автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Исследование и разработка динамическихзапоминающих устройств на основе волоконно-оптической элементной базы

На правах рукописи

Кукуяшный Андрей Викторович

РГБ ОД

г 1 дпр ш

Исследование и разработка динамических запоминающих устройств на основе волоконно-оптической элементной базы

Специальность 05.12.17 - Радиотехнические и телевизионные системы и устройства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Таганрог 1999

Работа выполнена в Таганрогском государственном радиотехническом

университете

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Румянцев К.Е.

Официальные оппоненты:

академик МАИ, доктор технических наук, профессор Дятлов А. ТРТУ, г.Таганрог,

кандидат технических наук, с.н.с И.И.Пивоваров, ТНШ г.Таганрог.

Ведущая организация:

ФГУП ВНИИ "Градиент" г.Ростов-на-Дону

Защита диссертации состоится 23 декабря 1999 года в 14 час. мин. на заседании диссертационного совета Д 063.13.03 в Таганроге* государственном радиотехническом университете по адресу 3479 г.Таганрог, ГСП-17А, пер.Некрасовский, д.44, ауд. Д-406.

Отзывы просьба направлять по адресу 347928, г.Таганрог, ГС 17А, пер. Некрасовский, д.44, Совет университета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Таганрогск государственного радиотехнического университета.

Автореферат разослан " 13 " ноября 1999 года.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

im. M-ote-n.o

Общая характеристика работы

Диссертационная работа посвящена исследованию и разработке динамических запоминающих устройств на основе волоконно-оптической элементной базы.

Актуальность темы. Решение современных и перспективных радиотехнических задач в области радиолокации, радиоизмерений и в других отраслях науки и техники обуславливает необходимость поиска, исследования и разработки все более эффективных методов и устройств обработки радиосигналов.

Диссертационная работа, посвящена исследованию и разработке запоминающих устройств импульсных радиосигналов, являющихся одной из важнейших составных частей накопителей импульсных сигналов, анализаторов спектра рециркуляционного типа, аппаратуры радиоэлектронного противодействия и других устройств.

Проблема длительного хранения (запоминания) обрабатываемого сигнала на протяжении нескольких десятилетий является исключительно актуальной. В этой области постоянно ведутся работы по созданию устройств обеспечивающих длительное запоминание импульсного сигнала, основанных на новейших принципах и технологиях. Одним из направлений исследований является разработка запоминающих устройств импульсных радиосигналов, обладающих малыми массогабаритными показателями, и способных работать в широком частотном диапазоне, что указывает на несомненную актуальность темы диссертационной работы.

Современный этап развития техники высокоскоростного формирования и обработки сложных широкополосных радиосигналов характеризуется повышенным интересом к использованию оптических методов обработки информации, в том числе и к использованию для этих целей волоконно-оптической элементной базы (ВОЭБ). Использование ВОЭБ обусловлено уникальными свойствами и рекордно высокими техническими показателями волоконных световодов (ВС). Среди них: предельно низкие потери мощности световых сигналов (меньше чем 0,2 дБ/км), широкая погонная полоса пропускания (свыше 500 ГТцхкм), полная электромагнитная совместимость с любым электро- и радиооборудованием и идеальная гальваническая развязка от него, высокая помехозащищенность и скрытность передачи световых сигналов, малые массогабаритные показатели и топологическая гибкость. Такие высокие технические характеристики ВС делают актуальным использование элементов ВОЭБ для создания динамических запоминающих устройств (ДЗУ) импульсных аналоговых радиосигналов.

Объектом исследования являются ДЗУ импульсных аналоговых радиосигналов на основе волоконно-оптической элементной базы, как линейные оптоэлектронные устройства, обеспечивающие хранение информации на заданном интервале времени и работающие в условиях наличия на входе информационного потока подчиняющегося распределению Пуассона, при условии поступления импульсного сигнала на вход ДЗУ с длительностью меньшей, чем длительность задержки одной копии в ДЗУ.

Цель работы. Целью работы является исследование и разработка динамичеа запоминающих устройств'на основе волоконно-оптической элементной базы.

Поставленная цель достигается решением следующих основных задач:

1. Исследование процесса формирования последовательности копий входн сигнала устройствами на основе рециркуляционных и нерециркуляционных структ разработанных на основе волоконно-оптической элементной базы.

2. Исследование и оптимизация параметров ДЗУ с радиочастотной обрат! связью, реализованного с использованием волоконно-оптической линии задерж Разработка метода формирования последовательности копий импульс» радиосигнала основанного на применении коэффициента передачи в петле обрап связи больше единицы.

3. Исследование и оптимизация параметров динамического запоминают устройства на основе волоконно-оптической рециркуляционной структуры. Проведе] сравнительного анализа эффективности использования исследованных тш динамических запоминающих устройств. Разработка структурных схем динамичеа запоминающих устройств, которые могут найти применение для решения нскотор задач конфликтной радиолокации. Разработка методик расчета исследуемых тш ДЗУ импульсных аналоговых радиосигналов.

4. Определение требований к структу рным элементам ДЗУ, выполненным основе волоконно-оптической элементной базы.

Методы исследования. В работе использованы аналитические (элемет математического анализа, анализа радиотехнических цепей, физики и оптики) экспериментальные методы исследования.

Научная новизна работы:

1. Развита теория формирования последовательности копий импульсн аналогового радиосигнала динамическими запоминающими устройствами на осн рециркуляционных структур, выполненных с использованием волоконно-оптичеа элементной базы.

2. Исследован способ формирования последовательности копий импульсн аналогового радиосигнала ДЗУ на основе рециркуляционных структур использованием коэффициента передачи в петле обратной связи большего или равн единице.

3. Предложены обобщенные структурные схемы ДЗУ с радиочастот1 обратной связью и ДЗУ с использованием оптического усилителя в петле обрат1 связи волоконно-оптической рециркуляционной структуры, позволяющие обработ сигнал при известном и неизвестном моменте его прихода. При известном моме прихода импульсного аналогового радиосигнала данные схемы позволяют реализов способ формирования последовательности копий входного импульсного радиосигн; с использованием коэффициента передачи в петле обратной связи большего I равного единице.

4. Дана оценка влияния оптических эффектов (интерференция, диспер< оптического излучения в волоконном световоде и т.д.) на параметры ДЗУ импульсн

аналоговых радиосигналов. Сформулированы условия, при которых влиянием некоторых эффектов можно пренебречь.

Практическая значимость работы. Сформулирована и решена задача формирования последовательности копий входного радиосигнала динамическим запоминающим устройством нмпульсных широкополосных радиосигналов с использованием элементов волоконно-оппгческой элементной базы, защищенного патентом, суть которого состоит в использовании коэффициента передачи в петле обратной связи большего или равного единице.

Разработана методика расчета параметров ДЗУ с радиочастотной обратной связью и ДЗУ с оптическим усилителем в петле обратной связи волоконно-оптической рециркуляционной структуры.

Предложены критерии выбора устройств волоконной оптики для использования в динамических запоминающих устройствах импульсных аналоговых радиосигналов.

Предложены варианты построения динамических запоминающих устройств, предназначенных для решения некоторых задач конфликтной радиолокации.

Результаты работы, выраженные в предложенных методах, методиках расчета и разработанных структурах могут быть использованы при разработке устройств конфликтной радиолокации, устройств формирования последовательности импульсных сигналов, устройств определения параметров сигналов в качестве запоминающих устройств, обеспечивающих длительное хранение анализируемого сигнала.

На защиту выносятся:

1. Принцип формирования последовательности копий импульсного радиосигнала, реализуемый на основе динамического запоминающего устройства с элементами волоконно-оптической элементной базы, с использованием коэффициента передачи в ветви обратной связи большего или равного единице.

2. Обобщенные структуры динамического запоминающего устройства импульсных радиосигналов, реализованного на основе волоконно-оптической линии задержки с использованием радиочастотной обратной связи, и динамического запоминающего устройства на основе волоконно-оптической рециркуляционной структуры с оптическим усилителем в петле обратной связи волоконно-оптической рециркуляционной структуры, позволяющие с единых позиций подойти к исследованию процесса формирования последовательности копий входного импульсного аналогового сигнала с известным и неизвестным моментом прихода сигнала. Варианты построения динамических запоминающих устройств, предназначенных для решения некоторых задач конфликтной радиолокации.

3. Результаты исследования и физического эксперимента динамического запоминающего устройства на основе волоконно-оптической рециркуляционной структуры без оптического усилителя в петле обратной связи.

4. Оценка влияния оптических эффектов (интерференция, дисперс оптического излучения в волоконном световоде и т.д.) на параметры ДЗУ импульсю аналоговых радиосигналов.

Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены: во ВНР «Градиент» (г. Ростов-на-Дону) при выполнении х/д работы № 11328, х/д работы 11361, ТРТУ при выполнении г/б работы № 11359 , в учебном процессе на каф. РЭС и С ТРТУ и в НИИ «Штиль» (г.Волгоград).

Апробация работы. Основные положения диссертационной рабо докладывались и обсуждались на 3-й Международной конференции «Физическ проблемы оптических измерений, связи и обработки информации» (г.Севастопо. 1992 год), на 40-й научно-технической конференции профессорско-преподавательскс состава ТРТУ (г.Таганрог, 1995 год), на 4-й Всероссийской конференции студентоЕ аспирантов (г.Таганрог, 1998 год).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано научно-технических работ, из них 1 патент.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит введения, пяти разделов, заключения, списка литературы (87 наименований), содерж 166 страниц текста, включая 55 рисунков на 46 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введет»» обоснована актуальность темы, проанализировано состояв проблемы, сформулирована цель и задачи исследования.

1. Динамические запоминающие устройства на основе волокот оптических структур.

Раздел посвящен исследованию процесса формирования последовательное копий входного сигнала динамическими запоминающими устройствами на оснс рециркуляционных и нерсциркуляционных структур, с использованием волокош оптической элементной базы.

Проведенный информационный анализ поставленной во введении зада разработки и исследования динамических запоминающих устройств на оснс волоконно-оптической элементной базы показал наличие трех структур, котор можно отнести к наиболее эффективным для решения задачи формировав импульсных последовательностей.

В результате проведенных исследований получены соотношения, описывакш процесс формирования последовательности копий входного сигш рассматриваемыми типами ДЗУ. Анализ полученных соотношений дает прг утверждать, что с учетом линейности передаточных характеристик передающе оптического моду .ля (ПОМ), ВС и фотоприемного модуля (ФПМ) рассматриваем типы ДЗУ не вносят искажений в процесс формирования копий входного сигнала.

2. Динамическое запоминающее устройство с радиочастотной обрати связью.

Новизна второго раздела заключается в использовании метода формирования последовательности копий входного радиосигнала динамическим запоминающим устройством с использованием элементов волоконно-оптической элементной базы, защищенного патентом, суть которого состоит разделении процесса формирования последовательности копий на 2 этапа: на первом этапе используется коэффициент передачи в петле обратной связи больше единицы, на втором этапе значение коэффициента передачи в петле обратной связи равно единице. Основной предпосылкой к использованию данного метода является использование перед ДЗУ порогового устройства, позволяющего определить момент прихода сигнала на вход ДЗУ.

Получены основные соотношения, характеризующие процесс формирования копий входного сигнала:

Р —К К ' 1 Р

с .п пер. п у. с >

где к„1р = (п„о, КсПфб)2 KpKyKdR„ iö А - коэффициент передачи

Г \ г / г - - / ех пом

сигнала с входа ПОМ на выход ДЗУ; Кпл. = ^.^(l- К^Кд вполне

согласуются с уже известными соотношениями для рециркуляционных устройств обработки радиосигналов. Здесь Кр, Ку - коэффициенты усиления мощности усилительного каскада ФПМ и оконечного усилителя соответственно; Кд -коэффициент передачи делителя мощности в прямом направлении; - крутизна

преобразования ФПМ, А/Вт; г\пом - крутизна преобразования ПОМ, Вт/А; квс -коэффициент передачи ВС, используемого в качестве линии задержки; п - номер формируемой ДЗУ копии импульсного аналогового радиосигнала; R^ пом - реальная часть входного сопротивления ПОМ; R-нфд - реальная часть сопротивления нагрузки фотодиода ФПМ.

Использование в процессе формирования копий радиосигнала элементов волоконно-оптической базы - ПОМ, ФПМ, волоконных световодов сделало необходимым проведение исследований процесса прохождения через ДЗУ шумовых компонент структурных элементов ДЗУ и оценки их влияния на величину суммарного шума рассматриваемого устройства.

Получено соотношение, описывающее спектральную плотность мощности суммарного шума ДЗУ, которое позволяет произвести количественную оценку внутренних флуктуационных шумов ДЗУ:

гг Jpl„ \-R!XR [Щ-tysT

Итж-\1Ъ1Г)J^A™^, о +/ V- Г / R I \2 R

w<) vW [n^J«) "**> IsyiaJbJ*) ^

где RIN - относительный шум интенсивности дБ/Гц; е - заряд электрона; 'темнт - среднее значение темнового тока фотодиода; кБ - постоянная Больцмана; Т -абсолютная температура, К ; Шус К - коэффициент шума усилительного каскада

ФПМ; Шу - коэффициент шума оконечного усилителя; Р0 - средняя мощно

оптического излучения, попадающая на фотодиод ФПМ.

Проведенный анализ зависимости мощности внутреннего флуктуационн шума ДЗУ от мощности излучения ПОМ показывает, что при мощно« оптического излучения РП(Ш > -Ю дБм, поступающего на светочувствительн

площадку ФПМ, в выражении для расчета суммарной мощности флуктуациони шумов ДЗУ должны учитываться все составляющие шумового процесса. В то же вр< при Рпом <-Ю дБм, возможно пренебрежение шумовыми составляющими, имеющи

оптическую природу' происхождения - амшппудный шум ПОМ и дробовый и фотодиода. Установлено, что наибольший вклад в суммарный шум ДЗУ да структурные электронные элементы - ФПМ и У, в частности тепловые шумы дан» устройств. Основным способом снижения мощности внутренних шумов ДЗУ бу являться использование в усилительных каскадах ФПМ и оконечного усилит активных элементов с минимально возможным коэффициентом шума I использование данных устройств совместно с криогенным охлаждением усилитель» каскадов.

