RU2310206C1 - Способ обнаружения широкополосных фазоманипулированных сигналов и определения вида их модуляции при акустооптической обработке - Google Patents

Abstract

Способ предназначен для анализа принимаемых сигналов в многоканальных и одноканальных системах связи. В способе путем частичного отражения светового потока, освещающего первую среду акустооптического взаимодействия, образуют световой поток, от которого путем частичного отражения освещают вторую среду акустооптического взаимодействия, а путем полного отражения освещают третью среду акустооптического взаимодействия. Поступающий входной электрический сигнал подвергают многоканальной полосовой фильтрации для анализа и обнаружения сигналов на n различных частотах. На каждой частоте сигналы дважды подвергают преобразованиям: квадратичному усилению, перемножению с опорным напряжением и полосовой фильтрации на этой же частоте. Два анализируемых сигнала после соответственно первого и второго преобразования подвергают преобразованию в ультразвуковые волны в соответственно второй и третьей средах акустооптического взаимодействия, дифрагирующие на которых соответствующие второй и третий когерентные оптические световые потоки подвергают пространственным преобразованиям Фурье. Далее преобразованные световые потоки регистрируют на основе фотоэффектов в точках пространства, соответствующих частотам во второй и третьей анализируемых группах, затем преобразовывают в электрические напряжения. Эти напряжения накапливаются для анализа и по номеру выделенного фотоэффекта определяют несущую частоту принимаемого сигнала, а по комбинации фотоэффектов определяют вид его модуляции. Технический результат: возможность одновременного обнаружения синусоидальных сигналов и фазоманипулированных широкополосных сигналов, определения их несущих частот и вида их фазовой модуляции. 2 ил.

Description

Предлагаемый способ относится к области оптической обработки сигналов и может найти применение для анализа принимаемых сигналов в многоканальных и одноканальных системах радиосвязи.

Известен способ спектрального анализа по книге «Оптическая обработка радиосигналов в реальном времени» под ред. С.В.Кулакова - М.: Радио и связь, 1989 г. (стр.48), в котором оптическое когерентное излучение дифрагирует на акустических волнах, формируемых воздействием информационного сигнала в среде акустооптического взаимодействия, и приобретает пространственное распределение, которое регистрируется и несет информацию о спектре сигнала.

Недостатком данного способа является невозможность обнаружения фазоманипулированных широкополосных сигналов (ФМШПС) и определения вида их модуляции.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ, описанный в книге В.И.Борисова, В.М.Зинчука, А.Е.Лимарева и др. «Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью» - М.: Радио и связь, 2003 г. (стр.504-512).

Способ-прототип заключается в следующем. Оптический пучок когерентного излучения, излучаемый источником, фокусируется и расширяется, образуя световой поток, который дифрагирует на преобразованном электрическом сигнале в ультразвуковые волны в среде акустооптического взаимодействия (АОВ). Дифрагированное оптическое излучение подвергается пространственному преобразованию Фурье, регистрируется и преобразуется в точке пространства, соответствующей частоте сигнала, в электрический сигнал, который накапливается, сравнивается с порогом и используется для вынесения решения о поступлении сигнала, то есть его обнаружения на частоте сигнала.

В способе-прототипе электрический сигнал, преобразованный в акустические волны, не имеет фазовой модуляции. При наличии фазовой бинарной или четверичной модуляции оптическое распределение в точках пространства, соответствующих частоте ФМШПС, не регистрируется. Таким образом, недостатком способа-прототипа является отсутствие возможности обнаруживать ФМШПС и определять вид модуляции ФМШПС.

