Geum.ru

Моделирование работы оптического Фурье-процессора сигналов линейной антенной решетки. Применение пакета glad

Вид материалаДокументы
Подобный материал:

УДК 535(06)+004(06)

А.П. Лавров, М.Ю. ПУЛИН

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет


МОДЕЛИРОВАНИЕ работы оптического Фурье-процессора сигналов линейной антенной решетки. Применение пакета GLAD


Цель работы – численный расчет распределений оптической волны в разных плоскостях оптического процессора сигналов линейной антенной решетки с применением современных специализированных программных средств – пакета GLAD, и изучение основных качественных характеристик процессора.


Линейная антенная решетка при совместной обработке сигналов составляющих ее приемных антенн позволяет определять угловые положения и частоты источников радиоизлучения, находящихся в ее дальней зоне. При большом числе разрешимых точек по угловому положению Na и по частоте Nf и необходимости параллельной работы всех Na х Nf каналов процессора одним из вариантов его реализации является когерентный Фурье-процессор – схема Ламберта (L. Lambert). Она привлекала внимание многих авторов и исследовалась как теоретически, так и экспериментально [1, 2]. Работа процессора основана на применении многоканального акустооптического модулятора (АОМ) в качестве устройства ввода принимаемых широкополосных радиосигналов и их совместной обработке в двумерном оптическом Фурье-процессоре. При акустооптическом взаимодействии вся информация о радиосигнале – амплитуде, частоте, фазе – переносится на дифрагированную оптическую волну. Поэтому в задней фокальной плоскости процессора с многоканальным АОМ формируется оптическое распределение, отражающее частотно-фазовые соотношения в обрабатываемых сигналах. Фактически в процессоре восстанавливается в оптическом виде принятый антенной решеткой волновой фронт и формируется поле, соответствующее дальней зоне решетки.

Для подробного исследования работы процессора нами использовался пакет GLAD фирмы Applied Optics Research (США), предназначенный для детальных разнообразных расчетов сложных оптических систем, использующих лазерное излучение [3]. GLAD позволяет сформировать разнообразные амплитудно-фазовые распределения (АФР) на плоскости и пересчитывать их при распространении излучения, учитывая действие установленных различных оптических элементов и многое другое. Были рассчитаны АФР в выходной фокальной плоскости при обработке сигналов разного числа источников с разными углами прихода волны, частотами, при наличии шумов и др. АОМ рассматривался в режиме дифракции Рамана-Ната. Для примера на рис. 1 показано выходное распределение (вся выходная плоскость процессора), когда в дальней зоне антенны на нормали к ней (при θ=0) находится один источник гармонического сигнала с нормированной частотой 120. Ось x соответствует угловой координате θ: x =F(dsinθ/λr)(λ/l), а ось y – частоте f радиосигналов: y =F(λ/V)f. Здесь F – фокусное расстояние Фурье-линзы; θ – угол источника радиоизлучения относительно нормали к антенне, d – расстояние между элементами антенной решетки; l – расстояние между каналами АОМ; λr и λ – длины радио- и оптической волн; V – скорость акустической волны в АОМ. Для практического использования процессора выбирается зона -1-го (или +1-го) дифракционного порядка и в ней один – центральный интерференционный лепесток. Рис. 2 демонстрирует частотное разрешение: сечение выходного распределения вдоль оси y для двух источников на оси антенны с частотами 120 и 122. Рис. 3 показывает выходное распределение (отклики 1..4, слева направо) для случая 4 гармонических источников с амплитудами 0.7, 0.5, 1, 0.7, частотами 110, 112, 120, 125, находящихся под углами 0, 0, -20 и +30 градусов к нормали антенны, соответственно.



Список литературы

1. Применение методов Фурье-оптики / Под ред. Г.Старка. М.: Радио и связь, 1988. 536с.

2. Воскресенский Д.И., Гринев А.Ю., Воронин Е.Н. Радиооптические антенные решетки. М.: Радио и связь. 1986. 239 с.

3. Web page: www.aor.com.