Оптический анализатор спектра случайных сигналов

 

Союз Советских

Социалисткческнх

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 30.04.80 (21) 2917347/18-21 с присоединением заявки № (23) Приоритет—

Гееударвтввннмй камнтет

СССР

Опублнковано 15.12 81 Бюллетень ¹ 46

Дата опубликования опнсання 15.12.81

IIo делам нзобретеннй н открмтнй (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель

Пензенский политехнический институт (54) ОПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для спектрального анализа случайных сигналов.

Известно устройство, содержащее источник когерентного света, формирующую световой поток оптическую систему, ультразвуковой модулятор GBGT3, генератор частотно- модулированного сигнала. пегистпищ ющее и индикаторное устройства, предназначенные для анализа спектров радиосигналов (1 J ..

Однако это устройство не позволяет измерять усредненное значение флуктуаций средней частоты спектра исследуемого сигнала, Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является оптический анализатор спектра случайных сигналов, содержащий оптически связанные и последовательно расположенные источник когерентного света, коллиматор, пространственно-временный модулятор, первую интегрирующую линзу и непрозрачный экран, а также оптически связанные транспарант, вторую интегрирующую линзу и первый фотоприемник, установленные в одной из двух плоскостей пространственных частот, и оптически связанные третью интегрирующую линзу и второй фотоприемник, расположенные в другой плоскости пространственных частот, а также блок деления, блок извлечения квадратного корня и блок умножения. Кроме того этот оптический анализатор спектра слу*=:.йных сигналов содержит сще один блок извлечения квадратного корня.

Этот оптический анализатор спектра случайных сигналов позволяет измерить среднюю частоту спектра сигнала с высокой точностью, однако он позволяет измерять только мгновенные значения средней частоты спектра сигнала. Это обусловлено тем, что анализатор осуществляет вычисление средней частоты спектра по отрезку исследуемого сигнала, находящемуся в данный момент в апертуре пространственно-.временного модулятора света. В каждый момент времени происходит изменение ана20 лизируемого отрезка сигнала. Для обычно используемых ультразвуковых модуляторов света длительность анализируемого отрезка сигнала мала.

890262

1О

1S

23

3О

В этом случае, когда исспедуемьй сигнал имеет б лысую длительность и частота сигнала слу айным образом флуктуирует в течение всей длительности сигнала, напряжение на выходе анализатора представляет собой функцию времени, значениями которой являются мгновенные значения средней частоты спектра исследуемого сигнала, которые могут флуктуировать относительно некоторой усредненной величины (2) .

Однако этот анализатор не позволяет измерять усредненное значение флуктуаций средней частоты спектра случайного сигнала.

Целью изобретения является улучшение статистических свойств получаемой величины усредненного значения флуктуаций средней частоты спектра исследуемого сигнала.

Указанная цель достигается тем, что в аптический анализатор спектра случайных сигналов, содержащий оптически связанные и последовательно расположенные источник когерентного света, коллиматор, пространственно-временной модулятор, первую интегрирующую линзу и непрозрачный экран, установленные в одной из двух плоскостей пространственных частот и оптически связанные транспарант, вторую интегрирующую линзу и первый фотоприемник, расположенные в другой плоскости пространствЖных частот и оптически связанные третью интегрирующую линзу и второй фотоприемник, а также блок деления, блок извлечения квадратного корня и блок умножения, введен блок усреднения, при этом выходы первого и второго фотоприемников соответственно соединены с первым и вторым входами блока деления, выход которого через последовательно подключенные блок извлечения квадратного корня и блок умножения соединен с входом блока усреднения, На чертеже представлена схема оптического анализатора.

Оптический анализатор спектра случайных сигналов содержит источник когерентного света 1, коллиматор 2, пространственно-временной модулятор 3, первую интегрирующую линзу 4, непрозрачный экран 5, транспарант 6, вторую интегрирующую линзу 7, третью интегрирующую линзу 8, первый фотоприемник 9, второй фотоприемник 10, блок деления 11, блок извлечения квадратного корня 12, блок

Умножения 13 и блок усреднения 14.