Для устранения указанных недостатков в способе, включающем образование первого светового потока путем излучения когерентного оптического пучка, его фокусирование и расширение, затем дифрагирование первого светового потока на преобразованном входном электрическом сигнале в ультразвуковые волны в первой среде акустооптического взаимодействия, осуществление пространственного преобразования Фурье, регистрацию на основе фотоэффекта в точке пространства, соответствующей частоте сигнала в первой анализируемой группе, его преобразование в электрическое напряжение, накапливание для дальнейшего анализа и вынесения решения о поступлении сигнала, то есть его обнаружении на анализируемой частоте, согласно изобретению, путем частичного отражения первого светового потока, освещающего первую среду акустооптического взаимодействия, образуют второй световой поток, от которого путем частичного отражения освещают вторую среду акустооптического взаимодействия, а путем полного отражения образуют третий световой поток, которым освещают третью среду акустооптического взаимодействия; входной электрический сигнал подвергают многоканальной полосовой фильтрации для анализа и обнаружения сигналов на n различных частотах, на каждой частоте сигналы подвергают преобразованиям: квадратичному усилению, перемножению с опорным напряжением и полосовой фильтрации на этой же частоте; затем каждый из полученных в результате этих преобразований сигналов второй раз подвергают преобразованиям: квадратичному усилению, перемножению с опорным напряжением и полосовой фильтрации на этой же частоте, причем каждый из анализируемых сигналов после соответственно первого и второго преобразования подвергают преобразованию в ультразвуковые волны в соответственно второй и третьей средах акустооптического взаимодействия, дифрагирующие на которых соответствующие второй и третий когерентные оптические световые потоки подвергают пространственным преобразованиям Фурье, а затем регистрируют на основе фотоэффектов в точках пространства, соответствующих частотам во второй и третьей анализируемых группах соответственно, затем преобразовывают в электрические напряжения, накапливают их для анализа с целью вынесения решения об обнаружении сигнала и виде его фазовой модуляции; по номеру выделенного фотоэффекта определяют несущую частоту принимаемого сигнала, а по комбинации фотоэффектов определяют вид его модуляции: наличие одновременных фотоэффектов в трех анализируемых группах соответствует сигналу без фазовой модуляции на анализируемой частоте, во второй и третьей группах - сигналу с бинарной фазовой модуляцией, в третьей группе - сигналу с четверичной фазовой модуляцией.

Предлагаемый способ обнаружения ФМШПС и определения вида их фазовой модуляции при акустооптической обработке заключается в следующем.

Принимаемый ФМШПС имеет вид:

где a₀ - амплитуда принимаемого сигнала;

k - номер импульса в сигнале;

N - общее число импульсов в принимаемом сигнале;

- прямоугольная огибающая отдельного импульса длительностью τ_и;

t - текущее время наблюдения;

ω₀=2πf₀;

f₀ - несущая частота сигнала;

{p_k} - совокупность коэффициентов, определяющих закон изменения фазовой псевдослучайной кодовой последовательности, принимающих значения р_k=0, 1 при бинарной и р_k=0, ±1, 2 при четверичной модуляции;

θ_c - величина скачка фазы, принимающая значения θ_c=π при бинарной модуляции и θ_c=π/2 при четверичной модуляции;

φ₀ - случайная начальная фаза.

Сигнал s(t) при поступлении в первую среду АОВ преобразуется в ультразвуковую волну, распространяющуюся в этой среде, вызывая изменение ее коэффициента преломления. Первый оптический когерентный световой поток, проходя через первую среду АОВ, дифрагирует, затем, подвергаясь пространственному преобразованию Фурье, фокусируется в точке пространства, соответствующей частоте сигнала ω₀. Если θ_c=0, то есть s(t) представляет синусоиду, то световой поток регистрируется на основе фотоэффекта в точке пространства, соответствующей частоте сигнала в первой анализируемой группе, преобразуется в электрический сигнал, который накапливается, а затем по выделенному фотоэффекту выносится решение о наличии сигнала s(t) с несущей частотой ω₀. При θ_c=π или π/2 дифрагированный, сфокусированный в точку пространства, соответствующую частоте ω₀, световой поток не регистрируется, так как в среде одновременно распространяются несколько элементарных импульсов с противоположными по знаку коэффициентами модуляции.

Сигнал s(t), параллельно с первой средой АОВ, подвергается многоканальной полосовой фильтрации для анализа и обнаружения сигналов на n различных частотах (в n каналах обработки).

На каждой частоте сигналы подвергают следующим преобразованиям: квадратичному усилению, перемножению с соответствующей опорной частотой и полосовой фильтрации на той же частоте, в результате чего получается сигнал:

где z - константа, характеризующая крутизну преобразования сигнала.

Сигнал s₂(t) поступает во вторую среду АОВ, где преобразуется в ультразвуковую волну, распространяющуюся в этой среде, вызывая изменение ее коэффициента преломления. Второй оптический когерентный световой поток, проходя через вторую среду АОВ, дифрагирует, затем, подвергаясь пространственному преобразованию Фурье, фокусируется в точке пространства, соответствующей частоте сигнала ω₀. Если θ_c=0 или π, то s₂(t) представляет синусоиду и сфокусированный световой поток регистрируется на основе фотоэффекта в точке пространства, соответствующей частоте сигнала во второй анализируемой группе, преобразуется в электрический сигнал, накапливается для анализа и по выделенному фотоэффекту определяется несущая частота ω₀. При θ_c=π/2 дифрагированный, сфокусированный в точку пространства, соответствующую частоте ω₀, световой поток не регистрируется, так как в среде одновременно распространяются несколько элементарных импульсов с противоположными по знаку коэффициентами модуляции.

Затем сигнал s₂(t) подвергается аналогичным преобразованиям: квадратичному усилению, перемножению с соответствующей опорной частотой и полосовой фильтрации на той же частоте, в результате чего получается сигнал:

Сигнал s₃(t) поступает в третью среду АОВ, преобразуется в ультразвуковую волну, распространяющуюся в этой среде АОВ, вызывая изменение ее коэффициента преломления. Третий оптический когерентный световой поток, проходя через третью среду АОВ, дифрагирует, затем, подвергаясь пространственному преобразованию Фурье, фокусируется в точке пространства, соответствующей частоте сигнала ω₀, регистрируется на основе фотоэффекта в точке пространства, соответствующей частоте сигнала в третьей анализируемой группе, а затем преобразуется в электрический сигнал, который накапливается, и в результате анализа, сделается заключение, что s₃(t) представляет синусоиду, так как

, либо 2π, либо 4π.

Следовательно, предлагаемый способ обеспечивает обнаружение ФМШПС и определение вида его фазовой модуляции.

Функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа представлена на фиг.1, где обозначено:

1 - лазер;

2 - конденсор;

3 - коллиматор;

4₁, 4₂ и 4₃ - первый, второй и третий ультразвуковые модуляторы света (УЗМС);

5₁, 5₂ и 5₃ - первая, вторая и третья интегрирующие линзы;

6₁, 6₂ и 6₃ - первая, вторая и третья матрицы (линейки) из n фотоприемников;

7₁ и 7₂ - первое и второе полупрозрачные зеркала;

8 - отражательное зеркало;

9 - логический блок;

10₁-10_n - n полосовых фильтров первой группы;

11₁-11_n - n усилителей с квадратичной характеристикой первой группы;

12₁-12_n - n смесителей первой группы;

13₁-13_n - n полосовых фильтров второй группы;

14₁-14_n - n усилителей с квадратичной характеристикой второй группы;

15₁-15_n - n смесителей второй группы;

16₁-16_n - n полосовых фильтров третьей группы;

17 - генератор опорных частот.

Устройство, с помощью которого реализуется предлагаемый способ, содержит последовательно расположенные на первой оптической оси (в первой среде акустооптического взаимодействия) лазер 1, конденсор 2, коллиматор 3, первое полупрозрачное зеркало 7₁, первый ультразвуковой модулятор света (УЗМС) 4₁, первую интегрирующую линзу 5₁ и первую матрицу из n фотоприемников 6₁; последовательно расположенные на второй оптической оси (во второй среде акустооптического взаимодействия) второе полупрозрачное зеркало 7₂, второй УЗМС 4₂, вторую интегрирующую линзу 5₂ и вторую матрицу из n фотоприемников 6₂; последовательно расположенные на третьей оптической оси (в третьей среде акустооптического взаимодействия) отражательное зеркало 8, третий УЗМС 4₃, третью интегрирующую линзу 5₃ и третью матрицу из n фотоприемников 6₃; причем первое полупрозрачное зеркало 7₁ размещено под углом, большим или равным сорока пяти градусам, к направлению первой оптической оси, второе полупрозрачное зеркало 7₂ размещено параллельно первому полупрозрачному зеркалу 7₁, так, что проходящий сквозь первое полупрозрачное зеркало 7₁ и отраженный от второго полупрозрачного зеркала 7₂ световой поток, образуя вторую оптическую ось, освещает второй УЗМС 4₂, а отражательное зеркало 8 размещено параллельно второму полупрозрачному зеркалу 7₂ так, что проходящий сквозь второе полупрозрачное зеркало 7₂ и отраженный отражательным 8 зеркалом световой поток, образуя третью оптическую ось, освещает третий УЗМС 4₃. Вход устройства соединен с входом первого УЗМС 4₁ и входами n полосовых фильтров первой группы 10₁-10_n, выходы которых через соответствующие усилители с квадратичной характеристикой первой группы 11₁-11_n подключены к первым входам соответствующих смесителей первой группы 12₁-12_n, выходы которых через соответствующие полосовые фильтры второй группы 13₁-13_n соединены с соответствующими n входами второго УЗМС 4₂. Кроме того, выходы n полосовых фильтров второй группы 13₁-13_n через соответствующие усилители с квадратичной характеристикой второй группы 14₁-14_n подключены к первым входам соответствующих смесителей второй группы 15₁-15_n, выходы которых через соответствующие полосовые фильтры третьей группы 16₁-16_n соединены с соответствующими n входами третьего УЗМС 4₃; n выходов генератора опорных частот 17 соединены с объединенными вторыми входами соответствующих смесителей первой 12₁-12_n и второй 15₁-15_n групп.

Выходы первой матрицы из n фотоприемников 6₁ соединены с n входами первой группы логического блока 9 соответственно; выходы второй матрицы из n фотоприемников 6₂ соединены с n входами второй группы логического блока 9 соответственно; выходы третьей матрицы из n фотоприемников 6₃ соединены с n входами третьей группы логического блока 9 соответственно; 3n выходов логического блока 9, образующие n групп по три выхода в каждой группе, являются соответствующими выходами устройства.

Устройство, с помощью которого реализуется предлагаемый способ, работает следующим образом.

Свет, излучаемый лазером 1, преобразуется конденсором 2 и коллиматором 3 в плоский опорный пучок, который, отражаясь первым полупрозрачным зеркалом 7₁, освещает первый УЗМС 4₁ под углом Брэгга θ_Б к нормали к его поверхности.

В то же время, на электрический вход первого УЗМС 4₁ с размерами апертуры D×H (длина × ширину) поступает ФМШПС (1).

Сигнал s(t), воздействуя на пьезопреобразователь первого УЗМС 4₁, возбуждает в его звукопроводе акустическую волну, распространяющуюся вдоль оси Ох со скоростью V. Предполагается, что длительность анализируемого сигнала Nτ_и значительно превышает T_м=D/V - время распространения ультразвуковой волны в первом УЗМС 4₁ и в апертуре первого УЗМС 4₁ размещается m отдельных импульсов принимаемого ФМШПС, т.е. D=mVτ_и (Vτ_и - пространственная длительность отдельного импульса).

Тогда распределение интенсивности дифрагированного светового пучка в выходной фокальной плоскости (в плоскости размещения фотоприемников) может быть записано как:

где Ψ=2πΔn_мL/λ - индекс фазовой модуляции;

L - длина акустооптического взаимодействия (толщина УЗМС);

Δn_м - амплитуда изменения коэффициента преломления среды акустооптического взаимодействия относительно среднего значения при воздействии сигнала единичной мощности;

λ - длина волны светового пучка освещающего УЗМС;

E₀ - амплитуда световой волны;

и

- пространственные частоты.

При заполнении апертуры первого УЗМС 4₁ сигналом (1) распределение интенсивности светового потока, прошедшего первый УЗМС 4₁, первую интегрирующую линзу 5₁ и освещающего первую матрицу из n фотоприемников 6₁, определяется следующими соотношениями.

Для 0<t<τ_и:

где

A_пр=(E₀ΨDH/λf_л)²,

ω_x0=ω_x-ω₀/V,

α₁=р₁θ_c (где p₁ определяется как {р_k}).

Для (k-1)τ_и<t<kt_и, 2≤k≤m:

где α_ν=p_νθ_c - фаза ν-го импульса, находящегося в апертуре УЗМС 4₁,

ν - принимает значения от 1 до k-1 в соответствии с импульсами, находящимися в рассматриваемый момент времени в апертуре УЗМС 4₁.

Для kτ_и<t<(k+1)τ_и, m≤k≤N-1:

где α_k+1, α_k-ν и α_k-(m-1) - фазы k+1-го, k-ν-го и k-(m-1)-го импульсов соответственно, находящихся в апертуре УЗМС 4₁ в рассматриваемый момент времени.

Электрический сигнал на выходе i-го (i=1, ..., n) фотоприемника первой матрицы 6_1.i с координатами центра (ξ_i=iΔξ, 0) может быть представлен в виде:

где K_пер - постоянная, характеризующая свойства переходной характеристики фотоприемника;

где K_пр - постоянная, характеризующая крутизну преобразования фотоприемника.

Кроме того, первый световой поток, проходя через первое полупрозрачное зеркало 7₁, попадает на второе полупрозрачное зеркало 7₂, частично отражаясь от которого, образует второй световой поток, освещающий второй УЗМС 4₂.

В то же время, на i-й электрический вход второго УЗМС 4₂ подается модулирующий сигнал, который формируется следующим образом. Входной сигнал (1) поступает на вход i-го полосового фильтра первой группы 10_i, рабочая частота которого совпадает с частотой f₀=ω₀/2π, и затем на соответствующий усилитель с квадратичной характеристикой первой группы 11_i, осуществляющий операцию y(t)=ZS²(t), на выходе которого формируется сигнал:

где Z - коэффициент, характеризующий размерность выходного сигнала усилителя y₁(t).

Сигнал с выхода i-го усилителя с квадратичной характеристикой первой группы 11_i поступает на первый вход соответствующего смесителя первой группы 12_i, на второй вход которого подается напряжение с соответствующего i-го выхода генератора опорных частот 17:

где а_оп - амплитуда опорного сигнала генератора опорных частот 17.

С выхода i-го смесителя первой группы 12 сигнал с частотой f₀ подается на вход i-го полосового фильтра второй группы 13_i рабочая частота которого f₀=ω₀/2π.

Тогда напряжение сигнала на выходе i-го полосового фильтра второй группы 13_i определяется:

где К_см - константа, характеризующая размерность выходного сигнала смесителя частоты.

С выхода i-го полосового фильтра второй группы 13_i сигнал (11) поступает на соответствующий i-й электрический вход второго УЗМС 4₂.

При заполнении апертуры второго УЗМС 4₂ сигналом (11) распределение интенсивности светового потока, прошедшего через второй УЗМС 4₂, вторую интегрирующую линзу 5₂ и освещающего вторую матрицу из n фотоприемников 6₂, определяется следующими соотношениями.

Для 0<t<τ_и:

где

Для (k-1)τ_и<t<kτ_и, 2≤k≤m:

Для kτ_и<t<(k+1)τ_и, m≤k≤N-1:

Проводя рассмотрение по аналогии с вышеизложенным, получим, что электрический сигнал на выходе i-го фотоприемника второй матрицы 6_2.i с координатами центра (ξ_i=iΔξ, 0) можно записать как

где

Кроме того, второй световой поток, проходя через второе полупрозрачное зеркало 7₂, попадает на отражательное зеркало 8, отражаясь от которого, образует третий световой поток, освещающий третий УЗМС 4₃.

В то же время, на i-й электрический вход третьего УЗМС 4₃ подается модулирующий сигнал, который формируется следующим образом. Сигнал (11) с выхода i-го полосового фильтра второй группы 13_i поступает на вход i-го усилителя с квадратичной характеристикой второй группы 14_i, выходной сигнал которого определяется:

Сигнал с выхода i-го усилителя с квадратичной характеристикой второй группы 14_i поступает на первый вход смесителя второй группы 15_i, на второй вход которого подается напряжение с соответствующего i-го выхода генератора опорных частот 17 U_оп(t) такое же, как и на второй вход смесителя первой группы 12_i.

С выхода i-го смесителя второй группы 15_i сигнал с частотой f₀ подается на вход i-го полосового фильтра третьей группы 16_i, рабочая частота которого совпадает с частотой f₀=ω₀/2π.

Тогда напряжение на выходе i-го полосового фильтра третьей группы 16_i определяется:

С выхода i-го полосового фильтра третьей группы 16_i сигнал (17) подается на соответствующий i-й вход третьего УЗМС 4₃.

При заполнении апертуры третьего УЗМС 4₃ сигналом (17) распределение интенсивности светового потока, прошедшего через третий УЗМС 4₃, третью интегрирующую линзу 5₃ и освещающего третью матрицу из n фотоприемников 6₃, определяется следующими соотношениями.

Для 0<t<τ_и:

где

Для (k-1)τ_и<t<kτ_и, 2≤k≤m:

Для kτ_и<t<(k+1)τ_и, m≤k≤N-1:

Тогда напряжение на выходе i-го фотоприемника третьей матрицы 6_3.i с координатами центра (ξ_i=iΔξ, 0) определяется:

где

При приеме сигнала (1) на частоте ω₀ в соответствии с (5)-(7), (12)-(14) и (18)-(20) выходные эффекты незасвеченных фотоприемников будут равны нулю. Выходные эффекты на выходе i-х фотоприемников первой 6_1.i, второй 6_2.i и третьей 6_3.i матриц, соответствующих пространственной частоте ω_x=ω₀/V, будут определяться соответственно:

где

где B_пр1=B_пр(ZK_смa_опа₀)²;

где B_пр2=B_пр(ZK_смa_опа₀)⁶.

Сигналы с выходов первой 6₁, второй 6₂ и третьей 6₃ матриц из n фотоприемников подаются на соответствующие группы входов логического блока 9, где проводится анализ и логическая обработка сигналов с целью определения вида фазовой модуляции принятого сигнала.

С n групп выходов логического блока 9 сигналы поступают на соответствующие группы выходов устройства.

Логический блок 9 может быть реализован согласно функциональной схеме, представленной на фиг.2, где введены следующие обозначения:

91_1.1-91_3.n - 3n пороговых блоков;

92_1.1-92_2.n - 2n инверторов;

93_1.1-93_n.3 - 3n схем «И».

Логический блок 9 содержит 3n пороговых блоков 91_1.1-91_3.n, образующих три группы по n пороговых блоков в каждой соответственно: 91_1.1-91_1.n, 91_2.1-91_2.n и 91_3.1-91_3.n, 2n инверторов 92_1.1-92_2.n, образующих две группы по n инверторов в каждой соответственно: 92_1.1-92_1.n и 92_2.1-92_2.n, а также 3n схем «И» 93_1.1-93_n.3, образующих n групп по три схемы «И» в каждой соответственно: 93_1.1-93_1.3, ..., 93_n.1-93_n.3.

Входы n пороговых блоков первой группы 91_1.1-91_1.n являются соответствующими n входами первой группы логического блока 9. Выход каждого из n пороговых блоков первой группы 91_1.1-91_1.n соединен со входом соответствующего инвертора первой группы 92_1.1-92_1.n, а также с первым входом первой схемы «И» соответствующей n группы 93_1.1, ..., 93_n.1. Выход каждого из n инверторов первой группы 92_1.1-92_1.n соединен с объединенными первыми входами второй и третьей схем «И» соответствующей n группы: 93_1.2 и 93_1.3, ..., 93_n.2 и 93_n.3.

Входы n пороговых блоков второй группы 91_2.1-91_2.n являются соответствующими n входами второй группы логического блока 9. Выход каждого из n пороговых блоков второй группы 91_2.1-91_2.n соединен со входом соответствующего инвертора второй группы 92_2.1-92_2.n, а также с объединенными вторыми входами первой и второй схем «И» соответствующей n группы: 93_1.1 и 93_1.2, ..., 93_n.1 и 93_n.2.

Входы n пороговых блоков третьей группы 91_3.1-91_3.n являются соответствующими n входами третьей группы логического блока 9. Выход каждого из n пороговых блоков третьей группы 91_3.1-91_3.n соединен с объединенными третьими входами первой, второй и третьей схем «И» соответствующей n группы: 93_1.1-93_1.3, ..., 93_n.1-93_n.3.

Логический блок 9 работает следующим образом.

С первой группы входов логического блока 9 выходные сигналы первой матрицы из n фотоприемников 6₁ поступают на входы соответствующих n пороговых блоков первой группы 91_1.1-91_1.n, со второй группы входов логического блока 9 выходные сигналы второй матрицы из n фотоприемников 6₂ поступают на входы соответствующих n пороговых блоков второй группы 91_2.1-91_2.n, а с третьей группы входов выходные сигналы третьей матрицы из n фотоприемников 6₃ поступают на входы соответствующих n пороговых блоков третьей группы 91_3.1-91_3.n. Величина порога каждой группы пороговых блоков выбирается таким образом, чтобы выходной сигнал фотоприемника превышал его только в случае прохождения через соответствующий УЗМС чисто синусоидального сигнала.

