Акустооптический анализаторспектра
1 зн л
ОП ИCAÍИЕ
Союз Советских
Социалистических
Республик 798619
ИЗЬБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (53)M, Кл.
G01 Р 23/175 (22) Заявлено 09.01.79 (21) 2710434/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет
Опубликовано 23 01.81 Бюллетень ¹ 3
Дата опубликования описания 2 6. 01. 8 1
Ввудврствевй квмнтат
СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621 317 .757(088.8) (72) Авторы изобретения
Т. H. Головкина и Н. E. Родионов (7I ) Заявитель
Томский институт автоматизированных систем управления ч радиоэлектроники (54) АКУСТООПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к .акустооптическйм анализаторам спектра сигналов в реальном времени, и может найти применение при
Р обработке радиосигналов любой длитель5 ности.
Известны акустооптические анализаторы, содержащие послецовательно расположенные источник когерентного света, акустооптическую ячейку, фокусирующую линзу ,1О и фотоприемник, а также посдедовательно соединенные антенну, приемник и преобразователь радиосигналов в акустические, выход которого подключен к акустооптической ячейке (1).
Однако точность анализа их недостаточна. Цель изобретения — повышение точности анализа.
Указанная цель достигается тем, что в акустооптический анализатор спектра, содержащий источник когерентного света, акустооптическую ячейку, фокусирующую линзу и фотоприемник, дополнительно введены четыре блока памяти, два коммутатора, два блока извлечения квадратного корня, переменная линия задержки, блок умно>кения, генератор коэффициентов, ключ, сумматор, блок синхронизации и управления и регистрирующее устройство, причем вход блока синхронизации и управления подключен ко входу акустооптической ячейки, а выходы — ко,входам блоков памяти, коммутаторов, ключа и переменной линии задержки., второй вход первого блока памяти соединен с выходом фотоприемника, а его выходы — с входами первого коммутатора, оцин BbfKoll которого подключен через ключ ко второму входу второго блока памяти, а второй выход - к первому блоку извлечения квадратного корня, выходы которого соединены со входами блока умножения, один из них непосредственно, а другой - через переменную линию задержки, третий вход блока умножения подключен к выходу второго коммутатора, соединенного с выходами генератора коэффициентов, выход блока
7986
19
4 ральной компоненте входного радиосигнала. Угол дифракции света в первом дифракционном порядке однозначно определяет его частоту. В фокальной плоскости линзы 3, где помещен фотоприемник 4, формируется сигнал, соответствующий про странственному спектру мощности отрезка реализации анализируемого радиосигцала. находяшегося в апертуре ячейки 2 и равного по длительности времени прохождения ультразвуковой волной апертуры светового пучка. Световое поле регистрируется с помощью квадратичного позиционно-чувствительного фотоприемника 4
N раз с интервалом Т„„между двумя послецовательными экспозициями по мере поступления радиосигнала на вход устройства, 3а время р ой экспозиции длительностью 6 < Т„„ в каждой точке фотоприемника 4 регистрируется интенсивность определенной спектральной составляюшей, содержашейся в спектре входного рациосигнала и находящейся в преаелах светового пучка.
Для вычисления спектра всего . радиосигнала по спектрам отдельных его частей необходимо выполнить когерентное сложение сигналов фотоприемника 4 для каждой спектральной компоненты с учетом сдвига их во времени.
11ля определения амплитуды спектральной составляющей длинного радиосигнала на частоте входного сигнала необходимо измерить интенсивность этой, составляющей спектра в каждой из N экспозиций извлечь квадратный корень из всех полученных значений и произвести вычисление, За N экспозиций фотоприемник 4 регистрирует квадрат модуля спектра каждой отцельной части длинного сигнала. После записи всей информации в блок 5 памяти коммутатор 9 последовательно с определенной постоянной скоростью выбирает из всего массива информацию, поступающую из опрецеленной точки координатного фотоприемника 4 за N экспозиций; соответствующую одной спектральной составляющей, Эти данные поступают одновременно на блок 6 памяти и блок 11 извлечения квадратного корня, выходной сигнал которого пропорционален модулю спектральной компоненты. умножения соединен со вторым входом третьего блока памяти, выходы второго и третьего блоков памяти подключены ко входам сумматора, выход которого соединен через второй блок- извлечения
5 квадратного корня со вторым входом четвертого блока памяти, выход которого подключен к регистрирующему устройству..
На чертеже изображена функциональная схема устройства. 10
Оптическая часть устройства содержит последовательно расположенные на одной бси источник 1 когерентного света, акустооптическую ячейку 2 на бегущих волнах фокусируюшую линзу З,,фотоприемник 4.
В электронную часть устройства введены блоки 5-8 памяти, коммутатоты 9 и 10, блоки 11 и 12 извлечения квадратного корня, переменная линия 1З задержки, блок 14 умножения, генератор 15 коэффициентов, ключ 16, сумматор 17, блок
18 синхронизации и управления, регистрирующее устройство 19.
