Анализатор спектра случайных сигналов

 

Союз Соаетскик

Социалистические

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗО6РЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1894593 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 05.05.80 (21) 2919422/18 21 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30.12.81. Бюллетень М 48

Дата опубликования описания 30. 1 2,8 1 (5l)M. Кл.

G 01 R 23/16 Ьеудауетвенней квинтет

СССР вв дедам нзабретеннй н етнрмтнй (53) УДК 621

317.757 (088.8) И. И. Сальников и В. К. Юрков (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Пензенский политехнический институт (54) АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для анализа энергетического спектра случайного сигнала.

Известно устройство, содержашее источник когерен тного света, коллиматор, транспарант с фотоэаписью сигнала,ци- линдрическую линзу, транспарант с прозрачностью, изменяющейся по линейному закону, для фотоприемника, шелевые диафрагмы, позволяющие определять моменты спектра мощности случайного сигнала путем интегрирования поверхностью фото приемника распределения светового поля в спектральной плоскости цилиндричес15 кой линии и механического перемешения фотоприемник ов 1)

Недостатки известного устройства— малое быстродействие и малая точность.

Наиболее близким по технической суш20 ности к предлагаемому является устройст."во, с держащее источник когерентного света, коллиматор, транспарант с записями пространственных моделей сигналов в виде дорожек переменной плотности. ц»линдрическую линзу, блок зеркальных гальванометров, генератор, светоприемники и светолучевой осциллограф, которое предназначено для анализа частотных спектров электрических сигналов. Устройство позволяет получать спектр мощности одновременно нескольких сигналов путем установления в фокальной плоскости цилиндрической линзы зеркал блока гельванометров, отражения лучей света от каждого гальванометра и подачи íà соответствующие светоприемники, Устройство можно испольэовать в качестве ооновы и для других целей, в частности для получения энергетического спектра случайного сигнала(2), Недостатками известного устройства являются малая точность, так как не осушествляется сглаживания оценки спектра, а также малое быстродействие, так как считывание спектра осуществляется за счет механического углового перемещения зеркал.

894593

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в анализатор спектра, содержащий последовательно расположенные на оптической оси источник когерентного оптического излучения, коллиматор, транспарант с записью реализаций анализируемого случайного сигнала в виде горизонтальных дорожек, расположенных параллельно друг 10 другу, и цилиндрическую линзу, расположенную вертикально, последовательно соединенные синхронизирующий узел и индикатор, генератор фазных напряжений, введен коммутатор, а в спектральную плос кость помещена фотоматрица приборов с зарядовой связью, в которой управляющие входы вертикальных каналов переноса зарядов и одного горизонтального канала переноса зарядов подключены через коммутатор к генератору фаэных напряжений, управляющий вход коммутатора подключен к синхронизирующему узлу, а выход упомянутой фотоматрицы подключен ко второму входу индикатора. 25

На фиг. 1 схематически изображен анализатор спектра случайных сигналов; на фиг. 2 — запись реализаций случайного сигнала в транспаранте.

Устройство содержит последовательно расположенные на оптической оси источник 1 когерентного света, коллиматор 2 и транспарант 3 с записью реализаций случайного сигнала в виде горизонтальных дорожек, расположенных параллельно друг другу, которые установлены в передней фокальной плоскости цилиндрической линзы 4, фотоматрицу 5 ПЗС установленную на фокусном расстоянии от цилиндрической линзы 4. Управляющие входы И вертикальных каналов переноса и одного горизонтального канала переноса зарядов фотоматрицы 5 ПЗС через трехканальный коммутатор 6 подключены к выходу генератора 7 фаэных напряжений. Управляющий вход трехканального коммутатора 6 подключен к синхронизирующему узлу 8, а выход фотоматрицы 5 ПЗС подключен на вход индикатора 9, управляющий вход которого также подключен к узлу 8.

Устройство работает следующим образом, Источник 1 излучает узкий пучок когерентного света, который расширяется до необходимого размера коллиматором 2.

Коллимированный плоскопараллельный пучок света проходит транспарант 3, в котором модулируется в соответствии с записанными реализациями случайного сигнала.

Запись реализаций случайного сигнала

f (ф,) осуществляется вдоль оси рХ например, в виде функции прозрачности транспаранта, при этом формируются дорожки шириной Ь (фиг. 2). На размере f транспаранта записывают вплотную М = Y fyy дорожек, расположенных параллельно друг другу. Таким образом; на транспаранте записывают И реализаций f(X„V„- ), гд. < =1,2... Волу чайного сигнала g (т,). В качестве транспаранта может использоваться, например, запись на фотопленке.

Цилиндрическая линза 4 осуществля- ет одномерное преобразование Фурье lIo оси 0 светового потока, цромодулированного транспарантом 3, а по оси AY только параллельный перенос. Таким образом, в спектральной плоскости Ю О наблюдается распределение фаэ и амплитуд светового поля, однозначно связанное с wl одновременными преобразователями Фурье от каждой записанной реалйэации соответственно

Е "х1 „ )=К, Х(х, „)е ax, (()

-)(l2, где 1 =1,2„.. уи, К,(— коэффициент пропорциональности, UJg- пространственная частота.

Разрешающая способность преобразования Фурье по оси (Щ1 (определяется длиной записанной реализации )(и равна.

22 .

Х Х

При спектральном анализе случайного процесса преобразование Фурье от реализации не является состоятельной оценкой спектра, то есть дисперсия оценки не стремится к нулю при Х- уоо, В оптических спектроанализаторах случайных сигналов оценка энергетического спектра (ЭС) должна иметь вид где уу, . — оператор усреднения по множеству реализаций преобразования Фурье.

В предлагаемом устройстве усреднение осуществляется по М реализациям преобразования Фурье при считывании по вертикали светового поля с помощью фотоматрицы ПЗС 5. В фотоматрице 5 индуцируются заряды, пропорциональные интенсивности света в спектральной плоскости

С (ЖХ, У „) = К21 Е (йХ, Y, ) (4) где К вЂ” коэффициент пропорциональнос2 ти ф

Йалее осуществляется процесс считывания светового поля, для чего с синхрониэирующего узла 8 подается управляющий импульс на трехканальный коммутатор, через который с генератора 7 фазных напряжений управляющие импульсы поступают на электроды вертикальных каналов переноса. Заряды по VI вертикальным каналам переносятся в соответствующие ячейки горизонтального .канала переноса, где осуществляется суммирование распределения зарядов по оси ОУ (I

Щ фЯ(()() Яф(Щ Y ) а (5)

После считывания по вертикали с синхронизирующего узла 8 подается управляю- о щий импульс на трехканальный коммутатор, который переключает выходы генератора 7 фазных напряжений на входы горизонтального канала переноса. Осущесч вляется считывание по горизонтали. На д выходе горизонтального канала переноса, который является выходом фотоматрицы

ПЗС 5, напряжение пропорционально заряду

"gb><(((х) "э9 М) (И

Ь

Оценка энергетического спектра с учетом выражений (4), (5), и (6) имеет вид

0 (а ) К,К "

3$

" "—,, 2 fе„(ш„,у„")(Веление на число реализаций Wl дает среднеарифметическое по реализациям преобразования Фурье и при у oîå соответствии с законом больших чисел 4% среднеарифметическое сходится к средне» му значению, которое необходимо получить для оценки ЭС (3).

Напряжени ()ЭЫХ (И)Х ) подается на индикатор 9, коэффициенты пропорциональ93 6 ности учитываются копибровкой индикатора 9.

Применение предлагаемого анализатора позволяет повысить точность измерения энергетического спектра случайного сигнала, так как для получения одного отсчета ЭС усредняется большое количество отсчетов преобразования Фурье от реализаций, повысить быстродействие, так как считывание по вертикали осуществляется параллельно, а также позволяет увеличить разрешающую способность спектрального анализа и сделать ее равной разрешающей способности преобразования

Фурье.

Формула изобретения.

Анализатор спектра случайных сигнапов, содержащий последовательно расположенные на оптической оси источник оптического излучения, коллиматор, транспарант с записью реализаций анализируемого случайного сигнала в виде горизонтальных дорожек, расположенных параллельно друг другу, и цилиндрическую линзу, расположенную вертикально, последовательно соединенные синхрониэирующий узел и индикатор, генератор фаэных напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и бысвродействия, он снабжен коммутатороме а в спектральную плоскость помещена фотЬматрица приборов с зарядовой связью, в которой управляющие входы вертикальных каналов переноса зарядов и одного гори зонтального канала переноса зарядов подключены через коммутатор к генератору фазных напряжений, управляющий вход коммутатора подключен к синхронизирующему узлу, а выход упомянутой фотоматрицы подключен ко второму входу индикатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 398987, кл, 5 01 К 23/16, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

:¹ 327416, кл. G 01 1 23/16, 1972 (прототип).

894593

2,2

Составитель Е. Йанилина

Редактор И. Михеева Техред А. 596HHBIl Корректор С. Комак

Заказ 1 1 4 78/72 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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