RU2421766C2 - Способ определения частоты радиосигналов в акустооптическом приемнике-частотомере в режиме сильного сигнала - Google Patents
Способ определения частоты радиосигналов в акустооптическом приемнике-частотомере в режиме сильного сигнала Download PDFInfo
- Publication number
- RU2421766C2 RU2421766C2 RU2009104649/28A RU2009104649A RU2421766C2 RU 2421766 C2 RU2421766 C2 RU 2421766C2 RU 2009104649/28 A RU2009104649/28 A RU 2009104649/28A RU 2009104649 A RU2009104649 A RU 2009104649A RU 2421766 C2 RU2421766 C2 RU 2421766C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- photodiodes
- signal
- threshold
- levels
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Настоящее изобретение касается способа определения частоты радиосигнала в акустооптическом приемнике-частотомере в режиме сильного сигнала. Заявленный способ заключается в том, что на электрический вход акустооптического дефлектора подают анализируемый радиосигнал, где преобразовывают его в акустический и далее в оптический сигнал, затем подвергают его Фурье-преобразованию с фиксацией распределения его интенсивности N-элементной линейкой фотодиодов, далее формируют на их выходах видеосигналы, после чего вычисляют частоту радиосигнала, отождествляемую с абсциссой оси симметрии распределения интенсивности светового сигнала, дискретизированного фотодиодами. При этом устанавливают порог в верхней части линейного участка амплитудной характеристики фотодиодов и определяют уровни сигналов ниже порогов на четырех фотодиодах с ближайшими к порогу уровнями, далее обозначают уровни сигналов на этих фотодиодах yA, yB, yC и yD, а соответствующие этим уровням частоты обозначают в порядке возрастания частоты fA, fB, fC и fD, затем убеждаются в том, что частоты fA и fB находятся ниже по частоте участка ограничения сигнала, образованного порогом, а частоты fC и fD - выше, далее сравнивают сигналы на фотодиодах и, если yA>yC, вычисляют частоту f0 по формуле f0=(fC+fA-Δf1)/2, где Δf1=ΔF(yA-yC)/(yA-yB), в противном случае частоту f0 вычисляют по формуле f0=(fC+fA+Δf2)/2, где Δf2=ΔF(yC-yA)/(yC-yD), где ΔF - частотный интервал между фотодиодами. Данный способ позволяет повысить точность измерения частоты радиосигналов в режиме сильного сигнала. 6 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в качестве высокоточного измерителя параметров радиосигналов в частотомерах и демодуляторах частотно-модулированных сигналов диапазона СВЧ.
Известен (см. фиг.1) способ измерения несущей частоты радиосигналов, реализованный в акустооптическом процессоре (Гуревич А.С., Нахмансон Г.С. Обнаружение и измерение частоты узкополосных радиосигналов на фоне помех в акустооптоэлектронном спектроанализаторе // Известия ВУЗов СССР - Радиоэлектроника. - 1981. - Т.24. - №4. - С.26-33), заключающийся в том, что сигнал S(t), частота которого подлежит измерению, подают на электрический вход акустооптического дефлектора 2, где он преобразуется в акустический сигнал, с которым взаимодействует лазерное излучение 1, в результате чего формируют световой сигнал, над которым с помощью линзы 3 выполняют операцию оптического интегрирования с последующим детектированием при помощи линейки фотоприемников 4, состоящей из дискретного набора фотодиодов, формирующих набор видеосигналов, обрабатывая которые электронной системой 5 и решающим устройством 6, определяют порядковый номер фотодиода с максимальным уровнем сигнала и значение частоты сигнала S(t), соответствующей найденному номеру.
Признаками аналога, совпадающими с признаками предлагаемого изобретения, являются подача радиосигнала на электрический вход акустооптического дефлектора, его преобразование в дефлекторе в акустический аналог, преобразование акустического аналога в световой сигнал, операция оптического интегрирования (операция Фурье-преобразования в заявляемом способе), детектирование светового сигнала фотодиодами линейки фотоприемников, формирование на их выходах видеосигналов с последующей обработкой и вычислением частоты радиосигнала, отождествляемой с абсциссой оси симметрии распределения интенсивности светового сигнала, продетектированного фотодиодами.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является низкая точность измерения частоты в режиме сильного сигнала. В названном режиме несколько фотодиодов линейки фотоприемников 4 находятся в насыщении, из-за чего определение фотодиода с максимальным сигналом осуществляется с большой погрешностью. Как следствие, погрешность измерения частоты описанным способом-аналогом может существенно превысить частотный интервал ΔF между фотодиодами.
