автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Разработка и исследование временных методов регистрации слабых световых сигналов

ОГЛАВЛЕНИЕ.

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИЗ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ РЕГИСТРАТОРОВ СЛАБЫХ

ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ.

1.1 Оценка параметров оптических датчиков с точки зрения регистрации сверхслабых оптических сигналов.

1.1 Критерии отбора ФЭП для регистрации слабых световых сигналов.

1.2.1 Амплитудное распределение одноэлектронных импульсов.

1.2.2 Форма одноэлектронных импульсов с выхода ФЭП.

1.2.3 Счетные характеристики ФЭП.

1.2 Анализ шумов, сопровождающих прием оптических сигналов.

1.3 Сравнительный анализ существующих методов селекции шумовых одноэлектронных импульсов.

1.5 Выводы.

2 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА РЕГИСТРАЦИИ СЛАБЫХ СВЕТОВЫХ СИГНАЛОВ С ВРЕМЕННОЙ СЕЛЕКЦИЕЙ ИМПУЛЬСОВ ТЕМНОВОГО ТОКА.

2.1 Обоснование метода счета фотонов с амплитудно-временной селекцией ОИ темнового тока.

2.2 Разработка модели регистрации слабых световых сигналов.

2.3 Оценка эффективности метода амплитудно-временной селекции ОИ.

2.4 Практическая реализация метода регистрации слабых световых сигналов с временной селекцией шумовых ОИ.

2.5 Выводы.

3 ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ОДНОЭЛЕКТРОННОЙ РЕГИСТРАЦИИ СВЕТОВЫХ ПОТОКОВ.

3.1 Исследование критериев оптимальности для трапецеидальной аппроксимации формы ОИ.

3.2 Методика расчета вероятности достоверной регистрации.

3.3 Оценка достоверности результатов регистрации.

3.4 Выводы.

4 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ РЕГИСТРАТОРА С ВРЕМЕННОЙ

СЕЛЕКЦИЕЙ.

4.1 Разработка алгоритма моделирования регистратора.

4.2 Выбор оптимального выражения для трапецеидальной аппроксимации формы ОИ.

4.3 Эффективность амплитудно-временного метода при синхронном фото детектировании.

4.4 Анализ возможных погрешностей, возникающих при моделировании

4.5 Оценка влияния параметров ФЭП на качество регистрации.

4.5.1 Влияние коэффициента умножения ФЭП на точность регистрации.

4.5.2 Влияние времени пролета фотоэлектронами катодной камеры на параметры ФЭП.

4.5.3 Влияние времени пролета фотоэлектронами участка последний динод - анод на параметры ФЭП.

4.6 Оценка точности установки порогов амплитудного дискриминатора и временного селектора.

4.7 Выводы.

На протяжении нескольких последних десятилетий наблюдается неуклонно растущий интерес к освоению оптического диапазона волн. В результате возникают актуальные задачи проектирования и создания устройств приема и обработки оптических сигналов.

Основной частью приемника оптических сигналов является преобразователь оптического излучения в электрический сигнал. В настоящее время существует множество преобразователей, принцип действия которых основан на внешнем или внутреннем фотоэффекте. Характеристики приемника оптических сигналов определяются параметрами самого преобразователя и схемой обработки сигнала с его выхода.

В большинстве приемников света сигнал на выходе появляется лишь при регистрации группы фотонов, что ограничивает чувствительность и приводит к утрате информации о статистической структуре света. Для регистрации слабых световых потоков (10",9.10"10 Вт) наиболее чувствительными и точными являются одноэлектронные регистраторы [1].

История разработки одноэлектронных регистраторов для оптической области спектра начинается с 30-х годов прошлого века, когда для регистрации отдельных квантов в ультрафиолетовой области спектра применялись газоразрядные счетчики Гейгера-Мюллера [2]. Хотя опыт и оказался удачным, распространение этого метода на видимую часть спектра не принесло ожидаемых результатов (сурьмяно-цезиевый фотокатод разрушался в режиме самостоятельного разряда).

Более успешным было применение для этих целей фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), охлаждение которых жидким азотом позволяло резко снизить интенсивный темновой ток (при температуре -183°С темновой ток составлял 12-45 импульсов в минуту и был обусловлен эмиссией с первых динодов) [3].

В 50-х годах построение одноэлектронных регистраторов предполагало обязательное охлаждение для снижения темнового тока. В 60-х годах прошлого столетия глубокое изучение шумовых свойств фотоэмиссионных приборов (ФЭП) позволило за счет более качественного исполнения и применения амплитудной дискриминации отказаться от охлаждения и получить приемлемые результаты.

В последние десятилетия бурное развитие микроэлектроники привело к появлению новых преобразователей оптических сигналов в электрические (лавинные фотодиоды, фототранзисторы, приборы с зарядовой связью и др.), которые по некоторым параметрам могут конкурировать с вакуумными ФЭП в режиме регистрации слабых световых сигналов.

В настоящее время существует два основных метода регистрации слабых световых сигналов [2]: метод счета фотонов и метод измерения тока. Все остальные методы являются их дополнениями и частными случаями, позволяющими добиться повышения тех или иных параметров.

Метод счета фотонов (МСФ) состоит в следующем. Входной сигнал вызывает на выходе ФЭП поток одноэлектронных импульсов, которые после усиления до необходимого уровня отбираются и формируются амплитудным дискриминатором [2]. Полученные стандартные импульсы суммируются в счетчике. В такой схеме при сравнительно небольшой интенсивности сигнала на входе возможно получение с высокой точностью информации о количестве вылетевших с фотокатода электронов (фотоэлектронов). При сравнительно большой интенсивности оптического сигнала из-за наложения откликов ФЭП возникает ошибка, заключающаяся в принятии решения о регистрации меньшего количества фотоэлектронов чем было на самом деле.

Метод измерения тока (МИТ) подразумевает применение интегрирующей цепи, подсоединенной к выходу ФЭП. Измерение тока дает информацию об интенсивности принимаемого сигнала. Недостатком этого способа является низкая точность регистрации сверхслабых потоков по сравнению с МСФ.

Выявленные недостатки предопределили области применения каждого метода. В результате для измерения слабых световых потоков применяется МСФ, а в случае, когда велика вероятность наложения откликов ФЭП на появление фотоэлектрона, применяется МИТ.

Диапазон областей применения регистраторов слабых световых сигналов очень широк, а информация рассеяна в значительном числе журнальных статей и в материалах научно-технических конференций [4-85]. Рассмотрим подробно области, где применяется режим счета фотонов, и задача повышения точности регистрации ставится особо остро.

Астронавигация и астроориентация. Одной из актуальных проблем при проектировании аппаратуры астронавигации и астроориентации является проблема пространственного поиска и обнаружения светящихся объектов при минимальных энергетических и временных затратах [4]. Исследования характеристик фотоэмиссионных приборов в режиме счёта фотоэлектронов (одноэлектронных фотоприёмников), начатые в области ФЭУ, а затем и применительно к диссекторам, показали преимущество счётного метода по сравнению с токовым методом регистрации световых потоков [5-11]. В результате интенсивно развивается счётный режим работы фотоприемных каналов, при котором процесс на выходе фотоприёмника представляет дискретный поток одноэлектронных импульсов (ОИ), каждый из которых обязан своим происхождением фотоэлектрону, покинувшему фотокатод. В данном случае под одноэлектронным импульсом подразумевается не оптический импульс, а отклик ФЭП на выбивание фотонами с поверхности фотокатода одного фотоэлектрона. Счётная характеристика одноэлектронного фотоприёмника, связывающая частоту (скорость) поступления ОИ с напряжением питания фотоприёмника, называемая плато-счётной характеристикой, имеет крутизну на порядок меньше крутизны вольт-амперной характеристики датчиков при работе в режиме регистрации токовых значений. Введение нормировки ОИ приближает работу фотоприёмника к работе идеального прибора [12, 13]. Таким образом, применяя счётный метод, можно продвигаться в область регистрации более слабых световых полей и создавать более стабильно работающую аппаратуру астронавигации и астроориентации.

В монографии [14] определены временные параметры поисковой аппаратуры для оптимизации астродатчиков, работающих в режиме счёта фотоэлектронов. В современных диссекторных системах, широко применяемых в качестве звездных датчиков [15], используют счётный метод индикации сигналов. При использовании в статическом режиме диссектор эквивалентен фотоумножителю с малым фотокатодом. В [16] авторами теоретически и экспериментально рассмотрена обнаружительная способность диссектора, работающего в режиме счёта фотоэлектронов.

Ядерная физика. В физике низких энергий в многочисленных приложениях ядерно-физических методов чаще всего применяют детекторы, в которых регистрация частицы также приводит к появлению на выходе детектора электрического сигнала. К таким детекторам, с некоторой оговоркой, можно отнести черенковский и сцинтилляционный детекторы, в которых световая вспышка, образованная зарегистрированной частицей, преобразуется с помощью ФЭУ в электрический импульс [17-20]. Этот электрический импульс — единственный источник сведений об исследуемом излучении, и, таким образом, обработка информации поступающей с детекторов, заключается в преобразовании и анализе электрических импульсов.

В исследовании ядерно-физических процессов существенное влияние оказывает то обстоятельство, что явления, изучаемые ядерной физикой, носят по своей природе случайный характер. Так, например, при наблюдении Р-распада нельзя заранее определить ни момент распада данного ядра, ни направление вылета электрона, ни его энергию. В то же время все эти величины подчиняются вполне определенным статистическим закономерностям, обнаружить которые можно, только накопив информацию о достаточно большом числе актов распада [21]. Эти обстоятельства несколько усложняют фотоприёмную аппаратуру.

Спектроскопия. Метод счёта фотонов находит широкое применение в спектро- и электрофотометрах (особенно при автоматической регистрации) в практике астрофизических исследований [22-27]. Метод счета фотонов (особенно при автоматической регистрации) требует применения большого числа относительно сложных приборов. Обычно эти приборы располагаются в отдельной комнате с более или менее стабильной температурой. При этом управление спектро- и электрофотометром осуществляется либо вручную, либо дистанционно с помощью какого-либо устройства.

Сцинтилляционная техника. Сцинтилляционный метод основан на регистрации коротких вспышек света — сцинтилляций, возникающих в некоторых веществах после прохождения через них заряженных частиц. Для регистрации возникающих под действием отдельных ионизирующих частиц сцинтилляций обычно используют ФЭУ [28]. Фотоны сцинтилляционной вспышки попадают на фотокатод ФЭУ и образуют в результате фотоэффекта фотоэлектроны. К одним из основных параметров сцинтилляторов относится средняя энергия, расходуемая на образование одного фотона.

В сцинтилляционных счетчиках, когда среднее количество фотоэлектронов на одну сцинтилляционную вспышку невелико, для получения достаточно высокой эффективности регистрации частиц приходится использовать низкий порог, сравниваемый с амплитудой шумовых ОИ. В этом случае кроме полезных сигналов от сцинтиллятора дискриминатор регистрирует и часть шумовых импульсов. Использование двух включаемых на совпадение фотоумножителей на одном или противоположных торцах сцинтиллятора оказывается не всегда возможным. Поэтому в [18] исследованы два способа подавления одноэлектронного шума в сцинтилляционных счетчиках, основанных на различии длительностей шумового и полезного сигналов.

Люминесцентный анализ. [29-30]. При измерениях квантового выхода флуоресценции, калибровке фотоприемников и некоторых других спектроскопических измерениях обработка результатов существенно упрощается, если используется флуоресцентный счетчик фотонов с постоянной по спектру квантовой чувствительностью. В [24] показано, что чувствительность к потоку фотонов не зависит от длины волны излучения в области 400.700 нм с точностью 6%.

Для регистрации слабых световых потоков используются фотоумножители, работающие в режиме счета фотонов. Известно, что и спектральные приборы, и фотоумножители обладают собственным поляризующим действием [24]. Учёт при спектроскопических исследованиях изменения чувствительности ФЭУ к различным состояниям поляризации излучения исключает искажения формы исследуемых спектров.

Системы локации. Большинство публикаций, посвященных обнаружению оптического излучения, основывается на энергетическом приёме, предполагая подсчёт числа фотоэлектронов (измерение энергии) за определенный (фиксированный) интервал времени и сравнение его с порогом [31-47].

В случае применения в качестве источника излучения многомодового оптического квантового генератора распределение числа фотоэлектронов хорошо согласуется с законом Бозе-Эйнштейна [34]. В световой локации излучение такого рода наблюдается при диффузном отражении когерентного сигнала от "шероховатой" поверхности [41]. В качестве чувствительного элемента приёмной поисковой аппаратуры используется счётчик фотонов, подсчитывающий число принятых фотоэлектронов за время воздействия на фоточувствительную поверхность соответствующих световых полей.

Лидарные системы. Фотоэлектронные счётчики находят широкое применение в технике дистанционного измерения оптико-физических параметров атмосферы. Регистрация рассеянного в обратном направлении излучения позволяет получить информацию о содержании аэрозолей в атмосфере, концентрации молекул газов и температурных профилей.

Динамический диапазон эхо-сигналов чрезвычайно велик. В настоящее время лидары регистрируют профиль рассеяния аэрозольных частиц в нижних слоях атмосферы. Выше аэрозольных слоев (т.е. более 35 км) интенсивность эхо-сигналов пропорциональна концентрации молекул атмосферы газов. Здесь интенсивность принимаемого эхо-сигнала настолько мала, что для оптимизации отношения сигнал-шум прибегают к счётному режиму работы фотоприёмного канала [48-59].

Применение фотоприёмной аппаратуры, работающей в одноэлектронном режиме, в метеорологическом лазерном локаторе — лидаре — позволяет повысить точность регистрации обратно рассеянного сигнала. Так, например, при вертикальном зондировании атмосферы ослабление лазерного излучения определяется как близкими к экспоненциальному, падением плотности атмосферы с высотой, так и обратной квадратичной зависимостью интенсивности сигнала от расстояния.

Системы вхождения в синхронизм. Организация пространственно-временного поиска с целью обнаружения и выделения момента появления светового импульса является необходимым условием вхождения в синхронизм приёмно-передающего комплекса [14]. Предельные параметры аппаратуры реализуются при использовании одноэлектронных фотоприёмников [60-63], позволяющих регистрировать акты преобразования фотона в фотоэлектрон (одноэлектронный импульс).

Системы связи. Для атмосферных каналов передачи информации основными перспективными направлениями являются космическая связь, ближняя наземная связь через атмосферу, подводная связь [64]. В связи с интенсивным освоением оптического диапазона длин волн большую актуальность в атмосферных системах связи приобретает аппаратура для приёма слабого оптического импульсного излучения [65-75].

Каналы связи, в которых квантовый шум ограничивает качество приёма сообщений, называются квантовыми каналами связи. Структурные схемы квантовых каналов в основе не отличаются от известных схем радиотехнического диапазона. В принципе могут использоваться все известные виды модуляции и способы демодуляции принимаемых сигналов. В то же время современное состояние элементной базы оптической связи определили некоторые особые тенденции в развитии оптической связи.

Волоконно-оптические линии связи. В каналах с закрытым распространением оптический сигнал канализируется либо по трубам-лучеводам с дискретными фазокорректорами (линзы, зеркала), либо по диэлектрическим волоконным световодам [76-83].

В каналах с трубами-лучеводами легко реализуются все виды модуляции с временным, пространственным или частотным разделением каналов. Использование газовых или твердотельных лазеров с высокой когерентностью излучения при лучеводном распространении позволяет применять и корреляционные способы обработки сигналов. Отметим, что относительно сложное сооружение труб-лучеводов может оправдываться только при передаче весьма больших потоков информации.

В последние годы основным направлением становится разработка волоконно-оптических каналов с передачей сигналов в ближнем инфракрасном диапазоне. В качестве генераторов излучения применяются полупроводниковые лазеры и светодиоды. Предвидится широкое использование таких систем, как для многоканальной магистральной связи, так и для зоновой и внутригородской сетей. Волоконные системы с успехом применяются для ближней связи, телеконтроля и управления на промышленных и иных объектах, на борту кораблей и самолетов. Особое значение здесь имеют компактность, невосприимчивость к электромагнитным помехам, обеспечение электромагнитной совместимости и скрытности.

Одним из последних и перспективных способов применения счётчиков фотонов является использование их в устройствах съёма информации с волоконного световода. В последних публикациях [84-85] появились сообщения о новых методах защиты волоконно-оптических трактов от несанкционированного доступа. Эти методы основаны на использовании лазера, генерирующего импульсы оптического излучения столь малой длительности, что в пределах каждого импульса содержится один фотон, находящийся в состоянии линейной или круговой поляризации. При этом в качестве фотоприёмного узла применяется интерферометр, к выходу которого подключается счётчик фотонов. Кодирование передаваемой информации осуществляется посредством использования соответствующих сдвигов фазы.

Техника телевидения. В статье [86] авторы утверждают, что все ранее существовавшие системы телевидения, лишенные принципа накопления зарядов, не смогли обеспечить передачу сообщений с достаточной для телевидения четкостью. Этот исторический факт свидетельствует об основополагающем значении принципа накопления зарядов фотоэлектронов. Один из создателей техники телевидения А.Роуз утверждает [87]: "В процессе разработки передающих телевизионных трубок стало совершенно ясно, что конечной целью любой зрительной системы — биологической, химической или электронной — является детектирование или счёт отдельных фотонов". Акцент автора на счёте фотонов для телевидения понятен, так как входными сигналами служат оптические изображения, переносимые световым потоком.

Известно, что конечной целью любой системы связи, включая телевидение, является своевременная и качественная передача информации по каналу с ограниченной пропускной способностью. Поэтому возникает вопрос о роли принципов накопления и счёта фотонов в осуществлении этой задачи.

Таким образом, основными областями применения одноэлектронных регистраторов слабых световых сигналов являются астрономия, ядерная физика, спектроскопия, биофизика, сцинтилляционная техника, астрофизика, люминесцентный анализ, космические исследования.

Сформулируем основные требования, предъявляемые к фотоприемникам в зависимости от областей применения.

В сцинтилляционной технике и ядерной физике требуется зарегистрировать среднюю интенсивность весьма слабых световых полей, для этого необходимо производить длительные временные измерения [6-10]. В связи с этим основные исследования в данных областях техники направлены на изучение временной стабильности одноэлектронных параметров фотоприёмников [11], точности измерения средней интенсивности [12-15]. Другая особенность этих счётчиков состоит в возможности в силу измерения потоков фотоэлектронов слабой интенсивности применять инерционные одноэлектронные фотоприёмники, справедливо полагая, что вероятность наложения ОИ весьма мала.

В случае применения фотоэлектронных счётчиков в астродатчиках приходится учитывать, что здесь скорость поступления сигнальных и фоновых фотоэлектронов значительно превосходит скорость поступления ОИ темнового тока. Последнее тем более необходимо учитывать в случае регистрации импульсного излучения, где за время в десятки и менее наносекунд необходимо зарегистрировать, в среднем, 2.4 фотоэлектрона.

В поисковой аппаратуре время наблюдения пространственного элемента разложения ограничено. Следовательно, существующие в литературе рекомендации по уменьшению погрешности измерения средней интенсивности потока здесь не приемлемы.

Следует также остановиться и на экспериментальных исследованиях шумовых, частотных и временных параметров одноэлектронных фотоприёмников для определения условий успешного функционирования и совокупности ограничений на использование последних в аппаратуре пространственно-временного поиска источников оптического излучения [16-21]. В частности, в работах [22-25] установлено, что существующие отечественные сканирующие фотоприёмники не обладают достаточной широкополосностью для обеспечения должного временного разрешения одноэлектронных импульсов при использовании в аппаратуре пространственно-временного поиска источников с наносекундной длительностью импульсов оптического излучения.

Проведённый анализ показывает, что области применения одноэлектронной фотоприёмной аппаратуры существенно сказываются на требованиях к параметрам регистраторов.

На основании анализа областей применения и требований к фотоприемникам можно выделить две основные задачи, решаемые при построении регистраторов слабых световых сигналов: фильтрация темновых и разделение наложившихся одноэлектронных импульсов.

Актуальность темы. Задача приема и обработки оптических сигналов важна в системах связи, локации, навигации, астрономии и т.д. Лазерные системы связи по сравнению со связью по радиоканалу обладают следующими преимуществами: сложность перехвата, довольно высокая скорость передачи данных и возможность связи на больших расстояниях при малой излучаемой мощности. Необходимость применения методов регистрации слабых световых сигналов обусловлена здесь повышением пропускной способности, конфиденциальности и увеличением допустимой протяженности канала связи. В астрономии и астрофизике информацию о слабосветящихся объектах можно получить только при помощи методов счета фотонов.

При проектировании устройств для регистрации слабых световых сигналов решаются две основные задачи: фильтрации импульсов темнового тока и разделение наложившихся ОИ. Причем в некоторых случаях (например, при длительном наблюдении дальних звезд) количество импульсов темнового тока на выходе ФЭП существенно превышает количество импульсов, обязанных своим появлением полезному сигналу. При этом даже незначительное количество отсеянных шумовых импульсов может существенно повысить точность измерений и уменьшить время наблюдения. Разделение наложившихся ОИ эквивалентно расширению полосы пропускания ФЭП - одного из главных факторов, определяющих его стоимость.

Обе задачи могут быть решены двумя принципиально разными способами: совершенствованием внутренней конструкции ФЭП или повышением точности обработки сигнала с его выхода. Так как первый способ в большинстве случаев приводит к многократному повышению стоимости всего прибора, то экономически целесообразно рассмотреть возможность совершенствования регистратора за счет более точной обработки сигнала с выхода фотоприемника.

Классическим методом обработки сигнала с выхода ФЭП является применение амплитудной дискриминации. Большая часть существующих регистраторов слабых световых сигналов используют именно этот метод. Менее изученным является временной метод. Это связано в первую очередь с высокими требованиями к быстродействию используемой элементной базы. Существенный прорыв в микроэлектронике за последние 10-15 лет снимает существовавшие ранее ограничения. Таким образом, изучение временных методов и их комбинации с амплитудными методами является на данный момент актуальной задачей.

Целью работы является разработка и исследование методов регистрации слабых световых сигналов с временной селекцией одноэлектронных импульсов, позволяющих повысить точность регистрации при ограниченной ширине полосы пропускания фотоприемной аппаратуры.

В соответствии с данной целью были поставлены и решались следующие основные задачи:

1. Систематизация и сравнительный анализ методов селекции шумовых ОИ, включая оценку патентно-лицензионной ситуации и технического уровня, определение ведущих в данном виде техники организаций и научных школ, прогноз тенденций развития аппаратуры;

2. Исследование особенностей работы различных типов преобразователей оптических сигналов (одноэлектронные ФЭУ, диссекторы, лавинные фотодиоды, ПЗС и др.) в световых регистраторах, работающих в одноэлектронном режиме;

3. Разработка и исследование метода регистрации непрерывных слабых световых сигналов с временной селекцией темновых одноэлектронных импульсов;

4. Проверка эффективности применения временной селекции темновых ОИ;

5. Разработка и исследование метода регистрации импульсных световых сигналов с временной селекцией наложившихся одноэлектронных импульсов;

6. Обоснование математического аппарата и получение аналитических выражений, позволяющих оценить качественные и количественные характеристики метода разделения наложившихся ОИ при помощи временной селекции;

7. Проверка эффективности метода регистрации световых сигналов с временной селекцией наложившихся ОИ;

8. Выявление основных факторов, влияющих на точность регистрации слабых световых сигналов при амплитудно-временной селекции ОИ.

Предметами исследования являются способы, технические решения регистраторов световых сигналов с амплитудно-временными методами селекции ОИ, статистические модели фотоэлектронных счетчиков, точность и погрешности одноэлектронной регистрации световых сигналов.

Методы исследования. В работе применялись методы теории вероятности, математической статистики, вычислительной математики и моделирование.

В диссертационной работе исследования направлены на совершенствование методов приема непрерывных и импульсных оптических сигналов в режиме счета фотонов, разработана методика количественной оценки достоверности регистрации светового излучения без учета и с учетом неидеальности параметров узлов фотоприемной аппаратуры, разработаны регистраторы с амплитудно-временными методами селекции ОИ.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. Разработан метод регистрации слабых световых сигналов с временной селекцией одноэлектронных импульсов;

2. Впервые проведена оценка эффективности метода временной селекции ОИ темнового тока;

3.При помощи трапецеидальной аппроксимации формы отклика ФЭП на появление фотоэлектрона разработана методика оценки качества одноэлектронной регистрации импульсных световых сигналов с амплитудно-временной селекцией наложившихся ОИ. Получены аналитические выражения для расчета условной вероятности регистрации j ОИ, если на самом деле принято п фотоэлектронов;

4. Разработана статистическая модель для оценки эффективности временных методов регистрации потока фотоэлектронов. При помощи модели оценено влияние неидеальности фотоприемника на точность регистрации непрерывных и импульсных световых потоков в режиме счета фотонов.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:

1. Предложены два устройства, защищенные патентом РФ, реализующие способ регистрации слабых световых сигналов, при помощи различных типов фотоприемников (ФЭУ, диссектор и ФЭП с многоканальной электронно-умножительной системой).

2. Установление порога временной селекции по уровню 0,2 от среднеожидаемой длительности импульса гарантирует дополнительное подавление порядка 27% ОИ темнового тока системы вторичного электронного умножения при регистрации непрерывных световых потоков;

3.Введение амплитудного дискриминатора с двумя пороговыми уровнями позволяет снизить в 1,4 раза требования к быстродействию схемы обработки сигнала с выхода ФЭП;

4. Разработаны алгоритмы, позволяющие получить численные оценки условных вероятностей P{j|n} регистрации потока ФЭ фотоэлектронными счетчиками с амплитудно-временными методами селекции ОИ при случайном характере вторичной электронной эмиссии динодной системы одноэлектронных ФЭП и разбросе времени пролета электронами катодной камеры;

5.Разработаны рекомендации по построению фотоэлектронных счетчиков с амплитудно-временным методом регистрации ОИ, позволяющие снизить требования к ширине полосы пропускания ФЭП от 1,5 до 3 раз;

6. Сформулированы требования к точности установки порогов амплитудной дискриминации и временной селекции, позволяющие минимизировать их влияние на результаты регистрации;

7. Показано, что применение метода амплитудно-временной селекции ОИ при синхронном фотодетектировании в системах астронавигации позволяет в 1,5-2,5 раза снизить требования к ширине полосы пропускания ФЭП или в 1,5-3 раза повысить точность регистрации.

Личный вклад. Все основные научные результаты, результаты статистического моделирования на ЭВМ работы фотоприемной аппаратуры в одноэлектронном режиме и разработанные рекомендации по построению регистраторов оптического излучения с амплитудно-временными методами селекции ОИ, приведенные в диссертационной работе, получены автором лично.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Принципы построения регистраторов слабых световых сигналов с амплитудно-временными методами селекции ОИ;

2. Запатентованные способ и два устройства регистрации слабых световых сигналов с амплитудно-временным методом селекции шумовых одноэлектронных импульсов;

3. Методика выбора критерия для оценки точности результатов при трапецеидальной аппроксимации формы ОИ;

4. Математический аппарат оценки достоверности регистрации оптического излучения фотоэлектронными счетчиками с амплитудно-временной селекцией ОИ, основанный на трапецеидальной аппроксимации формы ОИ и интегрировании по проекциям;

5. Алгоритмы и результаты статистического моделирования работы фотоэлектронных счетчиков с амплитудно-временной селекцией ОИ, в том числе при случайном характере вторичной электронной эмиссии динодной системы одноэлектронного ФЭП и разбросе времени пролета фотоэлектронами катодной камеры;

6. Аналитические выражения для расчета условных вероятностей регистрации заданного количества фотоэлектронов в условиях конечной ширины полосы пропускания ФЭП.

Апробация результатов работы.

Основные результаты неоднократно докладывались на внутривузовских, региональных, всероссийский и международных конференциях. В том числе на первой и второй Всероссийских н.т.к. «Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве», проводившихся в Нижнем Новгороде в 1999 и 2000 г.г., на V Всероссийской н.т.к. «Королевские чтения» в Самаре, на IV и VII Всероссийских н.т.к. «Методы и средства измерения физических величин» в Нижнем Новгороде в 1999 и 2003 г.г., на Всероссийской н.т.к. с международным участием «Компьютерные технологии в инженерной и управленческой деятельности» в Таганроге, на Всероссийской н.т.к молодых ученых и аспирантов «Новые информационные технологии. Разработка и аспекты применения.» в Таганроге, на 12, 13 и 14 НТК с участием зарубежных специалистов «ДАТЧИК-2000, 2001, 2003» в Москве, на Международной НК «Гагаринские чтения» в Москве, на Региональном научно-практическом семинаре «Информационная безопасность - ЮГ России» в Таганроге, на 5 и 6 Всероссийских НК «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» в Таганроге, на VIII Всероссийской н.т.к. «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» в Нижнем Новгороде в 2003 г. и др. Кроме того, основные результаты были представлены на нескольких научных конференциях ТРТУ с 1998 по 2003 годы. Отдельные результаты диссертационной работы были использованы в 3-х отчетах по НИР [89-91] в том числе в ГБ НИР «Разработка радиотехнических процессоров на акустооптических, волоконно-оптических и оптоэлектронных структурах» (№ ГР 01.9.60.004349, Инв. №02.9.70.001265).

Публикации. По материалам диссертационной работы выполнено 20 публикаций, в том числе 4 в центральной печати, получен патент на изобретение «Способ регистрации слабых световых сигналов и устройство для его осуществления» [88] и свидетельство об официальной регистрации в Роспатенте программы для ЭВМ «Статистическое моделирование амплитудного распределения сигнала одноэлектронных фотоэмиссионных приборов (АРСФП)» (Свидетельство №2003610249 от 22.01.03, по заявке № 2002612142, подана 29.11.02).

Научные результаты работы использованы в хоздоговорной НИР, выполненной кафедрой РЭС ЗиС для НКБ «Миус», в учебном процессе кафедры радиоэлектронных средств защиты и сервиса Таганрогского Государственного радиотехнического университета в лекционном материале, курсовом и дипломном проектировании, лабораторных и исследовательских работах студентов, что подтверждено соответствующими актами о внедрении и справками об использовании.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Общий объем диссертации 142 страницы, включая 64 иллюстрации, 13 таблиц, список литературы из 175 наименований на 11 листах, в том числе 20 работ автора (индивидуальных и в соавторстве), отражающих материалы диссертации.

3.4 Выводы

В результате анализа формы одноэлектронного импульса предложено пять различных критериев нахождения оптимальной трапецеидальной аппроксимации.

Для каждого критерия найдены значения коэффициентов фронта и спада импульса. Сравнение полученных критериев оптимальности показало, что в случае, когда рассматривается регистрации одиночного фотоэлектрона при помощи амплитудно-временной селекции без учета флуктуаций амплитуды ОИ, критерием выбора трапецеидальной аппроксимации может служить длительность импульса по уровню порога амплитудной дискриминации (критерии, основанные на близости формы ОИ на линейных участках фронта и спада). В системах связи и локации, когда вероятность наложения ОИ велика, можно предположить, что применение критерия, основанного на совпадении амплитуды в точке провала между двумя наложившимися импульсами при фиксированной задержке, даст более точные результаты.

При помощи методики, предложенной и исследованной К.Е. Румянцевым, проведен расчет вероятностей достоверной регистрации для случаев появления трех и четырех фотоэлектронов за время измерения. Показано, что при амплитудно-временном методе и отсутствии флуктуаций коэффициента умножения ФЭП вероятности регистрации Р(111) = Р(2 | 2) = 1. Путем сравнения полученных вероятностей показана эффективность применения амплитудно-временного метода регистрации по сравнению с амплитудным (для п равно 3 или 4, UH = 0,5 и тд/тси = 0,005 вероятность достоверной регистрации повышается примерно на 19%).

Проведенный оценочный расчет достоверности результатов при двух методах регистрации (амплитудном и амплитудно-временном) показал, что амплитудно-временной метод обеспечивает большую достоверность регистрации. При тд/тси =0,006, что соответствует полосе 36 МГц при тд = 1 не, тси = 170 не, п=3 и

Ыд = 14, достоверность увеличивается как минимум на 14%, при п=5 - на 24%, причем эти значения являются оценкой снизу. Выигрыш в достоверности растет с уменьшением полосы пропускания ФЭП.

4 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ РЕГИСТРАТОРА С ВРЕМЕННОЙ

СЕЛЕКЦИЕЙ

Для определения количественных и качественных параметров счетчика фотонов с амплитудно-временным методом регистрации одноэлектронных импульсов необходимо разработать модель, учитывающую внутренние процессы в фотоэмиссионном приборе и параметры внешней обработки сигнала с его выхода (детектирования). Под внутренними процессами здесь понимаются флуктуации коэффициента умножения ФЭП, разброс времени пролета фотоэлектронами катодной камеры и др. Влияние внешней обработки сигнала с выхода ФЭП связано с порогами амплитудной дискриминации и временной селекции.

4.1 Разработка алгоритма моделирования регистратора

Одной из важнейших характеристик того или иного метода счета фотонов является вероятность регистрации заданного количества фотоэлектронов j, при условии, что на самом деле их было п. Пусть количество фотоэлектронов п известно, тогда в результате моделирования должны быть определены вероятности регистрации P(j | п) для всех возможных значений].

Рассмотрим случай, когда ФЭП считается идеальным (нет флуктуаций коэффициента умножения, амплитуда и длительность ОИ постоянны). Пусть используется одноэлектронный фотоэмиссионный прибор с электронной умножительной системой, состоящей из Ыд=14 динодов. В этом случае форма одноэлектронного импульса на его выходе будет определяться нормированной гамма функцией

1Лд h гамма (1/Тд) = е14-'Лд ч 14 ,

Так как процесс формирования фотоэлектронов является пуассоновским, то моменты появления ОИ на временном интервале [0, тизм] подчиняются равномерному распределению, а их количество закону Пуассона [167].

Так как при описании формы ОИ гамма функцией учитывается задержка появления сигнала на выходе ФЭП относительно момента вылета фотоэлектрона с фотокатода, то временной интервал исследования сигнала на выходе также должен быть шире интервала [0, тизм].

Для определения количества ОИ применяется амплитудная дискриминация по уровню Unop и временная селекция по уровню dnop. Алгоритм принятия решения о количестве фотоэлектронов описан в Главе 3.

Блок схема алгоритма моделирования для этого случая приведена на рисунке 4.1.

Блок схема алгоритма моделирования процесса регистрации

Ниже приведены исходные данные и описание основных переменных, используемых в модели:

1 —— X / X д/ изм . параметр, характеризующий инерционность ФЭП и длительность интервала измерения; и™р - порог амплитудной дискриминации [0.1]; пор порог временной селекции; п - количество фотоэлектронов на входе ФЭП;

V - количество отсчетов, на которые делится интервал хизм] для определения амплитуды результирующего сигнала на выходе ФЭП; к - количество испытаний;

Алгоритм принятия решения о количестве зарегистрированных импульсов в зависимости от превышения порогов амплитудного дискриминатора и временного селектора:

U < Unop => регистрируется 0 фотоэлектронов,

U > Unop, т < тпор => регистрируется 1 фотоэлектрон,

U > Unop, т > тпор => регистрируется 2 фотоэлектрона.

Рассмотренная модель является базовой и, при необходимости, в нее вносятся изменения и дополнения. Так, для сравнения различных форм трапецеидальной аппроксимации в модели нормированная гамма функция может быть заменена следующим выражением:

0, 0<1/тд<афр;

1/тД-а*р)/ЬФР' афр<1/ХД^аФР+ЬФР' Ь афр+Ьфр <t/xA <асп-Ьсп; aCn-V4)/bcn> асп-Ьсп < t/xfl <асп;

0>- 1/ТД>асп

В этом случае для каждого критерия необходимо подставить свои значения коэффициентов афр, Ьфр, асп и Ьсп, определяющих положение и углы наклона фронта и спада импульса.

Если необходимо учесть не идеальность самого ФЭП, то в модель могут вноситься изменения, характеризующие следующие процессы: а) флуктуации коэффициента умножения ФЭП; б) разброс времени пролета катодной камеры.

Способы учета этих процессов рассмотрены ниже при описании результатов моделирования.

Модель выполнена в виде программы, написанной для пакета инженерных расчетов Mathcad 7 Professional фирмы Math Soft.

Ш h (t) =

11 трап vL/

Резюме. В параграфе рассмотрены основные идеи, использованные при построении алгоритма моделирования процесса регистрации ОИ с учетом параметров самого ФЭП и схем обработки сигнала с его выхода. Исходными данными для моделирования являются: ширина полосы пропускания ФЭП (не в явном виде), пороги амплитудной дискриминации и временной селекции, форма ОИ. Результатами моделирования являются вероятности регистрации j одноэлектронных импульсов при условии, что с фотокатода выбилось п фотоэлектронов.

4.2 Выбор оптимального выражения для трапецеидальной аппроксимации формы ОИ

В Главе 3 получены и проанализированы выражения для нахождения условных вероятностей регистрации всех фотоэлектронов при трех или четырех фотоэлектронах на входе. Проведем оценку достоверности предлагаемой модели на основе сравнения данных, рассчитанных по аналитическим выражениям, и результатов моделирования. Для этого промоделируем процесс регистрации трех и четырех фотоэлектронов. Исходные данные для моделирования: а=0; 0,01; 0,02; 0,04; 0,06; 0,08; 0,1 Unop=0,5 dnop = 12,5'a, где a = a/(16.8-9.2U) п=3 и 4 V=1000 k=10000 форма одноэлектронного импульса трапецеидальная с параметрами афр =7,1;

Ьфр=6,0;асп=23,9иЬсп=9,2.

На рисунке 4.2 приведены графики зависимости вероятности регистрации 4 фотоэлектронов при условии, что на входе фотоэмиссионного прибора было 4 от

Р(4|4) 1

0.9

0.8

0.7 a

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 Рисунок 4.2 параметра а. Сплошная линия соответствует значениям, рассчитанным по аналитическим выражениям (3.4), точки соответствуют результатам моделирования.

На рисунке 4.3 приведены графики зависимости вероятности регистрации 3 ОИ при условии, что фотокатод фотоэмиссионного прибора сгенерировал 3 фотоэлектрона от параметра а. Сплошная линия соответствует значениям, рассчитанным по аналитическим выражениям (3.3), точки соответствуют результатам

Р(3|3)

9 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 моделирования.

Рисунок 4.3

Так как в случае регистрации трех фотоэлектронов можно аналитически рассчитать вероятности всех событий, то для проверки справедливости модели можно применить критерий согласия %2 Пирсона. [169] х>=п£(рIzbL, i=i Pi где pi - это вероятность, полученная при моделировании, р;* - это вероятность, рассчитанная при помощи аналитических выражений (3.4), к - количество разрядов, в которые сводятся результаты опытов, п - количество испытаний. Число степеней свободы г в данном случае равно 2-1=1, так как можно наложить только одно условие р, = 1). Расчет параметра %2 показал, что вероятность р превышает 0,95 и из этого i следует, что рассмотренные законы распределения не противоречат друг другу.

На основании полученных результатов можно заключить, что модель справедлива, и ее можно использовать для анализа процесса одноэлектронной регистрации.

При помощи модели рассчитаем условные вероятности Р{п| п} регистрации всех четырех фотоэлектронов при различных критериях оптимальности трапецеидальной аппроксимации. Коэффициенты фронта и спада при различных критериях приведены в таблице 4.1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена научно-техническая задача, существенная для оптического приема слабых и сверхслабых световых сигналов и заключающаяся в повышения точности регистрации. Разработаны общие подходы к количественной оценке достоверности регистрации светового излучения без учета и с учетом неидеальности параметров узлов фотоприемной аппаратуры, разработаны и научно обоснованы технические решения оптических регистраторов с амплитудно-временными методами селекции ОИ темнового тока и разделения наложившихся ОИ при ограниченной полосе пропускания ФЭП.

При решении поставленных задач получены следующие основные результаты: разработан метод регистрации сверхслабых непрерывных световых сигналов с амплитудно-временной селекцией темновых шумовых ОИ, возникающих в фотоэмиссионных приборах типа ФЭУ и диссектор, защищенный патентом РФ №2190196 на способ. В результате анализа разработанного способа показано, что введение временной селекции импульсов после амплитудной дискриминации позволяет дополнительно подавить более четверти одноэлектронных импульсов темнового тока с первого динода и не вносит дополнительных потерь полезного сигнала по отношению к амплитудному методу селекции. На основании способа разработаны два устройства на основе ФЭУ и ФЭП с многоканальной электронно-умножительной системой, защищенные патентом РФ, позволяющие повысить точность регистрации путем снижения количества шумовых импульсов на выходе ФЭП; разработан метод регистрации импульсных световых сигналов с амплитудно-временной селекцией наложившихся ОИ, позволяющий при фиксированной полосе пропускания добиться снижения относительной погрешности измерения в 1,5-3 раза, либо при фиксированной погрешности снизить требования к ширине полосы пропускания ФЭП в 1,5-2,5 раза по сравнению с амплитудным методом регистрации. Сформулированы требования к точности установки порогов амплитудной дискриминации и временной селекции; разработана методика анализа метода регистрации импульсных световых сигналов, основанная на трапецеидальной аппроксимации формы ОИ и расчете вероятностей регистрации заданного количества фотоэлектронов путем интегрирования по проекциям. Сформулированы несколько критериев нахождения параметров выражения для трапецеидальной аппроксимации и показано, что при учете эффекта наложения ОИ, применение критерия, основанного на совпадении амплитуды в точке провала между двумя наложившимися импульсами при фиксированной задержке, позволяет получить наиболее точные результаты.

Полученные результаты позволяют оценить качественные и количественные характеристики оптических систем, применяемых в сцинтилляционной технике, ядерной физике, астрофизике, астронавигации, астроориентации, спектроскопии, люминесцентном анализе, лидарных системах, системах связи, локации и т.д. с учетом неидеальности узлов фотоэлектронных счетчиков.

1. Бычков С.И., Румянцев К.Е. Поиск и обнаружение оптических сигналов. Монография. / Под. ред. К.Е. Румянцева. М.: Радио и связь. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. 282 с.

2. Ветохин С.С., Гулаков Н.Р., Перцев А.Н. и др. Одноэлектронные фотоприёмники. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986. -160 с.

3. Родионов С.Ф., Ошерович А.Л. Доклады АН СССР, 1950, т.74, №8, с.3-10.

4. Телевизионная астрономия. / Под ред. В.Б.Никонова. М.: Наука, 1984. 272 с.

5. Михалков К.В. Применение диссекторных датчиков для измерения слабых световых потоков методом счета фотоэлектронов. // Техника средств связи. Сер. Техника телевидения. 1983. Вып.5. С.96-103.

6. Михалков К.В. Рабочая характеристика обнаружителя диссекторной системы при работе в режиме счета фотоэлектронов. // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Техника телевидения. 1975. Вып.З. С.30-39.

7. Михалков К.В., Румянцев К.Е. Синтез оптимальных параметров астродатчика, работающего в режиме счета фотоэлектронов. // Техника средств связи. Сер. Техника телевидения. 1987. Вып.5. С.37-43.

8. Бринхен Н.О. Линейная фильтрация сигнала идеальной телевизионной камеры, работающей в режиме счета отдельных фотонов. // Техника средств связи. Сер. Техника телевидения. 1982. Вып.4. С. 16-20.

9. Артемьев В.В. Фотоэлектрические счетчики фотонов. // ОМП. 1974. №1, С.6268.

10. Артемьев В.В., Рожнова К.П. Счет фотонов в слабых световых потоках. // Известия Крымск. астрофизич. обсерв. 1963. Т.30. С.297-307.

11. Ташкун А.П. и др. Потенциальная возможность снижения порога чувствительности телевизионного датчика на диссекторе. / М.: МДНТП, 1971.

12. Ветохин С.С. и др. К выбору порога амплитудной дискриминации одноэлектронного диссекторного датчика // Оптическая и электрическая обработка информации. М.: Наука, 1975. С.41-47.

13. Ветохин С.С. Влияние смещения порога амплитудной дискриминации на отношение сигнал/шум одноэлектронного диссектора. // ОМП. 1987. №5. С.46-48.

14. Ветохин С.С. ОМП, 1978, №6, с.65-66.

15. Ивандиков Я.М. Оптико-электронные приборы для ориентации и навигации космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1971.

16. Ветохин С.С. и др. Обнаружение слабосветящихся объектов с помощью диссектора, работающего в одноэлектронном режиме. // ОМП. 1975. №7.

17. Шульженко Г.И. и др. Прибор для регистрации распределения потоков частиц и фотонов. // ПТЭ. 1987. №3. С. 168-170.

18. Глиберман А.Я. и др. Комбинированный детектор рентгеновского излучениясцинтилятор-кремниевый фотодиод. // ПТЭ. 1987. №1. С. 197-197.

19. Кадзухико Ояма, Тосиба К.к. Детектор ионизирующих излучений на основе микроканального умножителя. Заявка 60-211759, Япония. Заявл. 21.03.84, №59-52298, опубл. 24.10.85. МКИ H01J47/14, G01T1/38.

20. Горячев Ю.М. и др. Оптимизация параметров усилителей ФЭУ. // Ядерное излучение в науке и технике. М., 1984. С.126-130.

21. Аверкиев В.В. и др. Лабораторный практикум по экспериментальным методам ядерной физики: Учеб. пособие для вузов / Под. ред. К.Г.Финогенова. М.: Энергоатомиздат, 1986. 432 с.

22. Analytical Laser Spectroscopy. Edited by Nicolo Omenetto. Institute of Inorganic and General Chemistry University of Pavia. Pavia, Italy.

23. Максумов O.C. Цифровой пульт управления для спектрофотометрии звезд методом счета фотонов. // ПТЭ. 1983. №2. С. 168.

24. Баха X. и др. Многоканальный быстрый счетчик фотонов для лазерной спектрохронографии. // Приборы для научных исследований. 1985. №10. С.74-78.

25. Вайнер Ю.Г., Малявкин Л.П., Силькис Э.Г., Титов В.Д. Многоканальная система счета фотонов для регистрации слабых спектров. // ПТЭ. 1981. №4. С. 183.

26. Бугаенко Л.А. и др. Астрометрия и астрофизика // Киев: Наукова думка, 1968. Вып.1. С.193

27. Местиашвили З.Д. Новая техника в астрономии. Л.: Наука, 1970. Вып.4. С.29.

28. Гуз Ю.П., Лапин В.В., Пересыпкан А.И., Рыкалин В.И., Скрипкина В.Т. Подавление одноэлектронного шума фотоэлектронных умножителей в сцинтилляционных счетчиках // Приборы и техника эксперимента. 1990. № 1. С. 161163.

29. Левшин Л.В., Наумов А.В., Салецкий A.M., Южаков В.И. Измерение спектральных и поляризационных характеристик люминесценции на флуориметрах в режиме счета фотонов. // ПТЭ. 1984. №4. С.216-217.

30. Петухов В.А., Саввина Л.П. Флуоресцентный счетчик квантов для области длин волн до 700 нм на основе красителя Оксазин-1. // ПТЭ. 1984. №4. С. 170-172.

31. Курикша А.А. Квантовая оптика и оптическая локация: Статистическая теория. М.: Сов. радио, 1973. 134 с.

32. Матвеев И.Н., Протопопов В.В., Троицкий И.Н., Устинов Н.Д. Лазерная локация. М.: Машиностроение, 1984. 271 с.

33. Справочник по лазерной технике: Пер. с нем. М.: Энергоатомиздат, 1991. 544 с.

34. Богданович В.А., Прокофьев В.Н. Несмещенные правила обнаружения оптических сигналов в шумах неизвестной интенсивности. // Радиотехника и электроника. 1973. №12. С.2493-2500.

35. Толпарев Р.Г., Поляков В.А. Помехоустойчивость оптических обнаружителей с алгоритмами неймановской структуры. // Радиотехника. 1980. Т.35, № 12. С.72-75.

36. Толпарев Р.Г., Борисов Э.В. Адаптивный рандомизированный обнаружитель оптических сигналов. // Радиотехника. 1982. Т.37, №9. С.77-79.

37. Толпарев Р.Г., Борисов Э.В. Оценка параметров шума в обнаружителях оптических сигналов. // Радиотехника. 1983. Т.34, №4. С. 48-52.

38. Прокофьев В.Н., Румянцев К.Е. Инвариантные алгоритмы обнаружения сигналов при априорной неопределенности помеховой обстановки: Учеб. пособие. Таганрог: ТРТИ, 1990. 45 с.

39. Денисов О.Н., Прокофьев В.Н., Румянцев К.Е. Инвариантные алгоритмы обнаружения сигналов в шумах неизвестной интенсивности. Таганрог: ТРТИ, 1984. 48 с.

40. Денисов О.Н., Прокофьев В.Н., Румянцев К.Е. Инвариантные и непараметрические алгоритмы квантования в бинарных обнаружителях сигналов. Таганрог: ТРТИ, 1983. 53 с.

41. Румянцев К.Е. Обнаружитель лазерного излучения в фоновых шумах неизвестной интенсивности. // Известия ЛЭТИ. 1978. Вып.229. С.105-108.

42. Прокофьев В.Н., Румянцев К.Е., Фирсов B.C. Обнаружение пачки импульсных оптических сигналов в фоновых шумах неизвестной интенсивности. // Известия вузов СССР. Сер. Радиоэлектроника. 1987. Т.30, №8. С.40-44.

43. Прокофьев В.Н., Румянцев К.Е., Фирсов Ф.С. Многоканальное обнаружение оптических сигналов при неизвестной интенсивности фона. // Элементы приемно-усилительных устройств: Межвуз.науч.сб. Таганрог: ТРТИ, 1984. Вып.2. С.21-24.

44. Волков В.Ю. Обнаружение различия неизвестных интенсивностей двух пуассоновских процессов. // Оптические системы локации, связи и обработки информации. Л.: 1986. С.93-97.

45. Волков В.Ю. Обнаружение сигналов фотоприемника в пуассоновском шуме неизвестной интенсивности. // Известия вузов СССР. Сер. Радиоэлектроника. 1987. Т.30, №7. С.76-78.

46. Прокофьев В.Н., Румянцев К.Е. Разнесенный прием оптического излучения при неизвестных интенсивностях фона в каналах. // Известия вузов СССР. Сер. Радиоэлектроника. 1989. Т.32, №9. С.27-32.

47. Гырдев Л.Л. Области максимальной точности при измерении слабых лидарных сигналов в режиме счета фотонов // Болг. физ. ж. 1984. Т.11,№2. С.222-229.

48. Румянцев К.Е., Омар М. Хакан. Устройства дистанционного измерения параметров атмосферы. // Методы и средства измерений физических величин: Тез.докл. Ill ВНТК (17-18.06.98). Часть 3. Н.Новгород.

49. Румянцев К.Е., Омар М. Хакан. Фотоприемные устройства лидаров длявысотных измерений. // Материалы междунар. научного симпозиума "Природа и человек". Таганрог: ТРТУ, 1996. С. 119-120.

50. Гарматюк Г.Г., Румянцев К.Е. Лазерная система обнаружения нижней границы облачности. // Материалы междунар. научного симпозиума "Природа и человек". Таганрог: ТРТУ, 1996. С. 113.

51. Шелевой К.Д. Совмещенный с ЭВМ счетчик фотонов для лидаров. // ПТЭ 1985. №4. С.243.

52. Виттинг Б. и др. Микрокомпьютерный интерфейс для непрерывной регистрации спектров методом счета фотонов. // Приборы для научных исследований 1984. №З.С.112-115.

53. Надеев А.И., Шелевой К.Д. Оценка энергетических потерь в лидаре с встроенной системой счета фотонов. // 8 Всес. симп. по лазер, и акуст. зондир. атмосф. Тез. докл. Ч. 2. Томск, 1984. С.310-313

54. Шелевой К.Д. Четырехканальный счетчик фотонов С-4Б. // ПТЭ 1985. №4. С.234.

55. Вдовенков A.M. Широкополосный усилитель-дискриминатор фотоприемного блока "Лидар-70" // Тр. Ин-та эксперим. метеорол. Госкомгидромета, 1985. №8/117. С.57-59.

56. Витербини М., Андриана А., Донфранческо Д. Система детектирования отдельных фотонов с регистрацией временной информации для применения в лидаре. // Приборы для научных исследований. 1987. №10. С.46-49.

57. Кайл К., Клементе В. Схема для счета фотонов с сортировкой по коротким временным интервалам. // Приборы для научных исследований. 1983. №12. С.198-199.

58. Витербини М., Андриани А. Суммирующий многоканальный счетчик фотонов для лидарных изменений. // Приборы для научных исследований. 1989. №2. С.141-142.

59. Румянцев К.Е. Временной поиск импульсных сигналов одноэлектронными фотоприемниками. // Известия вузов СССР. Сер. Радиоэлектроника. 1986. Т.29, №3. С.100-103.

60. Румянцев К.Е. Проектирование цифровой диссекторной системы пространственно-временного поиска источников импульсного излучения. // Вопросы формирования и обработка сигналов в радиотехнических устройствах и системах. Таганрог: ТРТИ, 1989. Вып.5. С.8-12.

61. Румянцев К.Е. Требования к параметрам синхронизации в оптических системах связи. // Проблемы повышения эффективности и качества систем синхронизации: Тез. докл. Всесоюз. научн.-техн. конф. Львов, 1985. М.: Радио и связь, 1985. С.82-83.

62. Румянцев К.Е. Многоканальная система временного поиска импульсных сигналов одноэлектронными фотоприемниками. // Известия вузов СССР. Сер. Радиоэлектроника. 1990. Т.ЗЗ, №5. С.36-41.

63. Коржик В.И., Щелкунов К.Н. и др. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений: Справочник. / Под ред. Л.М.Финка. М.: Радио и связь, 1981. 232 с.

64. Оптическая связь: Тематический выпуск// ТИИЭР. 1970. Т.58, №10.

65. Шереметьев А.Г. Статистическая теория лазерной связи. М.: Связь, 1971. 264 с.

66. Пратт В.К. Лазерные системы связи / Пер. с англ. М.: Связь, 1972. 232 с.

67. Шереметьев А.Г., Толпарев Р.Г. Лазерная связь. М.: Связь, 1974. 384 с.

68. Гальярди P.M., Карп Ш. Оптическая связь / Пер. с англ.; Под ред. А.Г. Шереметьева. М.: Связь, 1978. 424 с.

69. Минаев И.В., Мордовии А.А., Шереметьев А.Г. Лазерные информационные системы космических аппаратов. М.: Машиностроение, 1981. 272 с.

70. Казарян Р.А., Оганесян А.В., Погосян К.П., Милютин Е.Р. Оптические системы передачи информации по атмосферному каналу. М.: Радио и связь, 1985. 207 с.

71. Румянцев К.Е. Защищенные атмосферные лазерные системы связи. Таганрог: Изд-воТРТУ, 1998. 60 с.

72. Скоморовский Д.А., Рожанский В.А. Передача сообщений по оптическим линиям связи. М.: Связь, 1974.

73. Тришенков М.А. Фотоприемные устройства и ПЗС. Обнаружение слабых оптических сигналов. М.: Радио и связь, 1992. 400 с.

74. Румянцев К.Е., Омар М.Х. Тенденции развития счетчиков фотонов для лазерных систем связи. Радио и волоконно-оптическая связь, локация и навигация: Тез. докл. // Воронеж, 1997.

75. Волоконно-оптические линии связи: Справочник. / Под ред. С.В.Свечникова и Л. М. Андрушко. К.: Техника, 1988. 239 с.

76. Семёнов А.Б. Волоконная оптика в локальных и корпоративных сетях связи.М.: КомпьютерПресс, 1998. 302 с.

77. Волоконно-оптические системы передачи и кабели: Справочник. Под ред. Гроднева И.И., Мурадяна А.Г., Шарафутдинова P.M. и др. М.: Радио и связь, 1993.

78. Чео П.К. Волоконная оптика: Приборы и системы / Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1988.

79. Гауэр Дж. Оптические системы связи: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1989. 504с.

80. Шевцов Э.О., Белкин М.Е. Фотоприемные устройства волоконно-оптических систем передачи. М.: Радио и связь, 1992. 224 с.

81. Убайдуллаев P.P. Волоконно-оптические сети. М.: Эко-Трендз, 1998.

82. Мурадян А.Г., Гинзбург С.А. Системы передачи информации по оптическому кабелю. М.: Связь, 1980.

83. Метод защиты волоконно-оптических систем от несанкционированногодоступа. Quantum Cryptography. // Photonics Spectra. 1994. V.28, №9. C.48,50. Реферативный журнал "Связь". 1995. T.29B, №8. Реферат 8В51.

84. Нощенко B.C., Хромов Л.И. Принцип счета фотонов в телевидении. // Техника средств связи. Сер. Техника телевидения. 1991. Вып. 1. С.З.

85. Роуз А. Зрение человека и электронное зрение. М.: Мир, 1977.

86. Румянцев К.Е., Суковатый А.Н., Хайров И.Е. Патент РФ №2190196 МКИ7 G 01 J 1/44. Способ регистрации слабых световых сигналов и устройство для его осуществления / Опубл. 27.09.2002. БИ №27.

87. Румянцев К.Е., Суковатый А.Н. Радиоэлектронные технологии информационной безопасности телекоммуникационных систем в образовательном процессе и научных исследования. Отчет о НИР 16450/ТРТУ № ГР 01200216567. Таганрог, 2001.

88. Румянцев К.Е., Суковатый А.Н. Эффективность временного метода селекции одноэлектронных импульсов темнового тока. Тез. докл.// V Королевские чтения. Всероссийская научная конференция. Самара: Самарский гос. аэрокосмический ун-т им. С.П. Королева. 1999.

89. Румянцев К.Е., Суковатый А.Н. Способ регистрации слабых световых сигналов с временной селекцией шумовых одноэлектронных импульсов. Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления. Тез. докл. 5 Всероссийской НК. Таганрог. 2000.

90. Румянцев К.Е., Суковатый А.Н., Хайров И.Е. Счет фотонов в интегральном режиме со стробированием. Известия ТРТУ. Специальный выпуск «Материалы XLVI научно-технической конференции». Таганрог: Издательство ТРТУ, 2001. №1(19) 251с.

91. Румянцев К.Е., Суковатый А.Н. Эффективность временного метода регистрации потока фотонов. Вестник ТРТУ. Таганрог: Таганрогский гос. радиотехн. ун-т. 2000.

92. Румянцев К.Е., Суковатый А.Н. Способ регистрации световых сигналов с временной селекцией шумовых одноэлектронных импульсов. Известия ТРТУ. (по материалам XLVII НТК) Таганрог: Таганрогский гос. радиотехн. ун-т. 2002.

93. Румянцев К.Е., Суковатый А.Н. Совершенствование метода регистрации слабых световых сигналов. Радиоэлектронные технологии информационной безопасности. Сборник научных статей; Под ред. К.Е. Румянцева. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2002. 286с.

94. Румянцев К.Е., Суковатый А.Н. Подавление внутренних шумов в одноэлектронных счетчиках фотонов. Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления. Тез. докл.// 6 Всероссийская НК. Таганрог: Таганрогский гос. радиотехн. ун-т. 2002.

95. Суковатый А.Н. Вероятность достоверной регистрации при амплитудно-временном методе счета фотонов. Методы и средства измерений физических величин. Материалы седьмой Всероссийской НТК. Н. Новгород, 2003.

96. Суковатый А.Н. Применение трапецеидальной аппроксимации для описания формы одноэлектронного импульса. Информационные технологии в науке, проектировании и производстве. Материалы восьмой Всероссийской НТК. Н. Новгород, 2003.

97. Регистраторы слабых световых сигналов: Отчет о патентных исследованиях на уровень техники (ретроспективность: 1970 96 гг).Часть1. -Таганрог :ТРТУ,1997.-138с.

98. Ветохин С.С. и др. Исследование шумов фоточувствительных полупроводниковых структур // Приборы и техника эксперимента. 1996. - N1. -С.135 - 136.

99. Гулаков И.Р., Холондырев С.В., Шаблинский О.Е. Устройство для счета фотонов: А.с. 2011952 РФ // опубл. 30.04.94, N 8.

100. Каменецкая М.С., Мансуров А.Н., Пелезнева И.А. Радиотехника и электроника, 1976, т.21, №11, с. 2390-2397.

101. Гулаков И.Р., Зеневич А.О. // Одноквантовая регистрация с использованием стробируемого кремниевого лавинного фотодиода. Приборы и техника эксперимента. 2001. №4, С. 137-139.

102. Davis М., Latham D.W. SPIE Instrumentation in Astron. 1979, v. 172, №3, p.71-81.

103. Stapinski Т.Е., Rodgers A.W., Ellis M.J. In: 7th Symp. Photo - Electronic Image Devices, London: 1978, p.335-339.

104. Stapinski Т.Е., Rodgers A.W., Ellis M.J. Publ. Astron. Soc. Pacific, 1981.

105. Секен К., Томисен M. Приборы с переносом заряда. Пер. с англ. М.: Мир, 1978.

106. Айнбунд М.Р., Поленов Б.В. Вторично-электронные умножители открытого типа и их применение. М.: Энергоиздат, 1981.- 138.

107. Дмитриев В.Д., Лукьянов С.М. и др. Микроканальные пластины в экспериментальной физике. ПТЭ, 1977, №2. С. 7.

108. Куликов А.В. Трусов С.В. ПТЭ, 1981, №3, с. 161-163.

109. Chirikov I., Fedorko I., Menzione A., Pikna M., Sykora I., Tokar S. Method for precise analysis of the metal package photomultiplier single photoelectron spectra. Preprint of the Joint Institute for Nuclear Research. Dubna, 2000. 8 p.

110. Ветохин C.C., Резников И.В. ОМП, 1980, №8, с.46-50.

111. Тютиков A.M., УФН, 1970, 100, №3, стр. 407.

112. Ефремов А.И. и др. Искусственные спутники земли, 1961, вып. 10, с.З.

113. Campbell J.W. Appl Opt.,1971, 10, №6, р.1233.

114. Воробьева О.Б., Коимин А.И., Майская К.А. Электр. Техника, сер. 4, 1968, №2, с.227.

115. Delaney C.F., Walton P.V. Nuclear instruments and Methods, 1964, v.25, p. 353-356.

116. Ташкун А.П. и др. В кн.: Телевидение и телевизионные методы в науке и технике. Киев: Знание, 1977, с.37.

117. Шубников Е.И., Субботин Ф.М. О форме одноэлектронного импульса ФЭУ. ПТЭ, №1, 1973, с.179-180.

118. Льюис И., Уэллс Ф. Милли микросекундная импульсная техника, 1956, Изд-во иностранной литературы.

119. Hyman L.G., Schwarcz R.M., Schuler R.A. Rev.Scient. Instrum., 1964, 35, №3, p. 393.

120. Parrot R., Acad C.R. Sci., 1966, 263, №14 B, p.795.

121. Colombo S., Gatti E., Nuovo Cimento, 1957, 5, №6, p.1739.

122. Gatti E., Svelto V., Nuclear Instrum. And Methods. 1959, 4, №4, p.189.

123. Гуревич И.М., Филькенштейн Л.Е., Фокина H.H., Коробкин В.В., Малютин А.А. ПТЭ, 1971, №2, с.216.

124. Филькенштейн Л.Е. Радиотехника и электроника, 1971, 16, №10, 1936.

125. Шубников Е.И., Субботин Ф.М. О форме одноэлектронного импульса ФЭУ. ПТЭ, №4, 1972, с. 180.

126. Хлебников Н.С., Мелемид А.Е., Ковалева Т.А. Радиотехника и электроника, 1962, т.7, с.518-524.

127. Гальярди P.M. Карп Ш. Оптическая связь. Перевод с английского Бабия С.М. п/ред. Шереметьева А.Г. М.: Связь, 1978.

128. Rejchman J. Archives des Sciences Physiques et Naturalles, 1938, v. 20, №5, p. 18.

129. Соболева H.A., Меламид, A.E. Фотоэлектронные приборы.М.: Высшая школа, 1975.

130. Kansky Е., Otrin В. Nuovo Cimento, 1964, v. 1, №2, p.838-844.

131. Кватер Р.С. и др. ПТЭ, 1970, №3, с.212-213.

132. Ронкин Ж.М. Иванов О.И. Радиотехника и электроника, 1974, т. 19, №12, с.2598-2603.

133. Балашинская М.Б., Ковалева Т.А., Меламид А.Е. Радиотехника и электроника, 1968, т. 13, №2, с. 375-377.

134. Перцев А.Н., Писаревский А.Н. // Одноэлектронное характеристики ФЭУ и их применение. М.: Атомиздат, 1971. 77 с.

135. Гулаков Н.Р., Холондырев С.В. // Метод счёта фотонов в оптико-физических измерениях. Минск: БГУ, 1989.

136. Румянцев К.Е. // Одноэлектронные регистраторы световых сигналов. Таганрог: ТРТИ, 1991. 52 с.

137. Артемьев В.В., Гуськов J1.H., Михайлов В.Н. // Скоростная малогабаритная схема счёта фотонов. Приборы и техника эксперимента. 1967. №4. С.226-227.

138. Бачерников В.В., Макаров Ю.А. Способ формирования стационарных электронных потоков: А.с. 335742 СССР // Опубл. 1972 БИ №13.

139. Шутко А.Н. Способ управления фотоэлектронным умножителем: А.с. 307723 СССР // Опубл. 1972 БИ №30.

140. Левин Г.Э. Способ фильтрации фотоэлектронов от термоэлектронов катода в фотоэлектронном умножителе: A.c. 118058 СССР // Опубл. 23.03.59.

141. Stanley V.A. Photo-emissive devices: Патент 3119037 США // Опубл. 21.01.1964.

142. Левин Г.Э. Способ уменьшения термоэлектронных шумов в фотоэлектронных умножителях: А.с. 142360 СССР // Опубл. 1961 БИ №21.

143. Выгон В.Г., Колосов Ю.А. Способ регистрации световых импульсных сигналов: А.с. 389409 СССР // Опубл. 1971 БИ №29.

144. Ветохин С.С. Способ регистрации слабых световых сигналов: А.с. 672506 СССР // Опубл. 1979 БИ №25.

145. Буцкий В.В., Ветохин С.С., Гулаков И.Р., Резников И.Р. Способ регистрации света: А.с. 783599 СССР // Опубл. 1980 БИ № 44.

146. Цаплев Ю.Б., Давыдов В.А. Способ регистрации слабых световых сигналов: А.с. 1804596 СССР // Опубл. 1993 БИ №11.

147. Лапшин В.Г., Рыкалин В.И., Шувалов Р.С. Способ регистрации слабых световых потоков: А.с. 270910 СССР // Опубл. 1970 БИ №17.

148. Гуз Ю.П., Лапин В.В., Пересыпкин А.И., Рыкалин В.И., Скрипкина В.Т. // Подавление одноэлектронного шума фотоэлектронных умножителей в сцинтилляционных счётчиках. Приборы и техника эксперимента. 1990. № 1. С. 161163.

149. Ветохин С.С. Способ регистрации слабых световых сигналов: А.с. 672507 СССР // Опубл. 1979 БИ №25.

150. Шубников Е.Н. и др. // Времена пролета электронов в ФЭУ. Приборы и техника эксперимента. 1972. №1. С. 158-159.

151. Румянцев К.Е. Достоверность результатов одноэлектронной регистрации световых потоков Известия вузов СССР. Серия Радиоэлектроника, 1986, т.29, №12, С.62-65.168. http://zdnet.ru/news.asp

152. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. Издание второе переработанное и дополненное. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1962.

153. Орлов Р.В. и др. Измеритель слабых световых потоков // ПТЭ, 1975, №2, с.241-242.

154. Орлов Р.В. и др. Схема счета фотонов на высокочастотном компараторе 521СА2 // ПТЭ, 1977, №4, с. 123-124.

155. Патент США №3972626, МКИ G 01 j 1/44.

156. Михалков К.В. Применение диссекторных датчиков для измерения слабых световых потоков методом счета фотонов. Техника средств связи. Серия Техника телевидения, Вып. 5, 1983.

157. Кипнис Н.Ш. Выбор оптимального режима питания ФЭУ при счете фотонов. ПТЭ, №3, 1974, с. 162-164.

158. Рыжик И.М., Градштейн И.С. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. Издание 3-е, перераб. М.: Гос. изд. теор. литературы, 1951, 464 с.