Акустооптический приемник
Использование: в радиотехнике для приема сложных сигналов и анализа их амплитудного спектра Сущность изобретения: акустооптический приемник содержит приемную антенну 1. преобразователь частоты 2, смесители 3, 5. гетеродин 4, фазовращатели на 90° 6, 9, усилители промежуточной частоты 7, 8, сумматор 10, перемножитель 11. узко полосные фильтры 12. 22, 23, амплитудные детекторы 13, 24. 25, ключ 14, лазер 15. коллиматор 16, ячейку Брэгга 17. линзу 18, матрицу фотодетекторов 19, калибровочный генератор 20, регулируемый фазовращатель 21. вычитэтель 26, фильтры нижних частот 27,29. фазовый детектор 28. 2 ил.
(19) RU (1Ц 2 (51) 5 Ц 04 В 10 06
Комитет Российской Федерации по патеитам и товарным 31IBKам ™ 3 6ЮМ .
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " "т .rggggyEIIN 4HOTЯц, К ПАТЕНТУ (21) 50023б2/09 (22) 14.08.91 (46) 15.10.93 Бюл. N9 37 — 38 (76) Дикарев Виктор Иванович; Койнаш Борис
Васильевич; Смоленцев Сергей Георгиевич; Шилим
Иван Тимофеевич (54) АКУСТООПТИЧЕСКИИ ПРИЕМНИК (57) Использование: в радиотехнике для приема сложных сигналов и анализа их амплитуд .юго спектра Сущность изобретения: акустооптический приемник содержит приемную антенну 1, преобразователь частоты 2, смесители Э, 5, гетеродин 4, фазовращатепи на 90" 6, 9, усилители промежуточной частоты 7, 8, сумматор 10, nepeëíoæèòåëü
11, узкополосные фильтры 12. 22, 23, амглитудные детектс Г ы 13, 24, 25, ключ 14, лазер 15. коллиматор
16, я ейку Брэгга 17. линзу 18, матрицу фотодетекторов 19, калибровочный генератор 20, регулируемый фазовращатель 21, вычитатепь 26, фильтры нижних частот 27, 29, фазовый детектор 28. 2 иа
ЬЭ
СР
CO
Ш
4 М
2001533
t5
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для приема сложных сигналов и анализа их амплитудного спектра.
Цель изобретения — повышение избирательности и помехоустойчивости путем устранения неидентичности приемных каналов.
На фиг.1 представлена структурная электрическая схема акустооптического приемника; на фиг.2 — частотная диаграмма, поясняющая процесс образования дополнительных(зеркального и комбинационных) каналов приема.
Акустооптический приемник содержит приемную антенну 1, преобразователь 2 частоты, первый смеситель 3, гетеродин 4, второй смеситель 5, первый фаэовращатель 6 на 90О, первый и второй усилители T и 8 промежуточной частоты, второй фазовращатель 9 на 90О, сумматор 10,.перемножитель 11, первый узкополосный фильтр 12, первый амплитудный детектор 13, ключ 14, лазер 15, коллиматор 16. ячейку Брэгга 17, линзу 18, матрицу 19 фотодетекторов, калибровочный генератор 20, регулируемый фазовращатель 21, второй и третий узкополосные фильтры 22 и 23, второй и третий амплитудные детекторы 24 и 25, вычитатель
26, первый фильтр 27 нижних частот, фазовый детектор 28 и второй фильтр 29 нижних частот.
Устройство работает следующим образом.
Для устранения неидентичности приемных каналов вводится комплексная (амплитудно-фазовая) система идентификации, которая использует гармонический калибровочный сигнал, получаемый от отдельного генератора, частота 4к которого отличается от промежуточной частоты fnp на некоторую величину (фиг.2). При малой величине hf калибровочный сигнал несет информацию о неидентичности приемных каналов на промежуточной частоте fnp в силу корреляции близких значений частотных характеристик.
Если на входы усилителя 7 промежуточной частоты и регулируемого фазовращателя 21 подать одинаковые по амплитуде и фазе калибровочные сигналы, то на выходе двух приемных каналов из-за разных комплексных коэффициентов передачи сигналы будут отличаться друг от друга. При этом разность амплитуд выходных калибровочных сигналов можно использовать для управления модулем коэффициента передачи одного из усилителей промежуточной частоты, а разность фаз — для управления фаэовым сдвигом в одном из приемных каналов, 30
Принимаемый сложный сигнал. например, с фазовой манипуляцией (ФМн)
Uc(t) - Чс соз(2л fct + фс (t) + pc ), 0 t T„, гд Vc, fc. Tc, рс — амплитуда, несущая частота, длительность и начальная фаза сигнала, р» (t) — манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фаэовой манипуляции, причем р,(1) - const при К т, < t
<(К+ 1) rn e может изменяться скачком при
t -К тп, т.е. на границах между элементарными посылками (К = 1, 2,...N-1), tH N— длительность и количество элементарных посылок, иэ которых составлен сигнал длительностью Tc(Tc - N %» ) с выхода приемной антенны 1 поступает на первые входы смесителей 3, 5 и.перемножителя 11. На вторые входы смесителей 3 и 5 с выходов гетеродина 4 и фаэовращателя 6 на 90 подаются напряжения:
U<1(t) - Ч соз(2кf 0 (1) = Чг соз(2к f На выходах смесителей 3 и 5 обраэуются напряжения комбинационных частот Усилителями 7 и 8 выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты: Unp1(t) = Чпр1 COS(2Kfnpt+ Pr, (t) + Pnp1), Unp2(t) = Чпр2 соз(2_#_ fnpt + (A(t) + Ър1 -90О),,1 ГДЕ Опр1 = 2 k1Vc Vr, 1 Unp2 2 k2Vc Vr k1 — коэффициент передачи смесителя 3 (первого канала приема), k2 — коэффициент передачи смесителя 5 (второго канала приема), fnp > тс — ft — промежуточная частота. Ър1 =У -P На вход усилителя 7 промежуточной частоты непосредственно и. на вход усилителя 8 промежуточной частоты через регулируемый фаэовращатель 21 с выхода калибровочного генератора 20 поступает гармонический калибровочный сигнал Uk(t) = Vk соз(2л;fkt+ p,), где Vk Ьк, Ж вЂ” амплитуда, частота и начальная фаза калибровочного сигнала. С выходов усилителя 7 промежуточной частоты и фазовращателя 9 на 90 калибровочные сигналы выделяются узкополосными фильтрами 22 и 23, частота настройки f»»1 которых равна частоте f (fH1 - 4), и после детектирования в амплитудных детекторах 24 и 25 поступают на вычитатель 26 системы амплитудной идентификации. При неравенстве модулей коэффициентов передачи 2001533 ГДЕ V/1 = 2Vnp1. Напряжение О 1 (t) с выхода сумматора 10 поступает на второй вход перемножителя 11, на выходе которого образуется напряжение: 55 приемных каналов (К1 K2) на частоте 4 на выходе вычитателя 26 появляется напряжение (положительное или отрицательное), которое через фильтр 27 нижних частот воздействует на второй вход усилителя 8 промежуточной частоты, изменяя его коэффициент К2 передачи таким образом, что напряжение на выходе вычитателя 26 стремится к нулю, При этом коэффициенты передачи приемных каналов оказываются практически одинаковыми на частоте 4 калибровочного сигнала (K1 = К2 = К).. С выходов узкополосных фильтров 22 и 23 калибровочные сигналы поступают на систему фазовой идентификации, состоящую из фазового детектора 28. фильтра 29 нижних частот и регулируемого фазовращателя 21, При наличии фазовой неидентичности приемных каналов на выходе фазового детектора 28 появляется напряжение(положи- 20 тельное или отрицательное), которое через фильтр 29 нижних частот воздействует на второй вход регулируемого фазовращателя 21, изменяя. фазовый сдвиг так, что выходное напряжение фазового детектора 28 стремится к нулю. Так достигается фазовая идентификация приемных каналов. Наличие сильной корреляции между модулями коэффициентов передачи и между их аргументами на частотах fnp и f< позволяет ут- 30 верждать практическое равенство модулей коэффициентов передачи и равенство их аргументов на промежуточной частоте. Следовательно, на выходах усилителей 7 и 8 промежуточной частоты образуются напряжения: Опрз(1) = Vnp COS(27l гпр1+ p< (t) +p пр1), Unp4(t) = Чпр СОЗ(2Л fnpt + pk(t) + p пр1 -90 ), 0 < t< Тс, 40 где Чпр = Чпр1 = Чпр2 = — кЧс Чг(к = к1 = к2) Напряжение Unp4(t) с выхода усилителя 8 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 9 на 90, на выходе которого образуется напряжение: Unp5(t) = Vnp СО$(2 K fnpt +p< (1) +г Ър1 -90 + 90 ) = Чп р соз(2л fnpt + p((t) + дЪр1), 0 <1< Т, НапРЯжениЯ Unpre(t) и Опрг(1) постУпают на два входа сумматора 10, на выходе которого образуется суммарное напряжение: 0 1 (t) = 0 1 СОЗ(2Л fnpt + р,(t) + р,р1 0<т< Т, U1(t) = V1 сов(21г frt+ p) + V1 соэ(2л(21с — fã,)t+2@ñ(t)+2фс — Pl. 0 K2 — коэффициент передачи перемножителя. Частота настройки f>2 узкополосного фильтра 12 выбирается равной частоте гетеродина 4 (fn2 = fr). Поэтому в полосу пропускания узкополосного фильтра 12 попадает гармоническое напряжение; U2(t) = V1. соз(2лfrt+p.), О< t< Тс, которое детектируется амплитудным детектором 13 и поступает на управляющий вход ключа 14, открывая его. В исходном состоянии ключ 14 закрыт. При этом напряжение U g,(t) с выхода сумматора 10 через открытый ключ 14 поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки БРЭГГА 17, где происходит его преобразование в акустическое колебание. Ячейка Брэгга состоит из звукопровода и возбуждающей гиперзвук пьезоэлектрической пластины, выполненной иэ кристалла ниобата лития соответственно Х и У-35 среза. Это обеспечивает автоматическую подстройку по углу Брэгга и работу ячейки в широком диапазоне частот. Пучок света лазера 15, сколлимированный коллиматором 16, проходит через ячейку Брэгга и дифрагирует на акустических колебаниях, возбужденных суммарным напряжением U g1(t). При этом следует отметить, что дифрагирует только примерно десятая часть пучка света источника излучения. На пути распространения дифрагируемой части пучка света устанавливается линза 18, в фокальной плоскпсти которой размещается матрица 19 фотодетекторов. Следовательно, в фокальной плоскости линзы 18 формируется пространственный спектр принимаемого сигнала. Причем каждому разрешаемому элементу анализируемого частотного диапазона соответствует свой фотодетектор. Если ложный сигнал (помеха) Оз(1) = Чз со$(2л тз1+ (Щ), О< 1< Тз, где Чз, 1з, Тз, рз — амплитуда, частота. длительность и начальная фаза напряжения помехи. принимаемая по зеркальному каналу на частоте fg, то усилителями 7 и 8 промежуточной частоты напряжения: Unp6(t) = Чпрз соэ(2л fnpt + plp3). Unp7(t) =Vnp3 COS(2% fnp1 + p3 + 90 ), 0 1 гдеЧ р= — кЧз V, fnp = г — з — промежуточная частота, рп р — фг указ 2001533 НаПРЯжЕНИЕ Unp7(t) ВЫХОДа УСИЛИТЕЛЯ 8 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 9 на 90О, на выходе которого образуется напряжение; Unp3(t) = Чпрз cos(2 fnpt + +p3 + 90 + +90 ) = Чпрз COS(2 fnpt + +p3), 0< t< Т, НапРЯжениЯ Опрб(1) и Unp8(t), постУпающие на два входа сумматора 10 на его его выходе компенсируются. Следовательно. ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте f3 подавляется. Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому комбинационному каналу на частоте 41. О,1(1) =V,1 сов(2лf,1t+ P,1), 0 < t < Тк1, то усилителями 7 и 8 промежуточной частоты выделяются напряжения: Unp6(t) = Чпрз Cos(227 fnpt + фпрз) Опр7(1) = Чпрз со 8(2_#_ fnpt + у прз + 90 ), 0< t ГдЕ Vnp = — КЧ3 Vr, 2 = f, — f, — промежуточная частота Р =Р Рз напРЯжение Unp7(t) выхода УсилителЯ 8 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 9 на 90, на выходе которого образуется напряжение Unp8(t) = Чпрз COS(2 7lfnpt + Ppp3 + 90 + <90 ) - Чпр сов(27г fnpt+ српрз), О< t < Т Напряжения Unp8(t) и Опав(1), поступающие на два входа сумматора 10, на его вы- ходе компенсируются и ложный сигнал (помеха)= принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте f3, подавляется. Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму комбинационному каналу На ЧаСтстЕ fê1. U,1(t)= V<1 cos(2>f„1t+ УЪ1),0< 1< Т 1, то усилителями 7 и 8 промежуточной частоты выделяются в следующие напряжения: Unpg(t) = Чпр4 COS(2 Л fnpt + Ppp4), Опр10(1) =Vnp4 Сов(21т fnpt + Ppp4 + 90 ), О< 1< Т,1. 1 где О р4 =- — к Чк1 Ч,, 2 fnp = 2fr — 4к1 — промежуточная частота.уЪР4 = p — iрк1 НаПРЯжЕНИЕ Unp1O(t) С ВЫХОДа УСИЛИТЕЛЯ 8 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 9 на 90О, на выходе которого образуется напряжение: 5 Unp11(t) = Vnp4 Cos(2% t+ у7ПЛ1+ 90 + 90О) Vnp4 СОЗ(2_#_ fnpt + ppp4), 0 < t< Тк1. НапРЯжение Опрв(т) и Unp1(t), постУпающее на два входа сумматора 10, на его выходе компенсируются и ложный сигнал 10 (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте 41. подавляется. Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму комбинационному каналу 15 на частоте 42 Ок2(1) = Чк2 COS(2 K fm2t + к2) О< t <Т.г. то усилителями и промежуточной частоты выделяются в следующие напряжения: Unp12(t) = Vnp5 COS(2 Xfnpt+ P пр5), Опр13(т) = Чпр5 cos(2 лтпрт+ Р пр5 90 ) 0 т 25 гдЕ Опр5 = — кЧ„2 Vr, fnp = fê2 — 2fr — промежуточная частота,Pnp5 = у" к2 — r1Pr, НаПРЯжЕНИЕ Unp13(t) С ВЫХОДа УСИЛИТЕЛЯ 8 промежуточной частоты поступает на вход 30 фаэовращателя 9 на 90О, на выходе которого образуется напряжение Unp14(t) = Vnp5 COS(2Rfnpt + P пр5 — 90 + +90 ) = Чпр5 Cos(2% fnpt + у"- пр5), 0< t 35. НаПряжЕНИя Unp12(t) И Unp14(t) ПОСтуПают на два входа сумматора 10, на выходе которого образуется суммарное напряжение U Q (t) VQ COS(2Kfnpt+ CPnp5), 0 Это напряжение поступает на второй вход перемножителя 11, на выходе которого 45 образуется напряжение: U3(t)=Ч3 соз(4к frt+Р)+V cos(2л (2f 50 которое не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 12. Ключ 14 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте 42, подавляется. 55 Таким образом, предлагаемый приемник по сравнению с прототипом позволяет повысить избирательность и помехоустойчивость путем полного подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу, Причем полное подавление 2001533 (5б) Авторское свидетельство СССР 5 N. 1758833, кл. Н 04 В 9/00, 1991. иг. Составитель Т.Ерохина Редактор Н.Сильнягина Техред М.Моргентал Корректор С.Юско Тираж Подписное НПО"Поиск" Роспатанта 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Заказ 3133 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу, достигается за счет идентификации приемных каналов, которая обеспеФормула изобретения АКУСтООПтИЧЕСКИИ ПРИЕМНИК, СОДЕРжаЩий лазер, на пути распространения пучка света которого коллиматор и ячейка Брегга, на пути распространения дифрагированного пучка света которой установлена линза, в фокальной плоскости которой размещена матрица фотодетекторов, а выше последовательно соединенные приемную антенну, первый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, первый усилитель промежуточной частоты, сумматор,- перемножитель, второй вход которого соединен с выходом антенны, узкополосный фильтр, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к пьезоэлектрическому преобразователю ячейки Брэгга, а также последовательно подключен к выходу приемной антенны второй смеситель, второй вход которого соединен через первый фазовращатель на +90 с вторым выходом гетеродина, второй усилитель промежуточной частоты и второй фазовращатель на +90, выход которого соединен с вторым входом сумматора, отличающийся тем, что в него введены калибровочный генератор, регуличивается с помощьюкомплексной(амплитуднофазовой) системы идентификации. ю руемый фазовращатель, второй и третии узкополосные фильтры, второй и третий 1р амплитудные детекторы, вычитатель, фазовый детектор, первый и второй фильтры нижних частот, причем к выходу первого усилителя промежуточной частоты последовательно подключены второй уэкополос15 ный фильтр, второй амплитудный детектор, вычитатель, второй вход которого через последовательно включенные третий узкополосный фильтр и третий амплитудный детектор соединен с выхо20 дом второго фазовращателя на 90, и первый фильтр нижних частот, выход которого соединен с вторым входом усилителя промежуточной частоты, к выходу второго узкополосного фильтра последовательно 25 подключены фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом третьего узкополосного фильтра, второй фильтр нижних частот и регулируемый фазовраща30 тель, включенный между выходом второго смесителя и входом второго усилителя промежуточной частоты, выход калибровочного генератора подключен к входам первого усилителя промежуточной частоты 35 и регулируемого фазовращателя.
