SU1355939A1 - Acoustical spectrum analyser - Google Patents

Acoustical spectrum analyser Download PDF

Info

Publication number
SU1355939A1
SU1355939A1 SU864021659A SU4021659A SU1355939A1 SU 1355939 A1 SU1355939 A1 SU 1355939A1 SU 864021659 A SU864021659 A SU 864021659A SU 4021659 A SU4021659 A SU 4021659A SU 1355939 A1 SU1355939 A1 SU 1355939A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
output
register
inputs
control
input
Prior art date
Application number
SU864021659A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Иванович Болашенков
Николай Алексеевич Бухарин
Игорь Алексеевич Водоватов
Всеволод Юрьевич Петрунькин
Сергей Александрович Рогов
Виктор Георгиевич Самсонов
Original Assignee
Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина filed Critical Ленинградский Политехнический Институт Им.М.И.Калинина
Priority to SU864021659A priority Critical patent/SU1355939A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1355939A1 publication Critical patent/SU1355939A1/en

Links

Abstract

Изобретение относитс  к оптической обработке информации и может быть использовано в системах радиолокации , диагностики плазмы, радиоастрономии дл  анализа спектров бы- строизмен ющихс  сигналов. Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  акустооптического спект- роанализатора. Устройство содержит источник 1 когерентного света - лазер , формирователь 2 светового пучка, акустооптический модул тор 3, усилитель 4, интегрирующую линзу 5, много- элементньй фотоприемник 6 на приборах с зар дной св зью, блок 7 аналоговой обработки, непрозрачный экран с (Л дThe invention relates to optical information processing and can be used in radar systems, plasma diagnostics, radio astronomy for analyzing the spectra of rapidly changing signals. The aim of the invention is to increase the speed of an acousto-optical spectrum analyzer. The device contains a source of coherent light 1 — a laser, a beam shaper 2, an acousto-optic modulator 3, an amplifier 4, an integrating lens 5, a multi-element photodetector 6 on devices with charge coupling, an analog processing unit 7, an opaque screen c (L d

Description

8, имеющий отверстие, оптический, затвор 9, высокочастотный ключ 10, блок 11 однотипных кольцевых регистраторов , блок 12 однотипных таймеров, унифицированную магистраль 13 ЭВМ, кольцевые регистры 14-16, генератор 17 тактовых импульсов, таймерные модули 18-20, преобразователь 21 уровней.8, having an aperture, optical, shutter 9, high-frequency key 10, unit 11 of the same type ring recorders, unit 12 of the same type timers, unified main line 13 of the computer, ring registers 14-16, generator 17 clock pulses, timer modules 18-20, converter 21 levels .

Изобретение относитс  к оптической обработке информации и может быть применено в системах радиолокации, диагностики плазмы, радиоастрономии дл  анализа спектров быстроизмен ющих- с  сигналов.The invention relates to optical information processing and can be applied in radar systems, plasma diagnostics, radio astronomy for the analysis of rapidly changing spectra from signals.

Целью изобретени   вл етс  повы- шение быстродействи  акустооптичес- кого спектроанализатора.The aim of the invention is to improve the speed of the acousto-optic spectrum analyzer.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема спектроанализатора; на фиг, 2 - временные диаграммы, по сн ющие управление электрическим ключом и оптическим затвором; на фиг. 3 - структурна  схема таймерно- го модул ; на фиг. 4 - структурна  схема кольцевого регистра; на фиг. 5 - схема временной структуры управл ющего кадра.FIG. 1 shows a functional diagram of the spectrum analyzer; Fig. 2 shows timing diagrams explaining the control of the electric key and the optical shutter; in fig. 3 is a block diagram of a timer module; in fig. 4 is a block diagram of a ring register; in fig. 5 is a schematic diagram of a control frame time structure.

Функциональна  схема спектроанализатора (фиг. 1) содержит источник 1 когеретного света - лазер, формирователь 2 светового пучка, акустооп- тический модул тор (АОМ) 3, усйли-г таль (У) 4, интегрирующую линзу (1Ш) 5, многоэламентный фотоприемник 6 на приборах с зар довой св зью (ПЗС), блок 7 аналоговой обработки (БАО), непрозрачный экран 8 с отверстием (Д) оптический затвор (3)9, высокочастотный ключ (КП) 10, блок 14 однотипных кольцевых регистров (БКР), блок 12 однотипных таймерных модулей (БТМ), унифицированную магистраль ЭВМ 13, кольцевые регистры (КР) 14- 16, генератор 17 тактовых импульсов (ГТН), таймерные модули 18-20 (ТМ), преобразователь 21 уровней (ПУ).The functional diagram of the spectrum analyzer (Fig. 1) contains a source of coherent light 1 — a laser, a beam shaper 2, an acousto-optic modulator (AOM) 3, a pulse (U) 4, an integrating lens (1Sh) 5, a multi-lane photodetector 6 on devices with charge coupling (CCD), block 7 analog processing (BAO), opaque screen 8 with a hole (D) optical shutter (3) 9, high-frequency key (CS) 10, block 14 of the same type of registers (BKR), block 12 of the same type of timer modules (BTM), unified main line of computer 13, ring registers (CR) 14-16, g generator of clock pulses 17 (HHP), timer modules 18-20 (TM), the inverter 21 levels (PU).

Лазер 1  вл етс  источником света в оптической системе. ФормировательLaser 1 is the light source in the optical system. Shaper

тк ниьй .mk niy

13559391355939

Формирователь 2 пучк.а служит дл  со г- ласовани  геометрических размеров лазерного луча и звукопровода акусто- оптического модул тора 3. Алгоритм функционировани  устройства и временные диаграммы, по сн ющие его работу, привод тс  в описании изобретени , 2 з.п, ф-лы, 5 ил.The beamformer 2 is used to align the geometric dimensions of the laser beam and the acoustic duct of the acousto-optical modulator 3. The algorithm of the operation of the device and timing diagrams explaining its operation are given in the description of the invention, 2 hp, f- ly, 5 Il.