Нижний предел принудительного уменьшен™ уровня тепловых шумов Д будет определять суммарная величина амплитудного шума ПОМ и дробового ш) ФПМ. Следует отметить, что если снижение амплитудного шума может 61 достигнуто путем использования ПОМ с более высоким ШЫ, то значение дробов шума ФПМ определяется квантовой природой оптического излучения и не зависит иных факторов. Следовательно, значение дробового шума ФПМ определ минимально возможное значение мощности шумов ДЗУ

На основании анализа сигнальной и шумовой моделей ДЗУ на ВОЛ: радиочастотной обратной связью уточнены алгоритмы формирования копий сложи входного радиосигнала при отсутствии информации на приемном конце о моме прихода сигнала (на входе ДЗУ отсутствует пороговое устройство). Получе аналитические выражения, устанавливающие связь между' мощностями сигналь* копий, отношением сигнал/шум и временем хранения информации ( количесп формируемых копий). Подтверждено существование оптимального коэффицие передачи, максимизирующего значение сигнал/шум для Ы-й копии радиосигна Максимально количество копий сигнала, формируемых данным типом Д составляет 20-40 копий. Доказано существование области оптимальных петлет коэффициентов передачи, максимизирующих отношение сигнал/шум для И-й ко1 радиосигнала. Впервые получены соотношения, описывающие параметры ДЗУ ис\| из требуемой стабильности коэффициента петлевого усиления ДЗУ, а та! динамического диапазона ДЗУ. Сделан вывод о том, что простота структуры данн типа ДЗУ и возможность работы при отсутствии информации о моменте прих сигнала на вход ДЗУ, (т.е. при отсутствии порогового устройства на входе Д! определяют приоритетность его применения для формирования копий сигнала I требуемом их количестве меньшем 20-40 штук.

Уточнены алгоритмы формирования копий сложного входного радиосигнала при наличии информации на приемном конце о моменте прихода сигнала (на входе ДЗУ стоит пороговое устройство). Получены аналитические выражения, устанавливающие связь между мощностями сигнальных копий, отношением сигнал/шум и временем хранения информации (количеством формируемых копий). Сделано предположение о возможности работы ДЗУ в режиме, при котором коэффициент петлевого усиления больше или равен единице. Получены предварительные соотношения для оценки параметров ДЗУ в данном режиме. Сделан вывод о целесообразности использования такого режима работы ДЗУ для формирования большого количества копий входного сигнала (больше 20-40).

На основании проведенного анализа двух режимов работы ДЗУ предложена обобщенная структурная схема ДЗУ, реализующая достоинства двух вышеуказанных режимов работы (рис.2.1). Работает данная схема следующим образом. Входной информационный поток поступает на ключевую схему Кл1. С выхода Кл1 аддитивная смесь сигнала и фонового шума поступает на один из входов сумматора СУМ. С выхода сумматора сигнал и шум поступает на вход ПОМ, в котором происходит модуляция интенсивности оптического излучения в строгом соответствии с законом мгновенного изменения уровня радиосигнала. Оптическое излучение с выхода ПОМ поступает на вход ВС и затем на вход ФПМ. В ФПМ оптическое излучение преобразуется в аналоговый импульсный радиосигнал, который затем усиливается в оконечном усилителе мощности У и поступает на вход делителя мощности ДМ. После ДМ часть мощности сигнала направляется на выход ДЗУ, а другая часть поступает на управляемый аттенюатор УАт. С выхода УАт сигнал через ключевую схему Кл2 поступает на второй вход сумматора СУМ. В зависимости от соотношения длительности входного импульса и длительности задержки в ВС 13 происходит или суммирование входного и

задержанного сигнала 0Н > Ц ), или такое суммирование отсутствует (I < Ц ).

Устройство управления УУ управляет работой ключевых схем Кл1 и Кл2, Уат и эпределяет величин}- тока смещения ПОМ.

Рис.2.1 Обобщенная структурная схема ДЗУ

В процессе исследования работы данной структурной схемы, при наличии и зтсутствии информации о моменте прихода сигнала и его длительности, были

впервые получены соотношения, описывающие количественные параметры Д Выявлено, что в условиях пуассоновского информационного потока, при выполне] условия Ц > ^ , информация о длительности сигнала является избыточной. Поэто

был предложен следующий порядок работы ключевых схем, обеспечиваюи максимальное количество формируемых копий Ы:

- Ключ1- [10 -Д0 + Ц];

- Ключ 2 - [10 +Ц ; 10 + (N+1)^ ].