В блок 5 памяти записывается информация с фотоприемника 4., которая через коммутатор 9 поступает одновременно в блок 11 извлечения квадратного корня и блок 6 памяти, соединенный со входами сумматора 17. С помощью клю-. ча 16, введенного между коммутатором 9
30 и блоком 6 памяти, устанавливается связь между блоками 5 и 6 памяти в моменты времени, задаваемые блоком 18 синхронизации и управления. На сумматор 17 одновременно поступают. с блока 7 памяти промежуточные значения произведений
ЗЮ трех сигналов, два из которых поступают с блока 1 1 извлечения квадратного корня, один из них непосредственно, а другой — через переменную линию 13 за40 .держки. Перемножение этих сигналов выполняется в блоке 14 умножения. Третий сигнал на блок 14 умножения подается в генератора 15 коэффициентов через коммутатор 10. В блок 8 памяти записыва45 ется информация о спектре всего входного радиосигнала, которая поступает.с выхо.да сумматора 17 через блок 12 извлечения квадратного корня. Регистрирующее устройство 19 подключено к блоку 8 памяти.
Анализируемый радиосигнал длительностью Т поступает на преобразователь акустооптической ячейки 2, осуществляющей преобразование электромагнитной энергии в энергию ультразвуковых колебаний той же частоты, распространяющихся в звукопроводе ячейки..Свет ис; точника 1 дифрагирует на каждой сиектФазовый член для составляющей спектра в р-ой экспозиции назовем коэффициентом. Максимальное количество коэффициентов определяется разрешающей способностью фотоприемника 4 и количеством экспозиций.
1. Паркс. Акустооптический спектроанализатор. - Зарубежная радиоэлектроника", 1970, ¹ 12, с. 14-39.
5 7986
Переменная линия 13 задержки выполняет требуемую задержку сигнапа HB время, кратное одному такту работы коммутагора.
Рассмотрим формирование спектра длинного радиосигнала. Происходит это в несколько этапов. В течение 1-ro этапа из блока 5 памяти препоследоватепьно с постоянной тактовой частотой через коммутатор 9 значения KBBGpete Mon nH on-. iQ ной спектральной составляющей (т.е. сиг- налы из одной гочки фотоприемника) записываются в промежуточный блок 6 памяти. Одновременно в блок 7 памяти поступает (g -1) сигнал с блока 14 ум- 1S ножения. Время задержки перемножаемых сигналов равно одному такту работы коммутатора 9. На спедующем этапе меня. ется коэффициент усиления и время задержки увеличивается в 2 раза. Так что 2g в блок 7 памяти записываетс н ((Ч -2) сигнала и так далее. На последнем Q -1 этапе коэффициенту. присваивается определенное значение и в блок 7 памяти записывается последний сигнал. 25
На втором и всех последующих этапах ключ 16 прерывает связь коммутатора
9 с блоком 6 памяти.
Накопленные в течение указанных (1(-2) этапов сигналы в блоках памяти " Н1
6 и 7 складываются в сумматоре 17.
Таким образом, выходной сигнал сумматора соответствует квадрату модуля опной спектральной составляющей на частоге анализа, а на выходе блока 12 извле- >> чения квадратного корня — ее модулю.
Иалее цикл работы устройства повторяется, но обработка выполняется над информацией, поступившей в блок 5 памяти из следующей тоЧки координатного фото- gy приемника 4. По мере обработки информации блоком 5 памяти значения модуля спектральных составляющих всего входного радиосигнала накапливаются и хранятся в блоке 8 памяти, откуда поступают потом на регистрирующее устройство 19, воспроизводящее спектр всего длинного входного сигнала.
Для управления работой анализатора. спектра введено устройство управления и синхронизации, которое выдает команды начала, конца хранения информации, ee вывода из блоков памяти, осуществляет контроль за порядком хранения, задает тактовую частоту коммутаторов.
Предлагаемое устройство выполняет спектральный:анализ сигналов, длитель19 6 ность которых превышает время заполне ния ультразвуковым сигналом апертуры
А0Н путем регистрации спектров Частей длинного радиосигнала традиционным методом и.их сшивания при дальнейшей обработке, которая может быть организована с привлечением ЭВИ.
Формула изобретения
Акустооптический анализатор спектра, содержащий. источник когерентного света, . акустооптическую ячейку, фокусирующую линзу н фотопрнемник,о т л и ч а ю щ и йс я тем,что,с целью повышения точности анализа, в него дополнительно введены четыре блока памйти, два коммутатора, два блока извлечения квадратного" корня, переменная линия задержки, блок умножения, генератор коэффициентов, ключ, сумматор, блок синхронизации и управления и регистрирующее устройство, причем вход блока синхронизации и управления подключен ко входу акустоопти- . ческой ячейки, а выходы — ко входам блоков памяти, коммутаторов, ключа и переменной линии задержки,,второй(вход первого блока памяти соединен с выходом фотоприемника, а его выходы — с входами первого коммутатора, один выход которого подключен через ключ ко второму входу второго блока памяти, а второй выход — к первому блоку извлечения квадратного корня, выходы которого соединены со входами блока умножения, один нз них непосредственно, а другой —,через переменную линию задержки, третий вход
f блока умножения подключен к выходувторого коммутатора, соединенного с выходами генератора коэффициентов, выход блока умножения соединен со вторым входом третьего блока памяти,. выходы второго и третьего блоков памяти подключены ко входам сумматора, выход которого соединен через второй блок извлечения квадратного корня со вторым входом четЬертого блока памяти, выход которого подключен к регистрирующему, устрой-. ству..
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