Рассмотрим случай, когда фазовая модуляция у сигнала отсутствует, то есть на вход устройства принимается простой синусоидальный сигнал (θ_c=0) с частотой, соответствующей i-м фотоприемникам во всех трех матрицах. Тогда выходные сигналы i-х фотоприемников первой 6_1.i, второй 6_2.i и третьей 6_3.i матриц, соответствующих частоте принимаемого сигнала, имеют большую величину:

Следовательно, выходные сигналы соответствующих i-х пороговых блоков первой 91_1.i, второй 91_2.i и третьей 91_3.i групп равны логической «1», и, соответственно, на выходах соответствующих i-х инверторов первой 92_1.i и второй 92_2.i групп будут логические «0». В этом случае, на первый, второй и третий входы первой схемы «И» соответствующей i-й группы 93_i.1 будут поступать логические «1» и, следовательно, на выходе первой схемы «И» i-й группы 93_i.1 будет сигнал уровня логической «1». Этот сигнал показывает, что на вход устройства поступил синусоидальный сигнал на частоте f₀, соответствующей i-му каналу обработки.

При этом с выхода соответствующего i-го инвертора первой группы 92_1.i на объединенные первые входы второй 93_i.2 и третьей 93_i.3 схем "И" соответствующей i-й группы поступят логические «0», с выхода i-го инвертора второй группы 92_2.i на второй вход третьей схемы «И» соответствующей i-й группы также поступит логический «0», а с выхода i-го порогового блока третьей группы 91_3.i на третьи входы второй 93_i.2 и третьей 93_i.3 схем "И" соответствующей i-й группы поступят логические «1». Следовательно, на выходах второй 93_i.2 и третьей 93_i.3 схем "И" i-й группы будут сигналы уровня логического «0».

При приеме ФМШПС с бинарной фазовой модуляцией (θ_c=π) выходные сигналы i-x фотоприемников второй 6_2.i и третьей 6_3.i, матриц, соответствующих частоте принимаемого сигнала, принимают максимальные значения, совпадающие с (26) и (27) соответственно, т.к. все значения фазовых коэффициентов 2α_k=2р_kπ кратны 2π (p_k=0,1). Величина же выходного сигнала i-го фотоприемника первой матрицы 6_1.i в силу того, что фаза сигнала модулируется псевдослучайной последовательностью, будет, как следует из (22)-(24), значительно меньше, и соответствующий пороговый блок первой группы 91_1.i не сработает, то есть на его выходе будет логический "0". В этом случае, на первый вход первой схемы «И» соответствующей i-й группы 93_i.1 поступит логический «0», а на второй вход - логическая «1»; с выхода i-го инвертора первой группы 92_1.i на объединенные первые входы второй 93_i.2 и третьей 93_i.3 схем "И" соответствующей i-й группы поступят логические «1», с выхода i-го инвертора второй группы 92_2.i на второй вход третьей схемы «И» соответствующей i-й группы 93_i.3 поступит логический «0», а с выхода i-го порогового блока третьей группы 91_3.i на третьи входы первой 93_i.1, второй 93_i.2 и третьей 93_i.3 схем "И" соответствующей i-й группы поступят логические «1». Следовательно, на выходах первой 93_i.1 и третьей 93_i.3 схем "И" i-й группы будут сигналы уровня логического «0», а на выходе второй схемы «И» i-й группы 93_i.2 будет сигнал уровня логической «1». Этот сигнал показывает, что на вход устройства поступил ФМШПС с бинарной фазовой модуляцией на несущей частоте f₀, соответствующей i-му каналу обработки.