пучка 2 служит дл  согласовани  геометрических размеров лазерного луча и зпукопровода АОМ 3. ИЛ 5 выполн ет .преобразование Фурье падающего на нее светового распределени . АОМ 3  вл етс  устройством ввода сигналов в оптическую систему. В вьгходной плоскости ИЛ 5 .помещена матрица ПЗС 6, служаща  устройством вывода сигналов из оптической системы. Вплотную к ней размещена диафрагма Д 8, оставл юща  открытой только одну строку матрицы . Затвор 9 и ключ 10 служат дл  стробировани  светового и электрического сигналов соответственно. Элементы устройства 1, 9, 2, 3, 58и 6 соединены между собой оптически и расположены последовательно. Вход АОМ 3 электрически соединен с усилителем 4, увеличивающим мощность электрических сигналов. Аналоговый выход ПЗС фотоприемника 6 электрически соединен с БАО 7, необходимым дл  усилени  амплитуды сигналов. Электрические входы ПЗС фотоприемника 6 че- рез преобразователь уровней св заны с выходами устройства управлени , которое состоит из двух частей: операционного БЮ 11 и управл ющего БТМ 12. ;БКР формирует импульсные последовательности , необходимые дл  функционировани  ПЗС матрицы 6, затвора 9 оптического квантового генератора (ла- зера) ключа 10 на входе усилител  4. ,БТИ 12 формирует заданную, внутрикадро- вую структуру управл ющих импульсов Ф, поступающих в БКР 11, и осуществл ет подсчет числа импульсов фаз II на счетных выходах БКР. Оба блока по информационно-адресным входам св заны с унифицированной магистралью ЭВМ 13.beam 2 serves to match the geometrical dimensions of the laser beam and the AOM 3 lumen. The IL 5 performs the Fourier transform of the light distribution incident on it. The AOM 3 is a signal input device to the optical system. An IL 5 matrix is placed in the output plane of the IL 5. It serves as a device for outputting signals from the optical system. Close to it is placed the diaphragm D 8, leaving only one row of the matrix open. The shutter 9 and the key 10 serve for gating the light and electric signals, respectively. The elements of the device 1, 9, 2, 3, 58 and 6 are interconnected optically and are arranged in series. The AOM 3 input is electrically connected to an amplifier 4, which increases the power of the electrical signals. The analog output of the CCD of the photodetector 6 is electrically connected to the BAO 7, which is necessary to amplify the amplitude of the signals. The electrical inputs of the CCD of the photodetector 6 through the level converter are connected to the outputs of the control unit, which consists of two parts: the operating unit 11 and the control BTM 12. The TBC generates the pulse sequences necessary for the operation of the CCD array 6, the optical quantum generator 9 (laser) key 10 at the input of the amplifier 4. The BTI 12 forms a predetermined, intraframe structure of control pulses Φ supplied to the RBB 11, and counts the number of phase II pulses at the CDR counting outputs. Both units are connected to the unified computer main line 13 by information and address inputs.

БТМ 12 представл ет собой однородную структуру из q однотипных таймер- ных модулей (Tlfj-TMa) 18-20, причем выход запуска УП; i-ro ТИ соединен с i-ми входами запуска-блокировки всех ТМ блока.BTM 12 is a homogeneous structure of q of the same type of timer modules (Tlfj-TMa) 18–20, with the output of the start of the UE; The i-ro TI is connected to the i-th inputs of the start-lock of all TM blocks.

БКР 11 состоит из р однотипных модулей кольцевых регистров (КР - КРр) 14-16, причем фазные выходы через преобразователь уровней 21 соединены с электродами фаз ПЗС-матрицы 6, затвором 9 лазера 1, ключом 10, входы синхронизации К соединены с выходом ГТН 17. Счетный выход П.; j-ro К блока кольцевых регистров 11 соединен со всеми j-ми счетными входами таймерных модулей БТМ, а выход управлени  i-ro Til БТМ 12 подключен ко всем i-M входам управлени  кольцевых регистров БКР 11..BKR 11 consists of p modules of the same type annular registers (CU - KPC) 14-16, and the phase outputs through the level converter 21 are connected to the electrodes of the phases of the CCD 6, gate 9 of laser 1, key 10, synchronization inputs K are connected to the output of the GTH 17 Counting output P .; j-ro To the ring register unit 11 is connected to all the j-counting inputs of the BTM timer modules, and the i-ro Til control output of the BTM 12 is connected to all the i-M control inputs of the BKR ring registers 11 ..

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Анализируемый сигнал усиливаетс  усилителем 4 и поступает на АОМ 3, освещаемый когерентным световым лучом лазера 1, сформированным формц- рователем 2. Интегрирующа  линза 5 выполн ет преобразование Фурье по двум координатам. В выходной плоское- ти устройства распределение амплитуды оптического пол  вдоль направлени , параллельного направлению распространени  ультразвука в звукопроводе АОМ, пропорционально, мгновенному спектру входного сигнала. Этот оптический сигнал преобразуетс  в электрический путем накоплени  зар дов за врем  t в одной строке матрицы ПЗС 6, котора  расположена за отверстием в экране 8. Дл  того, чтобы накоп- пление зар дов осуществл лось только в одной строке матрицы, геометричес-. кие размеры отверсти  и непрозрачном экране В должны совпадать с геомет- рическими размерами строки матрицы 6 Кроме того, параметры АОМ и матрицы ПЗС определ ют фокусное рассто ние интегрирующей линзы в плоскости оптическа  ось - направление распрост- ранени  ультразвука в звукопроводе АОМ. Размер рабочего пол  L в выходной плоскости вдоль направлени  распространени  ультразвука равенThe analyzed signal is amplified by the amplifier 4 and fed to the AOM 3, illuminated by a coherent light beam of the laser 1 formed by the shaping unit 2. The integrating lens 5 performs the Fourier transform in two coordinates. In the output plane of the device, the distribution of the amplitude of the optical field along a direction parallel to the direction of propagation of ultrasound in the flux tube of the AOM is proportional to the instantaneous spectrum of the input signal. This optical signal is converted into an electrical one by accumulating charges for the time t in one row of the CCD 6 matrix, which is located behind the hole in the screen 8. To accumulate the charges only in one row of the matrix, geometrically. The dimensions of the aperture and the opaque screen B must coincide with the geometrical dimensions of the row of the matrix 6 In addition, the parameters of the AOM and the CCD matrix determine the focal distance of the integrating lens in the optical axis plane — the direction of propagation of ultrasound in the AOM sump. The size of the working field L in the output plane along the direction of propagation of ultrasound is equal to

