Claims (2)
Изобретение относитс к ра иоизмери- тельной технике и предназначено дл ана лиза энергетического спектра случайного сигнала. Известно устройство, содержащее источник когерентного света, коллиматс, транспарант с фотозаписью сигнала,ци- линдрическую линзу, транспарант с прозрачностью , измен ющейс по линейному закону, дл фотоприемника, щелевые диафрагмы , позвол ющие определ ть моменты спектра мощности случайного сигнала путем интегрировани поверхностью фотоприемника распределени светового пол в спектральной плоскости цилиндрической линии и механического перемещени фотоприемник овГ11 Недостатки известного устройства - малое быстродействие и мала точность. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс устройст. во, содержащее источник когерентного света, коллиматор, транспарант с запис ми пространственньрс моделей сигналов в виде переменной плотности, цилиндрическую линзу, блок зеркальных гапьванометров , генератор, светоприемиики и светолучевой слцнллограф, которое предназначено дл анализа частотных спектров электрических сигналов. Устройство позвол ет получать спектр мощности одновременно нескольких сигналов путем установлени в фокальной плоскости цилиндрической линзы зеркал блока гальгванометров , отражени лучей света от каждого гальванометра и подачи на соответствующие светоприемники. Устройство можно использовать в качестве ооновы и дл других целей, в частности дл Получени энергетического спектра случайного сигнала 2. Недостатками известного устройства вл ютс мала точность, так как не осуществл етс сглаживани шенки спектра, а также малое быстродействие, так как считывание спектра осуществл етс за счет механического углового перемещени зеркал. 3 Цепь изобретени - повышение точности и быстродействи . Поставленна цель достигаетс тем, что в анализатор спектра, содержащий по слеаовагельно расположенные на оптичес кой оси источник когерентного оптического излучени , коллиматор, транспарант с Записью реализаций анализируемого случайного сигнала в виде горизонтальных дорожек, расположенных параллельно друг Другу, и цилиндрическую линзу, расположенную вертикально, последовательно соединенные синхронизирующий узел и индикатор , генератор фазных напр жений, введен коммутатор, а в спектральную плоскость помещена фотоматрица приборов с зар довой св зью, в которой управл ющие входы вертикальных каналов переноса зар дов и одного горизонтального канала переноса зар дов подключены через коммутатор к генератору фазных напр жений , управл ющий вход коммутатора Подключен к синхронизирующему узлу, а выход упом нутой фотоматрицы ПОДКЛЕОчен ко второму входу индикатора. На фиг. 1 схематически изображен анализатор спектра случайных сигналов; на фиг. 2 - запись реализаций случайного сигнала в транспаранте. Устройство содержит последовательно расположенные на оптической оси источник 1 когерентного света, коллиматор 2 и транспарант 3 с записью реализаций случайного сигнала в виде горизонтальньк дорожек, расположенных параллельно друг другу, которые установлены в передней фокальной плоскости цилиндрической линзы 4, фотоматрицу 5 ПЗС установленную на фокусном рассто нии от цилиндрической линзы 4, Управл ющие входы h вертикальных каналов переноса и одного горизонтального канала переноса зар дов фотоматрицы 5 ПЗС через трехканальный коммутатор 6 подключены к выходу генератора 7 фазных напр жений. Управл ющий вход трехканального коммутатора 6 подключен к синхронизирующему узлу 8, а выход фотоматрицы 5 ПЗС подключен на вход индикатора 9, управл ющий вход которого также подключен к узлу 8. Устройство работает следующим образом . Источник 1 излучает узкий пучок когерентного света, который расшир етс до необходимого размера коллиматором 2 Коллимирова ный плоскопараллельный пу- чок света проходит транспарант 3, в кот ром модулируетс в соответствии с записанными реализаци ми случайного сигнал 93 Запись реализаций случайного сигнала (t) осуществл етс вдоль оси ОХ например, в виде функции прозрачности транспаранта, при этом формируютс дорожки шириной ДУ (фиг. 2). На размере Y транспаранта записывают впло-рную УУ1 Y/ДУ дорожек, расположенных параллельно друг другу. Таким образом, на транспаранте записывают Уг реалнзаций f ( Хл У ). где ,2,.., Жслучайного сигнала (-t), качестве транспаранта может использоватьс , например, запись на фотопленке. Цилиндрическа линза 4 осуществл - ет одномерное преобразование Фурье по оси ОХ светового потока, промодулированного транспарантом 3, а по оси ДУ только параллельный перенхк;. Таким образом , в спектральной плоскости ( наблюдаетс распределение фаз и амплитуд светового пол , однозначно св занна; с КО одновременными преобразовател ми Фурье от каждой записанной реализации соответственно .Y-) k,rf(x,v/),(n где 1 1,2,,., уи, К( - коэффициент пропорциональности, иЛ(- пространственна частота, Разрешающа способность преобразовани Фурье по оси (Xi/)( определ етс длиной записанной реализации X и равна 2ЯГ AtW Т( 2)При спектральном анализе случайного процесса преобразование Фурье от реализации не вл етс состо тельной оценкой спектра, то есть дисперси оценки не стремитс к нулю при . В оптичеаких спектроанализаторах сдучайных сигналов оценка энергетического спектра (ЭС) должна иметь вид ) ijECj Jl j, где VW, I - оператор усреднени по множеству реализаций преобразовани Фурье, В предлагаемом устройстве усреднение осуществл етс по )vi реализаци м преобразовани Фурье при считывании по вертикали светового пол с помощью фотоматрицы ПЗС 5, В фотоматрице 5 индуцируютс зар ды, пропорциональные интенсивности света в спектральной ппос- JJQQ/PJJ cv(a;x,Y|)«2Ui4oyK,Y iri (4) где К ;- - коэффициент пропорциональнос2 та. Далее осуществл етс процесс считывани светового пол , дл чего с синхронизирующего узла 8 подаетс управл ющий импульс на трехканальный коммутатор , через который с генератора 7 фазных напр жений управл ющие импульсы поступают на электроды вертикальных каналов переноса. Зар ды по К1 вертикаль ным каналам перенос тс в соответствую щне чейке горизонтального .канала пе реноса, где осуществл етс суммирование распределени зар дов по оси У,. (4)--.Sq(2,Y:-); . После считывани по вертикали с синх редаизирующего узла-8 подаетс управл ю здий импульс на трехканальньй коммута- тс, переключает выходы генера тора 7 фазных напр жений на входы, гори зонтального канала переноса. Осуществл етс считывание по горизонтали. На выходе горизонтального каналапереноса который вл етс выходом фотоматрицы ПЗС 5, напр жение пропорционально зар ду ъш(т( (С-) Оценка энергетического спектра с учетом выражений (4), (5), и (6) имее вид.- . ЦКнл .I.Tl.) Деление на число реализаций УИ дает среднеарифметическое по реализаци м преобразовани Фурье и при щ соответствии с законом больших чисел среднеарифметическое сходитс к среднему значению, которое необходимо получить дп51 сщенки ЭС (3). Напр жение Ugbi4 подаетс на индикатор 9, коэффициенты пропорциональ ности учитываютс копибровкой индикатора 9. Применение предлагаемого анализатора позвол ет повысить точность измерени энергетического спектра случайного сигнала, так как дл получени одного отсчета ЭС усредн етс больщое количество отсчетов преобразовани Фурье от реализаций, повысить быстродействие, так как считьшание по вертикали осу цествл етс параллельно, а также позвол ет увеличить разрешающую способность спектрального анализа и сделать ее равной разрешающей способности преобразовани Фурье. Формула изобретени . Анализатор спектра случайных сигналов , содержащий последовательно расположенные на оптической оси источник оптического излучени , коллиматор, транопарант с записью реализаций анализируемого случайного сигнала в виде горизонтальных дорожек, расположенных параллельно друг другу, и цилиндрическую пинзу , расположенную вертикально, последовательно соединенные синхронизирующий узел и индикатор, генератор фазньк напр жений , отличающийс тем, что, с целью повышени точности и быстродействи , он снабжен коммутатс ом, а в спектральную плоскость помещена фотЬ матрица прибс ов с зар довой св зью, в которсй управл ющие входы вертикальных каналов переноса зар дов и однс о гори- зонтального канала переноса зар дов подключены через коммутатор к генератоРУ фазных напр жений, управл ющий вход коммутатора подключен к синхронизирующему узлу, а выход упом нутой фотоматрицы подключен ко второму входу индикатора . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторскоесвидетельство СССР N9 398987, кп. G О1 R 23/16, 1Э73. The invention relates to a field measurement technique and is intended to analyze the energy spectrum of a random signal. A device containing a coherent light source, collimates, a transparency with a signal's photo-recording, a cylindrical lens, a transparency with linearly varying transparency for a photodetector, and slit diaphragms that determine the moments of the power spectrum of a random signal by integrating the distribution surface of the photoreceiver is known. light field in the spectral plane of the cylindrical line and the mechanical movement of the photogenerator ovg11 The disadvantages of the known device is low speed and small accuracy. The closest in technical essence to the present invention is a device. It contains a source of coherent light, a collimator, a transparency with records of spatial models of signals in the form of a variable density, a cylindrical lens, a block of mirror hapanometers, a generator, light receiving cells, and a light beam slanograph, which is intended for analyzing the frequency spectra of electrical signals. The device allows to obtain the power spectrum of several signals simultaneously by installing in the focal plane of the cylindrical lens mirrors of the galvanometer unit, reflecting the light rays from each galvanometer and feeding it to the corresponding light receivers. The device can be used as the UN and for other purposes, in particular for Obtaining the energy spectrum of a random signal 2. The disadvantages of the known device are low accuracy, since the spectrum puppies are not smoothed, as well as the low speed performance, because the account of the mechanical angular displacement of the mirrors. 3 The circuit of the invention - increase accuracy and speed. The goal is achieved by the fact that in a spectrum analyzer containing a source of coherent optical radiation, which is consistently located on the optical axis, a collimator, a transparency with recording of realizations of the analyzed random signal in the form of horizontal tracks parallel to each other, and a cylindrical lens positioned vertically, sequentially connected synchronizing node and indicator, phase voltage generator, a switch is inserted, and a photomatrix device is placed in the spectral plane They are connected to a charge connection, in which the control inputs of the vertical charge transfer channels and one horizontal charge transfer channel are connected via a switch to the phase voltage generator, the control input of the switch is connected to the sync node, and the output of the photomatrix is CONNECTED to the second indicator input. FIG. 1 shows schematically a spectrum analyzer of random signals; in fig. 2 - recording of realizations of a random signal in a transparency. The device contains successively located on the optical axis a source of coherent light 1, a collimator 2 and a transparency 3 with recording realizations of a random signal in the form of horizontal tracks parallel to each other, which are installed in the front focal plane of the cylindrical lens 4, mounted on a focal distance from the cylindrical lens 4, the control inputs h of the vertical transfer channels and one horizontal transfer channel of the charge of the photomatrix 5 CCD through a three-channel switch Ator 6 is connected to the generator output of 7 phase voltages. The control input of the three-channel switch 6 is connected to the synchronization node 8, and the output of the photomatrix 5 CCD is connected to the input of the indicator 9, the control input of which is also connected to the node 8. The device operates as follows. The source 1 emits a narrow beam of coherent light, which is expanded to the required size by the collimator 2. A collimated plane-parallel light beam passes the transparency 3, into which it is modulated according to the recorded realizations of the random signal 93 The realizations of the random signal (t) are recorded along The x-axis, for example, as a function of transparency of the transparency, thus forming tracks with the width of the remote control (Fig. 2). On the size Y of the transparency, the flat UU1 Y / DU tracks are recorded parallel to each other. Thus, the banner of the record of f (Chl Y) is recorded on the banner. where, 2, .., a signal (-t), transparency quality can be used, for example, recording on film. The cylindrical lens 4 performs a one-dimensional Fourier transform along the