 1, 2, 3

)Ч -1 ) через компенсируюшие потери по- 35 лэсэвых усилителей 12. Необходимость в использовании усилителей 12 вызывается соображениями согласования низкого входного импеданса возбудителей 5 с импедансом выходных цепей приемшлкэв 11 и ком- 0 пенсации потерь акустической волны в звукопроводе кюветы 3 и той части толшины элемента (тела) акустического поглошения 6, которая отделяет приемник

1 1 от звукопровода кюветы 3. 45

1 следует отметить, чтэ установка приемников 11 внутри тела акустического поглошения 6 исключает возникновение режима смешанной или стоячей волн в 50 зву копров оде кюветы 3, лоск эльк у а кус тические волны, проходя цие через указанную выше толщину акустического поглотителя из звукэпрэводяшей среды дэ поверхности приемников 11, испытывают доста- 55 точно сильные затухания в акустическом поглотителе 6, однако достаточные для возбуждения в приемниках 11 электрических колебаний обрабатываемого сигнала (с соответствуюшими временными сдвигами). 60

Акустические вс пны, отражаемые поверхностями приемников 11 в противоположном направлении, вновь испытывают затухания в указанной толщине элемента акустического поглощения 6, так что амплитуды обратных акустических волн в звукопроводе кюветы 3 становятся пренебрежимо малыми в сравнении с амплитудами прямых акустических волн, возбуждаемых пьезодатчиками 5, и помех работе коррелятора не создают.

Анализ работы оптико-акустического модулятора света показывает, что наибольшее количество каналов, котомакс рые могут быть записаны в квадратном растре системы с размером стороны растра. (,, равно "(«1(Г4 иакс 2 4 g22v где 7 -частота промежуточных колебаний обрабатываеллого сигнала, а размер. стороны пьезодатчика 5 с(о выбирают при этом из условий дивиргенции акустической волны из соотношения

«(3,22Vfq 2 допускающего уширение ультразвуковой дорожки в области элемента акустическога поглощения 6 вдвое по сравнению с ее шириной в области пьезодатчиков 5.

Так, при использовании пространственного дифракционного модулятора света на основе оптико-акустической кюветы, напол-> ненной водным раствором этилового спирта (V = 10 мм/сек), при промежуточной частоте обрабатываемого сигнала У = 30 мгц и стороне растра оптической систсмы (=- 150 мм полу1 чае>,л М = 30 каналов макс

2,45 мм.

Это позволяет получить время корреляции

С вЂ” 30 . 150 мксек =

= 4,5 мсек, что обеспечивает проведение обработки длиноимпульсных сигналов со сложной высокочастотной структурой, а также шумоподобных двоичных М-последовательностей, т. е. решать качественно новые задачи.

Предмет изобретения.

Оптическое корреляционное устройство, содержашее расположенные на гцной оптической оси источник света, конденсор, пространственный дифракциснный модуляТор оптико-акустического типа с кюветой,, многоканальный транспарант с экранирующим

478331

7 немодулированную часть светового потока

: непрозрачным покрытием, интегрирующую

: линзу, фокальную диафрагму и фотоприемник, усилители, о т л и ч а ю ш е. е с я . тем, что, с целью увеличения объема обрабатываемой йнформапии, в нем прос ранственный днфракционный модулятор onФ тико-акустического типа выполнен в виде 8 элемента акустйческого поглощения, внутри которого оппозитно устайовлены„пьезокристаллические возбудители и приемники, :элемент акустического поглошения закреплен

5 на одном из торцев кюветы модулятора, а

- пьезокристаллические приемники соединены с пьезокристаллическими возбудителями смежных каналов через усилители.

478331

12 1Г

Составитель В жощд скнй.

Техред И.Карангн иова; Корректор . де„„„-о д редактор f о,„,но

Изд ° hh Я Тираж

Поднисное

Предприятие «Патент», Москва, Г-59, Бережковская наб., 24

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета. Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 113035, Раушская наб., 4