Т - i.FT - i.F

L - -g- F,,L - -g- F ,,

где А - длина волны света.лазера; й - полоса частот AOMjwhere A is the wavelength of the light laser; st - frequency band AOMj

F - фокусное рассто ние интегрирующей линзы в данной плоскости; , S - скорость звука в материалеF is the focal distance of the integrating lens in this plane; , S - the speed of sound in the material

звукопровода.zvukoprovod.

Дл  оптимального использовани  элементов строки матрицы ПЗС необходимо , чтобыIn order to optimally use the elements of the row of the CCD matrix, it is necessary that

L М-а,L Ma,

где М - число элементов в строке марицы;where M is the number of elements in the maritsa line;

а - размер одного элемента матрцы вдоль строки.and - the size of one element matresses along the line.

Элементы строки используютс  достаточно оптимально, когдаLine items are optimally used when

L (0,9...1) Ma,L (0.9 ... 1) Ma,

где 0,9...1 - коэффициент использовани . Следовательно, фокусное рассто ние 1Ш 5 в плоскости оптическа  ось - направление распространени  - ультразвука в звукопроводе АОМ должно удовлетвор ть соотношениюwhere 0.9 ... 1 is the utilization factor. Consequently, the focal distance 1W 5 in the plane of the optical axis — the direction of propagation — of ultrasound in the AOM duct must satisfy the relation

()Ма§ t.() Mag. T.

(1)(one)

Размер G распределени  интенсивности света в выходной плоскости вдоль направлени , перпендикул рного направлению распространени  ультразвука, определ етс  из выражени The size G of the intensity distribution of light in the output plane along a direction perpendicular to the direction of ultrasound propagation is determined from the expression

. .

где d - ширина звукового столба вwhere d is the width of the sound pole in

звукопроводе АОМ; Fj- фокусное рассто ние линзы 5AOM sound conduit; Fj is the focal length of the lens 5

в плоскости, перпендикул рноin a plane, perpendicular

направлению распространени  direction of distribution

ультразвука.ultrasound.

Дл  того, чтобы G не превосходил размер одного элемента матрицы в направлении , перпендикул рном направлению распространени  ультразвука, необходимо , чтобы выполн лось условиеIn order for G not to exceed the size of a single element of the matrix in the direction perpendicular to the direction of ultrasound propagation, it is necessary that the condition

bdbd

2 (1...2)2 (1 ... 2)

(2)(2)

где. 1... 2 - коэффициент пропорциональности;Where. 1 ... 2 - proportionality factor;

b - размер одного элемента матрицы поперек строки. Из формул (1) и (2) легко получить, что при при реальных значени х ширины звукового столба F, Р.b - the size of one element of the matrix across the line. From formulas (1) and (2) it is easy to obtain that, with real values of the width of the sound column F, P.

В качестве ИЛ 5 удобно использовать анаморфотную систему с F, V .As IL 5 it is convenient to use an anamorphic system with F, V.

После накоплени  зар дов в одной строке матрицы в течение промежутка времени IT зар довый рельеф, пропорциональный мощности спектра входного сигнала, переноситс  в соседнюю строку . Снова регистрируетс  спектральна  характеристика входного сигнала в течение следующего промежутка времени 1. , После этого зар довый рельеф матрицы ПЗС сдвигаетс  еще на одну строку и т.д. Таким образом можно молучить спектральные характеристики к временных промежутков длительностью Г, где к - полное число строк в матрице.After accumulating charges in one row of the matrix for a period of time IT, the charge relief proportional to the power of the spectrum of the input signal is transferred to the next row. The spectral characteristic of the input signal is again recorded during the next time interval 1. After that, the charging relief of the CCD matrix is shifted by another row, and so on. Thus, it is possible to break down the spectral characteristics of k time intervals of duration G, where k is the total number of rows in the matrix.

Соседние анализируемые промежутки и разделены между собой временным интервалом о, необходимым дл  переноса зар дов на один элемент вдоль столбца. Минимальна  величина «того интервала определ етс  тактовой частотой считывани  f и равнаNeighboring intervals are analyzed and are separated by a time interval o, necessary for transferring charges to one element along the column. The minimum value of "that interval is determined by the read clock frequency f and is equal to

1/f. 1 / f.

Величину времени накоплени  Zr можно сделать сколько угодно малой. Фактически она ограничиваетс  снизу требуемой величиной частотного разрешени  й минThe accumulation time of Zr can be made any small. In fact, it is limited from below by the required frequency resolution min

б  b

Если €„ fIf € „f

1one

V- , т.е. врем  накоплени  равно времени переноса, то в строках матрицы будет накапливатьс  зар до- вьш рельеф, соответствующий спетраль ным характеристикам участков сигнала отсто щих друг от друга на величину, обратную тактовой частоте. Причем информаци  о спектре входного сигнала усредн етс  за это же врем , равное 1/f. Характеризующее быстродействие прототипа врем  усреднени  Т N/f, где N - число считываемых элементов в линейном фотоприемнике прототипа, т.е. в данном устройстве врем  усреднени  в N раз меньше времени Т усреднени  в устройстве-прототипе. Следовательно, быстродействие данног устройства вьше, чем быстродействие прототипа при одинаковых тактовых частотах опроса в число раз равное числу элементов в линейном фотоприемнике устройства-прототипа. V-, i.e. the accumulation time is equal to the transfer time, then in the rows of the matrix will accumulate the charge-relief, corresponding to the spectral characteristics of the parts of the signal that are spaced apart by the reciprocal of the clock frequency. Moreover, the information about the input signal spectrum is averaged over the same time, equal to 1 / f. Characterizing the speed of the prototype, the averaging time T N / f, where N is the number of readable elements in the linear photodetector of the prototype, i.e. in this device, the averaging time is N times less than the averaging time T in the prototype device. Therefore, the speed of this device is higher than the speed of the prototype with the same sampling clock frequencies equal to the number of elements in the linear photodetector of the prototype device.