В этом случае отношение сигнал/шум для Ы-й копии сигнала на выходе / описывается соотношением:

«.. _КГД1 - *■■>•)_

Ч.ы

Р + Р' + Р' + Р' где /// = —I-¡^^-ш фпм-. коэффициент шума ДЗУ; Р' ,

ш дзу р

гф

Р'ш фт , Р'ш т. - пересчитанные ко вход}' ДЗУ мощности шума ПОМ, ФПМ оконечн

усилителя У соответственно; Рф - мощность фонового (внешнего) шу

поступающего вместе с сигналом на вход ДЗУ; (]&х - отношение сигнал/шум входн импульсного аналогового радиосигнала.

Дальнейшие исследования показали, что при любом п последнее соотноше достигает своего максимума только при Кп =1.

Как развитие тезиса о целесообразности использования, для формирова значительного количества копий входного сигнала (N>40), режима работы ДЗ^ коэффициентом передачи в петле обратной связи Кп у > 1, была сформулирован

решена задача определения основных количественных характеристик ДЗУ в даш режиме работы. В качестве отправной точки исследований был использован рея работы ключевых схем, обеспечивающих максимальное количество формируел копий (см. выше) и сформулированы требования к процессу формирова последовательности копий входного сигнала на интервале времени I е ^ ;

(Н+1)13]:

1. На интервале времени [ ; ^ ] , где ^ < 1д + (Ы+1)Ц , коэффици передачи в петле обратной связи Кп^ > 1, на этом интервале производи

формирование копий импульсного радиосигнала в количестве равном N1.

2. На интервале времени ] Ц ; + (N+1)1 3 [ коэффициент передачи в пе

обратной связи Кпу = 1, на этом интервале производится формирование ко! импульсного радиосигнала в количестве равном N2.

3. В момент времени I = 1д + (N+1)^ производится размыкание петли обратной связи на время I = 13 .

4. Для подавляющего большинства встречающихся на практике случаев, количество формируемых ДЗУ копий ограничивается значением минимально допустимого (порогового) отношения сигнал/шум - Пп0р • Следовательно, qПOp

определяет максимально возможное значение количество формируемых ДЗУ копий импульсного аналогового радиосигнала:

к;1{к„.-О

<7.

Ш

-, при п = 1...Л',, К х > 1

Шл

К^{к„ух-1)+[1 - ^ (ВД -1 +«(*„„, -1))

, при п = 1...Л',

5. Суммарная мощность п-й копии сигнала и накопленного в процессе рециркуляции шума не должна быть больше, чем значение верхней границы динамического диапазона ДЗУ - ДД:

(к^-1

ДД — РсажхсАгкрК„1.,1 + РфКгкрЬ-пуЛ дпКк р. "г' 7

IV']"1

где РсвхлШкс ' максимальное (пиковое) значение мощности входного

имт льсного аналогового радиосигнала; Р^ д„л. - пересчитанная к входу суммарная

мощность собственных шумов ДЗУ.

В результате проведенного исследования впервые получены выражения, описывающие основные количественные характеристики данного режима работы. Получено выражение связывающие параметры ДЗУ входного сигнала с необходимым значением петлевого коэффициента передачи и количеством формируемых копий входного радиосигнала N & :

М1„

ехр'н;

ли-1-

Для снижения влияния диналпгческого диапазона ровней входных сигналов, в условиях воздействия пуассоновского входного информационного потока, предложено организовать прямое АРУ для регулировки величины входного сигнала, где порог срабатывания АРУ определяется уравнением:

+ ьр у- + сР + (1Р+ е

с.вх макс с вх м а к с . с .ех м а к с. с в х м а к с. о

К

О .

где а, Ь, с, с1, g - некоторые коэффициенты.

В результате проведенного анализа работы ДЗУ с радиочастотной обрап связью для режима с коэффициентом петлевого усиления большим или равн единице впервые разработана методика расчета основных параметров Д' Применение данной методики делает возможным проектировать ДЗУ при нали1 следующих априорно известных данных о параметрах входного сигнала: вход] отношение сигнал/шум qBX , пороговое отношение сигнал шум N-й копии сигн;

qn0p , мощность фонового шума Рф , максимальная пиковая мощность Рс вх

входного импульсного аналогового радиосигнала, полоса частот, занимаемая сигна; Afc, время прихода сигнала на вход ДЗУ tp . Исходными данными для проце

проектирования являются паспортные данные основных технических характерис структурных элементов ДЗУ, а также: количество формируемых ДЗУ копий сигн; ^необх ' БРСМЯ задержки копии радиосигнала t3 .

