АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК
ACOUSTO-OPTICAL RECEIVER

Предлагаемый приемник относится к радиоэлектронике и может использоваться для приема, пеленгации, спектрального анализа и синхронного детектирования сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМн).
Известны акустооптические приемники (авт. свид. СССР №1718695, 1785410, 1799226, 1799227; патент СССР №1838882; патенты РФ №2001533, 2007046, 2234808, 2291575, 2325761; «Зарубежная радиоэлектроника», 1987, №5, с.51 и другие).
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Акустооптический приемник» (патент РФ №2325761, H04B 10/06, 2006), который и выбран в качестве прототипа.
Известный приемник обеспечивает прием, пеленгацию, спектральный анализ, синхронное детектирование и определение основных параметров сложных ФМн-сигналов. При этом он позволяет подавлять узкополосные помехи, повышая помехоустойчивость приема сложных ФМн-сигналов, и дополнительные каналы приема.
Однако в ряде случаев, например, с точки зрения расширения диапазона рабочих частот без расширения диапазона частотной перестройки гетеродинов целесообразно не подавлять, а использовать дополнительные каналы приема.
Технической задачей изобретения является расширение диапазона рабочих частот без расширения диапазона частотной перестройки гетеродинов путем использования зеркальных каналов приема.
Поставленная задача решается тем, что акустооптический приемник, содержащий, в соответствии с ближайшим аналогом, лазер, на пути распространения пучка света которого последовательно установлены коллиматор, первая, вторая и третья ячейки Брэгга, при этом на пути распространения дифрагируемой первой ячейкой Брэгга части пучка света установлена первая линза, в фокальной плоскости которой размещена первая матрица фотодетекторов, вторая и третья ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную одна к другой с одинаковыми направлениями распространения в них акустических волн, смещены друг относительно друга на величину
э
Δx=V·τ,
где V - скорость распространения акустических волн;
э
τ - длительность элементарных посылок,
на пути распространения дифрагируемой второй и третьей ячейками Брэгга части пучка света установлена вторая линза, в фокальной плоскости которой размещена вторая матрица фотодетекторов, а также последовательно включенные первую антенну, преобразователь частоты, состоящий из последовательно соединенных первого гетеродина и первого смесителя, первый усилитель промежуточной частоты, коррелятор, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя промежуточной частоты, пороговый блок и первый ключ, последовательно включенные вторую антенну, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, второй усилитель промежуточной частоты, первый перемножитель, первый узкополосный фильтр, первый фазовый детектор и первый блок регистрации, последовательно подключенные к выходу первого гетеродина второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и второй узкополосный фильтр, последовательно подключенные к выходу первого усилителя промежуточной частоты второй ключ, второй вход которого соединен с выходом порогового блока, и пьезоэлектрические преобразователи первой, второй и третьей ячеек Брэгга, последовательно подключенные к выходу второго ключа третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, третий узкополосный фильтр, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго ключа, первый фильтр нижних частот, первое вычитающее устройство, второй вход которого соединен с выходом второго фильтра нижних частот, и второй блок регистрации, последовательно подключенные к выходу второго ключа пятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго фазоинвертора, четвертый узкополосный фильтр, первый фазоинвертор, шестой перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго ключа, и второй фильтр нижних частот, выход которого соединен с выходом второго фазоинвертора, отличается от ближайшего аналога тем, что он снабжен третьим усилителем промежуточной частоты, двумя усилителями утроенной промежуточной частоты, тремя амплитудными детекторами, третьим, четвертым и пятым ключами, седьмым, восьмым, девятым, десятым, одиннадцатым, двенадцатым, тринадцатым, четырнадцатым, пятнадцатым и шестнадцатым перемножителями, пятым, шестым, седьмым, восьмым, девятым и десятым узкополосными фильтрами, вторым и третьим фазовыми детекторами, третьим, четвертым, пятым и шестым блоками регистрации, шестью фазоинверторами, четвертой, пятой, шестой, седьмой, восьмой и девятой ячейками Брэгга, третьей, четвертой, пятой и шестой линзами, третьей, четвертой, пятой и шестой матрицами фотодетекторов, причем второй вход первого перемножителя соединен с выходом первого ключа, второй вход первого фазового детектора соединен с выходом второго узкополосного фильтра, к выходу второго усилителя промежуточной частоты последовательно подключены первый амплитудный детектор и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, а выход подключен ко второму входу первого ключа, к выходу первого смесителя последовательно подключены третий усилитель промежуточной частоты, четвертый ключ, седьмой перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя утроенной промежуточной частоты, пятый узкополосный фильтр, второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, и третий блок регистрации, к выходу первого смесителя последовательно подключены первый усилитель утроенной промежуточной частоты, второй амплитудный детектор, пятый ключ, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя промежуточной частоты, восьмой перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя утроенной промежуточной частоты, шестой узкополосный фильтр, третий фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, и четвертый блок регистрации, к выходу четвертого ключа последовательно подключены девятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего фильтра нижних частот, седьмой узкополосный фильтр, десятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом четвертого ключа, третий фильтр нижних частот, второе вычитающее устройство, второй вход которого соединен с выходом четвертого фильтра нижних частот, и пятый блок регистрации, к выходу четвертого ключа последовательно подключены двенадцатый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего фазоинвертора, четвертый фильтр нижних частот, четвертый фазоинвертор, одиннадцатый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом четвертого ключа, и восьмой узкополосный фильтр, выход которого соединен со входом третьего фазоинвертора, к выходу пятого ключа последовательно подключены тринадцатый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом пятого фильтра нижних частот, девятый узкополосный фильтр, четырнадцатый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом пятого ключа, пятый фильтр нижних частот, третье вычитающее устройство, второй вход которого соединен с выходом шестого фильтра нижних частот, и шестой блок регистрации, к выходу пятого ключа последовательно подключены пятнадцатый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом шестого фазоинвертора, десятый узкополосный фильтр, пятый фазоинвертор, шестнадцатый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом пятого ключа, и шестой фильтр нижних частот, выход которого соединен со входом шестого фазоинвертора, на пути распространения пучка света лазера последовательно установлены четвертая, пятая, шестая, седьмая, восьмая и девятая ячейки Брэгга, при этом на пути распространения дифрагируемой четвертой ячейкой Брэгга части пучка света установлена третья линза, в фокальной плоскости которой размещена третья матрица фотодетекторов, пятая и шестая ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную одна к другой с одинаковыми направлениями распространения в них акустических волн, смещены относительно друг друга на величину Δх, на пути распространения дифрагируемой пятой и шестой ячейками Брэгга части пучка света установлена четвертая линза, в фокальной плоскости которой размещена четвертая матрица фотодетекторов, на пути распространения дифрагируемой седьмой ячейкой Брэгга части пучка света установлена пятая линза, в фокальной плоскости которой размещена пятая матрица фотодетекторов, восьмая и девятая ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную одна к другой с одинаковыми направлениями распространения в них акустических волн, смещены относительно друг друга на величину Δх, на пути распространения дифрагируемой восьмой и девятой ячейками Брэгга части пучка света установлена шестая линза, в фокальной плоскости которой размещена шестая матрица фотодетекторов, пьезоэлектрические преобразователи четвертой, пятой и шестой ячеек Брэгга соединены с выходом четвертого ключа, пьезоэлектрические преобразователи седьмой, восьмой и девятой ячеек Брэгга соединены с выходом пятого ключа.
Структурная схема предлагаемого приемника представлена на фиг.1. Частотная диаграмма, поясняющая принцип образования и использования зеркальных каналов приема, изображена на фиг.2.
Акустооптический приемник содержит последовательно включенные первую антенну 1, первый смеситель 6, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 4, первый усилитель 8 промежуточной частоты, коррелятор 14, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 9 промежуточной частоты, пороговый блок 15, первый ключ 16, первый перемножитель 10, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 9 промежуточной частоты, первый узкополосный фильтр 11, первый фазовый детектор 17 и первый блок 18 регистрации, последовательно включенные вторую антенну 2, второй смеситель 7, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 5, второй усилитель 9 промежуточной частоты, первый амплитудный детектор 44 и третий ключ 45, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 8 промежуточной частоты, а выход подключен ко второму входу первого ключа 16. К выходу первого гетеродина 4 последовательно подключены второй перемножитель 12, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 5, и второй узкополосный фильтр 13, выход которого соединен со вторым входом первого фазового детектора 17. К выходу первого смесителя 6 последовательно подключены третий усилитель 42 промежуточной частоты, четвертый ключ 47, седьмой перемножитель 50, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 43 промежуточной частоты, пятый узкополосный фильтр 51, второй фазовый детектор 52, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра 13, и третий блок 53 регистрации. К выходу первого смесителя 6 последовательно подключены первый усилитель 41 утроенной промежуточной частоты, второй амплитудный детектор 46, пятый ключ 49, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 9 промежуточной частоты, восьмой перемножитель 54, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 