рассмотрим суть отдельных видов модуляции

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Методы и устройства модуляции оптического излучения

В простейших случаях процесс модуляции заключается  в изменении одного из параметров сигнала амплитуды, частоты, фазы, временных параметров сигнала, интенсивности. На примере простейшего, гармонического сигнала  u(t)=U0Cos(0t-0)  рассмотрим суть отдельных видов модуляции. Для немодулированного колебания  U0, 0, 0 являются константами, однако при модуляции они  изменяются по определенному закону. Эти изменения  можно  выразить, умножив  эти параметры на величину [1 + mF(t)],  где F(t) - модулирующая функция, а m- коэффициент, характеризующий глубину модуляции. Величины   |F(t)|  и m  принимают значения   1 .

Модуляция называется амплитудной, если сигнал аналитически представляется в виде u(t)=U0[1 + mF(t) ]Cos(0t-0).

Модуляция называется  частотной, если сигнал аналитически  представляется в виде u(t)=U0Cos0[1 + mF(t)]-0.

Модуляция называется  фазовой, если сигнал аналитически  представляется в виде u(t)=U0Cos0t-0[1 + mF(t)].

При изменении одного  из энергетических параметров сигнала  модуляцию называют модуляцией по интенсивности  ф(t)= Ф0[1 + mF(t)]Cos(0t-0).

Модуляция применяется для ввода информации в сигнал, для извлечения информации из сигнала, при получении сигнала с определенными временными свойствами, которые реализуются при воздействии на поток излучения как в передающем, так и в приемном устройствах.

Модуляция оптического сигнала получила широкое распространение  в системах оптической связи, оптической локации, машиностроении, геодезии  и  ряде других оптико-электронных  приборах и системах. При этом выбор метода модуляции и типа модулятора  зависит от характера решаемой задачи, необходимой глубины модуляции, мощности модулирующего сигнала, режимов работы источника излучения и ряда других факторов.

Модуляция оптического сигнала может осуществляться двумя способами: без поднесущей и с поднесущей  частотой. Модуляция с поднесущей частотой  заключается в том, что поток излучения модулируется  высокочастотным сигналом, который в свою очередь модулирован  информационным сигналом, что  позволяет эффективно разделить  сигнал несущий полезную информацию от  сигналов  мешающего фона.

Модуляция  полезного сигнала позволяет решать следующие задачи:

1.  преобразовать лучистый поток  от различных участков объекта, являющийся функцией пространственных координат  в сигнал, являющийся функцией времени;
2.  определить угловые координаты излучающего объекта, отличающиеся  по энергетическим  характеристикам излучения от окружающего фона;
3.  отфильтровать сигналы, создаваемые малоразмерными объектами  от  сигналов протяженного фона, то есть осуществить пространственную фильтрацию;

модуляцию можно осуществлять непосредственно в источнике излучения, в тракте распространения излучения и непосредственно в приемнике излучения. Модуляцию в источнике излучения можно реализовать путем питания ИИ, чаще всего газоразрядных импульсных ламп и светодиодов, переменным током определенной частоты.

Реализовать указанные выше виды модуляции можно двумя видами устройств: механическими и  электрооптическими.

 

Механические модулирующие устройства

 

Механические модулирующие устройства получили широкое распространение в силу простоты реализации и отсутствия влияния на спектральные свойства оптического сигнала. Модуляция потока излучения осуществляется периодическим его прерыванием  механическими или оптическими элементы с вращательным, либо возвратно-поступательным движением. В тоже время таким устройствам присущ ряд существенных недостатков: наличие вращающихся механических элементов, ограничивающих их частотные свойства;   нестабильность частоты модуляции, вызванную нестабильностью вращения двигателя, источника питания и рядом конструктивных факторов; малый срок службы; значительные массы и габариты.

Вращение модулирующего  элемента вызывает прерывание потока  с частотой  f=mn/60 (Гц), зависящей от скорости вращения двигателя n (об/мин) и числа периодов  m  модулирующего устройства, которое располагается в фокальной плоскости оптической системы. В зависимости от вида рисунка  растра, определяющего закон  следования прозрачных и непрозрачных участков растра, могут быть реализованы различные виды модуляции (АМ, ФМ, ЧМ и другие).

Простейшим  АМ модулятором является вращающаяся, либо совершающая возвратно-поступательные движения, диафрагма с чередующимися прозрачными и непрозрачными участками.

В общем случае оптическая система с растром состоит из объектива, который создает изображение поля излучения в плоскости диафрагмы, растра и приемника, воспринимающего излучение, прошедшее через диафрагму (рис.1). Конденсор обеспечивает равномерное освещение чувствительной площадки приемника

Рис.1. Оптическая система с растром

Если задать освещенность изображения некоторой точки  , а в полярной системе координат , расположенной в плоскости  установки модулирующего элемента, в виде , а коэффициент пропускания растра  в этой точке  в виде . Коэффициент пропускания растра может быть представлен рядом Фурье, так как действие растра всегда периодично.

Поток излучения, прошедший через растр в пределах площади диафрагмы σ, равен:

          ,                        (1)

где  - освещенность диафрагмы σ, dσ – элемент площади диафрагмы σ.

 Освещенность E(z, t)  рассматриваемой точки может быть представлена в виде некоторого потока, создающего  равномерную освещенность E0(t) по поверхности модулирующего растра  и фильтра с коэффициентом пропускания ф(z),  зависящим от пространственных координат, тогда поток на выходе  будет:

  

,   (2)

обозначив   , поток на выходе модулятора представим в виде (модулированный поток):

                            (3)

Входящая в формулу (3) величина Ф0(t) характеризует поток излучения падающий на модулирующий растр, а  (t) его интегральный коэффициент пропускания. Форма сигнала на выходе модулирующего растра определяется  формой изображения источника излучения в плоскости расположения растра и формой прозрачного для потока участка растра.

