SU478331A1 - Оптическое коррел ционное устройство - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к оптическим средствам вычислительной техники и к смежным област м: радиотехнике, акустике ;и физической оптике. Оно может быть.испол; зовано, например, в радиолокации, радионавигации и измерительной технике в качестве коррел ционного устройства обнаружени  и сжати  импульсных радиосигналов с большой базой.

Известны оптико-акустические коррел торы , примен емые дл  обработки сложных радиотехнических сигналов, содержащие источник света, пространственный диф ракционный модул тор с кюветой, транспарант Размер растра, вход щего в состав коррел тора оптико-акустического модул тора света вдоль направлени  распространени  акустической волны, определ етс  аппаратурой оптическойсистемы коррел тора. По конъюнктурным соображени м ограничение величины последней приводит к ограничению длительности временной выборки -обрабатываемого сигнала до величины/ пор дка 1ОО-15О мксек, что в некоторых практически важных случа х  вл етс  недостаточным , например, при обработке импульсных шумоподобных двоичных М-последовательностей .

ЦеЩ) изобретени  - повышение времени коррел ции без увеличени  апертуры оптической системы.

Достигаетс  это тем, что пространств : венный дифракционный модул тор света оптико-акустического типа включает оппозитно закрепленные на торцовых стенках оптико-акустической кюветы модул тора, ьезокристаллы, выполнгиощие роль датчиков-возбудителей и приемников ультразву-

ковых колебаний в каждой из нескольких пар пьезокристаллов, причем пьезокристаплы-приемники установлены внутри элемента акустического поглощени , выход пьезокристаллов-приемников предыдущего канала (ультразвуковой дорожки звукопровода оптико-акустической кюветы) св зан со входом пьезокристалла-датчика-возбудител  последующего канала через компенсируюший потери полосовой усилитель. Соласованный с пространственным распределением обрабатываемого сигнала в звукопроводе оптнко-акустАеской кюветы опорный трапспорант выполнен кшо1Х)кача; ьным н jc экранирующими немодулированную част светового потока по поперечному сечению оптической системы непрозрачю.1м покрытием .

На фиг. 1 показана обща  структура оптического коррел тора; ira фиг. 2 - схема пространственного дифракционного модул тора света оптико-акуст гческого

типа с элементами св зен пьезокристаллов и на фиг. 3 - схема построени  опорного многоканального транспаранта.

Коррел ционное устройство содержит источник света 1, например оптический

квантовый генератор непрерывного действи , конденсор (или коллиматор) 2, кюветТУ 3, звукопровод которой возбуждаетс  обрабатываемым сигналом 4 с помошью пьезокристаллического возбудител  5,

установленного на одном торне кюветы 3, на другом конце которой установлен элемент (тело) 6 акустического поглощени , Согласованный с обрабатываемым сигна- фазовый или амплитудный транспараит 7, интегрируюшую лннзу 8, установленную от последней на фокусное рассто ние фокальную диафрагму 9 и фотоприемни Ю, на вход которого поступает та часть светового потока, котора  дифрагирована в плюс (минус) первый пор док дифракционной картины,

В описанном коррел торе пространстВ нный дифрс1кционный модул тор света содержит кювету 3, на одном торце кото- рой укреплены N пьезокристаллических возбудителей 5, ф ормируюишх в звуко проводе кюветы ультразвуковые волны, образующие М акустических параллельных между собой дорожек, на другом тор- це оптико-акуст1гческой кюветы 3 установлены N пьезокристаллических приемников 11 внутри элемента 6 акус1-ического поглощени , приемник 11 дц  L-эй акустической дорожки св зан с воз- будителем 5 i+t -ой акустической дорожки через компенсирующий потери полосово усилитель 12 (где I 1,2,3 ...... N -1

Выход последнего N -го приемника 11 может использоватьс , например, при

необходимости ко 1трол .

Примен емый в коррел торе опорный транспарант 7 выполн етс  N - каналь- пым, из неэквидистантных (в общем случае) дифракционных решеток 13 фачЭовото или амплитудного типов пространственно согласована с соответствующей акустической дорожкой в авукопроводе кюветы 3 дл  обрабатываемого радисигнала . Дл  снижени  уровн  паразитного

фона на выходе фотоприемника 10 на поверхность транспаранта 7 нанесено непрозрачное покрытие 14, экранирующее немодулированную часть светового потока (по поперечному сечению оптической системы ) в пространственном дифракционном модул торе света. Поверхность этого покрыти  (маски), обращенна  к падающему на нее световому потоку, выполнена мато- вой с черчением дл  ослаблени  помех, обусловленных отражени ми маски.

Рассмотрим работу предлагаемого уст ройства. Плоска  волна света, формируема от источника света 1 (конденсатором 2, модулируетс  по фазе в пространственном дифракционном модул торе света оптикоакустического типа, а затем дополнительн модулируетс  по фазе или амплитуде в транспаранте 7 (фазовом или амплитудном соответственно) и интегрируетс  линзой 8. При этом выдел ютс  фокальной диафрагмой 9 световые лучи, дифрагированные в первый дифракционный максимум (пор  док) дифракционной картины, которые зате преобразуютс  нега1нейным фотоприемником 1О, например, на основе фотоэлектронного умножител  в фильтруемый электрический сигнал. Отфильтрованна  переменна  соста л юща  этого сигнала содержит колебание промежуточной частоты обрабатываемого радиосигнала, а амплитуда этой сос1авл к щей определ етс  Ci-епенью коррел ции пространственных фазовых или амплитудных распределений: NirHoeeHHoro - в звуко проводе оптико-акустической кюветы 3 и стационарного - в опорном транспаранте 7.

Огибаю аа  коррел ционной функции с выхода фотоприемника 10 достигает максимума при точном совпадении указанных пространственных распределений и быстро спадает при рассогласовании их подобно поведению функции Вудворда.

При обработке слолшых радиотехнических сит налов с базой В (равной произведению длительно сти обрабатываемого радиоимпульса на .его щирину спектра, либп произведению временной выборки квалинепрерывного сложного радиосигнала на щирину спектра сигнала в пределах данной временной выборки, размер которой определ етс  апертурой оптической системы) в процессе коррел ционной обработки осу- шествл етс  сжатие огибаюшей коррел ционной функции в В раз с одновременным увеличением амплитуды огибающей в В раз. Благодар  указанному временному перераспределению энергии обрабатываемого сигнала на выходе коррел тора, до5478331

по нешюго Бидеодетектором и пороговым , устройством, образуетс  в момент макснн мума коррел ции указанных пространственных распределений короткий сжатый импульс , превышающий некоторую пороговую § величину, определ емую на основании критериев максимума функции правдоподоби . Например, при сжатии обрабатываемых

игналов с внутриимпульсной линeйнQ i ..- -

частотной модул цией (ЛМЧ) длительность IQ сжатых импульсов на выходе коррел тора будет обратно пропорциональна раз-

меру апертуры оптической системы, а точнее длине освещаемой светом части ультразвуковой дорожки пространственного 15 дифракционного модул тора света оптико- акуст1гчес15ого типа.

В описанном устройстве эквивалентна  длина ультразвуковой дорожки существенно увеличена без какого-либо увеличени 20

апертуры оптической системы. Это достигнуто благодар  рациональному использованию оптического пол  системы - переходу к многодорожечной -канальной записи обрабатываемого радиосигнала в25

звукопроводе оптико-акустической кюветы 3, как это представлено на фиг. 2. Увеличение времени воррел ции в раз по сравнению с известной схемой однодоро- жечного коррел тора дог тигнуто благо- 30 дар  последовательной св зи пьезокристалпнческих приемников 11 I. -ных акустических . с вoзбyднгeл  и 5 t-f-1-ых акустических дорожек ( i 1,2,3 ... N -1) через компенсирующие потери по- 35

ОСОВЫХ усилителей .1.2. Необходимость в использовании усилителей 12 вызываетс  соображени ми согласовани  низкого входного импеданса возбудителей 5 с импедансом выходных цепей приемников 11 и ком- 40 пенсации потерь акустической волны в звукопроводе кюветы 3 и той части толщины элемента (тела) акустическог о поглощени  6, котора  отдел ет приемник 11 от звуконровода кюветы 3.45

Д

Ьледует отметить, что установка приемников 11. внутри тела акустического поглощени  6 исключает возникновение режима смещанной или сто чей волн в50

звукопроводе кюветы 3, поскольку акустические волны, проход щие через указанную выще толщину акустического поглотител  из звукопровод щей среды до поверхности приемников 11, испытывают доста- 55 точно сильные затухани  в акустическом поглотителе 6, однако достаточные дл  возбуждени  в приемниках 11 электрических колебаний обрабатываемого сигнала (с соответствующими временными сдвигами).60

Акустические волны, отражаемые поверх- кост ми приемников 11 в противоположном направлении, вновь испытьюают затухани  в указанной трлщине элемента акустического поглощени  6, так что амплитуды обратных акустических волн в звукопроводе кюветы 3 станов тс  пренебрежимо малыми в сравнении с амплитудами пр мых акустических волн, возбуждаемых пье зодатчиками 5, и помех работе коррел тора не создают.

Анализ работы оптико-акустического модул тора света показывает, что наибольщее количество каналов М, котомакс

рые могут быть записаны в квадратном растре системы с размером стороны растL , равно N ра.

-1( J

Ft,

2 V 1

,22V

паке

где F -частота промежуточных колебаний обрабатываемого сигнала, а размер, стороны пьезодатчика 5 do выбирают при этом из условий дивиргенции акустической волны из соотнощени  1

cL -/ i,22Vt, у/г

( F /

допускающего ущцрение ультразвуковой дорожки в области элемента акустического поглощени  6 вдвое по сравнению с ее шириной в области ньезодатчиков 5.

Так, при использовании пространственного дифракционного модул тора света на основе оптико акустической кюветы, напо ненной водным раствором этилового спир- та (V 10 мм/сек), при промежуточной частоте обрабатываемого сигнала F 30 МГЦ и стороне растра опt 15О мм полутической системы

каналов .

чаем

макс

Ад 2,45 мм.

Это позвол ет получить врем  коррел цииЯ ЗО 150 мксек 4,5 мсек, что обеспечивает проведение обработки длиноимпульсных .сигналов со сложной высокочастотной структурой, а также щумоподобных двоичных М-последовательностей , т. е. решать качественно новые задачи.

Предмет. изобретени .

Оптическое коррел ционное устройство, содержащее расположенные на оптической оси источник света, конденсор, пространственный дифракционный модул тор оптико-акустического типа с кюветой многоканальный транспарант с экранирующ

н модулврсеанную часть светового патока ; непрозрачным псжрытием, интегрирующую линзу, фсжальную диа4рагму и фотопр ем: ник, усилители, отлнчающе. ес  тем, что, с целью увеличени  объема о6ра батываемой инф Ч5мацин,в нем прост ранственный дифракционный мoдyл тqp оптико-акустнческсго типа выполнен в виде

8

элемента акустического поглощ.ешш внурри котсрсго оппозитно устаншлены;. льезокристаллические возбудители и приемники, ; элемент акустического поглощени  закреплен на одном из терцев кюветы модул тора, а пьезокристаллические приемники соединены с пьезокристаллическими возбудител ми смежных каналов через усилители.

/

Фиг. 1 Bbiif.od

12 12

.З