После заполнени  заданного числа строк матрицы зар довыми пакетами, содержащими информацию об энергети- ческих спектрах отрезков входного сигнала, осуществл етс  их вывод через сдвиговый регистр. На вывод всей информации затрачиваетс  врем  (Мк)/ /f, после чего устройство готового кAfter filling a specified number of rows of the matrix with charge packets containing information about the energy spectra of the input signal segments, they are output through the shift register. Time (Mk) / / f is spent on the output of all information, after which the device is ready for

новому циклу измерений. Из зтого следует , что устройство способно анализировать спектр входного сигнала с высоким быстродействием в течение некоторого отрезка времени, равногоnew measurement cycle. From this it follows that the device is able to analyze the spectrum of the input signal with high speed for a certain period of time equal to

сГ + )к, с последующей паузой, рав- ной (Мк)/. sg +) k, followed by a pause equal to (Mk) /.

Иногда необходимо проводить спектральный анализ при с « .Sometimes it is necessary to conduct a spectral analysis with a ".

На фиг. ,а показан уровень мощности выходного сигнала, а штриховкой отмечены промежутки времени, в которые необходимо измер ть спектр входного сигнала. Сигнальна  или шумова  составл ющие, поступающие на фотоприемник в промежутках Т,, привод т кFIG. , and the power level of the output signal is shown, and hatching marks the time intervals at which the spectrum of the input signal is to be measured. Signal or noise components arriving at the photodetector in the gaps T ,, cause

снижению динамического диапазона устройства . Дл  устранени  шумовых составл ющих по радиоканалу во входной информационной цепи установлен электрический ключ 10, отключающий Ug от АОМ на врем  Т. Дл  устранени  шумовой составл ющей по оптическому каналу между лазером и формирователем луча установлен оптический затвор 9 (например, электрооптический). Причем оптический затвор 9 должен открыватьс  одновременно с электрическим ключом 10 и закрыватьс  позже электрического ключа на врем reduce the dynamic range of the device. To eliminate noise components over the radio channel, an electrical switch 10 is installed in the input information circuit, disconnecting the Ug from the AOM for a time T. To eliminate the noise component via the optical channel, an optical shutter 9 (for example, electro-optical) is installed between the laser and the beamformer. Moreover, the optical shutter 9 should open simultaneously with the electric key 10 and close after the electric key for a while.

-г: 2-g: 2

0 50 5

где D - апертура АОМ.where D is the AOM aperture.

Така  задержка необходима дл  того,Such a delay is necessary in order

g чтобы спектральные- составл юш 1е накапливались в фотоприемнике все врем , пока анализируемый сигнал находитс  в апертуре АОМ. Импульсы управлени  электрическим ключом Unnp,,g so that the spectral components are accumulated in the photodetector as long as the analyzed signal is in the AOM aperture. Impulses control electric key Unnp

„ и оптическим затвором Uapp показаны на фиг. 26, в соответственно. Открывает устройство высокий уровень. Максимальное быстродействие спекроанали- затора достигаетс  при с Ти 1/f.And the optical shutter Uapp are shown in FIG. 26, respectively. Opens the device high level. The maximum speed of the spectroanalyzer is achieved with c Ti 1 / f.

5 Устройство управлени  акустоопти- ческого спектроанализатора выполн ет следующие функции: формирует программируемую внутрикадровую импульсную последовательность фазных напр жений5 The acousto-optic spectrum analyzer control unit performs the following functions: it forms a programmable intraframe pulse sequence of phase voltages.

элемента 26 (ЛЭ2;) в соответствии сelement 26 (LE2;) in accordance with

| его функцией выхода| its exit function

V . V.

,JJ

К  TO

ПЗС-матрицы; программно управл ет излучением лазера|.управл ет электрон- ньм высокочастотным ключом на входе спектроанализатора.gCCD; software controls the laser radiation | controls the electron with a high-frequency key at the input of the spectrum analyzer.

Устройство управлени  выполнено в виде двух блоков: блока 11 кольцевых регистров и блока 12 таймерных модулей.The control unit is made in the form of two blocks: the block of 11 ring registers and the block of 12 timer modules.

БТМ 12 представл ет собой однород- 10 нуго структуру из q однотипных таймерных модулей 18-20. Внутренн   структура i-ro таймерного модул  (ТМ) раскрыта на фиг, 3, где программируемый счетчик (ПС;) 22 осуществл ет подсчет 15 магистралью ЭВМ 13. Таким образомBTM 12 is a uniform-10 structure from q of the same type of timer modules 18-20. The internal structure of the i-ro timer module (TM) is disclosed in FIG. 3, where a programmable counter (PS;) 22 counts 15 by the main line 13. Thus

где т - управл ющие импульсы блокаwhere t - block control pulses

таймерных модулей; - совокупность q логических программно задаваемых на информационных выходах реги стра управлени  констант.timer modules; - a set of q logical software-defined at the information outputs of the constants control register.

По информационно-адресным входам PC;By information-address inputs PC;

и РУ2; св заны с унифицированнойand RU2; associated with unified

импульсов на выходе М; логического элемента (ЛЭГ;) 23 при разрешающем уровне сигнала на управл ющем выходе Ф; ЛЭ1 , Логический элемент 23 i-ro TTl реализует следующие логические функции от сигналов на счетных входах П,,..Пр, входах запуска (блокировки УП,...УПл) и информационных входах oi, j6 , у :pulses at the output of M; logic element (LEG;) 23 at the resolving signal level at the control output F; LE1, Logic Element 23 i-ro TTl implements the following logic functions from the signals at the counting inputs P ,, .. Pr, start inputs (blocking UE, ... UPL) and information inputs oi, j6, y:

-ГГПк «: .,-GGPk ":.,

-(zivn.pvy(,r)/- (zivn.pvy (, r) /

где р - число модулей кольцевыхwhere p is the number of ring modules

регистров в БКР 11; q - число таймерных модулей в БТМ 12; значени  логических константregisters in BKR 11; q is the number of timer modules in BTM 12; values of logical constants

.MfV.Mfv

обеспечиваетс  программное управление кольцевым регистром.software control of the ring register is provided.

Структура управл ющего кадра, не- оходима  дл  функционировани  акустоThe control frame structure is necessary for the operation of acoustics

20 оптического спектроанализа в режиме анализа энергетических спектров радиосигналов (отрезков радиосигналов ) с высоким временньм разрешением схематически представлена на фиг. 520 optical spectrum analysis in the mode of analysis of the energy spectra of radio signals (segments of radio signals) with a high time resolution is schematically presented in FIG. five

25 и может быть условно разбита на три цикла: I - накопление спектральной информации об анализируемых входных сигналах; II - вывод информации чере сдвиговый регистр; III - очистка мат25 and can be conditionally divided into three cycles: I - the accumulation of spectral information about the analyzed input signals; II - information output through the shift register; III - cleaning mat

30 рицы перед следующим кадром.30 wits before the next frame.

На фиг. 5 показаны импульсные последовательности фаз секций накоплени  (Ф) и хранени  (Ф), Фаз сдвигового регистра (Фр) и импульсы сброFIG. 5 shows the pulse sequences of the phases of the accumulation (F) and storage (F) sections, the phases of the shift register (Фр) and the drop pulses.

на информационных выходах ре- 35 () , формируемые БКР 11, кромеon the information output of the re-35 (), formed by the BKR 11, except

гистра управлени  24 (РУ1р.control hub 24 (RU1r.

Включение логического элемента 23 совместно с регистром управлени  24 позвол ет реализовать управл емый запуск-блокировку i-ro ТМ и осуществл ть коммутацию произвольного счетного выхода БКР с произвольным счетным входом БТМ, что необходимо дл  оперативной перестройки режима функционировани  спектроанализатора. Дл  осуществлени  программного управлени  таймерным модулем РУ1 24 и ПС; 22 по информационно-адресным входам св заны с унифицированной магистральюЭВМ13Switching on the logic element 23 together with the control register 24 allows realizing the controlled start-blocking of the i-ro TM and switching an arbitrary counting output to the RBM with an arbitrary counting input BTM, which is necessary for the operative reorganization of the functioning mode of the spectrum analyzer. To implement software control of the timer module RU1 24 and PS; 22 information and address inputs are connected with a unified computer line 13

ВКР 11 состоит из р однотипных модулей, также образующих однородную структуру кольцевых регистров 14-16. :Внутренн   структура j-ro КР изображена на фиг. 4, где регистр сдвига 25 (РС) формирует последовательность перекрывающихс  фазных напр жений на входах преобразовател  уровней 21. Запуск-блокировка PC; осуществл етс  с помощью логическогоWRC 11 consists of p modules of the same type, which also form the homogeneous structure of ring registers 14-16. : The internal structure of the j-ro KR is shown in FIG. 4, where the shift register 25 (PC) generates a sequence of overlapping phase voltages at the inputs of the level converter 21. Start-lock PC; implemented using a logical

4040

того,показана импульсна  последовательность пауз ( Г ), устанавливающа  временное, разрешение устройства- с. Поскольку в матрицах ПЗС управлен трехфахное, Ф, Ф, Ф. представл ют собой комбинацию трех сдвинутых по фазе напр жений кажда .In addition, an impulse sequence of pauses (D) is shown, which establishes a temporary resolution of the device. Since in the CCDs, the three-phase control, F, F, F control is a combination of three phase-shifted voltages each.

В начале I цикла устройство уп- равлени  формирует напр жени , пере jg мещающие зар ды вдоль столбцов с частотой 1/(Т + Tj). В этой части кадра формируютс  последовательности Фц, Фх, о„. Кроме того, здесь формируютс  Uupp.Kft и Uunp.-ij показанныеAt the beginning of the first cycle, the control device generates voltages transferring jg charges along the columns with a frequency of 1 / (T + Tj). In this part of the frame, the sequences Fz, Fh, o "are formed. In addition, Uupp.Kft and Uunp.-ij are shown here.

gQ на фиг. 2, где изображена только эта часть кадра. Во II цикле накопленные в строках зар ды последовательно сдвигаютс  в регистр сдвига и вывод тс  из него. Здесь требуетс  форми Фк, Фо, PvES. Причем посл Ф,gQ in FIG. 2, where only this part of the frame is shown. In cycle II, the charges accumulated in the rows are successively shifted to the shift register and output from it. This requires the formation of FC, Fo, PvES. And the last F,

gg рование Фц,gg

X fX f

одного импульса Ф, Ф вырабатываютс  последовательности М импульсов Фр и RES. В III цикле в заключительной части кадра непрерьшно вырабатыэлемента 26 (ЛЭ2;) в a single pulse F, F are produced by a sequence of M pulses FR and RES. In the third cycle in the final part of the frame, the continuous production of the element 26 (LE2;) in

| его функцией выхода| its exit function

V . V.

магистралью ЭВМ 13. Таким образомmainline computer 13. Thus

где т - управл ющие импульсы блокаwhere t - block control pulses

таймерных модулей; - совокупность q логических программно задаваемых на информационных выходах регистра управлени  констант.timer modules; - a set of q logical software defined by the information outputs of the register of control constants.

По информационно-адресным входам PC;By information-address inputs PC;

и РУ2; св заны с унифицированнойand RU2; associated with unified

магистралью ЭВМ 13. Таким образомmainline computer 13. Thus

обеспечиваетс  программное управление кольцевым регистром.software control of the ring register is provided.

