Teoria_i_tekhnika_obrabotki_radiolokatsi onnoy_informatsii_na_fone_pomekh (1021138), страница 35
Текст из файла (страница 35)
При построении таких фильтров стремятся увеличить линейный участок дисперсии за счет изменения распределения постоянного магнитного поля вдоль направления распространения и поляризации электромагнитной волны. Недостатком фильтров сжатия на моно- кристаллах ЖИГ является пока невысокая стабильность их параметров. 12.11. Оптические методы обработки Оптическими называют методы обработки информации, связанные с ее переносом на оптическую несущую. Это позволяет сократить габариты многоканальных и широкополосных устройств обработки, хотя ограниченный динамический диапазон пока что сужает круг возможных применений оптических методов. Особенностями оптической обработки являются: — многообразие эффективных способов запоминания информации и их использования для модуляции оптического излучения', — простота реализаи,ии фурье-преобразований (однократных и многократных, одномерных и двумерных, в частном случае простого интегрирования); — простипа обратного преобразования оптической информации в электрическую (с помощью фотоумножителей, видиконов, полупроводниковых трубок с переносом зарядов), а такженепосредственного визуального ее наблюдения.
Возможными способами запоминания информации при оптической обработке являются: акустический, химический, влектронныи, механический (термопластический в частности) н магнитный способы. Запоминающие элементы непосредственно применяются в ряде случаев для модуляции амплитуд и фаз колебаний в потоке оптического излучения. Их часто включают в пространственно-временные модуляторы этого излучения, хотя понятия модулятора и элемента памяти в общем случае не совпадают. !75 ,) ~п ~ем Рис. 12.24 176 начнем с акиспшческоео запоминания и рассмотрим его на при= мере, в котором оно тесно переплетено с модуляцией опМческого излучения.
Запоминающим элементом оптико-акустического фильтра сжатия линейно-частотно-модулированного радиоимпульса (рис. 12.24) является прозрачная пластина П, служащая одновременно и элементом динамической памяти (звукопроводом), и пространственно-временным модулятором света. В процессе распространения импульса по пластине ее элементы совершают акустические колебания, вызывающие изменения показателя преломления и. Частотная модуляция импульса приводит поэтому к изменению длины волны акустических колебаний, а значит, и шага изменения показателя преломления и вдоль пластины. Для световых колебаний образуется, таким образом, перемещающаяся во времени дифракционная решетка с переменным шагом.
Последняя расположена параллельно фронту падающей на нее монохпоматической волны оптического диапазона, что обеспечивается специальным оптическим элементом в коллиматором (на рисунке не показан). Падающие на различныелэлементы решетки лучи света отклоняются при переменном ее шаге неодинаково и могут фокусироваться в различных дифракционных максимумах. Углы отклонения д, о (( 1 (рис.
12.24), соответствующие первому дифракционному максимуму, определяются из условия компенсации разностей хода 0,50Л, ж 0,5Л„где Л, и Л, = ч,)) — длины оптической и акустической волн, ) — текущая частота колебаний; ч, — скорость распространения акустических колебаний. В области первого дифракционного максимума установлен непрозрачный экран Э со щелью Щ, за которой помещен фотоумножитель ФУ. Когда акустический импульс длительностью т„заполняет пластину П, свет полностью фокусируется и через круглую щель Щ кратковременно засвечивает фотоумножитель ФУ.
На его выходе образуется видеоимпульс, аналогичный видеоимпульсу на выходе детектора, включенного после фильтра сжатия. Рассматриваемый фильтр сжатия является аналогом фильтра на акустической линии (рис. 10.10). Он отличается от последнего непрерывным оптическим съемом колебаний и их оптическим суммированием (интегрированием).
Из геометрии рис. 12.24 можно найти расстояние от пластины П до экрана Э, равное ео 1)сьб, где из предыдущего Лд Л Щ)ч,) ж Л Ц)ч„ а 1 = ч„т„. Протяженность е, можно сократить до зо, пропуская прошедший пластину П свет через цилиндрическую линзу (на рисунке не показана) с фокусным расстоянием зп таким что 1)во+ + 1)ет = 1)ео. Оптикохимическое запоминание 'информации 'сводится обычно к записи ее на фотопленку, д, выступающую в качестве эле=, ==+-- -' мента статической памяти. За- 4 =~Ю =1(д,-4) пись проводится на промежуточной либо на видеочастоте с использованием в последнем слу- 1 2 2 Щ Рис.