x-axis of the luminous flux modulated by a transparency 3, and along the axis of the dU only a parallel perehran ;. Thus, in the spectral plane (the distribution of the phases and amplitudes of the light field is observed, unambiguously related; to the TO simultaneous Fourier transducers from each recorded implementation, respectively .Y-) k, rf (x, v /), (n where 1 1, 2 ,,., Уу, К (- proportionality coefficient, IL (- spatial frequency, Fourier transform resolution along the axis (Xi /) (determined by the length of the recorded implementation X and is equal to 2HG AtW T (2) In the spectral analysis of the random process The Fourier from the implementation is not a consistent estimate with Spectrum, i.e., the dispersion of the estimate does not tend to zero at. In optical spectrum analyzers of the dusky signals, the estimate of the energy spectrum (ES) should be) ijECj Jl j, where VW, I is the averaging operator over many implementations of the Fourier transform, In the proposed device, the averaging is by) vi realizations of the Fourier transform when reading the vertical of the light field with the CCD 5 photomatrix, Photomatrix 5 induces charges proportional to the light intensity in the spectral bandwidth JJQQ / PJJ cv (a; x, Y |) "2Ui4oyK, Yiri (4) where K; - - Koe the ratio is proportional to 2 ta. Next, the light field is readout process, for which, from the synchronization unit 8, a control pulse is sent to the three-channel switch, through which the control pulses from the phase voltage generator 7 are fed to the electrodes of the vertical transfer channels. Charges along K1 vertical channels are transferred to the corresponding cell of the horizontal transfer channel, where the distribution of charges along the Y axis is carried out. (4) -. Sq (2, Y :-); . After reading vertically from the synchronizing node-8, a pilot pulse is applied to the three-channel switch, switches the outputs of the generator 7 phase voltages to the inputs of the horizontal transfer channel. Horizontal reading is performed. At the output of the horizontal channel transfer, which is the output of the CCD 5 photomatrix, the voltage is proportional to the charge on (t ((C-)) The energy spectrum estimate taking into account expressions (4), (5), and (6) is of the form.-. I.Tl.) The division by the number of implementations. UI gives the arithmetic mean by the Fourier transforms realizations and, according to the law of large numbers, the arithmetic mean converges to the average value that is necessary to obtain dp51 of the SSE (3). Voltage Ugbi4 is applied to the indicator 9, coefficients proportions are considered indicator 9. The application of the proposed analyzer allows one to increase the accuracy of measuring the energy spectrum of a random signal, since to obtain a single EC sample a large number of Fourier transform counts from the realizations are averaged, to increase the speed, since the vertical reading is parallel, and also allows It does not increase the resolution of the spectral analysis and make it equal to the resolution of the Fourier transform. Claims. Spectrum analyzer of random signals containing an optical radiation source sequentially arranged on the optical axis, a collimator, a transmission device with recording of the realizations of the random signal being analyzed in the form of horizontal tracks parallel to each other, and a cylindrical pinner arranged vertically, sequentially connected sync node and indicator, generator voltages, characterized in that, in order to improve accuracy and speed, it is provided with commutators, and the plane is placed a photo array of charge arrays, in which the control inputs of the vertical charge transfer channels and the single horizontal transfer channel are connected via a switch to the phase voltage generator, the control input of the switch is connected to the synchronizing node, and the output of the aforementioned photomatrix is connected to the second input of the indicator. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR authorization certificate N9 398987, кп. G O1 R 23/16, 1E73.
2.Авторское свидетельство СССР № 327416, кл. Q О1 Я 23/16, 1972 ( прототип).2. USSR author's certificate number 327416, cl. Q O1 I 23/16, 1972 (prototype).