Структура управл ющего кадра, не- оходима  дл  функционировани  акустооптического спектроанализа в режиме анализа энергетических спектров радиосигналов (отрезков радиосигналов ) с высоким временньм разрешением, схематически представлена на фиг. 5The structure of the control frame, which is necessary for the operation of acousto-optic spectroanalysis in the mode of analyzing the energy spectra of radio signals (segments of radio signals) with a high time resolution, is schematically represented in FIG. five

и может быть условно разбита на три цикла: I - накопление спектральной информации об анализируемых входных сигналах; II - вывод информации через сдвиговый регистр; III - очистка матрицы перед следующим кадром.and it can be conditionally divided into three cycles: I - accumulation of spectral information about the analyzed input signals; II - information output through the shift register; III - cleaning the matrix before the next frame.

На фиг. 5 показаны импульсные последовательности фаз секций накоплени  (Ф) и хранени  (Ф), Фаз сдвигового регистра (Фр) и импульсы сбро () , формируемые БКР 11, кромеFIG. 5 shows the pulse sequences of the phases of the accumulation (F) and storage (F) sections, the phases of the shift register (FR) and the harsh () pulses generated by the BKR 11, except

того,показана импульсна  последовательность пауз ( Г ), устанавливающа  временное, разрешение устройства- с. Поскольку в матрицах ПЗС управление трехфахное, Ф, Ф, Ф. представл ют собой комбинацию трех сдвинутых по фазе напр жений кажда .In addition, an impulse sequence of pauses (D) is shown, which establishes a temporary resolution of the device. Since, in a CCD, the three-phase control, F, F, F is a combination of three phase-shifted voltages each.

В начале I цикла устройство уп- . равлени  формирует напр жени , перемещающие зар ды вдоль столбцов с частотой 1/(Т + Tj). В этой части кадра формируютс  последовательности Фц, Фх, о„. Кроме того, здесь формируютс  Uupp.Kft и Uunp.-ij показанныеAt the beginning of the first cycle, the device up. This formula generates voltages that move charges along columns with a frequency of 1 / (T + Tj). In this part of the frame, the sequences Fz, Fh, o "are formed. In addition, Uupp.Kft and Uunp.-ij are shown here.

на фиг. 2, где изображена только эта часть кадра. Во II цикле накопленные в строках зар ды последовательно сдвигаютс  в регистр сдвига и вывод тс  из него. Здесь требуетс  форми- Фк, Фо, PvES. Причем после Ф,in fig. 2, where only this part of the frame is shown. In cycle II, the charges accumulated in the rows are successively shifted to the shift register and output from it. This requires Form-FC, Fo, PvES. And after f,

рование Фц,FSC,

X fX f

одного импульса Ф, Ф вырабатываютс  последовательности М импульсов Фр и RES. В III цикле в заключительной части кадра непрерьшно вырабатываютс  последовательности Ф, Ф, Фр и RES дл  устранени  насыщени  элментов фотоприемника темновым током перед приемом следующего кадра. Этот цикл необходим,„если промежутки времени между последовательными кадрами съема превышают врем  пам ти ПЗС матрицы . Как видно из структуры управл ющего кадра, представленной на фиг, 5, &огласно предложенному принципу построени  устройства управлени требуютс  три кольцевых регистра и дев ть таймерных модулей.a single pulse F, F are produced by a sequence of M pulses FR and RES. In the third cycle in the final part of the frame, the sequences F, F, Fr and RES are continuously generated to eliminate the saturation of the photodetector dark current before receiving the next frame. This cycle is necessary if the time intervals between successive acquisition frames exceed the memory time of the CCD. As can be seen from the structure of the control frame shown in FIG. 5, & according to the proposed construction principle of the control device, three ring registers and nine timer modules are required.

Алгоритм функционировани  устрой- ства управлени , акустооптического спектроанализатора в режиме сверхоперативной регистрации энергетическ спектров отрезков входных радиосигналов заключаетс  в следующем. The operation algorithm of the control device, acousto-optic spectrum analyzer in the mode of super-operational recording of the energy spectra of the input radio signal segments, is as follows.

. ЭВМ через унифицированную магистраль 13 по информационно-адресным шинам всех модулей БКР 11 и БТМ 12 осуществл етс  запись констант , в регистры управлени  РУ1 и РУ2, программно устанавливаютс  внутренние состо ни  всех И 14-16 и та 18-20.. A computer through the unified highway 13 through information and address buses of all BKR modules 11 and BTM 12 records constants, into the control registers RU1 and RU2, the internal states of all AND 14-16 and that 18-20 are set.

По окончании программной установки параметров БКР и БТМ ЭВМ формирует импульс запуска первого таймерного модул , после чего устройство управлени  функционирует в автономном режиме в соответствии с временной диаграммой на фиг. 5 до прихода либо сигнала сброса из ЭВМ, либо до достижени  терминального значени  в таймер- ном модуле числа полных кадров.At the end of the program setting of the BKR and BTM computer parameters, a start pulse of the first timer module is generated, after which the control unit operates in the autonomous mode in accordance with the timing diagram in FIG. 5 before the arrival of either a reset signal from the computer, or until the terminal value in the timer module reaches the number of full frames.

Аналоговый сигнал с выхода матрицы ПЗС, отражающий результаты сверхоперативной регистрации и буферизации в аналоговом запоминающем устройстве энергетических спектров анализируемых входных радиосигналов (отрезков радиосигналов), поступает на вход блока 7 аналоговой обработки, где осзтцествл етс  усиление, фильтраци  и двойна  коррелированна  выборка. Далее он может быть отображен на экране видеоконтрольного устройства и An analog signal from the output of the CCD matrix, reflecting the results of super-operative recording and buffering in the analog storage device of the energy spectra of the analyzed input radio signals (segments of radio signals), is fed to the input of the analog processing unit 7, where amplification, filtering and double correlated sampling are detected. Further, it can be displayed on the screen of the video monitor and

после оцифровывани  введен в ЭВЧ дл  дальнейшего анализа.after digitization is introduced into the EHF for further analysis.

