Акусто-оптический коррелятор с временным интегрированием

 

АКУСТООПТИЧЕСКИЙ КОРРЕЛЯ- , ТОР С ВРЕМЕННЫМ ИНТЕГРИРОВАНИЕМ, содержащий последовательно размещенные на общей оптической оси источник* когерентного света, коллиматор, сигнальный ультразвуковой модулятор света, электрический вход которого является входом коррелятора, первую цилиндрическую линзу, фокальную диафрагму, вторую цилиндрическую линзу, третью и четвертую цилиндрические линзы и фотоприемник в виде двух линейных матриц приборов с зарядовой связью, отличающийся тем, что, с целью распшрения полосы частот исследуемых сложных сигналов с угловой модуляцией, в коррелятор введены размещенные последовательно по ходу оптических лучей между коллиматором и сигнальньм ультразвуковым модулятором св.ета электрически управляемый транспарант и опорный ультразвуковой модулятор света, генератор гармонического сигнала, генератор напряжения фазовой модуляции и блок согласования, выход которого соединен с электрическим входом электрически 'управляемого транспаранта, вход блока согласования подключен к выходу генератора напряжения фазовой модуляции, выход генератора гармонического сигнала соединен с эле^;трическимвходом опорного ультразвукового модулятора света.\о(/>&00осо^

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 4 (51) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н aeccacecmr ceececececcev

4 (21) 2843411/18-24 (22) 04. 10. 79 (46) 15.03.85. Бюл. 9 f 0 (72) В.Н. Ушаков (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.М. Ульянова (Ленина) (53) 681.333.(088.8) (56) 1. Патент США И 3189746, кл. G 06 С 9/00, опублик. 1965.

2. Слока В.К. Вопросы обработки радиолокационных сигналов. М., "Советское радио", 1970, с. 109 111 (прототип). (54)(57) АКУСТООПТИЧЕСКИЙ КОРРЕЛЯ, ТОР С ВРЕМЕННЫМ ИНТЕГРИРОВАНИЕМ, содержащий последовательно размещенные на общей оптической оси источник когерентного света, коллиматор, сигнальный ультразвуковой модулятор света, электрический вход которого является входом коррелятора, первую цилиндрическую линзу, фокальную диафрагму, вторую цилиндрическую линзу, третью и четвертую цилиндрические линзы и фотоприемник в виде двух линейных матриц приборов с зарядовой связью, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения полосы частот исследуемых сложных сигналов с угловой модуляцией, в коррелятор введены размещенные последовательно по ходу оптических лучей между коллиматором и сигнально ультразвуковым модулятором света электрически управляе" мый транспарант и опорный ультразвуковой модулятор света, генератор гармонического сигнала, генератор напряжения фазовой модуляции и блок согласования, выход которого соединен с электрическим входом электрически управляемого транспаранта, вход блока согласования подключен к выходу генератора напряжения фазовой модуляции, выход генератора гармонического сиг- . нала соединен с электрическим входом опорного ультразвукового мо» дулятора света.

803705

Изобретение относится к области корреляционной обработки сигналов оптическими методами и может быть использовано в радиолокации для сжатия импульсных радиолокацион- 5 ных сигналов с большой базой.

Известен акустооптический корре-, лятор (АОК), содержащий источник когерентного света, коллиматор, ультразвуковой модулятор света, опор- 10 ный транспарант, линзу, совершающую преобразование Фурье, фокальную диафрагму, вырезающую первый порядок днфракционной картины,и фотоприемник мгновенного действия P1). 15

Большинство известных АОК может быть эффективно использовано для сжатия сложных радиолокационных сигналов, однако длительность. последних, определяемая размером световой апертуры модулятора света вдоль направления распространения сиг-, нальной акустической волны, в этом случае существенно ограничена. При обработке широкополоснйх радиолокацириных сигналов эти ограничения в основном связаны с необходимостью использования в качестве материала звукопровода модулятора различных монокристаллов, обладающих в области высоких частот относительно малым затуханием акустической волны. уровень современной технологии выращивания монокристаллов дает возможность получить об- 35 разцы таких размеров, которые соответствуют длительности .обрабатываемых радиосигналов, не превьппающей 10-15 мкс, что s ряде случаев . является недостаточным. 40

Известно устройство квадратурной корреляционной обработки, построенное на основе простейшего коррелятора и позволяющее получить на своем выходе сигнал, пропорциональный 45 модулю комплексной огибающей ВКФ, т.е. его амплитудной огибающей fI).