Интегральный коэффициент пропускания может быть представлен в виде бесконечной суммы синусов и косинусов

,

здесь ;  

;  

;

,

где - основная частота модулированного растром потока излучения.

Если  - четная функция, т.е. законы открытия и закрытия потока излучения одинаковы и начало отсчета времени выбрано в середине периода рисунка растра, то  и

Спектр модулированного потока излучения можно вычислить с помощью прямого преобразования Фурье

 (4)

.

Спектр модулированного колебания является суммой спектра сигнала до модуляции и совокупности k – гармоник того же спектра, взятых со сдвигом по частоте на величину  кратных частоте модуляции (рис.2).

Рис. 2. Спектр модулированного потока

Полагая, что освещенность в изображении источника равномерная, а прозрачные участки растра выполнены в виде круглого отверстия с радиусом r, найдем характер распределения потока на выходе модулирующего растра. При поступательном  движении изменение потока описывается функцией вида

,      (5)

где q = (r-x/2)/r = (1-x/2r),   0 x  2r и определяет положение координаты центра  отверстия растра относительно центра изображения источника излучения, а  f(x)  характеризует отношение  текущего значения s(x) площади перекрытия  изображения и отверстия к максимальному значению  sm(x)  перекрытия, определяемому площадью отверстия r2,  f(x)=s(x)/sm(x) .

 Если модулирующие отверстия имеют прямоугольную форму, то форма изменения потока описывается функцией вида (5), но q принимает значения равные     q=(r-x)/r=(1-x/r)   при   0  x  2r.    

Рис.3. Модулирующее устройство

Рис.4. Зависимость изменение потока от площади перекрытия

Параметры и погрешности растровых модуляторов

К основным параметрам  растровых модуляторов относят угловой период растра 0=(1+2) и соотношения между прозрачными 1 и непрозрачными 2 частями периода, частоту модуляции f0 = mn, число периодов растра  m, диаметр модулирующего диска D. Угловой период растра  зависит от числа периодов  m:  0=3600/m, а диаметр диска D выбирается из конструктивных соображений.

 

Рис.5. Модулирующий диск с круглыми отверстиями

К основным погрешностям модулятора следует отнести:

- угловую погрешность нанесения рисунка , вызванную конструктивными и технологическими погрешностями при изготовлении растра модулятора;

- нестабильность скорости вращения n, вызванную изменениями в цепи питания двигателя  и его конструктивными особенностями;

- эксцентриситет  центра  растра относительно центра вращения, вызванный неточностью изготовления диска и технологическими погрешностями при сборке.

Погрешности  модулятора  и нестабильность скорости вращения приводят к искажению формы сигнала и его параметров, что вызывает  дополнительные изменения потока излучения  приходящего на чувствительную площадку фотодетектора. Если считать, что отмеченные погрешности независимы, то результирующие изменения потока можно оценить как

                                                        (6)

Наличие флуктуаций на частоте модуляции  приводит к необходимости расширения полосы пропускания электронного тракта, к дополнительной паразитной частотной и фазовой  модуляции, снижение величины которой достигается повышением требований к допускам при  изготовлении  и сборке узлов устройства.

 Для расчета допусков на узлы модулятора  необходимо знать функциональную связь параметров , n ,   с погрешностью всего оптико-электронного прибора. Эта связь обычно либо задается паспортными данными  на узлы и элементы  устройства,  либо  устанавливается  экспериментально в виде графика, из которого, задаваясь значениями (U/Umax),  (U/Umax)n, (U/Umax), находят (/0), (/0)n, (/0). Обычно  считают все погрешности независимыми, а для радиусов диска R>30 мм  погрешность =/R  пренебрежимо малой  и результирующее паразитное изменение потока (Ф/Ф0) находят, полагая  (Ф/Ф0)= (Ф/Ф0)n 0,707/ε (Ф/Ф0), задавая ε в пределах (2 5).

Электронные виды модуляции в передающем тракте

 

Дв

ПИ

Об

Д

Р

x

v

τ =0

τ =1

2r

2r

0

r

2r

3r

4r

x

0,5

1

γ0

R

ε

τ =1

τ =0

x

y

Ω0

1. Про стан напрями реформування і фінансування освіти в Україні
2. Контрольная работа- Виникнення та становлення вітчизняного аудиту
3. Денис Шабалов Метро 2033- Право на силу- Астрель; Москва; 2012 ISBN 9785271447532 Аннотация Метро 2033 Дмитрия
4. ФОРМА И РАЗМЕРЫ ЗЕМЛИ 4 1
5. Культура Китая
6. Философия как наука. История зарубежной и отечественной философии
7. Структура управления и роль в самоорганизации общества
8. Анализ платежеспособности предприятия на пример
9. Практикум 2009 Міністерство освіти і науки України ІваноФранків
10. Лицензирование страховой деятельности.html
11. Современные взгляды хирургов на выбор оптимального способа хирургического вмешательства при перфоративной язве
12. Экскалибур2 обнаружил неизвестную планетную систему
13. Проявления анемий, лейкозов и геморрагических диатезов в полости рта детей Особенности оказания стоматологической помощи
14. НАРОДНЫЙ СТРАЖ 1
15. Федеральный центр по ценообразованию в строительстве и промышленности строительных материалов М
16. Курсовая работа- Амортизация и амортизационная политика
17. экономической формации к другой
18. Climte nd Wether in Gret Britin (Климат и погода в Великобритании)
19. Подготовительная работа с детьми- распределить роли- врачи юристы психологи для проведения информаци
20. а under под behind за сзади позади

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе