DE1805286A1 - Optischer Korrelator - Google Patents

Description

293-13.996Ρ 2 5-10.1968

national Research Development Corporation, London, S.W.1., Großbritannien

Optischer Korrelator

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Korrelator, der sich zur Analyse einer Vielzahl von RadarSignalen, akustischen Signalen oder seismologischen Signalen verwenden läßt, die von einer kreisförmigen Anordnung stationärer Sensoren in einem Rundum-Überwachungssystem aufgefangen werden.

Radarsysteme zur Rundum-Überwachung haben üblicherweise eine mechanische Abtastanordnung, z.B. eine rotierende Antenne, und arbeiten daher in periodischen Zyklen. Auf diese Weise erhält man Echos von einem Ziel oder Signale von einer Quelle in irgendeiner besonderen Azimutalrichtung nur während eines Teils jedes Zyklus, und dementsprechend ist die so gewonnene Information nur intermittierend vorhanden. In Systemen zur Überwachung und Leitung schnell beweglicher Fahrzeuge, wie z.B. moderner Düsenflugzeuge, beispielsweise in Luftüberwachungssystemen bedeutet jedoch der intermittierende Charakter einer auf diese Weise zustandekommenden Überwachung einen schweren Nachteil.

Es sind daher schon Alternativsysteme in Vorschlag gebracht worden, bei denen die von einer Reihe stationärer An- ' tennen aufgefangenen Signale mit Hilfe verschiedener Verzöge-

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rungseinrichtungen für die relativen Phasenlagen der Signale elektronisch miteinander kombiniert werden, wobei die jeder interessierenden Azimutalrichtung zugehörigen Signale durch die Verwendung eines entsprechenden Satzes von Verzögerungsgliedern für die relative Phasenlage aussortiert werden« Eine derartige Anordnung würde jedoch zur Erzielung einer befriedigenden Rundum-Überwachung eine äußerst kostspielige und umfangreiche elektronische Ausrüstung verlangen und ist daher schon wegen deren unvermeidlicher Störungsanfälligkeit ■ kaum praktikabel·

Weiter ist ein optisches System zur Analyse von Radarsignalen, die von einer Reihe von längs einer geraden Linie mit gegenseitigem Abstand aufgestellten Antennen aufgefangen werden, beschrieben worden. Jedoch ist eine mit Hilfe einer geradlinigen Anordnung von Antennen zu erzielende Beobachtung nur innerhalb eines begrenzten Bereichs von Azimutalrichtungen befriedigend. Zur Erzielung einer zufriedenstellenden Rundum-Überwachung mit einer derartigen Einrichtung "^:ürde man mindestens vier geradlinige Antennenanordnungen mit jeweils einer eigenen vollständigen Einrichtung zur Signalanalyse benötigen, denn die Alternativlösung einer zeitlichen Aufteilung einer einzigen Analysierausrüstung auf die ) einzelnen Antennensysteme würde wiederum nur zu einer intermittierenden Beobachtung führen·

Bekannt ist weiter, daß sich dann, wenn ein Signalmuster oder ein Satz miteinander korrelierter Signale durch ein Modulationsmuster für kohärentes Licht auf einem zweidimensionalen Schirm wiedergegeben wird, an diesen Signalen verschiedene brauchbare Analyseoperationen mit optischen Mitteln vornehmen lassen. So kann man beispielsweise unter Verwendung von lOurier-Transformationen durchführenden Linsenanordnungen und Diapositiven oder Masken mit verschiedenen Mustern Spektralanalysen, Filterungen, eine' Kompression frequenzmodulierter Radar-Impulse und Kreuzkorrelationsoperationen

vornehmen. 909827/1ÖÖO

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Ziel der Erfindung ist nun die Schaffung einer optischen Einrichtung, die sich für eine Analyse von Signalen verwenden läßt, die in einer Reihe von mit gegenseitigem Abstand auf einem Kreis verteilt angeordneten Sensoren aufgefangen werden. Dabei sollen wenigstens einige Anordnungen entwickelt werden, die sich zur Gewinnung einer stetigen Itundum-Beobachtung verwenden lassen. Es sei dabei nochmals betont, daß die Analyse von Signalen, die von einer kreisförmigen Sensoranordnung herkommen, eine wesentlich schwierigere Und verwickeitere Angelegenheit ist als die Analyse von Signalen, die von einer geradlinigen Sensoranordnung stammen, und dementsprechend umfangreichere Geräte verlangt.

Erfindungsgemäß wird ein optischer Korrelator zum Analysieren von an einer Vielzahl verschiedener Stellen aufgenommenen Signalen mit einem Signalmusteranzeigegerät, das in einer ersten Bildebene ein Eingangssignalmuster entwirft, das eine graphische Darstellung der empfangenen Signale in einem Koordinatensystem wiedergibt, dessen erste Koordinate der Empfangszeit und dessen zweite -Koordinate dem Empfangsort entspricht, mit einer Beleuchtungseinrichtung, die das Eingangssignal mit monochromatischem Licht ausleuchtet, mit einer ersten Sammellinsenanordnung, die in einer Bezugsebene ein eine lourier-Transfoririation des Eingangssignalmusters darstellendes Huster liefert, mit einem in der Bezugsebene angeordneten holographischen Diapositiv, das eine Fourier-Transformation eines Bezugssignalmusters darstellt, das aus einem Bezugseingangssignalluuster abgeleitet ist, wie es das Signalmusteranzeigegerät auf Grund von einer einzelnen Quelle entstammenden Signalen erzeugt, und mit einer zweiten Sammellinsenanordnung, die in einer zweiten Bildebene ein eine Fourier-Transformation des in der Bezugsebene entstehenden und durch die Betrachtung durch das holographische Diapositiv hindurch modifizierten Musters darstellendes Euster liefert, geschaffen, das sich dadurch kennzeichnet, daß zur Analyse von am mit Abstand über einen Kreis

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verteilten Stellen aufgenommenen Signalen die Ortskoordinate des Eingangssignalmusters der Azimutalrichtung des Empfangsortes bezogen auf das Kreiszentrum zugeordnet ist, das Bezugssignalmuster aus in ihrer Phasenlage aufeinander ausgerichteten Cosinus-Linien besteht und entweder das von dem Signalmusteranzeigegerät gelieferte Eingangssignalmuster oder das in dem holographischen Diapositiv einer Fourier-Transformation unterzogene BezugsSignalmuster über einen Azimutalbereich erstreckt ist, der einer zweimaligen Abtastung des Kreises der Empfangsstellen entspricht.

Der wesentliche Punkt der Erfindung liegt dabei darin, daß entweder das von dem Signalanzeigegerät entworfene tatsächliche Eingangssignalmuster oder das für die Herstellung des holographischen Diapositivs verwendete Bezugssignalmuster entlang der Richtung der den Azimut repräsentierenden Koordinate soweit erstreckt wird, daß sich ein Signalmuster ergibt, wie man es von einem zweimal rund um die Kreisanordnung geführten Sensor erhalten würde.

Dabei beruht die Erfindung auf der Umsetzung der Erkenntnis in die Tat, daß optische Korrelations- und Analysiergeräte, wie sie ähnlich bereits bekannt sind, sich zur Analyse von in einer kreisförmigen Sensoranordnung aufgefangenen Signalen entsprechend ihrer Einfallsrichtung dann und nur dann eignen, wenn eines der Signalmuster in der oben erwähnten V/eise erstreckt wird.

Bei den meisten praktischen Ausführungen wird man die Erstreckung an dem Bezugssignalmuster vornehmen, die Erstreckung des tatsächlichen Eingangssignalmusters stellt wahrscheinlich nur eine unwirtschaftliche Alternativlösung dar.