При приеме ФМШПС с четверичной фазовой модуляцией (θ_c=π/2) выходной сигнал i-го фотоприемника третьей матрицы 6_3.i принимает значение, совпадающее с (31), т.к. 4α_k=2p_kπ(θ_c=π/2) и, следовательно, выходной сигнал соответствующего i-го порогового блока третьей группы 91_3.i будет равен логической "1". Величины же выходных сигналов i-х фотоприемников первой 6_1.i и второй 6_2.i матриц будут значительно меньше, и соответствующие i-е пороговые блоки первой 91_1.i и второй 91_2.i групп не сработают, то есть на их выходах будут логические "0". В этом случае, на первый и второй входы первой схемы «И» соответствующей i-й группы 93_i.1, а также на второй вход второй схемы «И» соответствующей i-й группы 93_i.2 будут поступать логические «0», с выхода i-го инвертора первой группы 92_1.i на объединенные первые входы второй 93_i.2 и третьей 93_i.3 схем "И" соответствующей i-й группы поступят логические «1», с выхода i-го инвертора второй группы 92_2.i на второй вход третьей схемы «И» соответствующей i-й группы 93_i.3 также поступит логическая «1», а с выхода i-го порогового блока третьей группы 91_3.i на третьи входы первой 93_i.1, второй 93_i.2 и третьей 93_i.3 схем "И" соответствующей i-й группы поступят логические «1». Следовательно, на выходах первой 93_i.1 и второй 93_i.2 схем "И" i-й группы будут сигналы уровня логического «0», а на выходе третьей схемы «И» i-й группы 93_i.3 будет сигнал уровня логической «1». Этот сигнал показывает, что на вход устройства поступил ФМШПС с четверичной фазовой модуляцией на несущей частоте f₀, соответствующей i-му каналу обработки.

При одновременном приеме нескольких ФМ сигналов на частотах, соответствующих нескольким каналам обработки, на соответствующих группах выходов будут присутствовать по одной логической "1", которые будут указывать на виды фазовой модуляции каждого из принимаемых сигналов.

Реализацию матриц из n фотоприемников можно осуществить, используя следующую литературу:

Д.М.Борсак «Фотодетекторы для акустооптических систем обработки сигналов», ТИИЭР, 1981 г., т.69, №1, стр.117-138;

Н.А.Есепкина и др. «Оптоэлектронные процессоры со сканирующими ПЗС фотоприемниками», Квантовая электроника, 1995 г., т.22, №10, стр.991-996.

Реализация остальных блоков не вызывает затруднений, так как они широко описаны в научно-технической литературе.

Claims (1)

1. Способ обнаружения широкополосных фазоманипулированных сигналов и определения вида их модуляции при акустооптической обработке, включающий образование первого светового потока путем излучения когерентного оптического пучка, его фокусирование и расширение, затем дифрагирование первого светового потока на преобразованном входном электрическом сигнале в ультразвуковые волны в первой среде акустооптического взаимодействия, осуществление пространственного преобразования Фурье, регистрацию на основе фотоэффекта в точке пространства, соответствующей частоте сигнала в первой анализируемой группе, его преобразование в электрическое напряжение, накапливание для дальнейшего анализа и вынесения решения о поступлении сигнала, то есть его обнаружении на анализируемой частоте, отличающийся тем, что путем частичного отражения первого светового потока, освещающего первую среду акустооптического взаимодействия, образуют второй световой поток, от которого путем частичного отражения освещают вторую среду акустооптического взаимодействия, а путем полного отражения - образуют третий световой поток, которым освещают третью среду акустооптического взаимодействия; входной электрический сигнал подвергают многоканальной полосовой фильтрации для анализа и обнаружения сигналов на n различных частотах, на каждой частоте сигналы подвергают преобразованиям: квадратичному усилению, перемножению с опорным напряжением и полосовой фильтрации на этой же частоте; затем каждый из полученных в результате этих преобразований сигналов второй раз подвергают преобразованиям: квадратичному усилению, перемножению с опорным напряжением и полосовой фильтрации на этой же частоте, причем каждый из анализируемых сигналов после соответственно первого и второго преобразования подвергают преобразованию в ультразвуковые волны в соответственно второй и третьей средах акустооптического взаимодействия, дифрагирующие на которых соответствующие второй и третий когерентные оптические световые потоки подвергают пространственным преобразованиям Фурье, а затем регистрируют на основе фотоэффектов в точках пространства, соответствующих частотам во второй и третьей анализируемых группах соответственно, затем преобразовывают в электрические напряжения, накапливают их для анализа с целью вынесения решения об обнаружении сигнала и виде его фазовой модуляции; по номеру выделенного фотоэффекта определяют несущую частоту принимаемого сигнала, а по комбинации фотоэффектов определяют вид его модуляции: наличие одновременных фотоэффектов в трех анализируемых группах соответствует сигналу без фазовой модуляции на анализируемой частоте, во второй и третьей группах - сигналу с бинарной фазовой модуляцией, в третьей группе - сигналу с четверичной фазовой модуляцией.

Images