41 утроенной промежуточной частоты, шестой узкополосный фильтр 55, третий фазовый детектор 56, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра 13, и четвертый блок 57 регистрации. К выходу второго смесителя 7 последовательно подключены второй усилитель 43 утроенной промежуточной частоты и третий амплитудный детектор 48, выход которого соединен со вторым входом четвертого ключа 47. К выходу первого усилителя 8 промежуточной частоты последовательно подключены второй ключ 19, второй вход которого соединен с выходом порогового блока 15, третий перемножитель 25, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра 28 нижних частот, третий узкополосный фильтр 27, четвертый перемножитель 26, второй вход которого соединен с выходом второго ключа 19, первый фильтр 28 нижних частот, первое вычитательное устройство 40, второй вход которого соединен с выходом второго фильтра 37 нижних частот, и второй блок 29 регистрации. К выходу второго ключа 19 последовательно подключены пятый перемножитель 34, второй вход которого соединен с выходом второго фазоинвертора 39, четвертый узкополосный фильтр 36, первый фазоинвертор 38, шестой перемножитель 35, второй вход которого соединен с выходом второго ключа 19, и второй фильтр 37 нижних частот, выход которого соединен с входом второго фазоинвертора 39. К выходу четвертого ключа 47 последовательно подключены девятый перемножитель 58, второй вход которого соединен с выходом третьего фильтра 61 нижних частот, седьмой узкополосный фильтр 60, десятый перемножитель 59, второй вход которого соединен с выходом четвертого ключа 47, третий фильтр 61 нижних частот, второе вычитательное устройство 62, второй вход которого соединен с выходом четвертого фильтра 67 нижних частот, и пятый блок 63 регистрации. К выходу четвертого ключа 47 последовательно подключены одиннадцатый перемножитель 64, второй вход которого соединен с выходом четвертого фазоинвертора 69, восьмой узкополосный фильтр 66, третий фазоинвертор 68, двенадцатый перемножитель 65, второй вход которого соединен с выходом четвертого ключа 47, и четвертый фильтр 67 нижних частот, выход которого соединен со входом четвертого фазоинвертора 69. К выходу пятого ключа 49 последовтельно подключены тринадцатый перемножитель 70, второй вход которого соединен с выходом пятого фильтра 73 нижних частот, девятый узкополосный фильтр 72, четырнадцатый перемножитель 71, второй вход которого соединен с выходом пятого ключа 49, пятый фильтр 73 нижних частот, третье вычитательное устройство 74, второй вход которого соединен с выходом шестого фильтра 79 нижних частот, и шестой блок 75 регистрации. К выходу пятого ключа 49 последовательно подключены пятнадцатый перемножитель 76, второй вход которого соединен с выходом шестого фазоинвертора 81, десятый узкополосный фильтр 78, пятый фазоинвертор 80, шестнадцатый перемножитель 77, второй вход которого соединен с выходом пятого ключа 49, и шестой фильтр 79 нижних частот, выход которого соединен со входом шестого фазоинвертора 81.
На пути распространения пучка света лазера 20 последовательно установлены коллиматор 21, ячейки Брэгга 22, 30, 31, 82, 85, 86, 89, 92 и 93. На пути распространения дифрагируемой первой ячейкой Брэгга 22 части пучка света установлена первая линза 23, в фокальной плоскости которой размещена первая матрица 24 фотодетекторов. Вторая 30 и третья 31 ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную одна к другой с одинаковыми направлениями распространения в них акустических волн, смещены относительно друг друга на величину
э
Δx=V·τ,
где V - скорость распространения акустических волн;
э
τ - длительность элементарных посылок.
На пути распространения дифрагируемой второй 30 и третьей 31 ячейками Брэгга части пучка света установлена вторая линза 32, в фокальной плоскости которой размещена вторая матрица 33 фотодетекторов. На пути распространения дифрагируемой четвертой ячейкой 82 Брэгга части пучка света установлена третья линза 83, в фокальной плоскости которой размещена третья матрица 84 фотодетекторов. Пятая 85 и шестая 86 ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную одна к другой с одинаковыми направлениями распространения в них акустических волн, смещены относительно друг друга на величину Δx. На пути распространения дифрагируемой пятой 85 и шестой 86 ячейками Брэгга части пучка света установлена четвертая линза 87, в фокальной плоскости которой размещена четвертая матрица 88 фотодетекторов. На пути распространения дифрагируемой седьмой ячейкой 89 Брэгга части пучка света установлена пятая линза 90, в фокальной плоскости которой размещена пятая матрица 91 фотодетекторов. Восьмая 92 и девятая 93 ячейки Брэгга расположены на оптической оси устройства вплотную одна к другой с одинаковыми направлениями распространения в них акустических волн, смещены относительно друг друга на величину Δx. На пути распространения дифрагируемой восьмой 92 и девятой 93 ячейками Брэгга части пучка света установлена шестая линза 94, в фокальной плоскости которой размещена шестая матрица 95 фотодетекторов. Пьезоэлектрические преобразователи первой 22, второй 30 и третьей 31 ячеек Брэгга подключены к выходу второго ключа 19. Пьезоэлектрические преобразователи четвертой 82, пятой 85 и шестой 86 ячеек Брэгга подключены к выходу четвертого ключа 47. Пьезоэлектрические преобразователи седьмой 89, восьмой 92 и девятой 93 ячеек Брэгга подключены к выходу пятого ключа 49.