Claims (3)

1. Акустооптический спектроанали- затор, содержащий последовательно расположенные оптически св занные лазер, формирователь светового пучка,1. Acousto-optic spectrum analyzer, containing successively located optically coupled laser, light beam shaper, акустооптический модул тор, электрически св занный с усилителем, вход которого  вл етс  информационным входом спектроанализатора, интегрирующую линзу и многоэлементный фотоприемник на основе приборов с зар довой св зью, электрически св занньй через преобразователь уровней с устройством управлени , содержащим генератор тактовых импульсов   блок аналоговой обработки, выход которого  вл етс  информационным выходом спектроанализатора , отличающийс  тем, что, с целью повьшгени  быстродействи , многоэлементйый фотоприемник вьтолнен в виде матрицы, оптически св занной с интегрирующей линзой одной своей строкой, ближайшей к верхнему регистру матрицы, дл  чего перед матричным фотоприемником вплотную к нему помещен непрозрачный экран с отверстием, геометрические размеры которого равны размерам строки матрицы , а интегрирующа  линза выполнена в виде анаморфотной системы с-фокусным рассто нием F в плоскости оптическа  ось - направление распространени  ультразвука в звукопроиоде модул тора, равнымan acousto-optic modulator, electrically connected to an amplifier, whose input is an information input of a spectrum analyzer, an integrating lens and a multi-element photo-receiver based on charge-coupled devices, electrically connected via a level converter to a control unit containing a clock generator of an analog processing unit, the output of which is an information output of the spectrum analyzer, characterized in that, in order to improve speed, the multi-element photodetector is en in the form of a matrix optically connected with the integrating lens with one of its lines closest to the upper register of the matrix, for which an opaque screen with an aperture close to it is placed in front of the matrix photoreceiver and the integrating lens is anamorphic the system with a focal distance F in the plane of the optical axis is the direction of propagation of ultrasound in the modulator sound field equal to й  th где М - число фоточувствительньгхwhere M is the number of photosensitive элементов- в строке матрицы; а - размер одного элемента матрицы в направлении распространени  звука в звукопроводе модул тора; S - скорость звука в материалеelements in the row of the matrix; a is the size of one matrix element in the direction of sound propagation in the sound duct of the modulator; S - the speed of sound in the material звукопровода; Л - длина волны лазера; - полоса анализа спектроанализатора , с фокусным рассто нием F,zvukoprovod; L is the laser wavelength; - band analysis of the spectrum analyzer, with a focal distance F, нальной плоскости, равнымequal to 2 в ОрТОГОF .  2 in ORTOGOF. Ы (H2)iY (H2) i где b d 5where b d 5 размер одного элемента матрицы;the size of one element of the matrix; размер звукового столба в звукопроводе в направлении, перпендикул рном направлению распространени  ультразвука, причем многоэлементный фотоприемннк расположен в выходной плоскости анаморфотной системы.the size of the sound column in the sound pipe in the direction perpendicular to the direction of propagation of ultrasound, with the multi-element photo-receiver located in the output plane of the anamorphic system. 2, Спектроанализатор по п.1, о т - личающийс  тем, что устройство управлени  содержит однородную наращиваемую структуру однотипных кольцевых регистров и электрически св занную с ней однородную наращиваемую CTpyKfypy однотипных таймер- ных модулей, причем выход запуска каждого таймерного модул  соединен с соответствующими входами запуска-блокировки всех таймерных модулей, счетный выход каждого кольцевого регистра соединен с соответствующими счетными входами всех таймерных модулей, а выход управлени  каждого таймерного модул  подключен к входам управлени  всех кольцевых регистров, каждьй тай- мерный модуль состоит из программируемого счетчика, регистра управлени  и логического элемента, входы которого  вл ютс  счетными входами и входами запуска-блокировки таймерного модул , логический уровень М( на пер- вом выходе логического элемента i-го таймерного модул  определ етс  выражением2, The spectrum analyzer of claim 1, wherein the control device contains a uniform stackable structure of uniform ring registers and a uniform stackable CTpyKfypy of the same type timer modules electrically connected to it, and the trigger output of each timer module is connected to the corresponding trigger inputs - blocking of all timer modules, the counting output of each ring register is connected to the corresponding counting inputs of all timer modules, and the control output of each timer module is connected to the control inputs of all ring registers, each timer module consists of a programmable counter, a control register and a logic element whose inputs are counting inputs and start-lock inputs of the timer module, the logic level M (at the first output of the logic element i- second timer module is defined by М; ZZnK- i ,M; ZZnK- i, LL число кольцевых регистров; логический уровень на к-м счетном входе логического элемента; логический уровень на к-томnumber of ring registers; logic level at the k-m counting input of the logic element; logical level on set причем выход логического элемента соединен с управл ющим входом регистра сдвига, выходы которого  вл ютс  выходами устройства управлени  и соединены с входами преобразовател  ур оинформационном входе логичес- 35 счетным выходом кольцевогоand the output of the logic element is connected to the control input of the shift register, the outputs of which are the outputs of the control device and connected to the converter inputs of the information input logic input 35 кого элемента 1-го таймерного модул ,Who is the element of the 1st timer module, а логический уровень Ф на втором выходе логического элемента i-ro таймерного модул  определ етс  выражениемand the logic level F at the second output of the logic element i-ro timer module is determined by the expression 4040 регистра, а вход синхронизации регист ра сдвига соединен с выходом генератора тактовых импульсов, логический элемент по информационным входам соединен с регистром управлени , а информационные адресные входы регистра управлени  и регистра сдвига подклю- .чены к унифицированной магистрали ЭВМ.register, and the input of the shift register synchronization is connected to the output of the clock pulse generator, the logic element is connected to the control register via information inputs, and the information address inputs of the control register and shift register are connected to a unified computer mainline. Р; (. /з; )( УеR; (. / з;) (Ye К-1K-1 где q - число таймерных модулей;where q is the number of timer modules; логический уровень на к-м logical level at входе запуска-блокировки логического элемента;input start-lock logic element; ри - логический уровень на (р+к)-м g,, информационном входе логического элемента i-ro таймерного модул ;Ri is the logical level on (p + k) -m g ,, information input of the logic element of the i-ro timer module; X - логический уровень на (p+q + +1)-м информационном входе логического элемента i-ro таймерного модул .X is the logic level on the (p + q + +1) -th information input of the logic element of the i-ro timer module. причем первый выход логического элемента соединен со счетным входом программируемого счетчика, а второй выход логического элемента  вл етс  управл ющим выходом таймерного модул  и дополнительно св зан с управл ющим входом программируемого счетчика , выход которого  вл етс  выходом запуска таймерного модул , логический элемент по информационным входам соединен с регистром управлени , а информационно адресные входы регистра управлени  и программируемого счетчика подключены к унифицированной магистрали ЭВМ, каждый кольцевой регистр состоит из регистра сдвига, регистра управлени  и логического элемента, входы которого  вл ютс  входами управлени  кольцевого регистра , логический уровень Y; на выходе логического элемента j-ro кольцевого регистра определ етс  выражением ЧY 11 .the first output of the logic element is connected to the counting input of the programmable counter, and the second output of the logic element is the control output of the timer module and is additionally connected to the control input of the programmable counter, the output of which is the start output of the timer module, the logic element of the information inputs connected with the control register, and the information address inputs of the control register and the programmable counter are connected to a unified computer main line, each ring register p is composed of a shift register, a control register and a logic element whose inputs are the control inputs of the register ring, logic level Y; at the output of the logical element j-ro of the ring register is determined by the expression CHY 11. JJ где ;where - логический уровень на i-м информационном входе логического элемента j-ro кольцевого регистра,- the logic level at the i-th information input of the logical element j-ro of the ring register, причем выход логического элемента соединен с управл ющим входом регист ра сдвига, выходы которого  вл ютс  выходами устройства управлени  и сое динены с входами преобразовател  ур о- „ счетным выходом кольцевогоmoreover, the output of the logic element is connected to the control input of the shift register, the outputs of which are the outputs of the control device and are connected to the inputs of the transducer or- to the counting output of the ring 4040 4545 м g,, m g ,, регистра, а вход синхронизации регист ра сдвига соединен с выходом генератора тактовых импульсов, логический элемент по информационным входам соединен с регистром управлени , а информационные адресные входы регистра управлени  и регистра сдвига подклю- . .чены к унифицированной магистрали ЭВМ.register, and the input of the shift register synchronization is connected to the output of the clock pulse generator, the logic element is connected to the control register via information inputs, and the information address inputs of the control register and shift register are connected. .Cheny to the unified computer mainline. 3. Спектроанализатор по пп. 1 и 2, отличающий с   тем, что, с целью расширени  динамического диапазона, между лазером и формирователем светового пучка помещен оптический затвор, а в информационной цепи спектроанализатора установлен электрический ключ, причем оба этих дополнительных устройства электрически св заны через преобразователь уровней с устройством управлени .3. Spectrum analyzer on PP. 1 and 2, characterized in that, in order to broaden the dynamic range, an optical shutter is placed between the laser and the light beam shaper, and an electric key is installed in the information circuit of the spectrum analyzer, both of which are electrically connected to the control device. %% /7f /7 2 fJp i/ 7f / 7 2 fJp i y/7f /7/y / 7f / 7 / ЩU 7 7 /J/ J фивЗfivZ ::::
SU864021659A 1986-02-11 1986-02-11 Acoustical spectrum analyser SU1355939A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU864021659A SU1355939A1 (en) 1986-02-11 1986-02-11 Acoustical spectrum analyser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU864021659A SU1355939A1 (en) 1986-02-11 1986-02-11 Acoustical spectrum analyser

