RU1837332C - Acousto-optic spectrum analyzer with integration in time - Google Patents
Acousto-optic spectrum analyzer with integration in timeInfo
- Publication number
- RU1837332C RU1837332C SU904838035A SU4838035A RU1837332C RU 1837332 C RU1837332 C RU 1837332C SU 904838035 A SU904838035 A SU 904838035A SU 4838035 A SU4838035 A SU 4838035A RU 1837332 C RU1837332 C RU 1837332C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acousto
- optical
- modulator
- spectrum analyzer
- time
- Prior art date
Links
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к области оптической обработки информации и может найти применение в радиотехнических измерени х. Спектроанализатор содержит источник когерентного света, коллиматор, акустооптические модул торы, проекционные объективы, диафрагму, оптический транспарант, матричный Фотоприемник на приборах с зар довой св зью, оптический трансформатор изображени , состо щий из.двух софокусных сферических объективов. 1 ил.The invention relates to the field of optical information processing and may find application in radio engineering measurements. The spectrum analyzer contains a coherent light source, a collimator, acousto-optic modulators, projection lenses, aperture, an optical transparency, a matrix photodetector on charge-coupled devices, an optical image transformer consisting of two confocal spherical lenses. 1 ill.
Description
Изобретение относитс к области оптической обработки информации и может найти применение в радиотехнических лзмерени х, в радиолокации дл формировани функции неопределенности радио- ;игналов в реальном масштабе времени.The invention relates to the field of optical information processing and may find application in radio engineering measurements, in radar to form a function of the uncertainty of radio signals in real time.
Целью изобретени вл етс расширение функциональных возможностей за счет формировани функции неопределенности.An object of the invention is to expand functionality by creating an uncertainty function.
На чертеже представлена структурна ;хема устройства.The drawing shows a structural; circuit diagram of the device.
Устройство содержит источник когерен- .,. гного света 1, коллиматор 2, первый акусто- эптический модул тор 3, оптический трансформатор изображений 4, второй аку- жюптический модул тор 5, первый проек- дионный объектив 6, диафрагму 7, второй троекционный объектив 8, оптический транспарант 9, матричный фотоприемник ча приборах с зар довой св зью 10.The device contains a source of coherence.,. a lot of light 1, collimator 2, the first acousto-epic modulator 3, the optical image transformer 4, the second acoustical modulator 5, the first projection lens 6, the aperture 7, the second three-way lens 8, the optical transparency 9, the photo sensor charge-coupled devices 10.
Устройство работает следующим образом . На электрический вход первого акусто- эптического- модул тора поступает эадиосигналThe device operates as follows. An electronic signal is received at the electrical input of the first acousto-epic-modulator
Ui(,t)bi(t))i(t)) vn,Ui (, t) bi (t)) i (t)) vn,
(1) где bi(t), v , (p (t) -- значени амплитуды.(1) where bi (t), v, (p (t) are the amplitude values.
частоты и фазы сигнала соответственно,frequency and phase of the signal, respectively,
t - врем ,t is the time
, - коэффициент изменени временного масштаба сигнала., is the coefficient of change in the time scale of the signal.
Коэффициент пропускани первого АОМ при наличии в нем сигнала равен величинеThe transmittance of the first AOM in the presence of a signal in it is equal to
11
ti(x,t)1+i(Ј)Ki Ui(/fi,ti (x, t) 1 + i (Ј) Ki Ui (/ fi,
x (, t- rX7),x (, t- rX7),
t 1t 1
VV
$4|ФК1 Ui- (2)$ 4 | FC1 Ui- (2)
где х-координата вдоль направлени распространени ультразвука,where is the x-coordinate along the direction of ultrasound propagation,
V - скорость распространени ультразвука ,V is the speed of propagation of ultrasound,
1 - коэффициент пропорциональности.1 - proportionality coefficient.
Модул тор освещаетс пучком когерентного света с плоским фазовым фронтом, параллельным плоскости модул тора, и равномерным распределением интенсивности, который излучаетс лазером (1} и рзсшир C/The modulator is illuminated by a beam of coherent light with a flat phase front parallel to the plane of the modulator and a uniform intensity distribution that is emitted by the laser (1} and the wide C /
СWITH
iooioo
00 I00 I
CO COCO CO
ЮYU
етс коллиматором (2), световое поле за первым АОМ равноwith a collimator (2), the light field behind the first AOM is
Ei-Eoti(x,t),(3)Ei-Eoti (x, t), (3)
где Ео - амплитуда падающего света.where Eo is the amplitude of the incident light.
Изображение первого АОМ проецируетс на второй АОМ (5) с изменением масштаба , которое осуществл етс с помощью оптического трансформатора (4). Поле, освещающее второй модул тор, равно величинеThe image of the first AOM is projected onto the second AOM (5) with a zooming effect, which is carried out using an optical transformer (4). The field illuminating the second modulator is equal to
Ei - $ Ео{1 + | IKiUi( Рм .Ui(Ei - $ Eo {1 + | IKiUi (PM. Ui (
i,ti, t
Х#,X #,
VV
(4)(4)
где fh величина, обратна коэффициенту увеличени оптического трансформатора, j-ja второй АОМ поступает сигнал (i)(t)exp i2jzv& t, (5) (где обозначени аналогичны использованным в формуле (1).where fh is the reciprocal of the magnification factor of the optical transformer, j-ja the second AOM receives a signal (i) (t) exp i2jzv & t, (5) (where the designations are similar to those used in formula (1).
Коэффициент пропускани второго модул тора равен величинеThe transmittance of the second modulator is equal to
tz(x,t)-lV (t + -Т)+ i IK2U2tz (x, t) -lV (t + -T) + i IK2U2
x(t+ -T).x (t + -T).
где Т - врем распространени ультразвука в модул торе,where T is the propagation time of ultrasound in the modulator,
К2 - коэффициент пропорциональности.K2 is the coefficient of proportionality.
При освещении модул тора когерентным светом прошедша через модул тор амплитуда света будет содержать составл ющую , пропорциональную коэффициенту пропускани t2(x, t).When the modulator is illuminated with coherent light, the amplitude of the light transmitted through the modulator will contain a component proportional to the transmittance t2 (x, t).
С помощью объективов проекционной системы (6, 8) и фильтрующей диафрагмы (7) с двум отверсти ми, расположенными в местах фокусировки первых дифракционных пор дков, изображени модул торов проецируютс на поверхность фотоприемника . Счита , что оба модул тора работают в режиме Брэгга, будем рассматривать лишь +1-е пор дки дифракции. В плоскости фотоприемника формируетс интерференционна картина, интенсивность которой в случае единичного увеличени проекционной системы равнаUsing projection system lenses (6, 8) and a filtering aperture (7) with two holes located at the focusing points of the first diffraction orders, the images of the modulators are projected onto the surface of the photodetector. Assuming that both modulators operate in the Bragg mode, we will consider only the + 1st order of diffraction. An interference pattern is formed in the plane of the photodetector, the intensity of which in the case of a single increase in the projection system is
id(x,t)/KiUi(/8it-- )+K2U2(t+ )/2-Ki2/Ui/2+K22/U2/2+ 2Re xid (x, t) / KiUi (/ 8it--) + K2U2 (t +) / 2-Ki2 / Ui / 2 + K22 / U2 / 2 + 2Re x
(6) (6)
{KiK2 Ui(( ). U2(t+ $ -T)}.{KiK2 Ui ((). U2 (t + $ -T)}.
(7)(7)
Дл дальнейшего рассмотрени учтем тот факт, что интерференционна картина образуетс в результате сложени световых пучков, распростран ющихс под углом,For further consideration, we take into account the fact that the interference pattern is formed as a result of the addition of light beams propagating at an angle
равном сумме углов дифракции света на ультразвуковых волнах в первом и втором АОМ.equal to the sum of the angles of diffraction of light by ultrasonic waves in the first and second AOM.
,,
15fifteen
20twenty
2525
30thirty
3535
4040
VV
VV
(8)(8)
где А - длина световой волны,where A is the wavelength of light,
Аи - длина ультразвуковой волны во 2-ом АОМ,Au - the length of the ultrasonic wave in the 2nd AOM,
AI эффективна длина ультразвуко- 0 вой волны в 1 АОМ с учетом изменени масштаба .AI is the effective ultrasonic 0 wavelength in 1 AOM taking into account zooming.
Сложение двух световых волн под углом приводит к модул ции интерференционной картины с пространственной частотой равной величинеThe addition of two light waves at an angle modulates the interference pattern with a spatial frequency equal to
Fnp -VJ/A.(9)Fnp -VJ / A. (9)
С учетом формул (8), (9). а также выражений дл радиосигналов (1) и (5), третий член суммы (7) можно записать в видеTaking into account formulas (8), (9). as well as expressions for radio signals (1) and (5), the third term of the sum (7) can be written as
А И t - )U2(t+ у -Т). jrQ3i vi-V2)t -expAnd t -) U2 (t + y - T). jrQ3i vi-V2) t -exp
(Prfavi+v$xl(10)(Prfavi + v $ xl (10)
В качестве фотоприёмника служит ПЗС- матрица, работающа в режиме сдвига и суммировани , причем направление перемещени зар дов вдоль столбцов матрицы параллельно направлению распространени ультразвука в модул торах. Переход в формуле (10) к движущейс системе координатA CCD array operating in the shift and sum mode is used as a photodetector, with the direction of charge movement along the matrix columns parallel to the direction of ultrasound propagation in the modulators. The transition in formula (10) to a moving coordinate system
-ut, -ut
где и - скорость перемещени зар дов вдоль столбцов ПЗС-матрицы, получим следующее выражение дл интенсивности интерференционной картиныwhere and is the rate of charge movement along the columns of the CCD matrix, we obtain the following expression for the intensity of the interference pattern
A- Re{Ui((Јi «Ј),-&) - U((t +V )-exp((/3ivi-V2)t- xA- Re {Ui ((Јi “Ј), - &) - U ((t + V) -exp ((/ 3ivi-V2) t- x
x(iffi#2Vi+V2)t)-exp(l x 45x()xi)}(11)x (iffi # 2Vi + V2) t) -exp (l x 45x () xi)} (11)
Полага /Si -fa -ft i - i i/u и выPolaga / Si -fa -ft i - i i / u and you
полн алгебраические преобразовани , е приводим выражение (11.) к видуcomplete algebraic transformations; we reduce expression (11.) to the form
50 А Re{Ui((1 + /fe)) U ((1 +ф )(-i2jr tf vi-)t- x50 A Re (Ui ((1 + / fe)) U ((1 + ф) (- i2jr tf vi-) t- x
55 x(vi+)t)-exp(55 x (vi +) t) -exp (
x .vi+%)xi)).(12)x .vi +%) xi)). (12)
npnUl U2 Uo. V1 V, V2 +AVnpnUl U2 Uo. V1 V, V2 + AV
С точностью до членов второго пор дка малости можно записатьUp to terms of the second order of smallness, we can write
A Re{Uo((1 + xUo((1 +A Re {Uo ((1 + xUo ((1 +
)t-%V) t-% V
иand
vi vvi v
T7) +V-T)xT7) + V-T) x
1A1A
2л,2l
V 1 V xexp() exp()}. (13)V 1 V xexp () exp ()}. (thirteen)
При Av 0, производ интегрирование по времени в пределах, равных времени перемещени зар дов вдоль столбцов матрицы, получим световое распределение, соответствующее автокоррел ционной функции сигнала Uo(t). Это распределение, промоду- лирован ное пространственной частотойAt Av 0, integrating over time within the limits equal to the time of movement of charges along the matrix columns, we obtain the light distribution corresponding to the autocorrelation function of the signal Uo (t). This distribution modulated by the spatial frequency
2 v2 v
F -Г7- , есть частный случай функции неопределенности - дл нулевого допплёровско- го сдвига. Формирование функции неопределенности в общем случае (дл A v 0) требует использовани оптического транспаранта. В качестве такого транспаранта может служить решетка со штрихами, перпендикул рными столбцам матрицы, коэффициент пропускани которой по интенсивности равенF -G7-, there is a special case of the uncertainty function for the zero Doppler shift. The formation of the uncertainty function in the general case (for A v 0) requires the use of an optical transparency. As such a transparency, a lattice with strokes perpendicular to the columns of the matrix can be used, the transmittance of which is equal in intensity to
G- t-1+cosy х.(14)G- t-1 + cozy x. (14)
В движущейс системе координат наличие транспаранта приводит к модул ции интенсивности света с частотойIn a moving coordinate system, the presence of a transparency modulates the light intensity with a frequency
fM syU.fM syU.
Требуемую величину пространственной частоты транспаранта получим приравнива частоту этой модул ции величине до- пплеровского сдвига i Av .отсюдаWe obtain the required value of the spatial frequency of the banner by equating the frequency of this modulation to the value of the Doppler shift i Av. Hence,
у-#...(И)y - # ... (I)
Дл формировани функции неопределенности при разных значени х Av необходимо иметь набор решеток с разными пространственными частотами, определ емыми формулой (15).In order to form the uncertainty function for different Av values, it is necessary to have a set of gratings with different spatial frequencies defined by formula (15).
С учетом необходимости формировани двух квадратурных составл ющих кажда из решеток должна состо ть из двух, имеющих одинаковую пространственную частоту и сдвинутых друг относительно друга на четверть шага решетки вдоль направлени перемещени зар дов.Given the need to form two quadrature components, each of the gratings should consist of two having the same spatial frequency and shifted relative to each other by a quarter of the grating step along the direction of movement of the charges.
В предлагаемом устройстве решаетс дополнительна задача, св занна с нали-. чием, помимо полезного сигнала, посто нной составл ющей. Дл фильтрации этой составл ющей и выделени полезного сигнала примен етс метод вычитани двух отсчетов . С этой целью дл каждого значени используютс четыре решетки с одинаковыми пространственными частотами и сдвинутые друг относительно друга на четверть шага решетки, подобно тому, как это сделано в устройстве-прототипе. Общее выражение дл коэффициента пропускани оптического транспаранта аналогично выражению дл коэффициента пропускани транспаранта устройства-прототипа:The proposed device solves an additional problem associated with cash. in addition to the useful signal, a constant component. To filter this component and extract the desired signal, a method of subtracting two samples is used. For this purpose, four lattices with the same spatial frequencies and shifted relative to each other by a quarter of the lattice step are used for each value, similar to the way it was done in the prototype device. The general expression for the transmittance of the optical banner is similar to the expression for the transmittance of the prototype device:
п - - 1 .2,.+ |Т cos n - - 1 .2,. + | T cos
пТоК 3PTOK 3
0.- .0.-.
Ј1 Ј1
Т7 X ш Ck 3 У У2 о. 0 л I 10 -(К )2 JT7 X W Ck 3 U U2 about. 0 l I 10 - (K) 2 J
00
55
00
55
00
55
00
55
х Рx P
Йг(2К-1+8п)Yg (2K-1 + 8p)
1 }1 }
(16)(sixteen)
ушТмUshtm
где Aw™ - полоса анализируемых частот, N - число элементов в строке матрицы, Ут - размер строки матрицы, у- координата вдоль строки матрицы. Функци Р(у) определ етс выражениемwhere Aw ™ is the band of analyzed frequencies, N is the number of elements in the matrix row, Ym is the size of the matrix row, and y is the coordinate along the matrix row. The function P (y) is defined by the expression
|Ч/у/ 1;| B / y / 1;
Р(У) RU)
LO,.LO ,.
Однако, в отличие от устройства-прототипа , выражение (14) описывает коэффициент пропускани по интенсивности, поскольку транспарант расположен непосредственно перед фотоприемником, выходные сигналы которого пропорциональны интенсивности света.However, unlike the prototype device, expression (14) describes the transmittance in intensity, since the transparency is located directly in front of the photodetector, the output signals of which are proportional to the light intensity.
Функци пропускани транспаранта позвол ет получить в каждом частотном каналечетыре составл ющих, соответствующих четырем значени м фазы выходных сигналов фотоприемникаThe transparency transmission function allows to obtain four components in each frequency channel corresponding to the four phase values of the output signals of the photodetector
сwith
,уъ ) которые, y) which
можно вычислить по формуле t + тcan be calculated by the formula t + t
ft(x.y .t.VO /G -Adt(17)ft (x.y .t.VO / G -Adt (17)
tt
где значени А и G определ ютс выражени ми (13) и (16) соответственно.where the values of A and G are defined by expressions (13) and (16), respectively.
Выполн далее вычислени , например , с помощьюPerform further calculations, for example, using
Dfy,y.t) Ф1 - Фй )2 + (Фз - )2 (18) можно найти квадрат модул функции неопределенности сигнала дл разных значений временных задержек и сдвигов частот .Dfy, y.t) Ф1 - Фй) 2 + (Фз -) 2 (18) we can find the squared modulus of the signal uncertainty function for different values of time delays and frequency shifts.