Акустооптический приемник работает следующим образом.
Принимаемые сигналы, например, с фазовой манипуляцией (ФМн):
c1
c
c
к
с1
u(t)=U·cos[wt+φ(t)+φ],
c2
c
c
к
c2
c
u(t)=U·cos[wt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
c
c
c1
c2
c
где U, w, φ, φ, T - амплитуда, несущая частота, начальные фазы и длительность сигналов;
к
к
э
э
э
φ(t)={0; π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φ(t)=const при Kτ<t<(K+1)τ может изменяться скачком при t=Kτ, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2, …, N-1);
э
c
с
э
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T(Т=N·τ).
с выхода антенн 1 и 2 поступают на первые входы смесителей 6 и 7, на вторые входы которых с выходов гетеродинов 4 и 5 подаются напряжения соответственно:
г1
г1
г1
г1
u(t)=U·cos(wt+φ),
г2
г2
г2
г2
u(t)=U·cos(wt+φ),
г1
г2
г1
г2
г1
г2
где U, U, w, w, φ, φ - амплитуды, частоты и начальные фазы напряжений гетеродинов 4 и 5.
г1
г2
Причем частоты w и w гетеродинов 4 и 5 разнесены на удвоенную промежуточную частоту:
г2
г1
up
w-w,=2w
и выбраны симметричными относительно несущей частоты основного канала приема:
c
г1
г2
c
up
w-w=w-w=w.
з1
з2
пр
пр
c
Это обстоятельство приводит к образованию первого w и второго w зеркальных каналов приема. Причем коэффициент преобразования К сигналов, принимаемых по зеркальным каналам, такой же как и коэффициент преобразования К сигналов, принимаемых по основному каналу на частоте w (фиг.2).
На выходах смесителей 6 и 7 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 8, 42 и 9 выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты:
up1
пр1
up
к
uр1
u(t)=U·cos[wt+φ(t)+φ],
up2
пр2
up
к
up2
c
u(t)=U·cos[wt-φ(t)+φ], 0≤t≤T,
где ;
up
c
г1
г2
c
w=w-w=w-w - промежуточная (разностная) частота;
up1
c
г1
up2
г2
с
φ=φ-φ; φ=φ-φ,
которые поступают на два входа коррелятора 14, на выходе которого образуется напряжение U, пропорциональное корреляционной функции R(τ).
пор
пор
max
пор
up1
up2
max
пор
пор
Это напряжение поступает на вход порогового блока 15, где сравнивается с пороговым уровнем U. При этом пороговое напряжение U в пороговом блоке 15 превышается только при максимальном выходном напряжении коррелятора 14 (U>U). Так как один и тот же сигнал принимается по двум каналам, то между канальными напряжениями u(t) и u(t) существует сильная корреляционная связь, выходное напряжение коррелятора 14 достигает максимального значения и превышает пороговое напряжение в пороговом блоке 15 (U>U). При превышении порогового уровня U в пороговом блоке 15 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющие входы ключей 16, 19 и открывает их. В исходном состоянии ключи 16, 19, 45, 47, 49 всегда закрыты.
up2
up1
up2
Напряжение u(t) с выхода второго усилителя 9 промежуточной частоты поступает на вход амплитудного детектора 44, продетектированное напряжение которого подается на управляющий вход третьего ключа 45, открывая его. Напряжение u(t) с выхода первого усилителя 8 промежуточной частоты через открытые ключи 45 и 16 поступает на вход первого перемножителя 10, на второй вход которого подается напряжение u(t) с выхода второго усилителя 9 промежуточной частоты. На выходе перемножителя 10 образуется гармоническое колебание:
3
3
up
г
c
u(t)=U·cos(2wt+Δφ+Δφ), 0≤t≤T,
где ;
г
г2
г1
Δφ=φ-φ;
2
1
Δφ=φ-φ - фазовый сдвиг, определяющий направление (азимут) на источник излучения ФМн-сигналов.
