Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow АКУСТООПТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССОРЫ. АЛГОРИТМЫ И ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ
Посмотреть оригинал

АО-ПРОЦЕССОРЫ. СХЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

Акустооптический преобразователь Фурье

Ядром акустооптического процессора - измерителя параметров сигналов - является акустооптический преобразователь Фурье (АОПФ), осуществляющий Фурье-преобразование радиосигнала, поступающего на его вход, в выходное пространственно-временное распределение интенсивности светового сигнала (РИСС). РИСС на выходе АОПФ соответствует мгновенному спектру мощности либо всего входного радиосигнала, либо его фрагмента длительностью То.

Рассмотрим подробнее устройство и принцип действия АОПФ (рис. 1.1). Этот преобразователь включает в себя:

  • - монохроматический источник света 1 (лазер);
  • - коллиматор 2, формирующий лазерный пучок нужной апертуры; -акустооптический дефлектор (АОД) света 3 [1,2]. АОД представляет собой оптически прозрачный (в форме параллелепипеда) кристалл. Этот кристалл является хорошим светозвукопроводом, т.е. проводником и световых, и акустических колебаний;
  • - интегрирующая линза (или Фурье-объектив) 4;
  • - фотоприсмное устройство (ФПУ) 5, регистрирующее световой сигнал и преобразующее его в электрический. Фотоприемник расположен в фокальной плоскости Фурье-объектива.

Рис. 1.1

Радиосигнал U(t), поступающий на ВЧ-вход АОД, преобразуется на его торцевой грани в акустические колебания, распространяющиеся по светозвукопроводу. Эти колебания, являющиеся пространственно- временным акустическим аналогом анализируемого радиосигнала, изменяют оптические свойства кристалла (показатель преломления) по закону U(t). Промодулированная таким образом оптическая среда кристалла с изменяющимся показателем преломления является для проходящего монохроматического света дифракционной решеткой.

При облучении боковой грани кристалла АОД сколлимированным лазерным пучком проходящая через решётку световая волна будет подвергаться дифракции на акустическом аналоге сигнала.

Модулированный по фазе световой сигнал на выходной грани АОД будет связан с распределением светового сигнала в спектральной плоскости интегрирующей линзы (при малых индексах фазовой модуляции) прямым преобразованием Фурье:

Это распределение (в котором V - пространственная частота), представляющее собой РИСС и формирующееся в реальном времени, описывает мгновенный спектр [3] сигнала U(t) на скользящем, прямоугольном по форме временном интервале, длительностью Т0. Эта длительность, называемая апертурным временем, связана с пространственной протяженностью Z акустического аналога сигнала в кристалле АОД зависимостью:

где V - скорость распространения акустических колебаний в светозву- копроводе.

Отмстим, что уникальная возможность формирования с помощью АОПФ мгновенного спектра в форме (1.1) объясняется различием скоростей распространения световых и акустических колебаний в кристалле АОД. Поскольку они разнятся примерно на 5 порядков, то в каждый момент времени t информация о сигнале (в виде дифракционной решетки в кристалле АОД, отображающей фрагмент сигнала длительностью То) практически неподвижна для проходящего через кристалл света.

Изменяя апертурное время То, можно активно влиять на форму РИСС на фотоприемнике. Это ценное качество АОПФ полезно при работе с простыми и частотно-модулированными (ЧМ) сигналами. Так, например, выбирая время Т0 из условия [4J

где Ymax - максимальная ожидаемая скорость перестройки частоты анализируемого ЧМ-сигнала, получим РИСС (1.1), форма которого практически не будет зависеть от скорости перестройки частоты ЧМ- сигнала у и от девиации частоты в апертуре. При облучении АОД плоской световой волной эта форма практически будет совпадать с формой распределения {sin(7ix)/nx}‘, т.с. распределения, соответствующего спектральной функции немодулированного прямоугольного радиоимпульса. В связи с этим условие (1.3) называют условием квазигармоничности. Распределение {яш(лх)/лх}“ имеет, как известно, один глобальный максимум, уровень которого соответствует уровню фрагмента сигнала, находящегося в данный момент времени t в апертуре. При этом пространственное положение глобального максимума на фотоприёмнике будет соответствовать средней частоте f, спектра f(t):

Здесь f(t) - закон изменения частоты радиосигнала. Кроме того, форма РИСС в плоскости фотоприёмника будет симметрична относительно точки f,, соответствующей средней частоте.

Из сказанного следует, что задача измерения средней частоты сводится либо к определению положения на фотоприёмнике абсциссы глобального максимума РИСС, либо к определению точки пересечения с фотоприёмником оси симметрии РИСС. Отметим, что последовательность (совокупность) измеренных с дискретностью во времени Т0 средних частот можно рассматривать как дискретную аппроксимацию закона изменения частоты.

Поскольку РИСС (1.1) формируется световым пучком на всем фотоприёмнике одновременно, то АОПФ, по способу записи информации на фотоприёмник, следует отнести к устройствам параллельного типа. По способу считывания информации с фотоприемника возможны два технических решения. Одно из них (в нём считывание информации осуществляется одновременно со всех фотодиодов фотоприёмника) входит в состав АОИПС параллельного типа, а другое (в котором информация с фотодиодов считывается поочерёдно, поэлементно) составляет АОИПС последовательного типа. Рассмотрим эти технические решения и сопоставим их между собой.

 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы