Акустооптический приемник

 

Использование: в радиоприемнике для пеленгации и спектрального анализа сложных сигналов с фазовой манипуляцией. Сущность изобретения: акустооптический приемник содержит две антенны, преобразователь частоты, состоящий из гетеродина и смесителя, гетеродин, смеситель,.два усилителя промежуточной частоты, перемножитель , узкопслосный фильтр, перемножитель, второй узкополосный фильтр, коррелятор, пороговый блок, ключ, фазовый детектор, блок регистрации, ключ, лазер, коллиматор, ячейку Брегга, линзу и матрицу фотодетекторов, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5 )3 Н 04 В 10/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР. (ГОСПАТЕНТ CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПА i ЕНТУ

С0 (лЭ

ОО

СО

М (яЭ (21) 4908121/09 (22) 04.02.91 (46) 30.08.93, Бюл. N 32 (72) В.И.Дикарев, Б.В.Койнаш и С.Г.Смоленцев (73) В.И.Дикарев, Б.В.Койнаш и С.Г.Смоленцев (56) Зарубежная радиоэлектроника, 1987. N

5. С. 51. (54) АКУСТООПТИЧЕСКИЧ1 ПРИЕМНИК (57) Использование: в радиоприемнике для пеленгации и спектрального анализа сло>кИзобретение относится к радиотехнике и может использоваться для пеленгации и спектрального анализа сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМН).

Цель изобретения — расширение функциональных возмо>кностей путем точной и однозначной пеленгации источника излучения фазоманипулированных сигналов.

Структурная схема предлагаемого приемника представлена на фиг. 1; частотная диаграмма, поясняющая принцип образования дополнительных каналов приема, изображена на фиг, 2, Акустооптический приемник содержит последовательно включенные антенну 1, смеситель 6, второй вход которого соединен . с выходом гетеродина 4, усилитель 8 промежуточной частоты, перемножитель 10, второй вход которого через последовательно. вклю:знные смеситель 7 и усилитель 9 проме>куточной частоты соединен с выходами,!ЫЛ,, il 838882 А3 ных сигналов с фазовой манипуляцией.

Сущность изобретения: акустооптический приемник содержит две антенны, преобразователь частоты., состоящий из гетеродина и смесителя, гетеродин, смеситель, два усилителя промежуточной частоты, перемножитель, узкополосный фильтр, перемножитель, второй узкополосный фильтр, коррелятор, пороговый блок, ключ, фазовый детектор, блок регистрации, ключ, лазер, коллиматор, ячейку Брегга, линзу и матрицу фотодетекторов, 2 ил. антенны 2 и гетеродина 5, узкополосный фильтр 11, фазовый детектор 17 и блок 18 регистрации. К выходу гетеродина 4 последовательно подключены перемно>китель 12, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 5, узкополосный фильтр 13 и ключ 16, второй вход которого через последовательно включенные коррелятор 14 и пороговый блок 15 соединен с выходами усилителей 8 и 9 промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу фазового детектора 17. На пути распространения пучка света от лазера 20 последовательно установлены коллиматор 21 и ячейка Брэгга 22, пьезоэлектрический преобразователь которой через ключ 19 соединен с выходом первого и второго усилителей промежуточной частоты, На пути распространения дифрагируемой части пучка света установлена линза 23, в фокальной плоскости которой размещена матрица 24 фотодетекторов. Последовательно включенные гетеродин 4 и

1838882

fr2-fr1 2 fnp

hp.=2m>cosy, 0

О. t Tc, 1 где 1/.р1 = К1Ч,Ч„;

1 /пр2 g<1VcVr2 смеситель 6 образуют преобразователь 3 частоты.

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых на зеркальных и комбинационных частотах, основано на использовании двух каналов приема, гетеродины 4 и 5 которых разнесены по частоте на величину

2fnp . и корреляционной обработке канальных напряжений. При этом I:îëè÷åñòâî дополнительных (зеркальных и комбинационных) частот удваивается (фиг. 2).. 15

Для пеленгации источника излучения

ФМн сигналов в предлагаемом приемнике используется фазовый метод, при котором фазовый сдвиг между сигналами, принимаемыми антеннами 1 и 2, составляет 20 где d — измерительная база (расстояние 25 между антеннами);

Л- длина волны; у- угол, определяющий .направление на источник излучения.

Фазовому методу пеленгации свойст- 30 венно противоречие между требованиями точ ности11змерений1 и однозначности отсчета угловых координат. Действительно, со- . гласно вышеуказанному выра>кению, фазовая система тем чувствительнее к изме- .35 нению угла, чем больше относительный размер базы d/Л, Однако с ростом d/А у леньшается значение угловой координаты, при которой разность фаз превосходит значение 2 я, т,е. наступает неоднозначность 40 отсчета, d

Искл1очить неоднозначность пеленгации фазовым методом можно двумя способами: 1(применением остронаправленных антенн; 2) использование л нескольких из- 45 мерительных баз (многошкальность).

Системы пеленгации с остронаправленными антеннами обладают большой дальностью действия и высокой разрешающей способностью по направлению. Однако они 50 требуют поиска, источника излучения до начала измерений и его сопровождения по направлению антенным лучом в процессе измерений.

Многошкальный метод отсчета углов ос- 55 нован на использовании нескольких измерительных баз. При этом меньшая база образует грубую, но однозначную шкалу отсчета, а большая база — точную, но неоднозначную шкалу отсчета. Системы пеленгации, использующие такой метод, имеют ограничЪнную дальность и сложную антенную систему, В предлагаемом устройстве применен корреляционный метод устранения неоднозначности пеленгации, который использует корреляционные свойства ФMн сигналов. .Акустооптический приемник работает следующим образом.

Принимаемые ФМн сигналы

U1(t) - Vc COS (2 7С fct + у> к(1) + у> 1), U2(t) = Vc СОЗ (2 тГ 1с1+ р к(1) + p 2), 0 «t «Tc, где Vc, fc, p1, p2, Tc — амплитуда, несущая частота, начальные фазы и длительность сигналов; р< (t) — манипулируемая составляющая фазы, отобра>кающая закон фаэовой манипуляции, причем p<(t)=const при К r

< (K+1) t> . и может изменяться скачком при .

1 = К ти т.е, на границах между элементар-.. ными посылками (К = 1,2,..., N-1); ти, N — длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Tc (Tc = N т л ); с выхода антенн 1 и 2 поступают на первый вход смесителей 6 и 7, на второй вход которых с выхода гетеродинов 4 и 5 подаются напряжения соответственно

Ur1(t) = 1/г1 СОЗ (2 Zt fctt+ фг1), Ur2(t) = Чг2 cos (2 7г fr2t+ р-2), где Ur1, Vr2, fr1, fr2 г1, >г2 амплитуды, частоть, начальные фазы напряжений гетеродинов 4 и 5.

Причем частоты fr1 и fr2.гетеродинов 4 и 5 выбраны следующим образом:

fr2 — fr1 = 2fnp °

На выходе смесителей 6 и 7 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 8 и 9 выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты:

Unpre (t) = Чпр1 COS (222fnpt + p< (С) + prlp1) Unp2(t) = Чпр2 :COS(2Xfnpt P<(i) Pnp2), 1838882 к1 — коэффициент передачи смесителей;

fnp * fc-fr1" fr2-fc — ПрОМЕжутОЧНая «аСтата

»/>np1 — p1 pr1 Pnp2»/>Z r/>r2, которые поступают на два входа перемножителя

10. На выходе последнего образуется гар1»лоническое колебание

Оз(1) = /з сов(4лГпр1+ Дr»r>r + Лr/>), 10

0 -t<Т,, 1

Гдв Va = — KZVnpi VnpZ

Гдв V4 = — К2 Vri VrZ, 2

35 которое выделяется узкополосным филbTром 13, частота настройки f»»2 которого выбиРаетсЯ Равной 2fnp (fnz = 2fnp).

НаПРЯжЕНИЯ Unpi(t) И Unpz(t) С Bb!ÌÎÄà

40 усилителей 8 и 9 промежуточной частоты поступг»от на два входа коррелятора 14, на выходе которого образуется напряжение U, пропорциональное корреляционной функции R(t). Это напря>кение поступает на вход порогового блока 15, где сравнивается с пороговым уровнем Vnpp. При этом пороговое напряжение Vnop в пороговом блоке

15 превышается только при максимальном выходнол напряжении коррелятора 14 (VMax > Vnop) ТаК КаК ОДИН И татжв СИГНаЛ принимается по двум каналам, то между канальны ли напРЯжениял!и Unpi(t) 14Unpz(t) сУ ществует сильная корреляционная связь, выходное напряжение коррелятора 14 достигает максимального значения VMax при котором lo = — уо, где yo — истинный пеленг.

Следовательно, пороговое напряжение Vnop в пороговом блоке 15 превышается только

V2- коэффициент передачи пере!лно>кителя;

Д р prrz pii

Др = р1 — »р2 — фаЗОвый Сдвиг, опредЕ20 ляющий направление на источник иэлуче »ия Ф М н сигналов, Это колебание выделяется узкополосным фильтрам 11, частота настройки fHi которого выбирается равной 2fnp(f»»1. = 2»пр), и »»осту- 2r пает на первый вход фазового детектора 17, НаПряжЕНИя Uri{t) И Urz(t) С ВЫХОДОВ ГЕтеродинав 4 и 5 подаются на два входа перемножителя 12, на выходе которого образуется гармоническое колебание 30

U4(t) = V4 cus (2 Я (frz — fri)t + hr) =V4x хсаз(4 л fnpt+ Ar/>r), при максимальном значении корреляцион-:-. ной функции В(го) и не превышается при значениях т, соответствующих боковым лепесткам корреляционной функции R(r) (V< Vnop). При превышении порогового уровНЯ Vnop (VMax > Vnop) В ПОРОГОВОЛ1 бЛОКЕ 15 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управллющий вход у»о »ей

16 и 19 и открывает их. 8 исходном состоянии ключи закрыты, При этом гар.лониче- ское колебание Ui(t) с выхода узкополосного фильтра 13 через открытый ключ 16 поступает на второй вход фазового детектора 17, на выходе которого образуется постоянное напряжение.

Ь»=Ч coshp

1 где V»» =- KgVgV.1;

Кз — коэффициент передачи фазового детектора.

Это »напряжение фиксируетс»1 блокам 18 регистрации. При этом пачь»шен»1е точности пеленгации источника излу »е»»ич ФМн сиг налов обеспечивается путем увелича! !!4»! измерительной базы d. А возни»:аю!цая при этом неоднозначность отсчета угл у устраняется корреляционной обрабш ксй KBHGJlb" ных напряжений, Ширина спектра Жс принимаемых ФМн сигналов определяется длительностькл !» элементарных посылок (Д fc -" 1/ т!»), тогда как ширина спектра Afr гарл»а»»и »еского колебания Ug(t) определяется его длительностью Tc(hf! = 1/Tc), т.е..ширина спеKTp:» hfr гармочического калеба!нгя в N раз меньше ширины спектра hfc входных ФМн сигналов (hfc/ Ж = И). Это дает воз ложность с помощью узкополосного фильтра 11 выделить гармоническое колебанле Ug(t), отфильтровав !1ри этом значительную часть шул ов и помех, т.е, повысить реальную чувствительность приемника при пеле!»гации источника

ФМн сигналов, Напряжение О!»pi(t) с выхода усилителя

8 праме:»суточной частоты через открытый ключ 19 од!»ав1>еменно поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки

Б рэгга 22, где преобразуется в акустическое колебание. Пучок света от лазера 20, сколлимированный коллиматорам 21, проходит через ячейку брэгга 22 и дифрагирует на акустическом колебании, возбужденном наПРЯжЕНИИ Unpi(t). ЯЧЕйКа БРЭГГа 22 СОСтОИт из эвукопровода и возбуждающей гиперэвук пьезоэлектрической пластины, выполненной из кристалла ниобата лития соответственно Х и У-35 среза. Это обес1838882 печивает автоматическую псгдстройку по углу Брэгга и работу ячейки в широком диапазоне частот.

На пути распространения дифрагируе лой части пучка света установлена линза, формирующая простра»»стае»»ныл спектр ириг»и»лае»лого ФМI» сип»ала, в фокальной плоскости которой размещена матрица 24 фотодетекторов, Каждому разрешающему элеме»»ту анализируемого частотного диапазо»»а соответствует своей фотодетектор.

Описанная выше работа приемника соответствует случаю приема ФМн сигналов по

/ основному ка»»алу на частоте 4 (фиг. 2).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому зеркальному каналу на частоте f31, то в смесителях 4 и 5 он преобразуется в напря>кения следу»ощихчастот;

111 = »г1 — 131 = fnp

112 = fr2 131 = 31пр, где первый индекс обозначает канал, по кото;>ему принимается ложный сигнал (помеха); второй индекс обозначает номер гетерод»1»»а, частота которого участвует в преобразованиии несущей частоты принимаемого ложного сигнала (помехи).

Однако только напряжение на частоте f11

»1о»»адает в полосу пропускания усилителя 8 промежуточной частоты, а затем подается на первый вход перемножителя 10 и коррелвтора 14, Выходное напря>кение коррелятора 14 равно нулю, так как на выходе усилителя 9 проме>куто»HQA частоты напряжение отсутствует. Ключи 16 и 19 не открываются и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте f31, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму зеркальному каналу на частоте 132, то в смесителях 6 и .7 он преобразуется в напряжения следующих частот;

122 = 132 fr2 = fnp

12л = »32 fr1 = 3fnp

Однако только напряжение с частотой

122 попздает в полосу пропускания усилителя 9 промежуточной частоты и на второй вход коррелятора 14. Выходное напряжение коррелятора 14 в этом случае также равно нулю, так как на выходе усилителя 8 промежуточной частоты напряжение отсутствует, Ключи 16 и 19 ие открываются и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму зеркальному каналу на частоте 132, подавляется.

По аналогичной причине подавля»отся и ложные сигналы (помехи), принимаемые по другим дополнительным каналам.

Если ложные сигналы (помехи) при»»и5 маются одновременно по первому и вгорому зеркальным каналам на частотах 131 и f3z, то в смесителях 4 и 5 они преобразуются в напряжения следующих частот;

f11 =1г1»31 = fnp

f12 frz f31 3 fnp 22. = »32 гг2 = »пр

121 = 132 fr1 = 3fnp

При этом напряжения с частотами f11 и

15 fzz попадают в полосу пропускания усилителей 8 и 9 промежуточной частоты и I»a два входа перемножителя 10 и коррелятора 14.

Однако ключи 16 и 19 не открываются. Это объясняется тем, что разные ложные сип»а20 лы (помехи) принимаются на разных зеркальных частотах .31 и f32, поэтому между канальными напря>кениями, выделяемыми усилителями 8 и 9 про»ле>куточ»»ой частоты, существует слабая корреляционная связь.

Кроме того, иследует отметить, что корреляционная функция помех не имеет ярко Bblраженного ммааккссииммууммаа, как это имеет глесто у сложных ФМн сигналов, Выходное напря>кение V коррелятора 14 не превышает по30 Рогового напРЯжениЯ Vnpp в поРоговом блоке 15 (V < Vnop). Последний не cpaGaTblвает, ключи 16 и 19 не открываются и ло>кные сигналы (поглехи), принимаемые одновременно по первому и второму зер35 кальным»:аналам»»а частотах 31 и 132, подавля»отся, По аналогичной причине годавля»отся и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновреме»»»»о и по другим дополнитель»»ым

40 (комбинационным) каналам.

Следовательно, за счет подавления ложных сип:алов (помех), принимаемых по дополнительным (зеркальным и комбинационным) каналам, обеспечивается повышение помехоустойчивости и разреша»ощей способности приемника, Таким образом, предлагаемый приемник, по сравнению с прототипом, обеспечивает повышение помехоустойчивости и. разрешающей способности. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), гринимаемых по дополнительным (зеркальным и комбинационным) каналам. Причем для подавления указанных ложных сигна55 лов (помех) используются два приемных канала. гетеродины которых разнесены по частоте на величину 2fnp(frz -frl = 2fnp), и корреляционная обработка канальных напряженн>1й.

1838882

Используя два приемных канала, в предлагаемом приемнике осуществляется точная и однозначная пеленгация источника излучения ФМн сигналов, При этом точ-ность пеленгации достигается за счет 5 увеличения измерительной базы d, А возникаемая при этом неоднозначность отсчета угла, определяющего направление на истОчник излучения, устраняется также корреляционной обработкой канальных 10 напряжений,- Причем максимум корреляционной функции R(zp ) соответствует зоне однозначности, т.е. области, где разность фаз

b,rp изменяется на величину, меньшую 2П, Кроме того, предлагаемый приемник 15 обеспечивает повышение реальной чувствительности при пеленгации источника излучения ФМн сигналов.. Это достигается перемножением канальных напря>кений, при котором происходит свергка спектра 20

ФМн сигналов. А измерение фазового сдвига А<р, определя ощего направление на источник излучения ФМн сигналов, осуществляется на удвоенной промежуточной частоте. Тем самым функциональные 25 возможности приемника расширены.

Формула изобретения

Акустооптический приемник, содержащий лазер, на пути распространения пучка света которого установлена ячейка Брзгга, 30 на пути распространения дифрагируемой части пучка света установлена линза, в фокальной плоскости которой размещена матрица фотодетекторов, а также последовательно включенные антенну, пре- 35 образователь частоты, состоящий из последовательно соединенных первого гетеродина и первого смесителя, и первый усилитель промежуточной частоты, выход которого соединен с пьезоэлектрическим . преобразователем ячейки Брэгга, о т л и ч ею шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем точной и однозначной пеленгации источника излучения фазоманипулированных сигналов и повышения помехоустойчивости и разрешающей способности путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным (зеркальным и комби- . национным) каналам, в него ввсдены вторая антенна, второй гетеродин, второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты, два перемножителя, два узкополосных фильтра, два ключа, коррелятор и пороговый блок, причем к выходу второй антенны последовательно подключены второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетвродина, второй усилитель проме>куточпой частоты, первый перемно>китель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя и ро лежуточной частоты, первый узкополосный фильтр, фазовый детектор и блок регистрации, к выходу первого гетеродина последовательно подключены второй перемно>китель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, второй узкополосный.фильтр и первый Knlo l, второй вход которого через последовательно включенные и пороговый блок соединен с выходами первого и второго усилителей промежуточной частоты, а выход подключен к второму входу фазового детектора, между выходом первого усилителя промсжуточной частоты и пьезоэлектрическим преобразо- - вателем ячейки Брэгга вкл1очен второй ключ, второй вход которого соединен с выходом порогового блока.

1838882

Фиг. 1.

Составитель В. Дикарев

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор М, Керецман

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2929 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Акустооптический приемник Акустооптический приемник Акустооптический приемник Акустооптический приемник Акустооптический приемник Акустооптический приемник 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для приема, пеленгации сложных сигналов и анализа их спектра

Изобретение относится к волоконно-оптическим системам связи, в частности к фотоприемным устройствам в цифровых волоконно-оптических системах передачи данных

Изобретение относится к передаче сигналов в оптическом диапазоне волн и позволяет повысить помехоустойчивость приема оптических сигналов с пассивной паузой за счет синтеза оптимальной структуры приемника , учитывающей различные статистические характеристики квантовых шумов при приеме 1 и О

Изобретение относится к технике приема оптических сигналов и может быть использовано в системах оптической связи, фоторегистрации Цель - повышение помехоустойчивости обнаружения оптических сигналов на фоне микроплазменных импульсных помех Устройство содержит лавинный фотодиод 1, широкополосный усилитель 2, элементы задержки 3 и 16, ключ 4, демодуля гор 5, управляемый источник напряжения G, пиковый детектор 7, фильтр 8, обнаружитель сигнала 9, дифференциатор 10, компараторы 11 и 12, формирователь 13 опорного напряжения, селекторы длительности 14 и 15, формирователь 17 строба и элемент И 18

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в оптических линиях связи для передачи информации

Изобретение относится к технике оптической связи и может использоваться в оптических системах передачи информации, функционирующих в условиях действия помех

Изобретение относится к передаче сигналов в оптическом диапазоне волн, более конкретно - к гетеродинным приемникам оптического излучения и может быть использовано в качестве оптического смесителя сигналов при гетеродинном детектировании

Изобретение относится к системам передачи информации, использующим электромагнитные волны, например оптического частотного спектра

Изобретение относится к области лазерной связи и может быть использовано в атмосферных лазерных линиях связи при приеме сообщения в условиях изменяющейся фоновой обстановки

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в качестве высокоточного измерителя частоты радиосигналов

Изобретение относится к области оптической связи и может быть использовано в атмосферных оптических линиях связи, установленных на мачтах или высотных зданиях

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в качестве высокоточного измерителя частотных параметров радиосигналов в широкополосных системах связи, радиолокации и радиоразведке

Изобретение относится к радиоэлектронике

Изобретение относится к полупроводниковым ИС для создания фоточувствительных цифровых и аналоговых устройств
Наверх