н1
up
н1
up
Это колебание выделяется узкополосным фильтром 11, частота настройки w которого выбирается равной удвоенной промежуточной частоте 2w(w=2w), и поступает на первый вход фазового детектора 17.
г1
г2
Напряжения u(t) и u(t) с выходов гетеродинов 4 и 5 поступают на два входа второго перемножителя 12, на выходе которого образуется гармоническое колебание:
4
4
up
г
c
u(t)=U·cos(2wt+Δφ), 0≤t≤T,
где ;
up
г2
г1
2w=w-w;
г
г2
г1
Δφ=φ-φ;
н2
up
н2
up
которое выделяется узкополосным фильтром 13, частота настройки 2w которого выбирается равной удвоенной промежуточной частоте 2w(w=2w), и поступает на второй вход фазового детектора 17. На выходе последнего образуется постоянное напряжение
н
н
u(γ)=U·cosΔφ,
где ;
,
d - расстояние между антеннами 1 и 2 (измерительная база);
λ - длина волны;
γ - направление (азимут) на источник излучения ФМн-сигналов.
Это напряжение фиксируется блоком 18 регистрации. Причем повышение точности пеленгации источника излучения ФМн-сигналов обеспечивается путем увеличения измерительной базы d, а возникающая при этом неоднозначность отсчета угловой координаты устраняется корреляционной обработкой канальных напряжений.
c
э
c
э
г
3
c
г
c
c
г
3
Ширина спектра Δf принимаемых ФМн-сигналов определяется длительностью τ элементарных посылок (Δf=1/τ), тогда как ширина спектра Δf гармонического колебания u(t) определяется его длительностью T (Δf=1/T), т.е. спектр входных ФМн-сигналов сворачивается в N раз (Δf/Δf=N). Это дает возможность с помощью узкополосного фильтра 11 выделить гармоническое колебание u(t), отфильтровав при этом значительную часть шумов и помех, т.е. повысить реальную чувствительность приемника при пеленгации источника излучения ФМн-сигналов.
up1
Напряжение u(t) с выхода первого усилителя 8 промежуточной частоты через открытый ключ 19 одновременно поступает на пьезоэлектрические преобразователи ячеек Брэгга 22, 30 и 31, где преобразуется в акустические колебания, и на первые входы перемножителей 25, 26, 34 и 35. На вторые входы перемножителей 26 и 35 с выходов узкополосного фильтра 27 и фазоинверстора 38 подаются опорные напряжения соответственно:
01
0
up
up1
u(t)=U·cos(wt+φ),
02
0
up
up1
c
u(t)=-U·cos(wt+φ), 0≤t≤T.
В результате перемножения указанных сигнала и напряжений образуются следующие результирующие колебания:
Σ1
1
к
1
up
к
up1
u(t)=U·cosφ(t)+U·cos[2wt+φ(t)+2φ],
Σ2
1
к
1
up
к
up1
u(t)=-U·cosφ(t)-U·cos[2wt+φ(t)+2φ],
где ;
Аналоги модулирующего кода:
н1
1
к
u(t)=U·cosφ(t),
н2
1
к
u(t)=-U·cosφ(t),
выделяются фильтрами 28 и 37 нижних частот соответственно и подаются на два входа вычитающего устройства 40. Вычитая одно из другого указанные напряжения с учетом их противоположной полярности, на выходе вычитающего устройства 40 образуется удвоенное (суммарное) низкочастотное напряжение
н
н1
н2
н3
к
u(t)=u(t)-u(t)=U·cosφ(t),
н3
U1
где U=2;
н1
н2
т.е. получается сложение по абсолютной величине напряжений u(t) и u(t).
При этом амплитудные аддитивные помехи проходят через два демодулятора одинаково, изменяя амплитуды выходных продетектированных напряжений в одну и ту же сторону. Но в вычитающем устройстве 40 они вычитаются, оставаясь однополярными, т.е. подавляются, взаимно компенсируются.
н2
Низкочастотное напряжение u(t) с выхода фильтра 37 нижних частот поступает на вход фазоинвертора 39, на выходе которого образуется низкочастотное напряжение
н3
1
к
u(t)=U·cosφ(t).
н1
н3
Низкочастотные напряжения u(t) и u(t) с выходов фильтра 28 нижних частот и фазоинвертора 39 поступают на вторые входы перемножителей 25 и 34 соответственно, на выходах которых формируются гармонические колебания:
01
2
up
up1
2
up
к
up1
0
up
up1
u(t)=U·cos(wt+φ)+U·cos[wt+2φ(t)+φ]=U·cos(wt+φ),
03
2
up
up1
2
up
к
up1
0
up
up1
u(t)=U·cos(wt+φ)+U·cos[wt+2φ(t)+φ]=U·cos(wt+φ),
0
2
где ; U=2U.
01
03
Данные гармонические колебания выделяются узкополосными фильтрами 27 и 36. Колебание u(t) подается на второй вход перемножителя 26. Колебание u(t) выделяется узкополосным фильтром 36 и поступает на вход фазоинвертора 38, на выходе которого образуется колебание
02
0
up
up1
u(t)=-U·cos(wt+φ),
которое подается на второй вход перемножителя 35. Так осуществляется синхронное детектирование принимаемых ФМн-сигналов и подавление узкополосных помех.
Подавление узкополосных помех достигается за счет их противофазного взаимодействия в двухканальном демодуляторе ФМн-сигналов. При этом двухканальный демодулятор ФМн-сигналов свободен от явления «обратной работы», которое присуще известным демодуляторам ФМн-сигналов, например, демодуляторам Пистолькорса А.А., Сифорова В.И., Костаса Д.Ф. и Травина Г.А., которые также используют для синхронного детектирования принимаемого ФМн-сигнала опорное напряжение, выделяемое непосредственно из самого принимаемого ФМн-сигнала.
Ослабление узкополосных помех достигается тем, что два фазоразнесенных канала формируются так, что продетектированные выходные напряжения канальных фазовых демодуляторов оказываются взаимно противоположной полярности, а общее выходное напряжение демодулятора получается посредством их взаимного вычитания в вычитающем устройстве. В результате этого взаимно инверсные канальные напряжения сигнала после вычитающего устройства на общем выходе демодулятора складываются по абсолютной величине, а униполярные канальные помеховые напряжения взаимно вычитаются, и общее напряжение помехи уменьшается, т.е. на выходе приемника увеличивается отношение сигнал/помеха и повышается помехоустойчивость приема ФМн-сигналов.
up1
Пучок света от лазера 20, сколлимированный коллиматором 21, проходит через ячейки Брэгга 22, 30, 31, 82, 85, 86, 89, 92 и 93 и дифрагирует на акустических колебаниях, возбуждаемых напряжением u(t), которое подается с выхода первого усилителя 8 промежуточной частоты через открытый ключ 19 на пьезоэлектрические преобразователи ячеек Брэгга 20, 30 и 31.
Следует отметить, что на каждой ячейке Брэгга дифрагирует приблизительно 1/10 часть основного пучка света. Каждая ячейка Брэгга состоит из звукопровода и возбуждающей гиперзвук пьезоэлектрической пластины, выполненной из кристалла ниобата лития соответственно X и Y - 35° среза. Это обеспечивает автоматическую подстройку по углу Брэгга и работу ячейки в широком диапазоне частот.
На пути распространения дифрагируемой ячейки Брэгга 22 части пучка света установлена линза 23, формирующая пространственный спектр принимаемого ФМн-сигнала, в фокальной плоскости которой размещена матрица 24 фотодетекторов. Указанные элементы образуют акустооптический анализатор спектра. Каждому разрешающему элементу анализируемого частотного диапазона соответствует свой фотодетектор.
Ячейки Брэгга 30 и 31, установленные на общей оптической оси устройства вплотную друг к другу с одинаковыми направлениями распространения в них акустических колебаний, линза 32 и матрица 33 фотодетекторов образуют акустооптический демодулятор принимаемого ФМн-сигнала. При этом указанные ячейки смещены друг относительно друга (вдоль оси X) на величину:
э
Δx=V·τ,
где V - скорость распространения акустических колебаний;
э
τ - длительность элементарных посылок, из которых составлен принимаемый ФМн-сигнал.
э
Причем опорным напряжением для каждой элементарной посылки служит предыдущая посылка. Практическая реализация акустооптического демодулятора возможна только при априорном знании длительности τ элементарных посылок.
c
Описанная выше работа приемника соответствует случаю приема ФМн-сигналов по основному каналу на частоте w (фиг.2).
