Акустооптическое устройство для измерения частоты радиосигнала

 

Изобретение относится к радисчзмерительной технике, может быть использовано для измерения частоты импульсных радиосигналов в ВЧ-СВЧ-диапазонах . Целью изобретения является повьшение точности измерения частоты импульсных радиосигналов и ее девиации в течение импульса, а также автоматизация процесса измерений. В устройство, содержащее лазер 1, расширитель 2 светового пучка, первое измерительное плечо, индепсатор 36, источник 7 исследуемого радиосигнала, для достижения цели введено второе измерительное плечо, расщепитель 3 с S

СО(ОЗ СОЩ=ТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ, РЕСПУБЛИК

А1 (19) (И) (51)4 G 01 R 23/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТНЕННЬ(И КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3799982/24-21 (22) 15. 10. 84 (46) 15.08,86. Бюл. Ф 30 (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И. Ульянова (Ленина) (72) А.А. Головков, С.В. Кузнецов, А.П..Осипов и А.А. Иакаров (53) 621.317.757(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 890262, кл. С 01 К 23/16, 1981.

Гуревич А.С., Нахмансон Г.С. Обнаружение и измерение частот узконолосных радиосигналов на фоне помех s акустооптоэлектронном спектроаналиэаторе. Известия ВУЗ-ов СССР. Радиоэлектроника, т. 24, 1981, В 4, с.26. (54) АКУСТООПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

IИ3ИЕРЕНИЯ ЧАСТОТЫ РАДИОСИГНАЛА (57) Изобретение относится к радис измерительной технике, может быть использовано для измерения частоты импульсных радиосигналов в ВЧ-СВЧ-диапазонах. Целью изобретения является повьннение точности измерения частоты импульсных радиосигналов и ее девиации в течение импульса, а также asтоматизация процесса измерений. В устройство, содержащее лазер 1, расширитель 2 светового пучка, первое измерительное плечо, индикатор 36, источник 7 исследуемого радиосигнала, для достижения цели введено второе измерительное плечо, расщепитель 3

12509 светового пучка, наклонное эеркало

5, синхронизатор 27, генератор 29 тактовых импульсов, цифровой компаратор 30, цифровой сумматор 31, схемы

И 32 и 33, регистр 34 начальной частоты, вычитающее устройство 35.Первое и второе измерительные плечи содержат соответственно акустооптические модуляторы 4 и 6, интегрирующие линзы 8 и 9, оптоэлектронные преобразователи иэ N фотоприемников !О и 11 каждый, 2N усилителей 12 и 13. Введение второго измерительного плеча и цифрового компаратора, на вход которого по79 ступают сигналы грубой оценки частоты с выходов решающих устройств групп обоих измерительных плеч, позволяет устранить ложные отсчеты измерений и повышает точность измерения частоты.

Введение в каждое измерительное плечо коммутаторов 18 и 19 каналов, сумматоров 14.и 15, пороговых устройств

16, 17 и 20, 21, схем 22 и 23 фиксации экстремумов, постоянных запоминающих устройств 24 и 25 позволяет повысить точность измерения несущей частоты импульсного радиосигнала.

1 ил.

Изобретение относится х Радиоиэ мерительной технике и может быть исиользовано для измерения частоты импульсных радиосигналов в ВЧ-СВЧ-дианазонах. 5

Целью изобретения является повышение точности измерения частоты импульсных радиосигналов и ее девиации в течение импульса, а также автоматизация процесса измерений.

На чертеже приведена структурная схема акустооптического устройства для измерения частоты радиосигнала.

Устройство содержит лазер 1, оптически связанный через расширитель

2 светового пучка с расщепителем 3 светового пучка. Расщепитель 3 оптически связан с первым измерительным плечом, содержащим первый акустооптическнй модулятор 4, и через зеркало 5 — с вторым измерительным плечом, содержащим второй акустооптический модулятор 6. Электрические входы акустооптических модуляторов

4 и б подключены к выходу источника

7 исследуемого радиосигнала. Первое и второе измерительные плечи содер жат, кроме акустооптических модуляторов 4 и 6, соответственно: интегрирующие линзы 8, 9, оптоэлектронные преобразователи в виде линейных матриц из N фотоприемников 10,,1t каждая.