Pur die Erzielung von Fourier-Transformationen an zweidimensionalen Mustern geeignete Linsenanordnungen sind von D.G. Cooper in "The Radio and Electronic Engineer", 32, No. 1, Seiten 5-16 (Juli 1966) und von A. Vander Lugt in "Proceedings

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of the I.E.E.E.", 54, ITo. 8, Seiten 1055-1063 (August 1966) beschrieben worden. Ganz allgemein müssen bei dem erfindungsgemäßen Korrelator zwei Bedingungen erfüllt sein. Als erstes muß, wenn das Eingangssignalmuster zeitweilig entfernt oder gleichförmig lichtdurchlässig ist, die Beleuchtung auf einen Punkt in der Bezugsebene fokussiert werden. Als zweites müssen die Linsen dann, wenn das holographische Diapositiv zeitweilig entfernt wird, ein reelles Bild des Eingangssignalmusters in der zweiten Bildebene liefern. Die Fläche dieses Bildes gibt dann die Pläche für eine brauchbare Anzeige beim praktischen Betrieb des !Correlators. Die Höhe und die Breite dieses Bildes seien mit H bzw. mit V,^r bezeichnet. Die zu beiden Seiten der brauchbo.ren Bildfläche beim praktischen Betriebe des Korrelators entwickelte Beleuchtungsintensität soll vernachlässigbar sein. Bei manchen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Korrelators kann man Linsenanordnungen verwenden, die Pourier-Transformationsmuster erzeugen', die durch eine vorgegebene Verteilung von Phasenverschiebungen modifiziert sind. Pur den Aufbau der zweiten Sammellinsenanordnung kann man eine Kombination von zylindrischen und sphärischen Linsen einsetzen, die in einer ersten Richtung in der zweiten Bildebene eine Pourier-iransformation und in einer zweiten, ebenfalls in der zweiten Bildebene liegenden, aber zu der ersten Sichtung orthogonalen ilichtung eine normale Abbildung liefern.

Die Anzeigeanordnung kann so aufgebaut sein, daß sie eine graphische Anzeige i.iit einem einzigen Leuchtpunkt oder mit einer Gruppe von Leuchtpunkten für jedes Ziel oder jede Signalquelle erzeugt, die im Augenblick einen wesentlichen Beitrag zu den von den Sensoren aufgefangenen Signalen liefert. Dabei kann die Anordnung so aufgebaut sein, daß zwei zueinander orthogonale Koordinaten für den Mittelpunkt jedes Leuchtflecks oder jeder Gruppe von Leuchtflecken zwei dem jeweiligen Ziel bzw. der jeweiligen Signalquelle zugeordnete Parameter anzeigen. So kann man beispielsweise die Entfernung und die Azimutallage der

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Signalquelle oder die Frequenz und die Azimutallage eines . einfallenden Signales anzeigen.

Signale, die von getrennten Sensoren der Sensoranord-^'-nung herrühren, werden in dem i-inü'angssignalinuster in getrennten, zueinander parallelen Streifen dargestellt. Das Signalmusteranzeigegerät kann eine Einrichtung zur Erzeugung von Eingangssignalmustern in Form photographischer oder thermoplastischer Aufzeichnungen für Grupj)en von an den Sensoren aufgefangenen Signalen aufweisen. Stattdessen kann das Si_onalmusteranzeigegerat auch eine 1-i.eihe von elektromechanischen Wandlern aufweisen, von denen jeder an einen anderen der Sensoren in der Sensorenanordnung angeschlossen ist und die von diesem aufgefangenen Signale zugeführt erhält und diese Signale in akustische '„'eilen umsetzt, die sich unabhängig voneinander auf zueinander parallelen Wegen in einem durchsichtigen Liedium fortpflanzen, so daß in diesem ein entsprechendes IJuster von Brechungsindexänderungen entsteht. In diesem Alternativialle empfiehlt sich eine Beleuchtung des Signalruusters mit einem durch einen Kollimator erzeugten Parallelstrahlbündel. Zur Erzielung von Filterwirkungen oder ähnlichen Effekten können Teile des holographischen Diapositivs beschattet oder abgedeckt werden, wie dies im folgenden im einzelnen erläutert ist.

Die Folge der Streifen in dein Sin^angssignalmuster entspricht der Folge der Sensoren in der Sensorenanordnung. Die Breite jedes Streifens kann erheblich geringer sein als der Abstand zwischen benachbarten Streifen.Ein durch von einem einzelnen Ziel oder einer einzelnen Signalquelle empfangene Signalen erzeugtes Küster ähnelt einer Vielzahl von unterbrochenen oder gepunkteten Cosinus-Linien mit gleicher Phasenlage, jedoch konstant zunehmender Verschiebung gegenüber der Phasenaohse, d.h. der Azimutachse. Einige Merkmale praktischer Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Korrelatoren, z.B. die Ver-

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wendung von streifen ~iit einer sich über einen erheblichen Größenbereich für die Azimutkoordinate erstreckender Breite, kann zu Verzerrungen in jeder Kurve führen, jedoch lassen sich diese Verzerrungen so arrangieren, daß sie vernachläsoigbare Auswirkungen haben. Die Anzahl der Sensoren in der Sensorenanordnung hängt von der geforderten azimutalen auflösung ab.

üei Anwendungsfallen, in denen Signale in einem größeren "Wellenlungenbereieh aufgefangen und die .,eilenlängen der aufgefangenen Signale bestimmt werden sollen, kann man das holographische Diapositiv ausgehend von einem Bezugseingangssignalmuater herstellen, das die tforrn eines engen Spaltes aufweist, der dem Raum, zwischen zwei benachbarten Cosinus-Linien in einem Ein_&angssignalmuster entspricht, wie es durch die von einem einzigen Ziel oder einer einzigen Signalquelle kommenden Signale erzeugt werden würde. Diese Ausführungsform der Erfindung ist insbesondere für seismologische Untersuchungen brauchbar.

Die Sensoren 6er Sensorenanordnung können LXidioempfangsantennen zur Aufnahme von icadio- oder Radarsignalen oder IvIikrofone zur Aufnahme von Schallsignalen sein. Die Sensoren können mit dem Signalmusteranzeigegerät über Verstärker oder über Verstärker und irequenzwandler verbunden sein, jedoch muß darauf -geachtet werden, daß die zwischen den Sensoren und dem Signalmusteranzeigegerät liegenden Einrichtungen und Verbindungsleitungen keinerlei relative Phasenverschiebungen für die Signale zur Folge haben bzw. daß jede solchermaßen eingeführte relative Phasenverschiebung bei der Auswertung berücksichtigt wird.

Die Anordnung des holographischen Diapositivs muß sorgfältig getroffen werden." Die optischen Glieder müssen relativ zueinander sehr starr fixiert werden. Das optische System muß die erforderlichen Mustertransformationen in vollem Umfan-

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ge durch -Beugungsstrahlen erster Ordnung ohne Behinderung oder unerwünschte Verzerrungen und ohnejegliche Interferenz mit anderen Strahlen ermöglichen. EUr die verwendeten Linsen ist eine möglichst weitgehende Freiheit von lokalen Fehlern oder Abweichungen zu fordern.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sollen, nunmehr" einige mögliche Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Vorrichtungen näher beschrieben werden, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. Es zeigen: " · ' ; '

Fig.. 1 eine schematische Perspektivdarstellung eines !Correlators für ein akustisches Überwachungssystem;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer optischen Anordnung-zur Herstellung eines holographischen Piapositivs; . ■ .

Fig» 3 eine Darstellung-.eines Bezugssignalmusters, wie

es in der optischen Anordnung von Fig. 2 für die : Herstellung.eines holographischen Diapositivs für, • ■: den Einsatz in der. Vorrichtung, nach'Fig. .1 dienen ■-. " kann; . .■ · .. . : -.---. ..;;·-. ■" ■ ":.. :. .

Fig. 4 eine schematische Perspektivdarstellung eines ' Korrelators für ein Eadarbeobachtungssystem;/

Fig. 5 eine schematische Perspektivdarstellung eines , Korrelators.für die Analyse von Signalen entsprechend ihrer Einfallsrichtung und ihrer Frequenz.^

-.Fig. & eine Darstellung eines-Bezugasignalmuaters,,: wie .^.s

- -. - · .·. in · der = opt isehen -Anordnung riach .Fig.« ■ 2 für - die liier.-·; ,.-,; ..- . , .stellung.-eines im aahmen-des..i£orrelators.".nach Fig..: .-.5 ... -.--.:, .yerwend-.^:baren--.holog3?aphischen .Diapositivs.-d;i.en.-en kann;,

Fig.- T eine Darstellung^eines^"-'Seiles äHv 'Voic-richturig riäcla' ■ "^: Fig. 4 "in "abgewandelter Form;.'und ■■"■■''' ^-i '· " "■-■

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Fig. 8 eine Darstellung eines weiteren Bezugssignalnu- . sters zur Verwendung bei der Herstellung eines holographischen Diapositivs für die Analyse von Signalen, dere^ Trägerwelle eine Phasenumkehr erfährt .

Sämtliche zeichnerischen Darstellungen sind stark schematisiert und nur qualitativ zu beurteilen. Sie sind vor allem keinesegs maßstabsgerecht, und außerdem ist der Klarheit und Einfachheit halber kein Versuch gemacht worden, die Passungen darzustellen, welche die verschiedenen optischen Bauteile in den jeweils erforderlichen itelativlagen zueinander ausgerichtet halten.

'Ji^, 1 veranschaulicht die Bignaleiapfangs- und Analysiereinrichtung eines ochalluberwachungssystenuo In dieser jj'igur sind eine — eine von ..ikrofonen L11 bis Ιΐη schematisch in i^vorn einer Aufsicht dargestellt. Diese Uikrofone LH bis lin sind eilt gleichem Abstand über den Umfang eines kreises verteilt angeordnet« Line in Pig. 1 durch einen Pfeil 1 angedeutete Abtasteinrichtung ist so angeordnet, daß sie die Ausgänge der uikrofone 1x1 bis 1'Jn nacheinander mit dem liodulationseingang für die !Bildhelligkeit eines -K-athodenstrahl-Oszillographen 2 in Verbindung bringt. Diese abtasteinrichtung 1 ist mit der horizontalen ^eitbasis des Oszillographen 2 synchronisiert. An' der Signalspur 4 auf dem Schirm des Oszillographen 2 wird ein lichtempfindliches Aufzeichnungsmaterial 3 mit niedriger und konstanter Geschwindigkeit vo-beigeführt, wie dies in Fig. 1 durch einen Pfeil 5 angedeutet ist. Das Aufzeichnungsmaterial 3 gelangt anschließend an den Schirm des Oszillographen 2 in eine Verarbeitungseinrichtung 6,in der mit den bekannten Ilitteln der Photographic, der Photochromie oder des thermoplastic ltecording auf dem Aufzeichnungsmaterial 3 ein permanentes oder semiper- · manentes durchscheinendes Muster ausgebildet wird, und die Amplitudenänderungen des Durchlässigkeitsfaktors in diesem Jiuster

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entsprechen den Amplitudenänderungen in den von den Likrofonen M1 bis 11h aufgefangenen Signalen. Vorzugsweise ist die Anordnung so getroffen, daß die Spur 4 auf dem Schirm des Oszillographen 2 nur zu den Zeitpunkten aufgezeichnet wird, in denen die horizontale Ablenkung des Oszillographenstrahles der Azimutaliage des gerade mit dem Oszillographen 2 verbundenen Liikroskops entspricht.

Der in Fig.. 1 nicht dargestellte Sender des Schallüber-™ wachungssystems emittiert in regelmäßigen Zeitintervallen Impulse, von denen jeder mindestens einige Perioden einer Schallwelle umfaßt; die Anordnung ist so getroffen, daß das behandelte Aufzeichnungsmaterial 3 in Blätter zerschnitten wird, von denen jedes Blatt einen vollständigen Satz all der Reflexionen enthält, die auf Grund eines einzigen ausgesandten Impulses von den Zielen innerhalb des Beobachtungsbereiches ausgehen und von den L'ikrofonen LH bis Ln aufgefangen v/erden, ifiin typisches !Beispiel für ein solches Blatt ist in Fig. 1 mit der Bezugszahl 7 bezeichnet, wobei dieses Blatt in seiner Stellung in der Analysiereinrichtung dargestellt ist. Jedes Blatt 7 stellt eine graphische Wiedergabe der aufgefangenen Signale dar, wobei die. vertikale lage, d.h. die Ordinate, die auf die Zeitlage des ausgesandten Impulses bezogene Empfangszeit für das Signal und die horizontale Lage, also die Abszisse, die Azimutalrichtung des Likrofons angibt, welche das jeweilige Signal aufgefangen hat. Yon dem Likrofon Ü1 aufgefangene Signale erscheinen dabei ganz links auf dem Blatt 7> während Von dem Likrofon Ln aufgefangene Signale sich ganz rechts" auf dem Blatt 7 zeigen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Die Markierungen auf der Oberseite des Blattes 7 zeigen in qualitativer ',/eise die Art von Luster, die durch Signale erzeugt werden, die von einem einzigen Ziel mit einer ^zimutallage ö gegenüber der Littelsenkrechten "auf die Sehne zwischen ' den Likrofonen 1.11 und. Ln für den Fall aufgefangen werden> daß etwa Jt'/2 beträgt.

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Ein Laser 8 und Linnen IS und 11 ta in ä so angeordnet, daß sie für eine monochromatische und kohärente Beleuchtung des Lir. jangssignalmusters auf dem Blatt 7 sorgen. Die aus der Linse 11 austretenden Strahlen sind konvergent und entwerfen in einer Ebene 12 eine PoUrier-transformation des Eingangs signalmüsters. Die Anordnung idt so getroffen, daß, wenn das Eingangssi gnalrnust er gleichmäßig durchsichtig ist oder das Blatt 7 Überhaupt entfernt ist, das gesarate Licht auf einen einzigen Brennpunkt in der Lbene 12 fokussiert wird«

In der Lbene 12 iot ein Bezugsdiapositiv 13 angebracht. Die Art und die Gewinnung des Bezugsdiapositivs 13 wird -weiter unten in Verbindung mit Fij. 2 und 3 naher beschrieben. Die in Tig. 1 aargestellter¹ Markierungen sind lediglich eine qualitative Teränschaulichung für die Art von Luster, die auf dein Bezugsdiapositiv 13 aufgebracht ist. Der Bequemlichkeit der Darstellung halber sind diese i.Iarkierungen als dunkle Linien auf hellem G-rund dargestellt. In der Praxis stellen sie jedoch helle Bereiche in einem gleichmäßig grauen oder undurchsichtigen Untergrund dar.

Eine weitere Sammellinse 14 und ein Schirm 15 sind so angeordnet, daß auf dem Schirm 15 ein reelles Bild des Lusters auf dem Blatt 7 entsteht, \nenn das liezugsdiapositiv 13 aus dem Strahlengang herausgenommen wird. Ist dagegen das Bezugsdiapositiv 13 in den Strahlengang eingefügt, so erzeugt die Beleuchtung des auf dem Blatt 7 dargestellten Eingangssignalmusters auf dem Schirm 15 bei 16 eine Gruppe von Liöhtflecken, wie dies in Fig. 1 qualitativ angedeutet ist. Treten in dem Eingangssignalmuster Signalmuster einzeln oder in Kombination auf, die von zwei oder mehr unterschiedlichen Zielen herrühren, so erscheinen auf dem Schirm 15 entsprechende Gruppen von Lichtflecken. Jede Gruppe von Lichtflecken entspricht dann einem einzigen Ziel, und die Lage der Lichtflecke auf dem SGhirm gibt die Entfernung und die Azimutallage für das jeweilige

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Ziel an. Dabei weisen die Ordinaten auf die Entfernung r hin, während die Abszissen der Azimutallage θ zugeordnet sind.

Der Laser 8, die Linsen 9i 10, Ii und*14, das Blatt 7, das Bezugsdiapositiv 13 und der Schirm 15 sind auf einer in der Zeichnung nicht dargestellten optischen Bank öder einem ähnlichen Träger starr montiert« Der Schirm 15 kann mit einem Material überzogen sein, das sichtbares Fluoreszenzlicht aussendet, sobald es mit Licht von einer Freqtteffz bestrahlt wird, wie sie der Laser 8 erzeugt. ""-^;Vl

Pig. 2 veranschaulicht eine bekannte interferometrische Anordnung zur Herstellung holographischer Diapositive· Ein Laser 20 und Linsen 21 und 22 sind so angeordnet, daß sie einen Kollimationsstrahl aus kohärentem monochromatischem Licht erzeugen, der durch einen ersten halbdurchlässigen Strahlteiler in zwei Teilstrahlen aufgespalten wird· Der eine Teilstrahl wird an dem Strahlteiler 23 und an einem Spiegel 24 reflektiert und durchstrahlt ein mit einem Muster versehenes Diapositiv 25, eine Linse 26 und einen zweiten halbdurohlässigen Strahlteiler 27. Das in Fig· 2 durch eine gestrichelte Linie veranschaulichte Diapositiv 25 trägt ein invertiertes und umgekehrtes Bild eines Bezugseingangssignalmustersο Es ist in einer Brennebene der Linse 26 angeordnet, und seine Fourier-Transformatiön wird auf einer in der zweiten Brennebene der Linse 26 angeordneten photographisehen Platte 28 entworfen«. Der zweite Teilstrahl durohquert den Strahlteiier 23 und wird an einem Spiegel 29 und dem Strahlteiler 27 auf die photographische Platte 28 reflektiert· Der Spiegel 29 und der Strahlteiler 27 sind so einjustiert, daß der zweite Teilstrahl unter einem Winkel (/gegenüber der Formalen auf die photographische Platte 28 auftrifft. - ■:■ ; :

In Fig. 3 ist das Bezugssignälmuster auf dem Diapositiv von Fig. 2 qualitativ-veranschaulicht· Zur bequemeren Därstel-

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lung ist dieses Bezugssignalmuster als ein Satz von dunklen Kurven auf hellem Untergrund dargestellt, während in der Praxis die Verhältnisse umgekehrt liegen, d.h. ein Satz heller Kurven auf undurchlässigem Grund erscheint. Der in dem mit ABCD bezeichneten Gebiet liegende Teil des Musters ist eine umgekehrte und invertierte kontrastreiche Schwarzweiß-Darstellung eines Signälmusters, wie es von Signalen erzeugt wird, die von einem Ziel herkommen, dessen Azimutallage dem Wert Null entspricht.

Während ein tatsächliches Signalmuster sinusförmige Tonabstufungen aufweisen wird, kann das Bezugssignalmuster auf dem Diapositiv 25 scharf begrenzte Ränder aufweisen, an denen sich ein abrupter Übergang von fast vollständiger Durchläasigkeit zu fast vollständiger Undurchsiohtigkeit ohne einennennenswerten grauen Zwisohenbereich vollzieht. Das Bezugsmuster kann eine idealisierte Darstellung sein, die im Gegensatz zu dem intermittierenden tatsächlichen Muster kontinuierlich und frei von den Störungen ist, die in einem tatsächlichen Eingangssignalmuster auftreten.

Wie man sieht, liegt zwischen den linien AD und BC genau eine Wellenlänge des Bezugssignalmusters. Diese veranschaulicht einen vollständigen Satz von Signalen von allen Mikrofonen M1 bis Mn einschließlich. Jedoch ist das Bezugssignalmuster auf dem Diapositiv 25 über die Mnien AD und BO hinaus auf beiden Seiten um jeweils eine halbe Wellenlänge des Musters weiter erstreckt. Auf diese Weise enthält das gesamte Diapositiv 25 ein invertiertes und umgekehrtes Bild eines Signalmusters, wie man es durch eine zweifache Abtastung des gesamten Kreises von Mikrofonen bei dem Entwerfen jeder Linie des Musters erhalten würde.

Das gesamte Diapositiv (Fig. 3) wird genau an die in Pig. 2 durch die gestrichelte linie mit der Bezugszahl 25 angedeutete Stelle gebracht. Anschließend wird die photogra-

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phische Platte 28 exponiert und in der üblichen Weise entwickelt und fixiert und schließlich zur Verwendung als Bezugsdiapositiv 13 in die Einrichtung von Pig· 1 eingesetzt. Zur Verwendung gelangen nur die Mustermarken, die von den Bezugsstrahlen erster Ordnung von dem Bezugsdiapositiv 25 herrühren. Dabei kann man nur einen Satz dieser Bezugsstrahlen erster Ordnung oder auch beide Sätze verwenden· Markierungen jedoch, die auf andere Strahlen zurückgehen, sollten ausgeblendet oder so geführt werden, daß ihre Wirkungen in Lagen erscheinen, wo sie vernachlässigt werden könnene

Die Bezugsstrahlen erster Ordnung, die von einem holographischen Diapositiv, das in einer Anordnung nach der Art von Fig. 2 hergestellt ist, ausgehen, bilden bekanntlich eine phasen- und amplitudengetreue Rekonstruktion der Wellenfronten, die in der Brennebene der linse 26 eine Pourier-Transformation herbeiführen. Diese Beugungsstrahlen können daher zum Entwerfen eines weiteren Fourier-Transforiaationsmusters benutzt werden, und wenn der Winkel Jgroß genug ist, erscheint dieses weitere Fourier-Transformationsmuster räumlich getrennt von den Bildern, die auf andere durch das holograph!sohe Diapositiv hindurchgehende Lichtstrahlen zurückgehen© Der Winkel sollte größer sein als tan" (3 H/2P>, wobei H die Höhe des auf dem Schirm 15 (Pig. 1) bei entfernten Bezugadiapositiv 13 entstehenden Bildes und P die Brennweite der Linse 14 sind. Auch aus der Theorie der Fourier-Transformation bekannten ßleiohungen und Definitionen läßt sich weiter zeigen, daß die Fourier-Transformation der überlagerten Pourier-Transformationen zweier Signalmuster, von denen eines invertiert und umgekehrt ist, ein Kreuzkorrelationsprodukt der beiden Signalmuster ergibt.

Zu beaohten bleibt jedoch, daß bei allen Ausführungsformen der Erfindung die geometrische Beziehung zwischen den einfallenden Signalen und der kreisförmigen Anordnung der Sensoren eine durchaus andere ist als die geometrische Beziehung zwischen

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dem endlichen ebenen Eingangssignalmuster und den in der Analysiereinrichtung verwendeten Lichtstrahlen· Unter diesen Umständen war es nicht vorherzusehen, daß sieh ein Korrelator der oben beschriebenen Art mit Erfolg auf endliche ebene Darstellungen von einer kreisförmigen Anordnung gewonnener Signalen anwenden lassen würde, und es ist auch kein entsprechender früherer Vorschlag bekannt. Außerdem ist die notwendige und hinreichende Bedingung zur Erzielung einer brauchbaren Kreuzkorrelation zwischen überlagerten Courier-Transformationen von Mustern, wie sie durch von einer kreisförmigen Sensoranordnung von Zielen in irgend zwei beliebigen Azimutallagen empfangene Signale gebildet werden, die ziemlich überraschende und ungewöhnliche Bedingung, daß die ebene Darstellung einen der beiden miteinander zu korrelierenden Signalmuster zur Schaffung einer einmaligen Abtastung in Richtung der Azimutalkoordinate so weit erstrecken werden muß, daß man ein Muster erhält, wie es durch eine zweimalige Abtastung über die kreisförmige Sensoranordnung zu erzielen iste

Dabei muß man sich vergewissern, daß die Geschwindigkeit des Abtasters, das Ansprechen des Oszillographen und das Ansprechen des Aufzeichnungsmaterials 3 für eine Aufzeichnung d'er Wellenform der einfallenden Signale mit hinreichender Ge« nauigkeit geeignet sind« Außerdem muß entsprechend der Abtasttheorie der Abtastzyklus kurzer sein als ein Zeitabschnitt, der von der Bandbreite der empfangenen Signale abhängt. Um übliche Abtastgeschwindigkeiten brauchbar zu machen, kann man zwischen die Sensoren Mt bis Mn und die Abtasteinrichtung 1 in der Zeichnung nicht dargestellte Schmalbandfilter einschalten· Die Substrate für das Aufzeichnungsmaterial (3 in Fig. 1), das Substrat für die Aufbringung des Bezugssignalmusters (25 in Pig. 2 und 3} und das Substrat für die photographisohe Platte 28 (in I¹Xg. 2), das für die Herstellung des Bezugsdiapositiv 13 verwendet wird, müssen sämtlich hinreichend gleich-

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förmig und frei von lokalen optischen Defekten sein, um die Einführung irgendwelcher beachtlicher Phasenverzerrungen aus-zuschalten© Ebenso müssen die linsen, Spiegel und Strahlen-''■■-'-' teiler in Pig. 2 und'die Linsen in Fig. 1 von lokalen Fehlern und Abweichungen im wesentlichen frei sein.

Der Maßstab für das auf dem Bezugsdiapositiv 13 entworfene Muster und seine Anordnung in der Einrichtung nach Figo 1 müssen selbstverständlich dem Maßstab und der Anordnung des Fourier-Transformationsmusters entsprechen, das durch die Beugungsstrahlen erster Ordnung von dem tatsächlichen- Eingangssignalmuster auf dem Blatt 7 entworfen wird. Jedoch können selbstverständlich mechanische und/oder photographische Einjustierungen benutzt werden, um die erforderlichen Entsprechungen herzustellen. Diese Einstellungen können außerdem zur Kompensation von Modifikationen verwendet werden, die bei der Herstellung des holographischen Diapositivs zu deren Vereinfachung gemacht werden·

So kann beispielsweise das Bezugssignalmuster auf photographischem Wege um einen Faktor m auf beispielsweise 1/1O des Maßstabs eines zugehörigen tatsächlichen EingangsSignalmusters auf dem Blatt 7 verkleinert werden· Der Winkel (/des holographischen Lichtstrahls (Figo 2) wird so verkleinert, daß der Wert für die Funktion tan (fdurch den gleichen Faktor m dividiert wird, und das auf der photographischen Platte 28 entworfene Muster wird bei der Herstellung des Bezugsdiapositivs 13 photographisch mit einer Verkleinerung um den Faktor m kopiert« Diese Modifikation hat verschiedene Vorteile. Zunächst gestattet sie den Gebrauch der Linse 26 mit einem kleinen Verhältnis von Linsenapertur zu Brennweite ο Zum zweiten wird die von der photographischen Platte 28 geforderte Auflösung verringert, so daß man mit kürzeren Belichtungszeiten auskommt, wodurch sich die Möglichkeit von während der Belichtung auftretenden Änderungen verringert. Als drittes wird eine erhebliche und höchst wünschenswerte Steigerung der Schärfentiefe erzielt, wodurch sich die erforderliche Ausrichtgenauigkeit ver-

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ringerto Als viertes erfolgt eine Maßstabsvergrößerung für das Muster auf der Platte 28, und dadurch werden alle Maskieroperationen, die man vornehmen muß, erleichtert. Zum fünften ist es erwünscht, daß die photographische Entwicklung zu einem J^-Wert von *" führt, und auch dies wird durch einen zweistufigen Prozeß unter Einschluß einer Umkehrung erleichtert.

Weiter kann man noch eine andere Modifikation treffen, um die für die Zeichnung des Bezugssignalmusters aufzuwendende Mühe zu verringern. Anstelle ein Muster zu zeichnen, wie es sich theoretisch aus einem Muster der Art herleiten läßt, die durch die tatsächlich aufgefangenen Signale erzeugt würde, das möglicherweise 200 Kurven umfassen kann, kann man ein Muster zeichnen, wie es von den aufgefangenen Signalen erzeugt werden würde, wenn diese vor ihrer Anlage an die Einrichtung zur Musterbildung kohärent in eine wesentlich niedrigere Frequenz umgesetzt worden wären. Ein solches Signalmuster kann dann nur etwa 20 Kurven aufweisen. Eine Fourier-Transformation eines solchen Musters ähnelt der eine* direkten Bezugssignalmusters, führt jedoch zu einer geringeren Trennung der Beugungslinien erster Ordnung, die sich jedoch durch eine passende Einjustierung der transformierten Muster in der Haupteinrichtung kompensieren läßt. Sollen Muster Verwendung finden, die durch beide Sätze der Beugungsstrahlen erster Ordnung erzeugt sind, und die oben betrachtete Modifikation zur Anwendung kommen, so müssen die beiden Sätze auseinandergeschnitten und in der Ebene 12 in Mg. 1 voneinander getrennt angeordnet werden.

Die in Fig. 2 veranschaulichte optische Anordnung ist nur eine von vielen möglichen Anordnungen, die man zur Herstellung eines holographischen Bezugsdiapositivs verwenden kann. Andere geeignete Anordnungen sind beispielsweise von Vander Lugt in "Applied Optios", Bd. 5, Heft 11 (November 1966), Seiten 1760 bis 1765, beschrieben worden.

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Für manche Anwendungsfälle wird man Ausführungsformen mit Mehrkanaleinrichtungen zur Musterbildung, die kontinuierlich auf die aufgefangenen Signale ansprechen, vorziehen. Eine solche Ausführungsform, die eine Empfangsstation für ein Radarüberwachungssystem darstellt, soll nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben werden. Bauteile der Einrichtung von Figo 4, die ähnlichen oder identischen Teilen in der Einrichtung von Fig, 1 entsprechen, sind wieder mit den gleichen Bezugszahlen wie in dieser Figur bezeichnet·

_ Bei der in Fig« 4 veranschaulichten Ausführungsform der ^ Erfindung sind eine Vielzahl von Antennen A1 bis An, von denen in der Zeichnung nur sechs dargestellt sind, mit gleichem gegenseitigen Abstand über den Umfang eines Kreises verteilt angeordnet. Den Antennen A1 bis An ist ein Satz von Radioempfängern Rx1 bis Rxn zugeordnet, wobei jeweils einer der Radioempfänger für sich mit einer der Antennen verbunden ist. Die Radioempfänger Rx1 bis Rxn weisen Verstärker und/oder Frequenzumsetzer auf, bei deren Aufbau sorgfältig darauf geachtet ist, ^ß keine variablen oder unbeabsichtigten Relativphasenversohiebungen in die Signalkanäle eingeführt werdeno

Die Ausgänge der Empfänger RxI bis Rxn sind getrennt mit elektromechanischen Wandlern Q1 bis Qn aus piezoelektrischem w Quarz verbunden, die entlang einer Schmalseite einer vielkanaligen akustischen Lichtmodulatorzelle 30 angeordnet sindo Die Zelle 30 ist mit einer durchsichtigen Flüssigkeit, zum Beispiel destilliertem Wasser oder mit Methylalkohol gefüllt« Sie weist an ihren Breitseiten optisch ebene Fenster und an der den elektromechanischen Wandlern Q1 bis Qn gegenüberliegenden Schmalseite ein schallschluckendes Material 31 auf.