Проведенные расчеты показали, что при выборе в качестве основного крите] оценки работы ДЗУ - критерия достижения заданного порогового (минимал] возможного) отношения сигнал/шум для N-й копии входного импульсн радиосигнала, использование режима работы ДЗУ с коэффициентом передачи в пе обратной связи большего или равного единице позволяет сформировать в 150 - 250 больше копий импульсного аналогового радиосигнала, по сравнению с рсжго работы ДЗУ, при котором коэффициент передачи в петле обратной связи меш единицы.

При разработке требований к частотным характеристикам узлов и элемен ДЗУ сделан вывод о том, что в ДЗУ, в качестве электронных трактов, необход1 использовать устройства с частотной характеристикой, аппроксимируемой функщ Баттерворта. На выходе ДЗУ. после делителя мощности (но не внутри пе' рециркуляции) необходимо использование фильтра, полоса пропускания котор соответствует полосе частот обрабатываемого сигнала. В этом случае значител: уменьшается мощность избыточного шума, накапливаемого в процессе рециркуляц Проведенные исследования показали, что простая замена используемых в ДЗУ лш задержек на BOJI3 не снимает ограничений, накладываемых на процесс формирова] последовательности копий входного импульсного радиосигнала АЧХ используемы ДЗУ узлов РЭ элементной базы (усилителей, переключателей и т.д.), заключающихс искажении частотной характеристики обрабатываемого сигнала. Сдел; предположение, что для уменьшения величины искажений, вносимых ДЗУ частотную характеристику' обрабатываемого импульсного сигнала в Д целесообразно использовать волоконно-оптическую рециркуляционную структуру.

Как вариант технической реализации показана принципиальная возможно решения задачи формирования последовательности копий входного сигнала использованием коэффициента передачи в петле обратной связи больше единицы

основе схемы ДЗУ, предложенной и разработанной К.Е.Румянцевым, В.В.Тимоновым и А.В.Кукуяшным.

В результате проведенных исследований ДЗУ с радиочастотной обратной связью разработана методика формирования последовательности копий входного сигнала с использованием коэффициента передачи в петле обратной связи больше единицы. Предъявлены требования к структурным звеньям ДЗУ. Разработана методика проектирования динамического запоминающего устройства с радиочастотной обратной связью.

3. Динамическое запоминающее устройство с волоконно-оптической рециркуляционной структурой.

Третий раздел посвящен исследованию динамического запоминающего устройства с волоконно-оптической рециркуляционной структурой. В основу исследуемого динамического запоминающего устройства положена структурная схема волоконно-оптической ре-циркуляционной структуры с использованием направленного волоконно-оптического ответвителя (НВО), рассмотренная в первом

Рис. 3.1. Структурная схема ДЗУ

ПУ - предварительный усилитель; ОИ - оптический изолятор;

ВОРС - волоконно-оптическая рециркуляционная структура

Работает данная схема следующим образом. Входной информационный поток поступает на предварительный усилитель (ПУ). С выхода ПУ сигнал и шум поступают на вход ПОМ, в котором происходит модуляция интенсивности оптического излучения в строгом соответствии с законом мгновенного изменения уровня радиосигнала. С выхода ПОМ оптический сигнал поступает на оптический изолятор (ОИ) и затем на вход 1 НВО. В соответствии с коэффициентом передачи НВО часть оптического излучения поступает на вход ФПМ (выход 3 НВО), а часть на вход ВС (выход 4 НВО). В ВС происходит задержка оптического излучения на заданное время t3 .С выхода ВС оптический сигнал поступает на вход 2 НВО. В

соответствии с коэффициентом передачи НВО часть оптического излучения

поступает на вход ФПМ (выход 3 НВО), а часть на вход ВС (выход 4 НВО). зависимости от соотношения длительности входного импульса tH и длительно!

задержки в ВС происходит или суммирование входного и задержанного сигнала (tj

t3 ), или такое суммирование отсутствует (tH < ц ). Таким способом осуществляе

оптическая рециркуляция сигнала в ДЗУ. В ФПМ оптическое излучение преобразуе в аналоговый импульсный радиосигнал, который затем усиливается в оконечг усилителе У и поступает на выход ДЗУ.

В результате проведенного исследования особенностей обработки шумовы; сигнальных компонент информационного потока ДЗУ с ВОРС получены соотношен характеризующие работу ДЗУ. На основании анализа сигнальной и шумовой мод< ДЗУ получено выражение определяющее величину отношения сигнал/шум koi входного радиосигнала на выходе ДЗУ:

Я «ид .'

ч"'ш . • "Р" п = х<

при п > 2.

и + (1 - + ш- О

где к - коэффициент передачи НВО; = [ршп), + Рф)/Рф ' коэффициент шума Г Ш пом = [рш пом + Рф^/Рф ' коэффициент шума ПОМ.

