Методы технической реализации оптического алгоритма приема когерентных сигналов. Корреляционные приемники (КП)

Лекция 17

Методы технической реализации оптического алгоритма приема когерентных сигналов.

1. Корреляционные приемники (КП).

2. Оптические фильтры и фильтровые приемники.

3. Корреляционно – фильтровой метод приема.

Существует 3 способа технической реализации вычисления КИ (корреляционный интеграл):

1) Непосредственный.

2) С помощью линейных фильтров со специально подобранными характеристиками.

3) Комбинированный.

Первый способ применяется в КП, второй – в фильтровых приемниках, третий – в корреляционно – фильтровых приемниках (КФП).

1. КП.

КП для сигналов с полностью известными параметрами:

Непосредственное вычисление КИ z(α) состоит в перемножении принятого сигнала g(t) с ожидаемым x(t, α) и интегрировании полученного произведения.

Если измеряемый параметр α известен точно, то структурная схема КП состоит из перемножителя и интегратора.

Если α неизвестен (t_з в радиолокации), то нужно вычислять КИ z(α) для всех возможных значений параметра α.

Задачу синтеза КП можно решать 2-мя способами:

1) Параллельный обзор по измеряемому параметру α в диапазоне возможных его изменений КП многоканальный (рисунок 1).

Рисунок 1

2) Последовательный обзор по всем возможным значениям α. Одноканальный КП (рисунок 2).

Рисунок 2

КП для сигнала со случайными параметрами:

Для такого сигнала, достаточной характеристикой является не КИ, а модуль КИ Z(α). Переход от z(α) к Z(α) обусловлен тем, что не зная начальную фазу, полученного сигнала, нельзя производить перемножение с его опорным сигналом, так как результат перемножения и усреднения зависит от разности x(t) и y(t).

Если разность фаз составляет π/2, то КИ равен нулю и информация о сигнале теряется.

Из алгоритма обнаружения сигнала с моделью 2 и 3 оптический приемник (рисунок 3) должен вычислять 2 КИ:

, в которых опорные сигналы полностью известны и ортогональны по отношению друг к другу.

Модуль КИ:

Рисунок 3

КП в этом случае будет КП с квадратурными каналами. На рисунке 3 показан один канал квадратурного КП (для реализации параллельного обзора по всему диапазону изменения измеряемого параметра ).

2. Многоканальность КП для учета всех параметров  является существенным недостатком такого способа вычисления КИ z().

Представим полезный сигнал x(t,), с произвольным , в виде:

                                                                                 (1)

U(t) – сигнал с нулевым временем запаздывания.

С учетом (1) КИ определяется следующим образом:

                                                                                (2)

(2) - интеграл свертки.

 - интеграл свертки                                                 (3)

w(t) – напряжение на выходе линейного фильтра;

h(t) – импульсная характеристика фильтра;

y(S) – входной сигнал фильтра.

Вычисление КИ z() возможно с помощью линейных фильтров, если соответствующим образом подобрать их импульсные характеристики.

Линейный фильтр, импульсная характеристика (ИХ) которого обеспечивает вычисление КИ для ожидаемого сигнала, называется оптимальным.

Импульсная характеристика ОФ.

ИХ описывает реакцию фильтра на входной сигнал в виде дельта – функции δ(t), поданный в момент времени t=0.

Напряжение на выходе ОФ для любого α=, с учетом постоянной задержки в самом фильтре t₀, должно с точностью до постоянного коэффициента C быть равно КИ z().

                                                                                               (4)

                                           (5)

Обозначим ()=t.

, тогда получим выражение для ИХ ОФ:

                                                                                             (6)

Если заменить t=t₀/2+ξ, то

                                                                                      (7)

Выводы из (7):

1) ИХ ОФ однозначно определяется видом ожидаемого сигнала. ИХ – зеркальное отображение функции U(t) относительно сечения  (рисунок 4):

Рисунок 4

ИХ представляет собой обращенный во времени и задержанный сигнал.

2) Постоянные коэффициенты C и t₀ учитывают особенности фильтрации: