РАЗДЕЛ 2
РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ КОРРЕЛЯЦИОННО-ЭКСТРЕМАЛЬНОЙ
СИСТЕМЫ САМОНАВЕДЕНИЯ С ПОВЫШЕННЫМ БЫСТРОДЕЙСТВИЕМ
Содержание данного раздела посвящено теоретическому обоснованию принципов
построения акустооптических цифровых процессоров, обладающих повышенным
быстродействием за счет одновременного использования первого и второго
брэгговских резонансов, и основывается на результатах исследований, ранее
опубликованных автором в [23-27].
2.1. Исследование особенностей построения корреляционно-экстремальных систем
самонаведения на основе акустооптических цифровых процессоров
Рассмотренные в разделе 1 преимущества акустооптических ячеек, работающих в
многочастотном режиме, позволяют рассматривать акустооптические цифровые
процессоры, созданные на их базе, как перспективные процессорные элементы при
проектировании высокопроизводительных спецвычислителей
корреляционно-экстремальных систем самонаведения систем навигации боевых систем
и комплексов.
Однако в многочастотном режиме работы АО-ячейки существует ряд недостатков. При
реализации многочастотного режима в звукопроводе происходит взаимодействие
света с несколькими звуковыми волнами на разных частотах.
В этом случае каждая из звуковых волн обычно модулируется информационными
сигналами, а обработка информации осуществляется в фокальной плоскости
интегрирующего объектива, где располагаются приемники излучения. Количество
частотных каналов ограничивается, во-первых, полосой акустооптического
взаимодействия, которая уменьшается с увеличением частоты ультразвуковых
колебаний, а во-вторых, явлением взаимной модуляции (интермодуляции)
ультразвуковых волн на близких частотах, которая приводит к возникновению
дополнительных компонент светового излучения на выходе акустооптической
системы.
Если в акустооптической ячейке одновременно присутствуют два звуковых сигнала с
частотами f1 и f2 равной амплитуды, то распределение интенсивности света в
фокальной плоскости интегрирующей линзы имеет следующий вид [72] – рис. 2.1,
где f(x) – пространственная частота. Кроме основных дифракционных максимумов
первого порядка 2 на выходе системы наблюдаются максимумы составляющих взаимной
модуляции третьего порядка 3, а также боковые лепестки нулевого порядка 1,
обусловленные конечной апертурой акустооптического модулятора. Дополнительные
составляющие интенсивности света являются мешающими компонентами,
ограничивающими динамический диапазон акустооптической системы. Если на выходе
элементов детекторной матрицы, регистрирующей распределение интенсивности света
(рис. 2.1), имеется постоянный уровень шума, то этот шум, а также составляющие
интенсивности света нулевого порядка, могут быть скомпенсированы при вторичной
обработке сигналов после детектирования. Однако этим способом нельзя добиться
эффективного подавления боковых лепестков в спектре анализируемого сигнала,
составляющих рассеяния в оптических компонентах и составляющих взаимной
модуляции сигналов третьего порядка 2f2 – f1 и 2f1 – f2 обусловленных, в первую
очередь, нелинейностью АОМ. Уровень фонового рассеяния света можно снизить при
использовании высококачественных оптических компонентов (объективов,
транспарантов), уровень боковых лепестков нулевого порядка – при
соответствующем взвешивании оптического пучка света, освещающего звукопровод
модулятора. Составляющие взаимной модуляции сигналов третьего порядка могут
быть снижены за счет уменьшения индекса фазовой модуляции.
В оптических системах основное влияние на точность вычислений оказывают
интермодуляционные составляющие третьего порядка. Их появление приводит к
ложному срабатыванию приемников излучения, расположенных в фокальной плоскости
интегрирующей линзы на местах, соответствующих пространственным частотам 2f2 –
f1 и 2f1 – f2, что приводит к ошибкам вычислений при выполнении математических
операций в акустооптических процессорах.
Наиболее полный анализ нелинейных эффектов в акустооптических устройствах при
многочастотной дифракции света на звуке для различных режимов выполнен в
работах [73-75]. Аналитическое выражение для нормированной интенсивности света,
обусловленной составляющими взаимной модуляции третьего порядка, в случае
дифракции Брэгга равно . При небольших значениях индекса фазовой модуляции ш,
когда можно принять функцию Бесселя n-го порядка , приближенное выражение для
составляющей взаимной модуляции интенсивности света принимает вид . При
возбуждении в звукопроводе ультразвуковых волн, существенно разнесенных по
частоте друг от друга, интермодуляционные эффекты не возникают. Однако в этом
случае максимальное количество возможных частот меньше. Это приводит к
уменьшению количества информации, вводимой в акустооптическую ячейку в единицу
времени и, как следствие, к снижению быстродействия процессора в целом.
Таким образом показано, что реализация этого решения связано с необходимостью
преодоления ряда технических трудностей, связанных в основном с взаимным
влиянием соседних частот. В дальнейшем будем рассматривать двухчастотный режим
работы АО-модулятора, когда частоты соотносятся как и который позволяет
устранить указанные недостатки.
2.2. Разработка физических основ построения бортовых специализированных
вычислителей корреляционно-экстремальных систем самонаведения на основе
акустооптических цифровых процессоров с повышенным быстродействием
2.2.1. Исследование дифракционных составляющих первого и второго порядка
брэгговской дифракции при акустическом взаимодействии, обеспечивающем первый и
второй брэгговский резонанс
В работе [76] предложено
- Київ+380960830922