Известен также способ (см. фиг.2) измерения несущей частоты радиосигналов, реализованный в акустооптическом приемнике-частотомере (Роздобудько В.В., Дикарев Б.Д. Высокоточный акустооптический приемник-частотомер комбинированного типа // Радиотехника. 2003. - №9. - С.31-36), заключающийся в том, что сигнал S(t), частота которого подлежит измерению, подают на электрический вход акустооптического дефлектора, где он преобразуется в акустический сигнал, с которым взаимодействует лазерное излучение, в результате чего формируют световой сигнал, над которым с помощью интегрирующей линзы 3 выполняют операцию Фурье-преобразования и детектирование при помощи линейки фотоприемников 4, формирование на их выходах видеосигналов, которые усиливают затем видеоусилителями 7, сравнивают с пороговым уровнем в пороговых устройствах 8 (при превышении порогового уровня уровнем видеосигнала пороговое устройство срабатывает) с последующим грубым определением частоты радиосигнала регистрирующим устройством I-9 и уточнением частоты с использованием коммутатора 10, дискриминатора 11 и регистрирующего устройства II-12 путем сопоставления уровней сигналов Uп и Uз, снимаемых с двух крайних фотодиодов, уровни которых превышают уровень 14 (фиг.3) срабатывания пороговых устройств и путем уточнения положения максимума распределения светового сигнала 13 (фиг.3), продетектированного фотодиодами линейки фотоприемников.
Признаками аналога, совпадающими с признаками предлагаемого изобретения, являются подача радиосигнала на электрический вход акустооптического дефлектора, его преобразование в дефлекторе в акустический аналог, преобразование акустического аналога в световой сигнал, операция Фурье-преобразования, детектирование светового сигнала фотодиодами линейки фотоприемников, формирование на их выходах видеосигналов с последующей обработкой и вычислением частоты радиосигнала, отождествляемой с абсциссой оси симметрии распределения интенсивности светового сигнала, продетектированного фотодиодами.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является крайне низкая точность измерения частоты радиосигналов в режиме сильного сигнала.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ-прототип, реализованный в акустооптическом частотомере (фиг.4) (Роздобудько В.В. Широкополосные акустооптические измерители частотных и фазовых параметров радиосигналов // Радиотехника. - 2001. - №1. - С.79-92) и заключающийся в том, что на электрический вход акустооптического дефлектора 2 подают измеряемый радиосигнал S(t), в акустооптическом дефлекторе он преобразуется в акустический сигнал, с которым взаимодействует оптическое излучение, сформированное лазером 15 и коллиматором 16, в результате чего формируют световой сигнал, над которым с помощью линзы 3 выполняют операцию Фурье-преобразования с последующим детектированием при помощи линейки фотоприемников 4, состоящей из дискретного набора фотодиодов, формирующих набор видеосигналов, которые усиливают затем видеоусилителями 7, сравнивают с пороговым уровнем в пороговых устройствах 8 (при превышении порогового уровня уровнем видеосигнала пороговое устройство срабатывает), далее определяют номера первого mп и последнего mз сработавшего порогового устройства (см. фиг.5, на котором: 13 - распределение светового сигнала, продетектированное фотодиодами линейки фотоприемников, 14 - уровень порога) и определяют частоту радиосигнала при помощи решающего устройства 6 по формуле
где fH - начальная частота диапазона частот частотомера, ΔfΣ - его полоса пропускания, N - число фотодиодов в линейке фотоприемников 4.
Признаками прототипа, совпадающими с признаками предлагаемого изобретения, являются подача радиосигнала на электрический вход акустооптического дефлектора, его преобразование в дефлекторе в акустический аналог, преобразование акустического аналога в световой сигнал, операция Фурье-преобразования, детектирование светового сигнала фотодиодами линейки фотоприемников, формирование на их выходах видеосигналов с последующей обработкой и вычислением частоты радиосигнала, отождествляемой с абсциссой оси симметрии распределения интенсивности светового сигнала, продетектированного фотодиодами.
Причиной, препятствующей достижению технического результата, является низкая точность измерения частоты радиосигналов, которая для полосы рабочих частот процессора ΔfΣ и числа фотодиодов N в линейке фотоприемников не превышает величины 0,25(ΔfΣ/N), что соответствует четверти частотного интервала между фотодиодами. Кроме того, при работе в режиме сильного сигнала (в режиме ограничения) возможны грубые погрешности измерения частоты, связанные с превышением порогового уровня боковыми лепестками распределения интенсивности светового сигнала. Вследствие такого превышения могут быть неправильно определены номера mп и mз, используемые в формуле (1) для вычисления частоты, что приведет к грубым ошибкам в ее определении. Если же для избавления от грубых ошибок увеличить уровень порога, то это приведет к сужению линейного участка динамического диапазона.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение точности измерения частоты радиосигналов, поступающих на вход измерителя, при работе его в нелинейной части динамического диапазона (в режиме ограничения или в режиме насыщения фотодиодов).
Технический результат достигается тем, что устанавливают порог в верхней части линейного участка амплитудной характеристики фотодиодов, определяют уровни сигналов ниже порога на четырех фотодиодах с ближайшими к порогу уровнями, далее обозначают уровни сигналов на этих фотодиодах yA, yB, yC и yD, а соответствующие этим уровням частоты обозначают в порядке возрастания частоты fA, fB, fC, fD, затем убеждаются в том, что частоты fA и fB находятся ниже по частоте участка ограничения сигнала, образованного порогом, а частоты fC и fD - выше, далее сравнивают сигналы на фотодиодах и, если уА>yC, вычисляют частоту f0 по формуле f0(fC+fA-Δf1)/2, где Δf1=Δf(уА-yC)/(yA-yB), в противном случае частоту f0 вычисляют по формуле f0=(fC+fA+Δf2)/2, где Δf2=ΔF(yC-yA)/(yC-yD), ΔF - частотный интервал между фотодиодами.
Для достижения технического результата в способе определения частоты радиосигнала в акустооптическом приемнике-частотомере, заключающемся в том, что на электрический вход акустооптического дефлектора подают анализируемый радиосигнал, где преобразовывают его в акустический и далее в оптический сигнал, затем подвергают его Фурье-преобразованию с фиксацией распределения его интенсивности N-элементной линейкой фотодиодов, далее формируют на их выходах видеосигналы, после чего вычисляют частоту радиосигнала, отождествляемую с абсциссой оси симметрии распределения интенсивности светового сигнала, дискретизированного фотодиодами, устанавливают порог в верхней части линейного участка амплитудной характеристики фотодиодов, определяют уровни сигналов ниже порога на четырех фотодиодах с ближайшими к порогу уровнями, далее обозначают уровни сигналов на этих фотодиодах yA, yB yC и yD, а соответствующие этим уровням частоты обозначают в порядке возрастания частоты fA, fB, fC, fD, затем убеждаются в том, что частоты fA и fB находятся ниже по частоте участка ограничения сигнала, образованного порогом, а частоты fC и fD - выше, далее сравнивают сигналы на фотодиодах и, если yA>yC, вычисляют частоту f0 по формуле f0=(fC+fA-Δf1)/2, где Δf1=ΔF(уА-yC)/(yA-yB), в противном случае частоту f0 вычисляют по формуле f0=(fC+fA+Δf2)/2, где Δf2=ΔF(yC-yA)/(yC-yD), ΔF- частотный интервал между фотодиодами.
Сравнивая предлагаемый способ с прототипом, видно, что он содержит новые признаки, т.е. соответствует критерию новизны. Проводя сравнение с аналогами, видно, что заявляемый способ соответствует критерию «существенные отличия», так как в аналогах не обнаружены предъявляемые новые признаки.