В разных полуплоскостях плоскости пространственных частот, которой является фокальная плоскость первой интегрирующей линзы 4, установлены вторая и третья интегрирующие линзы 7 и 8, перед второй интегрирующей лин-.NS зой 7 расположен транспарант 6. В фокусе второй и третьей интегрирующих линз 7 и 8 установлены первый и второй фотоприемники

9 и 10, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами блока деления 11.

Оптический анализатор спектра случайных сигналов работает следующим образом.

Источник когерентного света 1 излучает узкий пучок монохроматического света, который расширяется до необходимых размеров коллиматором 2 и освещает пространственно-временной модулятор 3, на электрический вход которого поступает исследуемый электрический сигнал. Первая интегрирующая линза 4 осуществляет преобразование Фурье пространственного аналога электрического сигнала, и в ее фокальной плоскости формируется спектр пространственных частот, представляющий собой пространственное распределение амплитуд и фаз света. Непрозрачный экран 5, расположенный на оптической оси анализатора после первой интегрирующей линзы 4, фильтрует пространственные частоты, расположенные в области нулевых пространственных частот, что улучшает основные характеристики анализатора. Вторая и третья интегрирующие линзы 7 и 8, расположенные в разных плоскостях пространственных частот, и расположенный перед второй интегрирующей линзой 7 транспарант 6 осуществляют интегрирование пространственного распределения амплитуд света в разных плоскостях пространственных частот, причем транспарант 6 осуществляет "взвешивание" амплитуд света в соответствии с передаточной характеристикой

T(W„) = W

В результате на выходе второй интегрирующей линзы 7, перед которой расположен транспарант 6, формируется величина A о, = J а„ (а„)аа„, о а на выходе третьей интегрирующей линзы 8 формируется величина

О () 1, Х

2, х х где F (й„) — пространственная спектральная плотность.

Первый и второй фотоприемники 9 и 10, расположенные в фокусе второй и третьей интегрирующих линз 7 и 8, формируют напряжения, пропорциональные интенсивности света на выходе интегрирующих линз, которые поступают на первый и второй входы блока деления 11, напряжение с выхода которого подается на вход блока извлечения квадратного корня 12, выходное напряжение которого умножается в блоке умножения 13 на некоторую константу и затем интегрируется в блоке усреднения 14.

89026

Нри этом напряжение на выходе оптического анализатора спектра случайных сигналОв является искомой усредненной величиной.

Напряжение на выходе блока усреднения 14 пропорционально усредненному значению флуктуаций средней частоты спектра исследуемого сигнала и может быть использовано для индикации или в качестве регулирующего напряжения в системах автоматического регулирования. е

Оптический анализатор спектра случайных сигналов может найти применение в системах приема и обработки радиосигналов в качестве устройства для оценки параметров сигнала, в качестве датчика управляющего напряжения в устройствах автоматического регулирования, а также для непосредственного измерения и индикации усредненного значения флуктуаций средней частоты спектра случайных сигналов.

Испытания макета предложенного анализа- 20 тора подтвердили его работоспособность и воз- . мджность измерения усредненного значения флуктуаций средпей частоты спектра исследуемых сигналов при анализе длительных реализаций сигнала в случае флуктуаций частоты 2% сигнала.

Формула изобретения

Оптический анализатор спектра случайных сигналов, содержащий оптически связанные и ьв

2 Ь последовательно расположенные источник когерентного света, коллиматор, пространственновременной модулятор, первую интегрирующую линзу и непрозрачный экран, установленные в одной из двух плоскостей пространственных частот и оптически связанные транспарант, вторуго интегрирующую линзу и первый фотоприемник, расположенные в другой плоскости пространственных частот и оптически связанные третью интегрирующую линзу и второй фотоприемник, а также блок деления, блок извлечения квадратного корня и блок умножения, отличающийся тем, что, с целью улучшения статистических свойств получаемой величины усредненного значения флуктуаций средней частоты спектра исследуемого сигнала, в него введен блок усреднения, при этом выходы первого и второго фотоприемников соответственно соединены с первым и вторым входами блока деления, выход, которого че- рез последовательно подключенные блок извлечения квадратного корня и блок умножения соединен с входом блока усреднения.

Источники информации, принятые во внимание .при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР И 558225, кл. 6 01 R 23/16, 09.06.75.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке

У 2783932/18-21, кл. G 01 R 23/16, 25.06.79 (прототип) .