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1355939A1 true SU1355939A1 (en) 1987-11-30

Family

ID=21221403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU864021659A SU1355939A1 (en) 1986-02-11 1986-02-11 Acoustical spectrum analyser

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1355939A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Борсак Дж. М. Фотодетекторы дл акустооптических систем обработки сигналов. - ТШ1ЭР, 1981, т. 69, № 1, с. 117-137. Cole Т. VJ. , Milne D.K. An Acousto- Optical Radic Spectrograph for Spectral Integratio n. - Proceedings of . the Astrohomical Society of Australia, 1977, V. 3(2), p. 108-111. Utt *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4658368A (en) Peak position detector
SU1355939A1 (en) Acoustical spectrum analyser
GB1585857A (en) Colour television method
KR970068514A (en) Solid-state imaging device, its driving method and camera using solid-state imaging device
SU1629871A1 (en) Optoelectronic modulation spectrometer
SU832551A1 (en) Infra-red imager
SU680198A1 (en) Image signal shaper
EP0719038A1 (en) Noise removing circuit using a low pass filter
SU1506316A1 (en) Focusing device
SU951173A1 (en) Acoustic optical spectrum analyzer
SU1104436A1 (en) Differential phase meter
RU174853U1 (en) DEVICE FOR SPEED REGISTRATION OF IMAGES
SU1332561A1 (en) Device for forming image signals
SU1451831A1 (en) Shaper of frequency-modified signals
SU1734036A2 (en) Acoustooptical analyzer of spectrum
SU1305061A2 (en) Device for measuring wear of contact system wire
SU686645A3 (en) Sweep sychronizing device
SU1438025A1 (en) Device for measuring scanning non-linearity of crt
SU813476A1 (en) Device for converting achromatic band in interference pattern into electric signals
SU1272519A1 (en) Television transducer for systems for automatic calibration checking of pointer-type instruments
SU1483673A1 (en) Image signal generator
SU1647869A1 (en) Control pulse driver
JP3641714B2 (en) Method for driving solid-state imaging device and imaging device using the same
SU1487157A1 (en) Device for converting shape of optical pulses
SU1022056A1 (en) Single pulse signal parameter registering device