Для доказательства существования причинно-следственной связи между заявляемыми признаками и достигаемым техническим результатом рассмотрим сущность предлагаемого способа измерения частоты и сопоставим его со способом-прототипом и способами-аналогами.
Сущность заявляемого способа заключается в следующем. На фиг.6 в координатах частота-уровень показаны два возможных варианта (а и б) распределений интенсивности светового сигнала на фотоприемнике в режиме сильного сигнала (в режиме ограничения). Абсциссы точек В, А, С, D соответствуют частотам точной настройки фотодиодов фотоприемника (fB, fA, fC и fD). Ординаты точек В, А, C, D равны уровням сигналов на фотодиодах (yB, yA, yC и yD). Частотный интервал между фотодиодами равен ΔF. На выходах фотодиодов, находящихся в насыщении (интервал RS), сигнал максимален (ограничен). Распределение интенсивности светового сигнала симметрично относительно оси F, абсцисса которой равна частоте радиосигнала.
Суть предлагаемого способа измерения частоты состоит (см. фиг.6а) в определении положения на оси частот абсцисс точек С и G, т.е. значений fC и fG. Они симметричны относительно F, и потому абсцисса оси F, т.e. частота радиосигнала f0 определяется как среднее арифметическое частот fC и fG по формуле
В этой формуле частота fC известна, а точка G лежит на прямой АВ. Абсциссу fG можно вычислить по формуле
где Δf - неизвестный частотный интервал GE между точками G и Е. Для его поисков воспользуемся свойствами подобных треугольников ВАН и GAE. Составим пропорцию AH/BH=AE/GE, откуда искомый отрезок GE (интервал Δf) определяется по формуле:
Но частотный интервал между точками ВН - это частотный интервал ΔF между фотодиодами, величины АЕ и АН вычисляются по формулам:
Таким образом,
После подстановки вычисленного Δf=Δf1 в (3) и вычисленной fG в (2) получим искомое положение оси симметрии распределения:
Формула (9) справедлива для случая, когда yA>yC. Для альтернативной ситуации, показанной на фиг.6б, аналогичные формулы для вычисления частоты имеют вид:
Пример последовательности действий, направленных на измерение частоты радиосигнала, в соответствии с заявляемым способом включает в себя следующие шаги.
1. Устанавливают порог Up в верхней части линейного участка амплитудной характеристики фотодиодов. Этот шаг необходим, поскольку реальные амплитудные характеристики фотодиодов, как правило, не имеют явно выраженного участка ограничения.
2. Измеряют (см. фиг.6) уровни сигналов yA, yB, yC, yD. Все они должны быть ниже порога Up. При этом один из уровней сигналов уA или уC должен быть ближайшим к порогу Up уровнем.
3. Сравнивают сигналы yA и yC. В случае yA>yC (фиг.6а) применяют для вычислений частоты формулы (8) и (9), в альтернативном случае (фиг.6б) применяют формулы (10) и (11).
Можно показать, что по сравнению с прототипом максимальная погрешность измерения частоты заявляемым способом в режиме сильного сигнала может снизиться на порядок и более. Использование заявляемого способа измерения частоты в акустооптическом измерителе позволит улучшить технические характеристики данного устройства за счет увеличения точности измерения.
