11.3. Оптическое управление фар на основе оптического процессора

11.3.1. На рис. 11.4. показан вариант обобщенной структуры приемной РОАФАР с использованием оптического процессора [10].

Рис. 11.4. Структура приемной РОАФАР

СВЧ излучение принимается собственно АР – 1, состоящей из N приемных антенн с усилителями и смесителями в каждом элементе и общим гетеродином, т.е. на выходе получаемNсигналов промежуточной частоты.

Сигналы поступают на многоканальный пространственно-временной модулятор света (ПВМС) - 2, который изменяет фазы и амплитуды когерентной световой волны по законув соответствии с амплитудами, фазами, началом отсчета времени, двух угловых координат и двух поляризаций пространственного распределения источников СВЧ излучения. Оптическое излучение поступает на ПВМС от одного или нескольких лазеров – 3. Несколько лазеров позволяют обеспечить корреляционную обработку информации и устранить паразитные изображения. Все модулированные оптические сигналы поступают вкогерентный оптический процессор– 4, состоящий из объективов, фильтров, дифракционных решеток, дефлекторов, оптически управляемых транспарантов, акусто и электрооптических модуляторов и т.п.

На выходе процессора формируется оптический образ двумерного углового спектра.

Извлечение некоординатной информации возможно за счет когерентного гетеродинирования света (пунктирные линии внизу рисунка). При этом в выходной плоскости процессора есть информация о частоте, дальности и скорости источников СВЧ – излучения. Эта информация поступает для реконструкции на многоканальный фотоприемник – 5 после которого через устройство сопряжения (интерфейс) – 6 на цифровую ЭВМ – 7 или аналоговую ЭВМ – 8.

Сущность формирования пространственных характеристик направленности АР методами когерентной оптики обусловлена тождественностью волновой природы оптических, акустических и СВЧ полей.

11.3.2. Основой работы оптического процессораприемной РОАР является аналогия работы АР и линзы. Как известно из теории антенн [8], диаграмма направленности АРсвязана с амплитудно-фазовым распределениемчерез двумерное преобразование Фурье

, (11.2)

где оператор преобразования Фурье;волновой вектор (векторная пространственная частота);– коэффициент фазы СВЧ;– радиус вектор точки апертуры;– элемент раскрыва (рис. 11.5,а).

Аналогичная связь наблюдается для распределений оптического излучения в передней (П) и задней ()фокальных плоскостях линзы.

, (11.3)

где – оптический волновой вектор;;;;f– фокусное расстояние линзы;– радиус вектор точки плоскости П.

Рис. 11.5. К работе оптического процессора

На рис. 11.5,б показана схема оптического процессора, выполняющего операцию пространственного преобразования Фурье . Линзы Л1 и Л2 представляют собой каллиматор для увеличения диаметра луча лазера, а Л3 играет роль простейшего оптического процессора. При этом в плоскости П устанавливается многоканальный ПВМС, управляемый сигналами СВЧ, принятыми каждым элементом АР и играющий роль управляющего транспаранта.

Таким образом, если установить связь , то выполнится и соответствие. Если рассматривать подобие пространственно временных сигналов АР как Фурье-голограмму СВЧ сигналов, а управляемый им ПВМС как уменьшенную копию этой голограммы, то оптическое изображение радиосцены можно рассматривать, как реконструкцию голограммы в когерентном свете. При этом масштаб модели; коэффициент уменьшения.

11.3.3. На рис.11.6 показана схема приемной РОАР в которой роль ПВМС играетмногоканальный акустооптический модулятор(АОМ).

Рис. 11.6. Приемная РОАР на многоканальном АОМ

Электрический сигнал отn– го излучателя линейной АР после усиления и преобразования (фактически это распределение в апертуре) подается на ВШП в торце каждого АОМ с шириной канала, расстоянием между каналами(на рис. 11.6), длиной каналаи длиной акустооптического взаимодействия. Излучение лазера после каллиматора Л1 Л2 поступает вдоль осиz на АОМ. Коэффициент пропускания каждого канала многоканального АОМопределяется амплитудой и фазой СВЧ сигналавn– ом элементе АР, а распределение оптического сигнала в выходной плоскости П многоканального АОМ выражается, как

, (11.4)

где – напряженность оптического сигнала на входе АОМ.

Это оптическое распределение, играющее роль транспаранта, является входным для оптического процессора на основе линзы Л3. В задней фокальной плоскости формируется световое распределение, пропорциональное пространственно-временному распределению спектра, принимаемому АР.

Анализ этой структуры позволяет сделать следующие выводы:

1. Все возможные угловые положения луча АР формируются одновременно в виде веера вдоль одной координаты и все излучающие объекты отображаются в виде пятен;

2. Угловые положения объектов однозначно согласованы с координатой пятен в плоскости, а угловая разрешающая способность совпадает с разрешающей способностью АР;

3. Вдоль второй координаты плоскостивоспроизводится частотный спектр радиосигнала, смещенный на частоту Доплера, что позволяет выделить информацию о скорости, имея априорную информацию о частоте неподвижного источника в случае пассивной радиолокации;

4. Угловые координаты объектов и их частоты связаны с ортогональными координатами и;

5. Момент появления каждого сигнала на выходе процессора пропорционален расстоянию до объектов. В случае пассивной радиолокации информацию о расстоянии до объектов можно извлечь, используя опорный пучок (пунктирные линии внизу на рис.11.4);

6. Все параметры объектов наблюдаются в реальном масштабе времени.

Таким образом, РОАР одномерной пеленгации выполняет и функцию оптического спектроанализатора радиосигналов. Для повышения информационной емкости используется несколько лазеров (рис.11.4).

Рассмотренная приемная РОАР может использоваться как в пеленгации (пассивная радиолокация), так и в активной радиолокации при наличии коммутации в АР или использовании отдельной передающей АР.

Для двумерной АР схема значительно усложняется. Для сканирования в секторе созданы кольцевые РОАР.

Существуют и другие способы реализации ПВМС на основе электрооптических мишеней, управляемых электронной пушкой или электрическим полем.

Несмотря на выявленные потенциальные возможности РОАР, они не заняли пока достойного места в радио и гидролокации из-за неразработанного системного подхода и несовершенной технологии элементной базы.