Число разрешимых точек по частоте определ етс количеством элементов в строке ПЗС-фотоприемника. Как следует из теоремы Котельникова, это число в простейшем случае в два раза меньше количества элементов строки. В данном устройстве из-за примен емого алгоритма обработки разница достигает восьми раз. При этом частотное разрешение определ етс , как и в обычных спектроанализаторах с временным интегрированием, т.е. временем перемещени зар дов вдоль столбцов матрицы.The number of resolvable points in frequency is determined by the number of elements in the line of the CCD photodetector. As follows from Kotelnikov’s theorem, in the simplest case this number is half the number of line elements. In this device, due to the applied processing algorithm, the difference reaches eight times. In this case, the frequency resolution is determined, as in conventional time-integrated spectrum analyzers, i.e. time of charge movement along the columns of the matrix.
Что касаетс предельно достижимого числа разрешимых точек по дальности, то оно вдвое меньше числа элементов в столбце матрицы.As for the maximum achievable number of solvable points in range, it is half the number of elements in the matrix column.
Предложенное устройство обладает существенными преимуществами перед аналогами . Полоса пропускани AQM не должна превышать полосу частотного анализа устройства. Анализируемый сигнал поступаетнепосредственно на пьезопреобразователь АОМ, а не модулирует по амплитуде ЛЧМ-сигнал. Отсутствие амплитудной модул ции в электрическом тракте позвол ет максимально использовать динамический диапазон АОМ, При этом расшир етс и динамический диапазон всего устройства в целом.The proposed device has significant advantages over analogues. The AQM bandwidth should not exceed the frequency bandwidth of the device. The analyzed signal is fed directly to the piezoelectric transducer AOM, and does not modulate the amplitude of the LFM signal. The absence of amplitude modulation in the electric path allows the maximum use of the dynamic range of the AOM, while expanding the dynamic range of the entire device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904838035A RU1837332C (en) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | Acousto-optic spectrum analyzer with integration in time |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904838035A RU1837332C (en) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | Acousto-optic spectrum analyzer with integration in time |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1837332C true RU1837332C (en) | 1993-08-30 |
Family
ID=21520241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904838035A RU1837332C (en) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | Acousto-optic spectrum analyzer with integration in time |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1837332C (en) |
-
1990
- 1990-04-06 RU SU904838035A patent/RU1837332C/en active
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4468093A (en) | Hybrid space/time integrating optical ambiguity processor | |
DE60123468T2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING A PHASE MODULATED WAVE FRONT OF ELECTROMAGNETIC RADIATION | |
US4531195A (en) | Polychromatic time-integrating optical processor for high-speed ambiguity processing | |
US4514038A (en) | Optical Fourier transformer device and optical correlator incorporating the said device | |
US3809873A (en) | Optical processor for convolution filtering | |
US3903407A (en) | Method for correlating frequency-modulated signals | |
US3544795A (en) | Electro-optical signal transfer apparatus | |
US5016976A (en) | Modified compact 2f optical correlator | |
RU1837332C (en) | Acousto-optic spectrum analyzer with integration in time | |
US4079421A (en) | Image scanning system | |
US5073006A (en) | Compact 2f optical correlator | |
US3669528A (en) | Device for producing identifiable sine and cosine(fourier)transforms of input signals by means of noncoherent optics | |
Sprague et al. | The PROM-a status report | |
Dolfi et al. | Optical architectures for programmable filtering and correlation of microwave signals | |
US3499703A (en) | Radiation beam positioning apparatus | |
US11212010B2 (en) | Optically-steered RF imaging receiver using photonic spatial beam processing | |
Voronin et al. | Image up-conversion and holography | |
Armenise et al. | A novel guided-wave correlator for real-time synthetic aperture radar data processing | |
SU1257549A1 (en) | Acoustical analyzer of spectrum of video signal | |
Luebbers et al. | Performance test and initial results obtained with a chirped laser radar with optoelectronic chirp generation and signal demodulation | |
Sprague et al. | The Itek PROM-A Status Report | |
SU800640A2 (en) | Method and apparatus for choosing equal-height areas | |
RU1831710C (en) | Method for measuring statistic characteristics of density fluctuation field and device for its realization | |
US4436370A (en) | Space variant linear phase shifter for optical ambiguity function generator | |
US5822111A (en) | Apparatus and method for coherent acousto-optic signal width modification |