Claims (1)
- Способ определения частоты радиосигнала в акустооптическом приемнике-частотомере, заключающийся в том, что на электрический вход акустооптического дефлектора подают анализируемый радиосигнал, где преобразовывают его в акустический и далее в оптический сигнал, затем подвергают его Фурье-преобразованию с фиксацией распределения его интенсивности N-элементной линейкой фотодиодов, далее формируют на их выходах видеосигналы, после чего вычисляют частоту радиосигнала, отождествляемую с абсциссой оси симметрии распределения интенсивности светового сигнала, дискретизированного фотодиодами, отличающийся тем, что устанавливают порог в верхней части линейного участка амплитудной характеристики фотодиодов, определяют уровни сигналов ниже порога на четырех фотодиодах с ближайшими к порогу уровнями, далее обозначают уровни сигналов на этих фотодиодах yA, yB, yC и yD, а соответствующие этим уровням частоты обозначают в порядке возрастания частоты fA, fB, fC и fD, затем убеждаются в том, что частоты fA и fB находятся ниже по частоте участка ограничения сигнала, образованного порогом, а частоты fC и fD - выше, далее сравнивают сигналы на фотодиодах и, если yA>yC, вычисляют частоту f0 по формуле f0=(fC+fA-Δf1)/2, где Δf1=ΔF(yA-yC)/(yA-yB), в противном случае частоту f0 вычисляют по формуле f0=(fC+fA+Δf2)/2, где Δf2=ΔF(yC-yA)/(yC-yD), где ΔF - частотный интервал между фотодиодами.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009104649/28A RU2421766C2 (ru) | 2009-02-11 | 2009-02-11 | Способ определения частоты радиосигналов в акустооптическом приемнике-частотомере в режиме сильного сигнала |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009104649/28A RU2421766C2 (ru) | 2009-02-11 | 2009-02-11 | Способ определения частоты радиосигналов в акустооптическом приемнике-частотомере в режиме сильного сигнала |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009104649A RU2009104649A (ru) | 2010-08-20 |
RU2421766C2 true RU2421766C2 (ru) | 2011-06-20 |
Family
ID=44738285
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009104649/28A RU2421766C2 (ru) | 2009-02-11 | 2009-02-11 | Способ определения частоты радиосигналов в акустооптическом приемнике-частотомере в режиме сильного сигнала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2421766C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2521200C2 (ru) * | 2012-07-19 | 2014-06-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Способ измерения частоты радиосигнала в акустооптическом приемнике-частотомере |
-
2009
- 2009-02-11 RU RU2009104649/28A patent/RU2421766C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2521200C2 (ru) * | 2012-07-19 | 2014-06-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Способ измерения частоты радиосигнала в акустооптическом приемнике-частотомере |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009104649A (ru) | 2010-08-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2198323B9 (en) | Time delay estimation | |
Jongenelen et al. | Analysis of errors in ToF range imaging with dual-frequency modulation | |
US9599714B2 (en) | Wind measurement coherent lidar | |
US9518825B2 (en) | Suppression of lock-in effect due to a MIOC frequency response in a fiber-optic Sagnac interferometer | |
US11255969B2 (en) | Measurement apparatus and measurement method | |
JP6693783B2 (ja) | 距離測定装置およびその校正方法 | |
US9228828B2 (en) | Thickness monitoring device, etching depth monitoring device and thickness monitoring method | |
RU2421766C2 (ru) | Способ определения частоты радиосигналов в акустооптическом приемнике-частотомере в режиме сильного сигнала | |
RU2421740C2 (ru) | Способ определения частоты радиосигналов в акустооптическом приемнике-частотомере в линейном режиме работы фотоприемника | |
JP5827140B2 (ja) | レーザ光特性測定方法及び測定装置 | |
JP5888111B2 (ja) | エッチングモニタ装置 | |
US20170167916A1 (en) | System and method of optical spectrum analysis | |
RU2421767C2 (ru) | Способ измерения частоты радиосигнала в акустооптическом приемнике-частотомере | |
Brajnik et al. | Pilot tone as a key to improving the spatial resolution of eBPMs | |
Werle | Time domain characterization of micrometeorological data based on a two sample variance | |
CN115825004A (zh) | 气体检测可调谐半导体激光器的波长锁定装置及方法 | |
US11933668B2 (en) | Sampling assembly and testing instrument | |
Zygmunt et al. | Real-time measurement technique of the echo signal magnitude in ToF laser scanners | |
CN110823517B (zh) | 测量激光反馈系统中反馈因子c的方法 | |
JP2014174069A (ja) | レーザ測距装置 | |
JP7173313B2 (ja) | 位相測定方法及び信号処理装置 | |
JP5470320B2 (ja) | レーザ光コヒーレンス長測定方法及び測定装置 | |
Jin et al. | Suppression of precipitation bias on wind velocity from continuous-wave Doppler lidars | |
RU2428702C1 (ru) | Способ измерения частоты радиосигнала в акустооптических приемниках-частотомерах | |
RU2431852C2 (ru) | Радиометрический способ регистрации слабого широкополосного радиоизлучения |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110409 |