Известен АОК с временным интегрированием, содержащий последовательно размещенные на общей оптической 50 оси источник когерентного света, коллиматор, сигнальный ультразвуковой модулятор света, электрический вход которого является входом коррелятора, первую ципиндрическую линзу, Я фокальную диафрагму, вторую цилиндрическую линзу, третью и четвертую цилиндрические линзы и фотоприемник в виде двух линейных матриц приборов с зарядовой связью.

Цель изобретения — расширение полосы частот сложных радиосигналов с угловой модуляцией, обрабатываемых в корреляторах с временным интегрированием.

Это достигается тем, что в известный АОК с временным интегрированием введены размещенные последовательно по ходу оптических лучей между коллиматором и сигнальным ультразвуковым модулятором света электрически управляемый транспарант (ЭУТ) и опорный ультразвуковой модулятор света, генератор гармонического сигнала, генератор напряжения фазовой модуляции и блок согласова- ния, выход которого соединен с электрическим входом электрически управляемого транспаранта, вход блока согласования подключен к выходу генератора напряжения фазовой модуляции, а выход генератора гармонического сигнала соединен с электрическим входом опорного ультразвукового модулятора света.

При этом ЭУТ играет роль входной диафрагмы с двумя областями прозрачности, полученными смеще- нием прямоугольного щелевидного окна, ориентированного в направлении распространения сигнальной акустической волны. Генератор гармонического сигнала имеет частоту исследуемого радиосигнала. Введение в схему известного коррелятора опорного ультразвукового модулятора света, а также применение в ней в качестве входной диафрагмы управляемого транспаранта позволяет .подавать на пьезопреобразователь сигнального ультразвукового модулятора света непосредственно входной радиосигнал, что дает воэможность существенно расширить полосу частот обрабатываемых радиосигналов и увеличить тем самым разрешающую способность коррелятора по дальности при решения радиолокационных задач.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого AOK c временным интегрированием; на фиг.2 — относительное расположение

ЭУТ, опорного и сигнального ультразвукового модулятора света в плоскости, перпендикулярной оптической оси устройства; на фиг.З вЂ” линейки

03705

1О

25

35

50

3 8 приборов с зарядовой связью (ПЗС) и две цилиндрические линзы, оптически связанные с областями прозрачности ЭУТ плоскостью, перпендикулярной направлению распространения акустической волны в сигнальном ультразвуковом модуляторе света, в разрезе.

Описываемый АОК содержит установленные на одной оптической оси источник когерентного света 1,например оптический квантовый генератор непрерывного действия„ коллиматор 2, оптически непрозрачный

ЭУТ 3, размещенный в плоскости, перпендикулярной оптической оси z устройства, и имеющий две области прозрачности, форма и расположение которых указаны на фиг.2. В качестве ЭУТ могут быть, в частности, использованы управляемые жидкокристаллические или АО транспаранты, а также транспаранты на основе электрооптической керамики.

ЭУТ 3 через блок согласования 4 расположения его областей прозрачности на оси (см.фиг.2) подключен к генератору напряжения 5 фазовой модуляции обрабатываемого сложного радиосигнала. Кроме того, в состав АОК входят опорный ультразвуковой модулятор света 6, пьезообраэователь 7 которого соединен с генератором гармонического сигнала 8 с частотой, равной несущей обрабатываемого радиосигнала, и сигнальный ультразвуковой модулятор света 9, пьезопреобразователь 10 которого подключен непосредственно к источнику обрабатываемого радиосигнала 11. Взаимное расположение опорного и сигнального ультразвуковых модуляторов света в плоскости, перпендикулярной оптической оси, показано на фиг.2.

3а модулятором 9 на оптической оси устройства последовательно установлены цилиндрическая линза 12 с фокусным расстоянием F совершающая прямое преобразование Фурье,фокальная диафрагма 13, вырезающая один из первых порядков дифракционной картины, цилиндрическая линза 14 с фо-, кусным расстоянием F>, совершающая обратное преобразование Фурье, а также две цилиндрические-линзы 15 и 16 с фокусным расстоянием F». оптически связанные с областями проз4 рачности транспаранта,и две линейки фотодетекторов 17 и 18 на основе ПЗС, причем относительное рас1положение в плоскости zoa поясняется на фиг.3.

АОК работает следующим образомФ

Входной радиосигнал 5 „<ц

= (И1ррфЩ M И) + 4 е„) поступает от источника сигнала 1! на пьезопреобразователь 10 и возбуждает в модуляторе 9 сигнальную акустическую волну, распространяющуюся вдоль оси х. На пьезопреобразователь 7 модулятора 6 от генератора синусоидального напряжения подается сигнал Вр„ Н!, имеющий вид 9 „()

=А « (5l,(Ö+ 1 „), Возбужденная в модуляторе опорная гармоническая акустическая волна распространяется под некоторым углом к оси х (см. фиг.2). Можно для примера рассмотреть, что происходит в этом случае в одном из каналов обработки, соответствующем, например, нижней области прозрачности транспаранта (см.фиг.2). Пусть при этом никакие сигналы от блока согласования 4 на транспарант не поступают. Коллимированный световой пучок; соответствующий выбранной области прозрачности, последовательно дифрагмнрует на опорной и сигнальной е акустических волнах,,затем подвергается преобразованию Фурье, осуществляемому цилиндрической линзой

12, и пространственной фильтрации, состоящей в выцелении одного иэ первых порядков дифракционной картины помощью диафрагмы 13. После этого цилиндрической линзой 14 производится восстановление одного иэ диафрак-. ционных порядков, который и засвечивает состветствующую линейку ПЗС

18, причем выбором F (F (cM ° фиг.1) осуществляется необходимое при этом масштабирование. Роль цилиндрической линзы 16 сводится к фокусировке диафрагированного пучка вдоль оси, Ha апертуре линейки ПЭС 18 (см.фиг.3) можно рассмотреть участок ь х, световой апертуры модулятора 9 вдоль оси х проектирующийся на 1;й элемент линейки ПЗС, предположив при этом, что фазовая функция Ч сигнальной акустической волны на интервале времени, равном задержке ее распространения на участке х;, мо803705.7 чения квадратурных опорных колебаний требовалась соответствующая временная модуляция коллимированных световых пучков, то в описываемом устройстве необходимый сдвиг фаз опорных сигналов, равный К(2 +27 к (Х = О, 1,2...), достигается выбором соответствующей величины относительного смещения областей прозрачности управляемого транспаранта вддль оси и линейного измейения фазы опорного колебания.

Итак, описанный коррелятор с временным интегрированием позволяет, как и прототип, произвести кадратурную корреляционную обработку входного радиолокационного сигнала с угловой модуляцией. Как и прототип, описанный коррелятор выгодно отличается от традиционных радиотехнических устройств аналогичного назначения простотой реализации многоканальной обработки, что связано с использованием перспективных фотодетекторов. В описанном корреляторе наибольшая длительность обрабатываемых радиосигналов ограничена только характеристиками линейки ПЗС, что характерно и для прототипа. Однако по частотным свойствам предлагаемое устройство существенно превосходит прототип, поскольку сигнальный модулятор света возбуждения непосредственно обрабатываемым сигналом, т.е. эффективность модулятора в смысле рабочих частот и полос используется в полной мере, а не частично, что имеет место в прототипе, когда входной сигнал подается на модулятор света в качестве амплитудной модуляции дополнительной несущей частоты. Расширение полосы час-!

О тот обрабатываемых радиосигналов ведет, как известно, к улучшению такой важной характеристики коррелятора, как его разрешение по длительности. По частотным свой35 ствам описанный коррелятор эквивалентен известным с пространст-.венным интегрированием. Однако в описываемом корреляторе невозможно обрабатывать радиосигналы с амплитудной модуляцией, что может быть реализовано в прототипе. Однако известно, что специфика работы радиопередающих устройств приводит к тому, что основное распространение, в

25 частности в радиолокации, нашли сложные радиосигналы с угловой модуляцией, имеющие прямоугольную огибающую.

Таким образом, коррелятор обьединяет в себе основные достоинства щб известных устройств корреляционной обработки сигналов с временным и пространственным интегрированием, что делает его перспективным при решении радиолокационных задач.

803705

Составитель

Текред М.Надь Корректор Н. Король

Редактор С. Титова

Тираж 710 Подписное

ВНИИПЙ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раупикая наб, д. 4/5

Заказ 1677/2

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4