Die elektromechanischen Wandler Q1 bis. Qn sind so angeordnet, daß sie die von den Antennen A1 bis An aufgefangenen Signale in Form akustischer Wellen auf parallelen Wegen in und nahe einer Ebene 32 weiterleiten, die im folgenden als die erste

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Bildebene des Systems bezeichnet werden soll. Ein Laser 8 und Linsen 9 und 10 sind so angeordnet, daß sie einen gesammelten Strahl monochromatischen Lichtes senkrecht, also unter 90° zu. den Fenstern der Zelle 30 durch diese Zelle hindurchschicken. Auf das austrittsseitige Fenster der Zelle 30 ist zur Kanaltrennung eine Maske 33 aufgebracht, die sicherstellt, daß nur Lichtstrahlen, die lediglich von einer und nur einer der akustischen Wellen beeinflußt sind, in das weitere optische System eintreten können, zu dem eine Linse 11, ein Bezugsdiapositiv 34, eine weitere Linse 14 und eine Reihe von Lichtdetektoren D1 bis Dn gehören.

Die durch die Maske 33 austretenden Lichtstrahlen haben durch die akustischen Wellen eine Phasenmodulation erfahren und können so behandelt werden, als ob sie von einem zweidimensionalen Muster von akustischen Signalen in der ersten Bildebene 32 herrühren würdene Die Linse 11 ist nahe dem ausgangsseitigen Fenster der Zelle 30 angeordnet« Sie erzeugt eine Fourier-Transformation des Bildes in der ersten Bildebene 32, das durch ein Muster von Phasenverschiebungen modifiziert wird, das von dem Abstand zwischen der Linse 11 und der Bildebene abhängt und ohne weiteres berechnet werden kann. Diese modifizierte Fourier-Transformation entsteht in der Brennebene der Linse 11 auf deren der Bildebene 32 abgewandter Seite. In dieser Brennebene, die in Figo 4 mit der Bezugszahl 12 bezeichnet ist, wird das Bezugsdiapositiv 34 angeordnet« Die Linse ist' so angeordnet, daß sie in einer zweiten Bildebene 35 eine weitere Fourier-Transformation des Bildes in der Brennebene entwirft, wie dies durch das Bezugsdiapositiv 34 hinduroh betrachtet und durch dessen Muster modifiziert erscheint« Die Abstände der Linsen sind so gewählt, daß die Linsen 11 und 14 bei entferntem Bezugsdiapositiv 34 in der Ebene 35 ein reelles Bild des Eingangssignalmusters in der Bildebene 32 erzeugen«

^% Bei der in Fig. 4 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung pflanzen die akustischen Wellen in der Zelle 30 sich

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in vertikaler.Richtung nach unten fort,, und die Detektoren D1 bis Dn sind -entlang einer horizontalen Geraden in der Ebene angeordnete Der Laser 8, die Linsen 9, 10, 11 und 14, die ^eI-Ie 30 und das.Bezugsdiapositiv 34 sind sämtlich senkrecht zur Achse des optischen Systems· angeordnet, die jeweils durch ihr Zentrum .hindurchläuft. . . . .........

Die von^:der Reihe der Antennen A1 bis An in Fig« 4 aufgefangenen Signale und die akustischen Wellen in der Modulatorzelle 30 befinden sich in kontinuierlicher Bewegung, so daß

* das Signalmuster in der ersten Bildebene 32 kontinuierlich nach abwärts und dementsprechend die Anzeige in der dritten Bildebene 35 kontinuierlich nach aufwärts wanderte Die Zeit für die Detektion eines Anzeigefleckes bei seiner Bewegung nach aufwärts quer zu der Reihe der Detektoren D1 bis Dn relativ zu dem Zeitzyklus des Senders des Radarsystems gibt ein Maß für die, Entfernung des Zieles. Jeder der Detektoren Di bis Dn spricht auf Lichtflecke an, die auf Ziele in einem Bereich von Azimutalrichtungen zurückgehen, der durch,die Größe des jeweiligen Detektors und seine Stellung in der Detektorreihe festgelegt ist. Die Detektoren Dl bis Dn können Bildverstärker enthalten· Die von den Detektoren Dl bis Dn erzeugten elektrischen Ausgangssignale werden einer Anzeigeanordnung DM zugeführt, die

ψ einen Rechner oder Zielverfolgungsgeräte oder beides aufweisen kann·

Die Antennen Al bis Α,η einaehließlieh können vertikal gerichtete Monopole sein, die über eine Grundebene vorstehen an gleichmäßig über den Umfang eines Kreises verteiltem angeordnet sind. Im Innern des Kreises d:e:r lon0#Q:le kann ein zylindrischer Reflektor angeordnet., §ein_t &m ifepert eine Strah-, richtung na^h außen verleiht _t μη| oberhalb der Mpnopole kann man einen kpnisQtaep Reflektor anbringen, um die iDptplindliQhkei der Antennejp, in Riphtungen nahe .§&? Ibene der Aniordnung zu. ver

Die Zelle 30 hat einen ähnlichen Aufbau wie die von lambe rt et al. in ihrem Analysiergerät für von einer linearen Antennenanordnung aufgefangene benutzte Zelle, die im Kapitel des Buches von Tippett et al. (MIT Press 1965) "Optical and electrooptical information processing" beschrieben ist. Die in dieser Zelle durch die von der linearen Antennenanordnung erzeugten Signalmuster sind relativ einfach und leicht zu analysieren, da sie aus Gruppen von parallelen und linearen Knotenbereichen bestehen« In dem bekannten Gerät arbeitet die Zelle daher als einfaches Bezugsgitter, und die von ihr ausgehenden Bezugsstrahlen erster Ordnung bilden ein einfaches Skalenmodell der in der linearen Antennenanordnung einfallenden Radiowellen. Es wird nur eine einzige Linse benötigt, um die aus der Zelle austretenden Strahlen zu fokussieren und eine Anzeige mit orthogonalen Koordinaten zu erhalten, welche die Azimutallage und die Frequenz der einfallenden Signale wiedergibt.

Die Muster, die bei dem erfindungsgemäßen Gerät durch von der kreisförmigen Antennenanordnung aufgefangenen Signale entworfen werden, erfordern eine wesentlich kompliziertere Analyse. Von einem einzigen Ziel stammende Signale erzeugen ein Muster von Oosinus-Linien mit in vertikaler Richtung zunehmender Verschiebung. Betrachtet man ein solches Muster als Beugungsgitter, so entspricht das Muster einem Gitter mit periodisch variablen Abständen in zwei Dimensionen. Die Analyse der durch ein solches Gitter hervorgerufenen Effekte führt offensichtlich zu mathematischen Komplikationen. Sie kann jedoch als ein Mustererkennun-gsp'roblem behandelt werden, das durch die Korrelationstechniken gelöst werden kann, die oben in Verbindung mit dem Gerät nach Pig. 1 beschrieben sind.

Bei der Ausführungsform nach Hg. 4 können die Antennen Al bis An nach außen gerichtet sein, d.h· sie können für jeweils von hinten einfällende Signale unempfindlich, sein. Dadurch werden die letzten Halbwellen der Cosinus-Linien in dem Eingangs-

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Signalmuster unterdrückt. Das Bezugsdiapositiv 34 sollte -vorzugsweise aus einer entsprechend modifizierten Form eines Bezugssignalmusters hergestellt seine Jedoch läßt es sich durch irgendeine der oben erwähnten oder beschriebenen Methoden herstellen.