Если ФМн-сигналы:
з11
з1
з1
к1
з11
u(t)=U·cos[wt+φ(t)+φ],
з12
з1
з1
к1
з12
з1
U(t)=U·cos[wt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
з1
принимаются по первому зеркальному каналу на частоте w то усилителями 42 промежуточной частоты и 43 утроенной промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:
up3
пр3
up
к1
up3
u(t)=U·cos[wt-φ(t)+φ],
up4
пр4
up
к1
up4
з1
u(t)=U·cos[3wt-φ(t)+φ], 0≤t≤T,
где ;
up
г1
з1
w=w-w - промежуточная частота;
up
г2
з1
3w=w-w - утроенная промежуточная частота;
up3
г1
з11
up4
г2
з12
φ=φ-φ; φ=φ-φ;,
up4
up3
Напряжение u(t) с выхода усилителя 43 утроенной промежуточной частоты поступает на вход амплитудного детектора 48, где оно детектируется. Про детектированный сигнал поступает на управляющий вход ключа 47, открывая его. При этом напряжение u(t) с выхода усилителя 42 промежуточной частоты через открытый ключ 47 поступает на первые входы перемножителей 50, 58, 59, 64, 65 и на пьезоэлектрические преобразователи ячеек Брэгга 82, 85 и 86.
up4
На второй вход перемножителя 50 подается напряжение u(t) с выхода усилителя 43 утроенной промежуточной частоты. На выходе перемножителя 50 образуется гармоническое колебание
5
5
up
г
1
з1
u(t)=U·cos(2wt+Δφ+Δφ), 0≤t≤T,
где ;
1
з12
з11
Δφ=φ-φ - фазовый сдвиг, определяющий направление (азимут) на источник излучения ФМн-сигналов.
4
Это колебание выделяется узкополосным фильтром 51 и поступает на первый вход фазового детектора 52, на второй вход которого подается гармоническое колебание u(t) с выхода узкополосного фильтра 13. На выходе фазового детектора 52 образуется постоянное напряжение
н4
1
н4
1
u(γ)=U·cosΔφ,
где ;
,
1
γ - направление (азимут) на источник излучения ФМн-сигналов.
Это напряжение фиксируется блоком 53 регистрации.
з1
Перемножители 58, 59, 64 и 65, узкополосные фильтры 60 и 66, фильтры 61 и 67 нижних частот, фазоинверторы 68 и 69, вычитательное устройство 62 образуют двухканальный демодулятор ФМн-сигналов, принимаемых по первому зеркальному каналу на частоте w. Указанный демодулятор обеспечивает также ослабление узкополосных помех за счет их противофазного взаимодействия, его работа происходит аналогично тому, как это описано выше.
з1
Ячейка Брэгга 82, линза 83 и матрица 84 фотодетекторов образуют акустооптический анализатор спектра, который обеспечивает спектральный анализ ФМн-сигналов, принимаемых по первому зеркальному каналу на частоте w.
з1
э
Ячейки Брэгга 85 и 86, линза 87 и матрица 88 фотодетекторов образуют акустооптический демодулятор ФМн-сигналов, принимаемых по первому зеркальному каналу на частоте w. Он может использоваться, если априорно известна длительность τ элементарных посылок.
Если ФМн-сигналы:
з21
з2
з2
к2
з21
u(t)=U·cos[wt+φ(t)+φ],
з22
з2
з2
к2
з22
з2
u(t)=U·cos[wt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
з2
принимаются по второму зеркальному каналу на частоте w, то усилителями 41 утроенной промежуточной частоты и 9 промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:
up5
пр5
up
к2
пр5
u(t)=U·cos[3wt+φ(t)+φ],
up6
пр6
up
к2
up6
з2
u(t)=U·cos[wt+φ(1)+φ], 0≤t≤T,
где ;
up
з2
г1
3w=w-w - утроенная промежуточная частота;
up
з2
г2
w=w-w - промежуточная частота
up5
з21
г1
up6
з22
г2
φ=φ-φ; φ=φ-φ.
up5
up6
Напряжение u(t) с выхода усилителя 41 утроенной промежуточной частоты поступает на вход амплитудного детектора 46, где оно детектируется. Продетектированный сигнал поступает на управляющий вход ключа 49, открывая его. При этом напряжение u(t) с выхода усилителя 9 промежуточной частоты через открытый ключ 49 поступает на первые входы перемножителей 54, 70, 71, 76, 77 и на пьезоэлектрические преобразователи ячеек Брэгга 89, 92 и 93.
up5
На второй вход перемножителя 54 подается напряжение u(t) с выхода усилителя 41 утроенной промежуточной частоты. На выходе перемножителя 54 образуется гармоническое колебание
6
6
up
г
2
з1
u(t)=U·cos(2wt+Δφ+Δφ), 0≤t≤T,
где ;
2
з22
з21
Δφ=φ-φ - фазовый сдвиг, определяющий направление (азимут) на источник излучения ФМн-сигналов.
4
Это колебание выделяется узкополосным фильтром 55 и поступает на первый вход фазового детектора 56, на второй вход которого подается гармоническое колебание u(t) с выхода узкополосного фильтра 13. На выходе фазового детектора 56 образуется постоянное напряжение
н5
2
н5
2
u(γ)=U·cosΔφ,
где ;
,
2
γ - направление (азимут) на источник излучения ФМн-сигналов.
Это напряжение фиксируется блоком 57 регистрации.
з2
Перемножители 70, 71, 76 и 77, узкополосные фильтры 72 и 78, фильтры 73 и 79, вычитательное устройство 74 образуют двухканальный демодулятор ФМн-сигналов, принимаемых по второму зеркальному каналу на частоте w. Продетектированный сигнал фиксируется блоком 57 регистрации. Указанный демодулятор обеспечивает также ослабление узкополосных помех за счет их противофазного взаимодействия, его работа происходит аналогично тому, как то описано выше.
з2
Ячейка Брэгга 89, линза 90 и матрица 91 фотодетекторов образуют акустооптический анализатор спектра, который обеспечивает спектральный анализ ФМн-сигналов, принимаемых по второму зеркальному каналу на частоте w.
з2
э
Ячейки Брэгга 92 и 93, линза 94 и матрица 95 фотодетекторов образуют акустооптический демодулятор ФМн-сигналов, принимаемых по второму зеркальному каналу на частоте w. Он может использоваться, если априорно известна длительность τ элементарных посылок.
з1
з2
c
Если ФМн-сигналы одновременно принимаются по первому w и второму w зеркальным каналам, то возникает ситуация, аналогичная приему ФМн-сигналов по основному каналу на частоте w, т.е. возникает неоднозначность. Устранение указанной неоднозначности достигается корреляционной обработкой канальных напряжений.
з1
з2
up3
up6
з1
з2
пор
Если ФМн-сигналы одновременно принимаются по первому w и второму w зеркальным каналам, то в работу вступают второй и третий демодуляторы ФМн-сигналов, ячейки Брэгга 82, 85, 86 и 89, 92, 93. При этом напряжения u(t) и u(t) с выходов усилителей 8 и 9 промежуточной частоты поступают на два входа коррелятора 14. Так как данные напряжения образованы различными ФМн-сигналами, принимаемыми на разных частотах w и w, поэтому между ними существует слабая корреляционная связь. Выходное напряжение коррелятора 14 не достигает максимального значения и не превышает порогового уровня U в пороговом блоке 15, ключ 16 не открывается. Тем самым устраняется указанная выше неоднозначность.
c
з1
з2
Если ФМн-сигналы одновременно принимаются по основному каналу на частоте w, по первому w и второму w зеркальным каналам, то в работе участвуют все блоки акустооптического приемника.
з1
з2
Таким образом, предлагаемый акустооптический приемник по сравнению с прототипом обеспечивает раширение диапазона рабочих частот без расширения диапазона частотной перестройки гетеродинов. Это достигается использованием ФМн-сигналов, принимаемых по двум зеркальным каналам на частотах w и w.
пр
Преобразование по зеркальным каналам приема происходит с тем же коэффициентом преобразования K, что и по основному каналу. Поэтому они являются наиболее существенными среди дополнительных каналов приема.
Для пеленгации источников излучения ФМн-сигналов, принимаемых по зеркальным каналам, также используется фазовый метод, которому свойственно противоречие между требованиями точности измерений и однозначности отсчета угловых координат.
Повышение точности пеленгации источников излучения ФМн-сигналов, принимаемых по зеркальным каналам, также достигается увеличением измерительной базы d, а возникающая при этом неоднозначность отсчета угловых координат устраняется корреляционным методом, который использует замечательные корреляционные свойства ФМн-сигналов.
Предлагаемые двухканальные демодуляторы ФМн-сигналов, принимаемых по зеркальным каналам, также свободны от явления «обратной работы» и обеспечивают значительное ослабление узкополосных помех за счет их противофазного взаимодействия.
Для реализации акустооптических анализаторов спектра и акустооптических демодуляторов ФМн-сигналов, принимаемых по зеркальным каналам, используется пучок света одного лазера, на оптической оси которого размещаются девять ячеек Брэгга.