Оптико-электронный модуляционный спектрограф

 

Изобретение относится к измерению и регистрации спектров сигналов в радиоастрономии.Цель изобретения - увеличение динамического диапазона спектрографа, с синхронным интегрированием на фотоприемнике. Устройство содержит модулятор 1 , спектральный приемник 2, акустооптический спектроанализатор 3, матричный фотоприемник Tt на приборе с зарядовой связью с кадровой организацией,счетчик 6,регистрирующий прибор 11 и опорный генератор 8. Введение делителя 7 частоты и анализаторов 9 и 10 увеличивает эффективную зарядовую емкость интегрирующих ячеек фотоприемника. 2 ил. с (Л со О5 00 х 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1368798 А1 (5D 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ДВТОВСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4095533/24-21 (22) 22.07.86 (46) 23.01.88. Бюл. Р 3 . (71) Ленинградский политехнический институт им. M.È.Êàëèíèíà (72) С.А.Молодяков и И.И.Саенко (53) 621.317,757(088.8) (56) Аксенов E.Т. и др. Астрофизические исследования. — Известия САО

АН СССР, 1981, У 14, с. 154-157, рис. 1.

Авторское свидетельство СССР

Р 1290194, кл. G 01 R 23/17, 1986 ° (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ МОДУЛЯЦИОН- .

НЫЙ СПЕКТРОГРАФ (57) Изобретение относится к измерению и регистрации спектров сигналов в радиоастрономии. Цель изобретения— увеличение динамического диапазона спектрографа.с синхронным интегрированием на фотоприемнике. Устройство содержит модулятор 1, спектральный приемник 2, акустооптический спектроанализатор З,матричный фотоприемник

4 на приборе с зарядовой связью с кадровой организацией, счетчик б,регистрирующий прибор 11 и опорный генератор 8, Введение делителя 7 частоты и анализаторов 9 и 10 увеличивает эффективную зарядовую емкость интегрирующих ячеек фотоприемника.

2 ил.

1368798

Изобретение относится к области измерения и регистрации спектров сигналов в радиоастрономии.Целью изобретения является расширение динамического диапазона спектрографа с синхронным интегрированием на фотоприемнике за счет увеличения эффективной зарядовой емкости интегрирующих ячеек фотоприемника.

На фиг. 1 представлена структурная схема оптико-электронного спектроанализатора;на фиг. 2 — диаграммы,поясняющие временной характер амплитудной модуляции входного сигнала (а) и работу матричного фотоприемника (б)..

Оптико-электронный спектрограф (фиг. 1) содержит модулятор 1,первый вход которого является входом устройства, соединенный по выходу с входом спектрального приемника 2, который соединен по выходу с электрическим входом акустооптического спектроанализатора 3, оптический выход которого связан с матричным фотоприемником 4 на приборе с зарядовой связью (МПЗС). Выход генератора 5 реверсивных фазных импульсов соединен с управляющим входом МПЗС 4, первый вход генератора 5 соединен с выходом счетчика 6. Вход счетчика 6,вторые входы модулятора 1 и генератора 5, а также первый вход делителя 7 частоты опорного генератора 8 соединены с выходами опорного генератора 8.

Электрический выход МПЗС 4 соединен с входом первого анализатора 9,который по первому выходу связан с входом второго анализатора 10, а по второму — с вторым входом делителя

7, выходом связанного с третьим входом генератора 5. Второй анализатор

10 по первому выходу соединен с вторым входом спектрального приемника

2 и третьим входом делителя. 7, по второму выходу — с регистрирующим устройством 11.

Спектрограф работает следующим образом.

С приемной антенны А на вход спектрографа поступает радиосигнал, который по сигналам с опорного генератора 8 модулируется модулятором 1 с периодом Т,А = Т, +Т (фиг. 2а).Спектральный приемник осуществляет усиление модулированного радиосигнала в полосе приема и преобразует диапазон частот принимаемого сигнала в диапа1r

36

55 зон частот акустооптического спектроанализатора 3. В последнем происходят преобразование радиосигнала в оптический и пространственное спектральное разложение последнего. Оптические сигналы спектральных компонент проецируются на зону III (фиг. 25 ) секции накопления (СН) МПЗС 4. В засвеченных элементах Аотоприемника накапливается заряд q, пропорциональный освещенности и времени накопления.. Каждому столбцу элементов МПЗС соответствует свой спектральный отсчет, который формируется лишь в зоне Ш . Зоны I, II, III, IV, V u VI изолированы от света и служат зонами хранения зарядовой информации.

До начального момента времени элементы СН очищены, в счетчик 6 записано удвоенное (2n) число циклов синхронного накопления (n). В делителе 7,состоящем из последовательно соединенных двух сдвиговых регистров и счетчика, исходный код хранит первый регистр (во втором регистре осуществляется его деление на 2,счетчик считает импульсы начиная с заданного числа и по переполнении выдает сигнал на выход делителя).В момент времени t, на вход спектрбграфа подается сигнал и в зоне III происходит накопление заряда, соответствующего сигналу первого полупериода модуляции S . С приходом импульса с опорного генератора 8 в момент времени tf переключается сигнал с S, íà S, генератор 5 реверсивных фазных импульсов вырабатывает последовательность импульсов, которая перемещает зарядовый рельеф, отображающий усредненный за время

Т, спектр сигнала S, из зоны III в зону I. Одновременно из зоны Ч в зону IV перемещаются пустые зарядовые пакеты. Перемещение зарядовых пакетов осуществляется на К строк.

В этот же момент времени 1, по импульсу с опорного генератора 8 уменьшается содержимое счетчика 6 и счетчика, входящего в состав делителя

7. В течение промежутка времени Т в зоне III формируется зарядовый рельеф, отображающий спектр сигнала

S . По следующему импульсу с опорного генератора 8 в момент времени

t синхронно с переключением модулятора 1 генератор 5 вырабатывает

8798 смаке

40 з 136 обратную последовательность фазных импульсов, которая устанавливает исходное расположение зарядовых пакетов, что завершает первый цикл синхронного накопления. В этот же момент времени t счетчик 6 и счетчик делителя 7 уменьшают свое состояние. Когда число таких циклов равно заданному в делителе 7, в момент времени t с делителя поступает сигнал, по которому генератор 5 реверсивных фаэных импульсов перемещает заряды при очередном их сдвиге не на К строк,а на К+1. В результате в зоне III появляются пустые зарядовые пакеты и в период t --t начинается их заполнение. Счетчик делителя в момент времени t восстанавливает свое первоначальное состояние.Синхронное накопление в новых зарядовых пакетах продолжается до тех пор, пока не поступит сигнал либо со счетчика 6, либо с делителя 7. Если сигнал поступает со счетчика 6, в момент времени t, генератор 5 вырабатывает фазные импульсы, производящие перемещения накопленных зарядов за время n° - Тм из СН в секцию хранения (СХ) МПЗС. Информационный заряд в накопленном кадре (фиг. 2$) расположен в четырех группах строк: в двух — соответствующий спектру сигнала S и двух других — спектру сигнала 8 . Заряды из СХ по фазным импульсам генератора 5 выводятся через выходной регистр и выходное устройство МПЗС 4 независимо от синхронных перемещений в СН.

С выхода МПЗС 4 сигнал поступает на анализатор 9, который в случае, если сигнал превосходит заданный уровень iJ, >выдает сигнал на делитель.

Уровень U, определяется зарядовой емкостью ячейки в СН МПЗС.Сигнал, поступающий на второй вход делителя, осуществляет сдвиг исходного кода на один разряд вправо (деление на 2).

В результате при формировании следующего кадра делитель 7 делит импульсы с опорного генератора 8 на меньшее-число, что приводит к увеличению числа строк зарядовых пакетов, соответствующих спектру входного сигнала.

С выхода первого анализатора 9 сигнал поступает на вход второго анализатора 10. Если сигнал с МПЗС близок к насыщению даже при испольь зовании синхронного накопления с промежуточным сдвигом (распределенное накопление) и превосходит уровень U, то анализатор 10 выдает сигнал, по которому уменьшается коэффициент усиления радиосигнала в спектральном приемнике 2, восстанавливается первоначальная постоянная деления в делителе 7. После этого в очередном кадре протекает режим первоначального накопления.

Если сигнал с МПЗС уменьшается до порога Uz, определяемого шумами считывания с МПЗС, то сигнал с выхода анализатора 10 увеличивает коэффициент усиления спектрального приемника 2 и также восстанавливает первоначальное состояние делителя 7.

Соотношение уровней опорных напряжений

25 где Uмак, — напряжение с МПЗС, сооТветствующее выводу максимального заряда g.

С второго выхода анализатора 10 сигнал поступает на регистрирующее

30 устройство 11. В сигнале могут быть сформированы отметки о режиме работы спектрографа, например числе управляющих сигналов с анализаторов.

Динамический диапазон устройства м

Э

1 маркс где С; — максимальный сигнал i-й спектральной компоненты;. получаемый в результате определения разности в процессе дальнейшей обработки между спектрами сигналов S < и S

, — собственные шумы системы. махе ма«с ,С ° = U

Б

Ф макс где U . — усредненный за время

11

50 накопления Т„= и Т, полезный сигнал S, ц„; — усредненный за Т = n «

«Т ((Т, = Т ) входной шумовой радиосигнал S .

Для известных спектрографов маклаке симальный сигнал С; ограничен зарядовой емкостью Ч; j-й ПЗС ячей 3 ки столбца СН, в которой он накапливается за время Tä., 1368798 при S, аО поэтому

10 где ; — зарядовая емкость одной

ПЗС ячейки с номером (4з)» а; . — коэффициент преобразования.

В данном устройстве полезный сиг- . нал S накапливается не в одной, а в ш ячейках, m — число зарядовых строк, соответствующих сигналу Sq(S )

Цинамический диапазон устройства

I ! Qlz

2 где Я,„- эффективная зарядовая емm кость, Q = к О" .

\f с .!)

3 1 25

Сравнение D, и В показывает, что устройство позволяет добиться увеличения динамического диапазона в m

PR3 °

Формула и з о б р е т е н и я

Оптико-электронный модуляционный . спектрограф, содержащий последовательно соединенные между собой модуля. тор, первый вход которого является входом спектрографа; спектральный приемник, акустооптический спектроанализатор, матричный фотоприемник на приборе с зарядовой связью с кадровой организацией, управляющий вход которого подключен к выходу генератора реверсивных фазных импульсов, первый вход которого подключен к выходу счетчика, а также устройство регистрации, опорный генератор, соединенный с вторыми входами модулятора и генератора реверсивных фазных импульсов к входом счетчика, отличающийся тем,что,с целью расширения динамического диапазона, в него введены делитель частоты опорного генератора и два последовательно соединенных анализатора, причем первый вход делителя связан с выходом опорного генератора, второй вход — с вторым выходом первого анализатора, вход которого подключен к выходу матричного фотоприемника, третий — с первым выходом второго анализатора и с вторым входом спектрального приемника, выход делителя соединен с третьим входом генератора реверсивных фазных импульсов, второй анализатор по второму выходу соединен с входом регистрирующего устройства.

1368798

Зона нокоалеиир

Составитель И.Коновалов

Техреп А.Кравчук

Редактор О.Юрковецкая

Корректор Л. Пилипенко

Заказ 287/47 .Тираж 772

ВЫИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г.,ужгород, ул. Проектная, 4