Außerdem lassen sich noch zahlreiche andere Modifikationen treffen» So kann man beispielsweise das Eingangssignalmuster statt des Bezugssignalmusters erstrecken, d„ho daß man nur den Mittelabschnitt ABCD des Bezugssignalmusters (Pig. 3) für die Herstellung des holographischen Diapositivs heranzuziehen braucht, wenn das Eingangssignalmuster auf dem Blatt 7 (Pig. 1) oder in der Modulatorzelle 30 (Figo 4) über einen Azimutal-Bereich erstreckt wird, der einer zweifachen Abtastung der Antennenanordnung äquivalent ist, so daß es zwei komplette Wellenlängen für das EingangsSignalmuster zeigt. Bei der Ausführungsform nach Figo 1 kann man dies durch eine Bauweise für die Abtasteinrichtung 1 erreichen, durch die diese bei jedem horizontalen Überstreichen des Bildschirmes des Kathodenstrahl-Oszillographen 2 durch den Kathodenstrahl zwei vollständige Abtastvorgänge ausführte Bei der Ausführungsform nach Pig. 4 kann man zu dem gleichen Ergebnis kommen, indem man eine Modulatorzelle mit 2n Kanälen vorsieht und den Ausgang des Empfängers Ex1 mit elektromechanischen Wandlern Q1 und Qn+1 verbindet, die den ersten bzw_o den (n+1)ten Kanal speisen, den Ausgang des Empfängers Rx2 dagegen über elektromeehanische Wandler den zweiten und den (n+2)ten Kanal speisen läßt usw„ Eine - , derartige Anordnung ist in Pig« 7 veranschaulicht,

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Frequenzmoduliert Signale, wie sie beispielsweise die Signale eines sogenannten Chirp-Radar-Systems darstellen, erzeugen Eingangssignalmuster, bei denen der Abstand zwischen benachbarten linien eine Punktion der ZeitkoOrdinate ist· Derartige Signale lassen sich korrelieren, indem man ein Bezugsdiapositiv verwendet,, das aus einem Bezugssignalmuster mit einer entsprechenden Variation in den Kurvenabständen hergestellt ist·

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In diesem Pall bewirkt die Korrelation praktisch eine Impulskompression*

Bei einer anderen Porm von Impulskompression sind die ausgesandten und aufgefangenen Signale Impulse oder Stöße einer kontinuierlichen Trägerschwingung, deren Phase durch einen gewählten Kode zu vorgegebenen Zeitintervallen umgekehrt (oder um festgelegte Zuwachsgrößen geändert) wird. Um für die Veranschaulichung das einfachst mögliche Beispiel zu wählen, sei angenommen, daß die Trägerwellenphase während der ersten 2/3 jedes Impulses konstantgehalten, dann plötzlich umgekehrt und für das letzte Drittel des Impülges in der umgekehrten lage gehalten wird. Derartige Signale liefern Eingangssignalmuster mit einer entsprechenden Phasenumkehr entlang der Cosinus-Linie bei 2/3 der Höhe des Musters. Sie lassen sich mit dem oben beschriebenen Gerät analysieren, indem man ein holographisches Diapositiv verwendet, das aus einem BezugsSignalmuster mit einer entsprechenden Phasenumkehr hergestellt worden ist, wie es in Pig.8 veranschaulicht ist.

Bei anderen Modifikationen kann das Bezugssignalmuster von geringerer Höhe (Abmessung parallel zur Zeitkoordinate) als das tatsächliche Signalmuster sein. Dies macht die Kreuzkorrelation weniger selektiv und bewirkt in der Praxis eine Tendenz zur Verbreiterung der Bandbreite der Signale, die für die Analyse zu betrachten sind.Dies erweist sich für Anwendungsfälle als nützlich,' in denen Signale über einen größeren Frequenzbereich auszuwerten sind» Bei solchen Anwendungsfällen kann eine Spektralanalyse der aufgefangenen Signale erwünscht gein·

Figo 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die auf die Gewinnung einer Anzeige mit Koordinaten eingerichtet ist, von denen ctie eine die frequenzen und die andere die Azimutal-? lage dWr aufgefangenen Signale wiedergibt. Die einzelnen Bau» teile dieser 4ueführun_:g§foria entsprechen im allgemeinen den fei« rf froher beschriebenen Ausfüh"rung9fGir«gu und sind dement*-

sprechend mit den gleichen Bezugszahlen, nämlich 7 bis 11 einschließlich so wie 14 und 15 bezeichnet·

Das in diesem Falle eingesetzte und mit der Bezugszahl 40 bezeichnete Bezugsdiapositiv jedoch ist ausgehend von einem BezugsSignalmuster mit einer Form hergestellt, wie sie in Fig.6 veranschaulicht ist und im folgenden in Verbindung mit ,dieser Figur näher beschrieben werden soll. Die auf dem Diapositiv 40 in Fig. 5 gezeigten Markierungen sind lediglich eine qualitative Wiedergabe. Der bequemere» Darstellung halber sind sie als dunkle Linien auf hellem Untergrund gezeichnet. In der Praxis stellen sie jedoch durchsichtige oder durchscheinende Gebiete auf einem gleichmäßig grauen oder undurchsichtigen Untergrund dar. Der Laser 8 und die Linsen 9 und 10 beleuchten das Eingangssignalmuster auf dem durchscheinenden Blatt 7 mit einem gebündelten Strahl kohärenten monochromatischen Lichts. Das Blatt 7 und das Bezugsdiapositiv 40 sind in den Brennebenen der Linse 11 angeordnet. Das Bezugsdiapositiv 40 und der Sohirm 15 liegen in den Brennebenen der Linse 14. Eine zylindrische Linse 41, deren Brennweite der Brennweite der Linse 14 gleichkommt, ist nach der Linse 14 angeordnet.

Fig. 6 veranschaulicht ein BezugsSignalmuster, das die Form eines schmalen Spaltes aufweist, der von zwei identischen Cosinus-Linien mit einem konstanten Abstand normal oder senkrecht zur Phasenwinkel- oder Azimutaohse der Kurven begrenzt wird. Der bequemeren Darstellung halber ist der Spalt in Fig. 6 als dunkle Linie auf weißem Untergrund dargestellt· In der Praxis ist er ein durchsichtiger Spalt in einem undurchsichtigem Schirm· Das Bezugsdiapositiv 40 kann nach irgendeiner der oben beschriebenen Methoden aus einem Muster der in Fig. 6 dargestellten Form hergestellt werden·

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Gerät wirkt die Beleuchtung des Eingangssignalmusters mit dem Bezugsdiapositiv 40 zusammen, und man erhält Kreuzkorrelatlonsausgangseignale, wel-

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ehe die Azimutallage irgendwelcher aufgefangenen Signale wiedergeben! die ein Kurvenmuster von einer Form ähnlich dem Spalt in Fig« 6 erzeugen. Diese Wirkung wird durch die horizontalen Komponenten oder die Horizontalablenkung in der Einrichtung von Pig. 5 erzielt und durch die zylindrische Linse 41 oder durch die Frequenz der Signale nicht beeinflußt. Die Frequenz der empfangenen Signale wird jedoch durch die vertikale Trennung der Öosinus-Linien in dem Eingangssignalmuster auf dem Blatt 7 veranschaulicht. Vertikale Ablenkungen in der Linse 11 bilden ein Muster, das in der das Diapositiv 40 enthaltenden Ebene das Spektrum der aufgefangenen Signale wiedergibt. Die Linsen 14 und 41 haben gemeinsam einen Abbildungseffekt für vertikale Merkmale des Spektralmusters· Als Ergebnis beobachtet man, daß auf dem Schirm 15 für jedes Ziel oder jede Signalquelle, die üblicherweise ein EingangsSignalmuster aus Kurven mit der Gestalt der Grenzlinien für den Spalt in dem Bezugssignalmuster (Figo 6) erzeugen, ein Lichtfleck auftritt und daß die Koordinaten jedes dieser Lichtflecke auf dem Schirm 15 die Azimutallage des entsprechenden Zieles oder der entsprechenden Signalquelle und die Frequenz der von diesem Ziel oder dieser Signalquelle aufgefangenen Signale wiedergeben· Die Anzeige auf dem Schirm 15 ist antisymmetrisch zu der Horizontalen, und die Hälfte davon ist entbehrlich«

Die Höhe h der Oosinus-Linien eines tatsächlichen Eingangssignalmusters ist proportional zu , wobei 0 der Winkel zwisohen der Einfallsrichtung der aufgefangenen Signale und der Ebene der kreisförmigen Sensoranordnung und ν die Geschwindigkeit der einfallenden Signale ist· Zur Analyse von Signalen mit unterschiedlichen Werten für den Ausdruck kann man sich einer Gruppe von Fourier-Transformationsmustern bedienen, die aus Bezugssignalkurven unterschiedlicher Höhe hergestellt " sind.

Bei der bisherigen Beschreibung der Erfindung ist angenom-

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men worden, daß die aufgefangenen Signale Parallelstrahlen bilden. Dies ist jedoch nicht wesentlich da sich die Erfindung auch zur Analyse anderer Signale einsetzen läßt, wenn man für ein Bezugsdiapositiv sorgt, das aus einem in passender Weise modifizierten Bezugssignalmuster hergestellt ist· Signale von Signalquellen oder Zielen im Hahbereich werden beispielsweise Kurvenmuster erzeugen, die nicht mehr exakt cosinusfö'rmig sind.

An den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung lassen sich noch zahlreiche weitere Abwandlungen vorneh-H men. So läßt sich beispielsweise der Effekt eines Amplitudenkegels, deho ein vorgegebenes Muster für eine den durch die Sensoren der kreisförmigen Sensoranordnung aufgefangenen Signalen auferlegte Wägung, durch Überlagerung eines Diapositivs, dessen Durchlässigkeit eine Funktion einer oder beider Koordinaten ist, über das Bezugssignalmuster bei der Herstellung des Bezugsdiapositivs erzielen. Bei Ausführungsformen mit einer zylindrischen Linse zur Abbildung eines Spektrums, wie z„B· in Figo 5 kann dem EingangsSignalmuster oder seiner Beleuchtung ein abschirmendes Diapositiv überlagert werden, um Stö'rstrahlungen zu vermindern.

Oben ist erwähnt worden, daß Signale von verschiedenen Sensoren der Sensoranordnung in dem Eingangssignalmuster in getrennten Streifen dargestellt werden und daß es erwünscht ist, daß die Breite Jedes solchen Streifens erheblich kleiner ist als der Abstand zwischen benachbarten Streifen«. Diese Forderung ergibt sich aus der Tatsaohe, daß jeder Streifen einer bei einem gegebenen Azimutwinkel entnommenen Probe entstammt, während sich seine Breite über einen weiten Bereich von Werten für die Azimutkoordinate erstreckt» Die Effekte, die sich aus der Verwendung von einer Breite ergeben, die nicht mehr klein ist gegen ihren gegenseitigen Abstand, fassen sioh dadurch kompensieren, daß man dem Bezugsdiapositiv ein abschirmendes Diapositiv überlagert, dessen Durchlässigkeit nach einer mit dem

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Abstand von der optischen Achse entlang einer Parallelen zur Azimutkoordinate zunehmenden Funktion verläuft.

Das in Pig. 1 dargestellte Aufzeichnungsmaterial 5 braucht nicht in einzelne Blätter 7 zerschnitten oder in der Analysiereinrichtung feststehend gehalten werden. Man kann es stattdessen auch auf einem zusammenhängenden Träger, der seinerseits kontinuierlich angetrieben wird, durch die Verarbeitungseinrichtung 6 und durch die erste Bildebene der Analysiereinrichtung hindurchführen. Anstelle des in Fig. 1 sichtbaren Schirmes 15 kann man auch eine Reihe von Detektoren D1 bis Dn, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, verwenden· Ähnliche Abwandlungen lassen sich auch an der Einrichtung nach Fig. 5 vornehmen. Praktisch verlangen die verschiedenen Ausführungsformen für die Analysiereinrichtung nicht notwendigerweise irgendeine besondere Ausführungsform für die Mittel zur Mustererzeugung oder eine besondere Art von Sensoren.

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Claims (3)

- 28 Patentansprüche

1. Optischer Korrelator zum Analy^ierenvoii: an einer Vielzahl verschiedener Stellen aufgenommenen!Signalen, mit einem Signalmust eranzeigegerät, das in einer ersten itBiidebene ein. Eingangssignalmuster entwirft, das eine graphische Darstellung der empfangenen Signale in einem Koordinatensystem-wiedergibt, dessen erste Koordinate derEmpfangszeit und dessen zweite Koordinate, dem Empfangsort entspricht, mit einer Beleuohtungsein-—

|| richtung, die das Eingangssignal, mit monochromatischem Lieht ausleuchtet, mit einer ersten Sammellinsenanordnung, die-· in ■ ν . einer Bezugsebene ein eine Fourier-Transformation des Eingangssignalmusters darstellendes Muster liefert, mit einem in der Bezugsebene angeordneten holographischen Diapositiv, das eine Fourier-Transformation eines Bezugasignalmusters darstellt, das aus einem Bezugseingangssignalmuster abgeleitet ist, wie es das Signalmusteranzeigegerat auf Grund von einer einzelnen Quelle entstammenden Signalen erzeugt, und mit einer zweiten Sammellinsenanordnung, die in einer zweiten Bildebene ein eine Fourier· Transformation des in der Bezugsebene entstehenden und durch die Betrachtung durch das holographische Diapositiv hinduroh modifizierten Musters darstellendes Muster liefert,

' dadurch gekennzeichnet, daß zur Analyse an mit Abstand über einen Kreis verteilten Stellen aufgenommenen Signalen die Ortskoordinate des Eingangssignalmusters der Azimutalrichtung des Empfangsortes bezogen auf das Kreiszentrum zugeordnet ist, das Bezugssignalmuster aus in ihrer Phasenlage aufeinander ausgerichteten Oosinus-Iinien besteht und entweder das von dem Signalmusteranzeigegerät gelieferte Eingangssignalmuster oder das in dem holographischen Diapositiv einer Fourier-Transformation unterzogene Bezugssignalmuster über einen Azimutalbereich erstreckt ist, der einer zweimaligen Abtastung des Kreises der Empfangsstellen entspricht

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2. Optischer Korrelator nach Anspruch 1 mit einer zweiten Sammellinsenanordnung aus einer sphärischen Sammellinse und einer zylindrischen Sammellinse von gleicher Brennweite, die so nahe beieinander angeordnet sind, daß sie in einer ersten Richtung in der zweiten Bildebene eine Fouriertransformation und in einer zu der ersten Richtung senkrechten zweiten Richtung in der gleichen Bildebene eine normale Abbildung bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß das holographische Diapositiv eine lourier-Transformation eines BezugsSignalmusters ist, das auf einen durch zwei identische und in ihrer Phasenlage aufeinander ausgerichtete Oosinus-Linien mit konstantem Abstand längs der Senkrechten auf ihre Phasenwinkel-Koordinate begrenzten, beleuchteten Spalt zurückgehtβ

3. Optischer Korrelator nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch seine Verwendung im Rahmen eines Beobachtungssystems mit auf einem Kreis angeordneten Sensoren für einfallende Signale, wie z₉ Bo Mikrofonen oder Radioantennen, als Analysator für die Messung der Richtung, Lage oder Frequenz der von den Sensoren aufgefangenen Signale₉

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