К выходам фотоприемников подключено

2N идентичных усилителей 12 и 13,разделенных s каждом измерительном пле- 3S че íà K групп, К/К выходов усилителей каждой группы измерительного плеча подключены к К идентичным сумматорам 14 и 15 соответственно. Выход каждого из К группы сумматоров подключен к второму входу порогового устройства 16 (t7) данной группы фотоприемников и к первому входу порогового устройства последующей группы данного иэмерительного плеча, причем первый вход порогового устройства первой группы каждого измерительного плеча имеет фиксированный порог.

Выходы первых усилителей 12 и 13 в кажцой иэ К групп каналов подключены к входам первого иэ И/К идентичных коммутаторов каналов 18 и 19 соответствующего измерительного плеча. Выходы вторых усилителей 12 и 13 каждой иэ N/К групп фотоприемников подключены к второму коммутатору каналов 18 и 19 соответствующего измерительного плеча и т.д. Выход каждого из К/K коммутаторов каналов 18 и 19 соответствующего измерительного плеча подключен ко второму входу порогового устройства 20 и 21 данного канала и к первому входу порогового устройства 20 и 21 последующего канала, причем первый вход порогового устройства первого канала каждого измерительного плеча имеет фиксированный порог. Выходы N/К пороговых устройств

20, 21 каждого канала подключены к входам схем фиксации экстремума соответствующих измерительных плеч 22,23

Выходные шины схем 22, 23 фиксации экстремума подключены к адресным входам постоянных запоминающих уст1250979 ройств (ПЗУ) 24, 25 соответственно.

Вь«ходы К идентичных пороговых устройств 16 подключены к входам решающего устройства 26 определения группы, выходная шина которого подключе- 5 на к адресным входам каждого иэ N/К коммутаторов каналов 18. Ко входу синхронизатора 27 подключен выход источника 7 радиосигнала. Выходы К идентичных пороговых устройств 17 подключены к входам решающего устройства 28 определения группы, выходная шика которого подключена к адресным входам каждого из N/K коммутаторов каналов 19. Выход синхронизатора 27 >5 подключен к генератору 29 тактовых импульсов (ГТИ). Выходы решающих устройств 26 и 28 определения группы подключены к первому и второму входам цифрового компаратора 30 и к старшим 20

-разрядам первого и второго входов цифрового сумматора 31. К младшим разрядам первого и второго входов цифрового сумматора 31 подключекы ин формационные выходы ПЗУ 24 первого измерительного плеча и ПЗУ 25 второго измерительного плеча. Первый выход

ГТИ 29 подключен к первому входу первой схемы И 32, а второй выход

ГТИ 29 подключен к первому входу 30 второй схемы И 33, Выход второй схемы

И 33 подключен ко входу записи регистра 34 начальной частоты.

Выход цифрового компаратора 30 подключен к вторым входам первой схемы

И 32 и второй схемы И 33. Выходная шина сумматора 31 подключена к информационным входам регистра 34 начальной частоты и к первому входу вычитающего устройства 35, второй вход которого соединен с информационными входами регистра 34 начальной частоты.

Информационные выходы регистра 34 начальной частоты и вычнтающего устрой-45 ства 35 подключены к информационным входам индикатора 36.

Акустооптическое устройство для измерения частоты радиосигнала работает следующим образом. 50

С выхода источника 7 радиосигнала на электрические входы первого и второго акустооптических модуляторов 4 и 6 света поступает радиоимпульс, частота заполнения которого измеряется. Когерентный пучок света, излучаемый лазером 1, проходит через последовательно расположенные на одной оптической оси расширитель 2 пучка, оптический расщепитель 3, первый акустооптический модулятор 4 и первую интегрирующую линзу 8. Распределение интенсивности светового поля в выходной фокальной плоскости интегрирующей линзы 8, где расположена линейная матрица фотоприемников 10 соответствует спектру вход «ого сигнала.

Линейные матрицы фотоприемников

10 и 11 преобразуют распределение света в фокальной плоскости иктегрирующих линз 8 и 9 в электрические сигналы, пропорциональные мгновенному спектру мощности входного сигнала, поступающего с источника 7. Далее электрические сигналы с выходов линейных матриц фотоприемников поступают на входы усилителей 12 и 13, «r1

Сигналы P . (t ) к а выходах усилите.« лей 12 и 13 каждого измерительного плеча суммируются К сумматорами 14 и

15 групп и сравниваются пороговыми устройствами 16 и 17 в соответствии с выражением (t) = „ P () ЕР; (t)+P„„(>)

Ф

ГФ!1 где Z (t) — логический сигнал на вы ходе порогового устройства (г+1)-й группы;

1 „,< — фиксированный порог по шумам для (r+1)-й группы.

Сигналы от пороговых устройств 16 () и 17 каждой группы Z (t) поступают в решаю«цие устройства 26 и 28 определения группы, в которых блоки обнаружения выносят решение о наличии сигнала на линейной матрице фотоприемников, а блоки измерения„определяют грубую оценку частоты F (нбмер группы) весовым суммированием сигналов от пороговых устройств К групп. При реализации цифровым способом блок обнаружения — эта схема ИЛИ сигналов пороговых устройств, а блок измеренияшифратор, определяющий старшие разряды оценки частоты. Код оценки 1 с выхода решающих устройств 26 и 28 одновременно испольэуется как адресный код для коммутаторов 18 и 19 каналов, выбирающий соответствующую группу аналоговых сигналов Р (t) с усилите« лей. Эти сигналы с задержкой, определяемой работой сумматоров 14 и 15, сговых устройств 16 и 17, шифра1250979

= Оч!

= Оч!

Н, = О

Н2 з

N/Ê = 8

5 тор в решающих устройствах 26 и 28 и коммутаторов 18 и 19 каналов, поступают на входы пороговых устройств

20 и 21, обеспечивающих точную оценку частоты f внутри данной группы фотоприемников г. Если величина задержки значительно меньше скорости изменения частоты сигнала, ее можно не учитывать. Пороговые устройства 20 и 21 сравнивают величины сигналов со- 10 седних каналов с учетом фиксированного порога по шумам в соответствии с выражением

$,„ (t) - Р„,(t) < Р; (t) + Р (2)

t5 где 1 — текущий номер канала внутри ( ((( группы r; — переключательная функция на

1 выходе порогового устройства

i-го канала выбранной коммутаторами каналов r-группы.

Значения (; (t) определяют знак первой производной пространственного спектра сигнала по координате вдоль линейной матрицы (. Схема фиксации 25 смены знака производной в соответствующем измерительном плече производит следующие логические операции для каждого иэ и каналов r-группы зо

d; (t) (»;„(е)ла; () = О ч 1, (4) где (+3 — операция суммирования по модулю два; 35

Л вЂ” операция логического умножения;

A, (t) — логическая функция на вы((! ходе i-ro канала, отмечавщая номера каналов, в ко- 40 торых произошла смена знака производной пространственного спектра сигнала с плюса н минус и наоборот;

<(!

d . (й) — логическая функция,отлича- 45 ющая номера каналов„ в которых произошла смена знаJ+4 (б(, V.d 1 Н, =! V. d ,eJ

У 1„-!ча Н, =О d е- e i

d (б(, ((/» 1 V d

Ф ка производной только с плюса на минус.

В соответствии с выражениями (3) и (4) этот блок 22 или 23 может представлять собой гоуппу из (N/К)-! сумматоров по модулю два и (N/Ê) -1 вентилей. Позиционный код со схем

22 и 23 фиксации экстремумов поступает на адресные входы постоянного запоминающего устройства ПЗУ 24 и 25, в которых занесены заранее вычисленные оценки частоты f и формирует информационный код, соответствующий младшим разрядам оценки частоты.При получении знаковой функции производной главного лепестка пространственного спектра сигнала вблизи экстремума и на краях лепестка, где первая производная стремится к нулю, возможно получить несколько d .," (t), отличных от нуля, сосредоточенных в описанных областях. В связи с этим кваэиоптимальное правил((точного измерения оценки частоты f„ следующее.

Пусть область группы фотоприемников, где Z„(t) отлична от нуля jd j E D

Для белого шума D = D для всех

2 Ч 1, К. Область D разбивается на непересекающиеся подобласти Е в соответствии с правилом (d< ч 1е ((ч (!е,,0 +i, i+)E 0.

Таких подобластей при заданных ограничениях на спектр сигнала и шума всегда три. Реально размер подобласти 2 = 1-6 измерительных каналов определяется уровнем шумов и формой спектра, Экстремум находится в одной из этих трех подобластей. Решающее правило для обнаружения экстремума вытекает из ограничений на пространственный спектр сигнала. Если событие, что в подобласти Е находится экстремум основного лепестка спектра сигнала соответствует гипотезе Н (ш 1, 2 и 3) то гипотеза Н истинна или ложна при выполнении соотношений:

d(1 а е ("е

5< (t (1 е

0 Н, = 0

1ЧО Н =0

Н =

N> S>i

7 1250

Измерение частоты по экстремуму пространственного спектра сигнала в подобласти 1 определяется операцией

44)K - dI(t) (6)

Щ где Ьу — интервал частот, соответствующий группе фотоприемников r (для белого шума. h,u одинакова для всех

r V 1, N/К/. Решения на основе правила

10 (5) и оценки частоты на основе формулы (6) вычисляются заранее на 3ВМ для всех возможных 2 М/К значений позиционных кодов d, i V 1, N/К и заносятся в ПЗУ 24 и 25 соответствующего

15 объема. Коды грубой оценки частоты 1 иэ решающих устройств 26 и 28 обоих измерительных плеч поступают в цифровой компаратор 30 где они срав° .

20 ниваются. В случае неравенства кодов запрещающий уровень с выхода компаратора 30 поступает на входы схем

И 32 и 33, а если коды равны — вырабатывается разрешающий потенциал на

25 выходе цифрового компаратора 30.

Импульс запуска на ГХИ 29 формируется синхронизатором 27 от радиоимпульса источника 7 исследуемого сигнала с генератора. Импульс записи с

ГХИ 29 пропускается схемами И 32 и

33 при разрешающем уровне на выходе компаратора 30, причем импульс записи проходит через схему И 32 с задержкой на заполнение ампертуры .ультразвукового модулятора света и оконча- З5 ние фронта радиоимпульса записывает в регистр 34 начальной частоты и индикатор 36 суммарный код с выхода цифрового сумматора 31. На старшие разряды входов цифрового сумматора 31 поступают коды грубых оценок частоты с выходов решающих устройств 26 и

28, а в младшие разряды входов цифрового сумматора 31 поступают коды точных оценок частоты f с информациоиных45 выходов ПЗУ 24 и 25 обоих измерительных плеч. Импульсы записи с ГТК 29 вслед эа импульсом записи пропускаются схемой И 33 при разрешающем потенциале с выхода цифрового компара- S0 тора 30 и производят запись отсчетов разностного кода, соответствующего девиации частоты, с выхода вычитающего устройства 35 на индикатор 36. При этом на первый вход вычитанщего уст- 3S ройства 35 поступает код оценки начальной частоты с выходов регистра начальной частоты, а на второй вход

979 B вычитающего устройства 35 подается текущий код оценки частоты с выхода цифрового сумматора 31. При поступлении следующего радиоимпульоа исследуемого сигнала процесс повторяется.

Индикатор 36 имеет ряд регистров и сумматор. В @ i страх с помощью сумматора накапливается информация об оценке частоты, оценке девиации часToTb1 в нескольких сечениях радиоимпульса. Усредненная информация об оценке частоты и оценке девиации индицируется на цифровом табло или прецезионном стрелочном приборе после цифроаналогового преобразования.

Предлагается регистрация на внешнем носителе (магнитная лента, диск) те- кущей оценки девиации частоты и начальной частоты для возможности визуального наблюдения и дальнейшей обработки информации. Период повторения импульсов записи оценки девиации частоты должен превышать суммарную задержку первого и второго измерительных плеч и цифрового компаратора

30, сумматора 31 и вычитающего устройства 35 ° В свою очередь, для обеспечения измерения в реальном масштабе времени суммарная задержка устройства измерения частоты и девиации радносигналов не должна превышать заданную точность измерения девиации частоты, определяемую скоростью ухода частоты.

Таким образом, введение второго измерительного плеча и цифрового компаратора, на вход которого поступают сигналы грубой оценки частоты с выходов решающих устройств групп обоих измерительных плеч, выходной сигнал которого разрешает (в случае одинаковых отсчетов), либо запрещает (в случае разных отсчетов) производить измерение частоты, позволяет усгранить ложные отсчеты измерений и повышает точность измерения частоты.

Объединение в каждом измерительном.плече сигналов с выходов усилителей каналов в каждой из К групп с помощью сумматоров и пороговых устройств, соединенных таким образом, что выход сумматора любой группы подключен к второму входу порогового устройства данной группы и первому входу порогового устройства последующей группы, позволяет устранить неоднозначность выбора номера группы фотоприемников в решающем устройстве

12509?9 определения группы, если изображение спектра сигнала в фокальной плоскости линз приходится на несколько фотоприемников, что повышает точность иэмерения частоты. 5

Введение в каждое измерительное плечо коммутаторов каналов, обьединяющих каналы с одинаковыми номерами у всех групп, подключение к ним пороговых устройств таким образом, что выход каждого коммутатора подключен к второму входу порогового устройства этого коммутатора и к первому входу порогового устройства последующего коммутатора, подключение к выходам пороговых устройств схемы фиксации экстремума и постоянного запоминаюшего устройства позволяет определить номер одного фотоприемника, на который приходится экстремум пространственного изображения спектра радиосигнала в фокальной плоскости интегриру— ющих линз, что позволяет повысить точность измерения несущей частоты импульсного радиосигнала.

Формула и з о б р е т е н и я

Акустооптическое устройстно для измерения частоты радиосигнала, содержащая лазер, расширитель пучка, первое измерительное плечо, включающее расположенные на одной оптической оси первый акустооптический модулятор света, электрический вход которо- 35 го соединен с входом источника радиосигнала, первую интегрирующую линзу и первыйоптоэлектронный преобразователь н виде линейной матрицы фотоприемников, а также электронную систему 0 обработки, включающую N каналов, каждый из которых содержит усилитель, разделенных на К последовательных групп, решающее устройство определения группы и индикатор, о т л и ч а ю 5 щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения частоты, устройство содержит второе измерительное плечо, оптически связанное с первым измерительным плечом через оптический50 расщепитель, расположенный между расширителем пучка и первым акустооптическим модулятором света, включающее расположенные на одной оптической оси наклонное зеркало, второй акустооп- Ы тический модулятор света, электрический вход которого соединен с входом источника радиосигнала, вторую интегрирующую линзу и второй оптоэлектронный преобразователь в виде линейной матрицы фотоприемников, а также электронную систему обработки второго измерительного плеча, аналогичную первой, причем в каждой из К групп каналов электронных систем обработки первого и второго измерительных плеч выходы N/К усилителей подключены к входам сумматора, выход которого в каждой группе подключен к второму входу порогового устройства данной группы и к первому входу порогового устройства последующей группы, причем первый вход порогового устройства первой группы соединен с фиксированным порогом, выходы пороговых устройств подключены к входам решающего устройства определения группы, выходные шины решающих устройств определения группы первого и второго измерительных плеч подключены к входам цифрового компаратора и старшим разрядам соответственно первого и второго входов цифрового сумматора, выход цифрового компаратора подключен к первым входам первой и второй схем И, к вторым входам первого и второй схем И подключены соответственно первый и второй выходы генератора тактовых импульсов, нход которого через синхронизатор подключен к электрическим входам акустооптических модуляторов обоих измерительных плеч, выход первой схемы И соединен с первым входом индикатора, а выход второй схемы И соединен с входом записи регистра начальной частоты, выходная шина которого подключена к первому входу вычитающего устройства и второму входу индикато ра, выходная шина цифрового сумматора подключена к информационной шине регистра начальной частоты и второму входу вычитающего устройства, выходная шина которого подключена к третьему входу индикатора, н каждой иэ

К групп каналов обоих измерительных плеч выходы первых усилителей группы подключены к входам первого из N/К коммутаторов каналов .плеча, выходы вторых усилителей r ðóëïû подключены к входам второго коммутатора кана1.ов плеча и т.д., к адресным входам каждого коммутатора каналов подключена выходная шина решающего устройства определения группы соответствующего плеча, выходы коммутаторов каналов.Составитель И. Коновалов

Техред Л.Сердюкова Корректор М. Демчик

Редактор М. Келемеш

Заказ 4405/41 Тираа 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва ° %-3$, Раушская наб. ° д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ухгород, ул. Проектная, 4

)! 1250979 l2 измерительного плеча подключены к ройства и первому входу четвертого пороговым устройствам в следуюшем порогового устройства и т.д., выходы порядке: выход первого коммутатора этих пороговых устройств подключены подключен к второму входу первого к входам схемы фиксации смены знака порогового устройства и первому входу > производной, выходная шина которой второго порогового устройства, выход подключена к адресным входам постовторого коммутатора подключен к вто- янного запомни.".*ошего устройства, а рому входу второго порогового уст- выходные шины постоянных запоминаюройства и первому входу третьего по- щих устройств первого и второго изрогового устройства, выход третьего tp мерительных плеч подключены.к младкоммутатора каналов подключен. к вто- шим разрядам соответственно первого рому входу третьего порогового уст- и второго входов цифрового сумматора.