12.25 чае фазового детектирования радиочастотных колебаний в одном или двух квадратурных каналах. Информация распределяется при записи по строкам и элементам строк, что обеспечивается модулятором света (электрооптическим преобразователем) и системой протяжки пленки; строки соответствуют обычно последовательным разверткам дальности. Мгновенные значения сигнала переводятся при этом в градации яркости светового потока, приводящие к различным затемнениям элементов фотопленки после проявления и закрепления. Готовую для оптической обработки пленку называют транспарантом.
Оптикозлектронное запоминание основано на явлении фотоэффекта или вторичной электронной эмиссии в вакууме. На поверхности полупроводниковой среды формируется благодаря этому потенциальный рельеф. Влияя на свойсгпва среды пропускать или отражать оптические колебания (амплитудные, фазовые, поляризационные, хроматические), этот рельеф может быть непосредственно использован для считывания информации, например, с помощью более низкочастотных оптических колебаний, ие разрушающих запись нз-за повторного фотоэффекта. Потенциальный рельеф часто переводят в геометрический, обеспечивая механические деформации покрытых. полупровод ником пленок под воздействием электростатических сил.
Используют пленки, приобретающие пластичность с повышением и теряющие ее с понижением температуры. Тем самым реализуется термопластическая запись, в ходе которой нагревание играет роль проявления пленки, а остывание — ее закрепления. Для нагревания пропускают ток через резистор, непосредственно нанесенный на пленку, что сокращает' время обработки. Перспективность ряда методов оптико-электронного запоминания определяется их пригодностью для быстрой многократной записи и стирания при высокой достижимой плотности записи (до 104 линий на мм).
Этим методам также уделяют внимание при разработке оперативных запоминающих устройств электронных вычислительных машин. Простота реализации фурье-преобразований является важным достоинством оптической обработки. Реализацию одномерного однократного фурье-преобразования (в так называемом параксиальном приближении — для малых отклонений лучей света от оптической оси) поясним на примере доплеровскай обработки (рис. 12.25, а). Сигналы — когерентные пачки радиоимпульсов с различным временем 177 запаздывания — записаны на транспарант (например, фбтохимическим, термопластическим или оптико-акустическим спосрбом).
Транспарант установлен параллельно фронту плоской монохроматической волны в плоскости 1 — 1. Развертки дальности распо~(агаются в плоскости 1 — 1 перпендикулярно плоскости чертежа. В сечении же плоскости 1 — 1 плоскостью чертежа размещена запись'когерентной пачки радиоимпульсов для фиксированного значения запаздывания (дальности). Прошедшие через транспарант световые колебания собираются цилиндрической линзой в фокальной плоскости 2 — 2, перпендикулярной плоскости чертежа. Распределение интенсивности в этой плоскости по координате х определяет спектр доплеровских частот на данной дальности, чтп поясним подробнее.
Введем точку Š— пересечение оси цилиндрической линзы плоскостью чертежа. Соединим в плоскости чертежа точку Е с произвольной точкой х фокальной плоскости 2 — 2 прямою Ьх, образующей с осью системы ОО' угол б (( 1. Перпендикулярно прямой Ьх через произвольную точку я = О плоскости 1 — 1 проведем плоскость Х вЂ” Х. В параксиальном приближении б (( 1 любая совокупность параллельных лучей собирается линзой в фокальиой плоскости 2--2. Длина оптического пути от всех точек отсчетной плоскости Х вЂ” Х также оказывается одинаковой. Вводя разности хода $ з(п б ж ж 5тт ж $ (х/в) (по отношению к этой отсчетной плоскости), где з = ЕО' — фокусное расстояние, можно найти элементарные комплексные амплитуды света йЕ, (х), засвечивающие элементы ах плоскости 2 — 2.
С точностью до постоянного множителя они определяются как произведения комплексных амплитуд Е, в плоскости 1 — 1, дифференциалов а$ (ее элементов) и множителей запаздывания ехр ( — !2я$ Х 'р,' з!п б/Л,) = ехр ( — !2пБх/зЛ,), где Л, — длина волны световых колебаний. Результирующую комплексную амплитуду колебаний найдем как комплексный интеграл Фурье от поля световой волны на выходе пленки (12.32) Используя закономерность (32), можно дополнить электрическую когерентную обработку в течение длительности импульса оптическим когерентиым накоплением импульсов пачки для каждой из доплеровских частот в диапазоне их ожидаемых значений.
Распределение !Е (х) ~' характеризует зависимость квадрата амплитуды накопленного напряжения от доплеровской частоты и может быть зарегистрировано как визуально, так и оптикоэлектронным или оптико-химическим методом. Наряду с однократным используют двукратное оптическое фурье-преобразование, реализуемое двумя последовательно включенными цилиндрическими линзами (рис. 12.25, б). Помещенное во временную плоскость 1 — 1 изображение на транспаранте преобразуется линзой в частотную плоскость 2 — 2.