Акустооптическое устройство для обработки сигналов антенной решетки

 

Использование; радиотехника, акустооптрэлектроника, гидроакустические системы , Сущность изобретения: расположенные .на оптической оси и оптически последовательно связанные источник когерентного света, коллиматор, первый и второй акустооптические модуляторы (АОМ), первая цилиндрическая линза (ЦЛ), диафрагма, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая и седьмая ЦЛ и двумерный фотоприемник с накоплением, а также N амплитудных модуляторов и генератор ЛЧМ-сигнала. Первая и третья ЦЛ ориентированы идентично, а вторая ЦЛ развернута относительно них на 90° вокруг оптической оси, Четвертая, пятая, шестая и седьмая ЦЛ расположены между . первым и вторым АОМ, причем четвертая и седьмая ЦЛ развернуты на 90° относительно пятой .и шестой ЦЛ вокруг оптической оси. Пятая и шестая ЦЛ ориентированы идентично первой и второй ЦЛ, Второй АОМ выполнен одноканальным, Третья ЦЛ смещена вдоль оси, перпендикулярной плоскости расположения входов первого и второго АОМ. 1 ил. (Л С

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (505 Н 01 Q 21/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (госпАтент СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1ф. > » Ф - » ) - - - 6

f с (Д

СО

С> (21) 4788083/09 (22) 29.01.90 (46) 07,03.93. Бюл, М 9 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В, И. Ульянова (72) А. И. Елисеев и С. В, Грачев (56) Катков Б. Г. Обработка сигналов в многоэлементных антенных решетках с использованием акустооптозлектронных корреляторов. Радиотехника и электроника, — 1989, т. 434, l+ 7, с. 1545 — 1548. (54) АКУСТООПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ АНТЕННОЙ

РЕШЕТКИ (57) Использование: радиотехника, акустооптоэлектроника, гидроакустические системы, Сущность изобретения: расположенные .на оптической оси и оптически последовательно связанные источник когерентного

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к акустооптоэлектронике, и может быть использовано в радиотехнических и гидроакустических системах.

Цель изобретения — одновременное orlределение угла прихода сигнала и его спектра с высоким разрешением.

Поставленная цель достигается тем, что в известное акустоаптическое устройство для обработки сигналов АР, содержащее расположенные на оптической оси и оптически последовательно связанные источник когерентного света, коллиматор, первый

АОМ, выполненный многоканальным с N .пьезопрвобразователями, где М вЂ” число элв Ы 18GG531 А1 света, коллиматор, первый и второй акустооптические модуляторы (AOM), первая цилиндрическая линза (ЦЛ), диафрагма, вторая, третья, четвертая, пятая, шестая и седьмая ЦЛ и двумерный фотоприемник с накоплением, а также N амплитудных модуляторов и генератор ЛЧМ-сигнала. Первая и третья ЦЛ ориентированы идентично, а вторая ЦЛ развернута относительно них на 90 вокруг оптической оси, Четвертая, плтая, шестая и седьмая ЦЛ расположены между . первым и вторым АОМ, причем четвертая и свдьмал ЦЛ развернуты на 90 относитель. но пятой .и шестой UJl вокруг оптической оси. Пятал и шестая ЦЛ ориентированы идентично первой и второй ЦЛ, Второй AOM выполнен одноканальным. Третья ЦЛ смещена вдоль оси, перпендикулярной плоскости расположения входов первого и второго

AOM. 1 ил. ментов антенной решетки, второй АОМ, первую цилиндрическую линзу, диафрагму, вторую и третью цилиндрические линзы, а также двумерный фотоприемник с накоплением, выход которого является выходом устройства, причем первая и третья цилиндрические линзы ориентированы идентично друг другу относительно оптической оси. а вторая цилиндрическая линза развернута вокруг оптической оси на 90 относительно первой и третьей цилиндрическихлинз, введены четвертая, пятая, шестая и седьмая цилиндрические линзы, N амплиTvglHblx модуляторов и генератор сигнала с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ-сиг1

1800531 нала), причем четвертая, пятая, шестая и седьмая цилиндрические линзы расположены последовательно на оптической оси между первым и вторым АОМ, четвертая и. седьмая цилиндрические линзы развернуты на 90 вокруг оптической оси относительно пятой и шестой цилиндрических линз, пятая и шестая цилиндрические линзы ориентированы относительно оптической оси идентично первой и третьей цилиндрическим линзам, второй АОМ выполнен одноканальным, а его пьезопреобразователь расположен идентично пьезопреобразователям первого AOM в одной плоскости, параллельной оптической оси, кроме того, третья цилиндрическая линза смещена вдоль оси, перпендикулярной плоскости расположения входов первого и второго АОМ, на расстояние xp = 1ср Е11 Х /ч, где fcp средняя частота в спектре ЛЧМ-сигнала, F<1 — фокус- 20 ное .расстояние первой цилиндрической линзы, А- длина волны когерентного света, ч — скорость распространения акустических волн в первом и втором АОМ, а размер третьей цилиндрической линзы вдоль этой 25 оси выбран равным Лх = Ь|л F11 jl, /ч, где

Л4 — ширина спектра ЛЧМ-сигнала, при этом, первые входы амплитудных модуляторов являются входами акустооптического устройства для обработки сигналов АР, 30 вторые входы амплитудных модуляторов соединены с выходами генератора ЛЧМсигнала и входом второго АОМ, а выходы амплитудных модуляторов соединены с соответствующими входами первого АОМ.

Сущность предложенного технического решения заключается в том, что путем введения новых элементов; четырех цилиндрических линз, амплитудных модуляторов и генератора ЛЧМ-сигнала, а также измене- 40 ния структуры и ориентации второго АОМ, взаимного разворота введенных линз, ново. го расположения третьей цилиндрической линзы, имеющей определенный размер вдоль одной из координат, и новых связей 45 между элементами в устройстве осуществлено преобразование Фурье с пространственным интегрированием в направлении размещения каналов в первом AOM (по координате Y) и преобразование Фурье с вре- 50 менным интегрированием в направлении распространения акустических волн в

AOM (по координате X), в результате чего одновременно определяется угол прихода сигнала на AP u его спектр с высоким разрешением. Авторам не известны технические решения, в которых бы одновременное определение угла прихода и спектра с высоким разрешением принимаемого AP сигнала осуществлялось описанными выше средствами. Следовательно, предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями, На чертеже представлена структурная схема предлагаемого акустооптического устройства.

Предлагаемое акустооптическое устройство для обработки сигналов AP (фиг. 1) содержит оптически связанные источник 1 когерентного света, например оптический квантовый генератор непрерывного действия, коллиматор 2, многоканальный АОМ 3 с К пьезопреобразователями 4. Далее следуют цилиндрические линзы 5 — 8, причем линзы 5 и 8 развернуты на 90 вокруг оптической оси устройства относительно линз 6 и 7. За линзой 8 расположен одноканальный

AOM 9, пьезопреобразователь 10 которого расположен идентично пьезопреобразователям АОМ 3 в одной плоскости, параллельной оптической оси, B задней фокальной плоскости, расположенной за AOM 3 цилиндрической линзы 11; находятся диафрагма

12 и цилиндрическая линза 13. Линза 13 развернута на 90 вокруг оптической оси устройства относительно линзы 11, смещена вдоль оси, перпендикулярной плоскости расположения входов первого 3 и второго

AOM 9, на расстояние xo = fcp F)> il /ч, соответствующее расположению +1-ro светового дифракционного порядка после АОМ 3, и имеет размер вдоль этой оси Лх = Л5 Рцх

xi /v. Далее расположены цилиндрическая линза 14 и двумерный фотоприемник 15.с накоплением, в качестве которого может быть использована матрица ПЗС. Кроме того устройство содержит M амплитудных модуляторов 16, первые входы которых являются входами устройства, на которые поступают сигналы от соответствующих элементов АР,. а выходы соединены с соответствующими входами АОМ 3, и генератор

ЛЧМ-сигнала, выход которого соединен со вторыми входами амплитудных модуляторов 16 и со входом AOM 9.

Устройство, работает следующим образом. Сигналы с элементов AP поступают на соответствующие входы амплитудных модуляторов 16. На вторые входы модуляторов

16 поступает ЛЧМ-сигнал с выхода генератора 17.,С выходов модуляторов 16 ЛЧМсигналы, промодулированные по амплитуде сигналами с АР, поступают на пьезопреобразователи 4, которые преобразуют их в акустические волны в AOM 3. ЛЧМ-сигнал с. выхода генератора 17 поступает одновременно на пьезопреобразователь10 и преобразуется последним в акустические волны в

1800531

АОМ 9. Свет дифрагирует на акустических волнах в AOM 3. Цилиндрические линзы 6 и

7 осуществляют последовательно прямое и обратное преобразование Фурье над световым распределением в выходной 5 плоскости АОМ 3 в направлении распространения акустических волн в АОМ 3, а линзы 5 и 8 осуществляют аналогичное преобразование в ортогональном направлении. В результате в плоскости AOM 10

9 восстанавливается изображение АОМ 3, а формат светового пучка, падающего на апертуру AOM 9, соответствует формату акустического пучка в звукопроводе АОМ 9. Цилиндрическая линза 11 осуществляет 15 преобразование Фурье над световым распределением в выходной плоскости AOM 9 в направлении распространения акустических волн. Диафрагма 12 блокирует нулевой дифракционный порядок (непродифрагиро- 20 вавший свет), фокусирующийся на оптической оси устройства.

Цилиндрическая линза 13 осуществляет преобразование Фурье над световым полем

-+1-го дифракционного порядка после AOM 25

3 в направлении, перпендикулярном рас. пространению акустических волн, то есть в направлении расположения каналов в АОМ

3. Цилиндрическая линза 14 восстанавливает в плоскости фотоприемника 15 плоскости 30 . AOM 3 и AOM 9. Фотоприемник 15 производит накопление заряда пропорционально интенсивности падающего на него светового поля. В результате накопления на фотоприемнике 15 образуется двумер- 35 ное распределение заряда. Анализ работы устройства показывает, что полезная составляющая в распределении заряда представляет собой пространственную несущую по оси Х, промодулированную по ам- 40. плитуде амплитудным спектром, а по фазе — фазовым спектром обрабатываемого сигнала. При этом положение максимума в распределении заряда по оси ц определяет угол прихода сигнала на АР, В результате 45 считывания распределение заряда преобразуется в электрический сигнал на выходе фотоприемника 15.

В предлагаемом устройстве линза 13 осуществляет преобразование Фурье с про- 50 странственным интегрированием нэд световым полем на выходе AOM 3 в направлении, перпендикулярном ориентации каналов в АОМ 3, что позволяет определить угол прихода сигнала íà AP. 55

Одновременно на основе АОМ 3, AOM 9, линз 6, 7, 11, 14, а также генератора ЛКМсигнала 17 и амплитудных модуляторов 16, . в устройстве реализован анализ спектра принимаемого сигнала, что невозможно осуществить в устройстве-прототипе, Причем, в предлагаемом устройстве разрешение по частоте в спектре определяется временем накопления фотоприемника и может достигать значений 10 Гц для существующих фотоприемников типа ПЗС. Таким образом, разрешение по частоте в.предлагаемом устройстве на 3 — 4 порядка выше, чем в известных акустооптических устройствах аналогичного назначения, в которых спектральный анализ применяемого AP сигнала осуществляется методом пространственного интегрирования;

Формула изобретения

Акустооптическое устройство для обработки сигналов антенной решетки, содержащее расположенные на оптической оси и оптически последовательно связанные источник когерентного света, коллиматор, первый акустооптический модулятор (AOM), выполненный многоканальным с N пьезопреобразователями, где N — число элементов антенной решетки, второй АОМ, первую цилиндрическую линзу, диафрагму, вторую и третью цилиндрические линзы, а также двумерный фотоприемник с накоплением, выход которого является выходом устройства, причем первая и третья цилиндрические линзы ориентированы идентично одна другой относительно оптической оси, а вторая цилиндрическая линза развернута вокруг оптической оси на 90 относительно первой и третьей цилиндрической линзы, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью одновременного определения угла прихода сигнала и его спектра с высоким разрежением, дополнительно введены четвертая, пятая, шестая и седьмая цилиндрические линзы, N амплитудных модуляторов и генератор сигнала с линейной частотой модуляцией (ЛКМ-сигнала),.причем четвертая, пятая, шестая и седьмая цилиндрические линзы расположены . последовательно на оптической оси между первым и вторым АОМ, четвертая и седьмая цилиндрические линзы развернуты на 90 вокруг оптической оси относительно пятой и шестой цилиндрических линз, пятая и шестая цилиндрические линзы ориентированы относительно оптической оси идентично первой и третьей цилиндрическим линзам, второй AOM выполнен одноканальным, а его пьезопреобразователь расположен идентично пьезопреобразователям первого

АОМ вобщей плоскости,,причем входы первого и второго АОМ расположены в одной плоскости, параллельной оптической оси, кроме того, третья цилиндрическая линза .. смещена вдоль оси, перпендикулярной плоскости расположения входов первого и второго АОМ, на расстояние хо = 1ср Рц А /ч, 1000531

Составитель А. Елисеев

Техред М. Моргентал Корректор П, Гереши

Редактор С. Кулакова

Заказ 1169 Тираж Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета,по изобретениям и открьпиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издвтельский комбинат "Патент", r. Ужгород„ул.Гагарина, 101 где fop — средняя частота в спектре ЛЧМ-сигнала; Fii — фокусное расстояние первой цилиндрической линзы; Л вЂ” длина волны когерентного света; ч — скорость распространения акустических волн в первом и втором АОМ, а размер третьей цилиндрической линзы вдоль этой оси выбран равным

Ьх - Af Ец Х/ч, где Af — ширина спектра ЛЧМ-сигнала. при этом первые входы амплитудных модуляторов явлшотся входами акустооптического устройства для обработки сигналов антенной решетки, вторые входы амплитудных модуляторов

5 соединены с выходом генератора ЛЧМсигнала и с входом второго АОМ, а выходы амплитудных модуляторов соединены с соответствующими входами первого

АОМ.