Диссертантом получено соотношение, позволяющее получить значе! оптимального коэффициента передачи НВО, который максимизирует количсс форм!фуемых ДЗУ копий входного аналогового радиосигнала при заданном порога! (минимально дотстимом) отношении сигнал/шум на выходе ДЗУ.

Установлено, что ДЗУ с ВОРС может использоваться для формирова: продолжительной (N>10) последовательности копий импульсного радиосигнала тол при значительных (порядка 50-60 дБ) отношениях сигнал/шум для входного сигна Это является существенным недостатком данного типа ДЗУ, так как на практ: отношение/сигнал шум входного сигнала может быть значительно меньше 50 дБ. I компенсации таких больших потерь мощности сигнала в волоконно-оптичеа рециркуляционной структуре на основе НВО необходимо использование оптическ усилителя (ОПУ), включаемого в петлю обратной связи ВОРС. Однако примени ОПУ в ДЗУ потребует проведения дополнительных исследований, связанны* добавлением к совокупности шумов ДЗУ новых шумовых процессов - внутреш шумов ОПУ и выявлением проистекающих отсюда особенностей обрабо сигнальных и шумовых компонент.

Анализ материалов экспериментальных исследований позволил установить, в целом результаты эксперимента удовлетворительно согласуются с результате теоретических исследований. Разработанный экспериментальный образец позвол сформировать 10-15 копий входного сигнала (см. рис.3.2) в условиях отсутст. информации о моменте прихода сигнала на вход ДЗУ (непрерывный режим рабе

ДЗУ). Гребенчатый характер фрагментов АЧХ ДЗУ с ВОРС определяется гребенчатым характером АЧХ используемой волоконно-оптической рециркуляционной структуры. При этом частота появления гребней АЧХ составляет около 3,33 МГц, что соответствует времени задержки в ВС волоконно-оптической рециркуляционной структуры ц = 300 не. Полоса рабочих частот ДЗУ в

основном определяется полосовым фильтром (ПФ), который необходимо использовать на выходе ДЗУ для уменьшения влияния накопленного в процессе рециркуляции шума. При этом, в целях внесения минимально возможных искажений в частотную характеристику обрабатываемого сигнала, частотная характеристика ПФ в полосе частот занимаемых сигналом должна быть плоской

(например фильтр Баттерворта).

- -

' Л 4 , ^Л-.ч

* „ ~ ' <■ ' „^ V*.''-.' ' '

Рис. 3.2. Последовательность копий импульсного аналогового сигнала на выходе экспериментального образца ДЗУ

Параметры АЧХ и число формируемых копий в ДЗУ зависят от тока смещения ПОМ: с увеличением 1см глубина "изрезанности" АЧХ и число формируемых копий уменьшается, что эквивалентно уменьшению коэффициента передачи ВОРС. Увел1гчение тока смещение ПОМ сопровождалось одновременным увеличением уровня входной мощности импульсного сигнала, поступающего с генератора для обеспечения 100 % модуляции интенсивности оптического излучения ПОМ. т.е. моделировались случаи поступления на вход ДЗУ импульсных сигналов с малым и большим уровнем мощности. Установленный в процессе проведения эксперимента характер зависимости параметров ДЗУ от величины тока смещения (или, в общем случае, от уровня мощности сигнала) объясняется влиянием сравнительно небольшого динамического диапазона используемого в экспериментальной установке ФПМ ПРОМ-365. Следовательно, величина динамического диапазона ДЗУ с ВОРС может оказывать значительное влияние на рабочие характеристики рассматриваемого типа ДЗУ и ее обязательно надо уч1гтывать при проектировании ДЗУ.

Проведенное в разделе исследование ДЗУ с волоконно-оптической рециркуляционной структурой показало целесообразность использование данной структуры для формирования последовательности копий входного радиосигнала только при наличии ОПУ в петле обратной связи рециркуляционной структуры.

Экспериментальная часть диссертации включает в себя описание, вопросы технической реализации, технические характеристики и результаты испытаний

экспериментального образца динамического запоминающего устройства на осно волоконно-оптической рециркуляционной структуры.

4. Динамическое запоминающее устройство с оптическим усилителем волоконно-оптической рециркуляционной структуре

В данном разделе проведено исследование и оптимизация параметр динамического запоминающего устройства на основе волоконно-оптической j циркуляционной структуры с использованием оптического усилителя в петле обрати связи в условиях воздействия пуассоновского входного информационного потока.

Получены аналитические соотношения, характеризующие процс формирования копий входного сигнала:

Р С * „ ( О =

Р.. „.('Ж

Рс

а 2 к2 К1

i í р

и = 1

'■'АтттУ- ">l

где г' = а 2 к2 К 1 П - Л )2 " петлевой коэффициент переда

л . у , ее о п у '

ВОРС; Кот. - коэффициент усиления ОПУ, а коэффициент прямой передачи ДЗУ входа на выход К = к к к ( к * р (] _ к))2 отличается

пер. VI у2 р4 'пом 'фпм ои~1^2 4 "

уже известных соотношений для рециркуляционных устройств обработ радиосигналов, однако имеющиеся отличия обусловлены только структур используемого направленного волоконного ответвителя и использования ОПУ.

Для двух основных режимов работы ДЗУ - в условиях отсутствия информацш моменте прихода сигнала на вход ДЗУ (на входе ДЗУ отсутствует порогов устройство) и при известном моменте прихода радиосигнала на вход ДЗУ (на вхо ДЗУ используется пороговое устройство) получены аналитические выражен! устанавливающие связь между' мощностями сигнальных копий, отношени сигнат/шум и временем хранения информации ( количеством формируемых копи Как и в случае ДЗУ с пассивной ВОРС, для ДЗУ с ОПУ первоначально мож выделить два режима работы - непрерывный режим (на входе ДЗУ нет пороговс устройства) и режим работы со стробированием, для осуществления которс необходима информация о приходе сигнала (на входе ДЗУ стоит порогоЕ устройство). С точки зрения накопления энергии шума режим со стробированием бот выгоден, чем режим непрерывной работы, так как в процессе рециркуляции для N копии сигнала накапливается меньше мощности собственных шумов. Следовательно режиме работы со стробированием количество формируемых копий радиосигна (различимых на фоне шума) будет больше, т.е. увеличится время хранен информации в ДЗУ.

Для реализации данного режима работы предложена структурная схема ДЗ^ двумя ключевыми схемами (рис.4.1). Работает данная схема следующим образе Аддитивная смесь фонового шума и импульсного аналогового радиосигнала постуш на вход ПУ. С выхода ПУ усиленный сигнал и шум поступает на вход ПОМ, в котор происходит моду ляция интенсивности оптического излучения в строгом соответствш законом мгновенного изменения уровня смеси радиосигнала и шума. С выхода ПО]

оптический сигнал поступает на ОИ и затем на ключевую схему Кл1. С выхода Кл1 оптический сигнал поступает на вход 1 НВО. В соответствии с коэффициентом передачи НВО часть оптического излучения поступает на вход ФГТМ (выход 3 НВО), а часть на вход ОПУ (выход 4 НВО). В оптическом усилителе происходит усиление мощности оптического сигнала, который затем поступает на вход ВС. С выхода ВС оптический сигнал поступает через ключевую схему Кл2 на вход 2 НВО. В соответствии с коэффициентом передачи НВО часть оптического излучения поступает на вход ФПМ (выход 3 НВО), а часть на вход ОПУ (выход 4 НВО). В зависимости от соотношения длительности входного импульса 1„ и

длительности задержки в ОПУ и ВС t3 происходит или суммирование входного и

задержанного сигнала (tH > t3 ), или такое суммирование отсутствует (tH < t3 ).

Таким образом, осуществляется оптическая рециркуляция сигнала в ДЗУ. В ФПМ оптическое излучение преобразуется в аналоговый импульсный радиосигнал, который затем усиливается в У и поступает на выход ДЗУ. На рисунке штрихпунктирной линией обозначено, что ОПУ также может находится после ВС. Устройство управления У У управляет работой ключевых схем Кл1 и Кл2, ПОМ и ОПУ.

В результате проделанного анализа работы обобщенной схемы ДЗУ определен оптимальный вариант работы ДЗУ, обеспечивающий формирование максимального количества копий входного сигнала при заданном минимально необходимом (пороговом) отношении сигнал/шум для N-й копии. Впервые получены соотношения, описывающие количественные параметры ДЗУ при различных вариантах работы.

Рис. 4.1. Обобщенная схема ДЗУ

Диссертантом определен порядок работы ключевых схем обеспечивающих, п минимальном объеме априорной информации о сигнале, максимальное количест формируемых копий:

- Ключ 1 - [ 10 ; 10 + 13 ];

- Ключ 2 - [10 +13 ; 10 + (Ы+1)13 ].

В этом случае отношение сигнал/шум для Ы-й копии сигнала на выходе Д! описывается соотношением:

,пРи„= 1;

^^дзу

(шфгм + Шсу -2)(^)4 + (д/„ 2)К£ -1 ~

^тг, при п > 2.

где ш = (р ' + РФ )/рф ' К0ЭФФ1'Чнент шума ОПУ, обусловленн: спонтанным излучением; ш = (р ' + Рф )/рф к0ЭФФнциент шума ОП обусловленный оптическим излучением; ш = (р ' + р )/р

ш =(р + р \/р ~ коэффициенты шума оконечного усилителя и ФГ

фчм у ф )! ф

соответственно.

Дальнейшие исследования показали, что при любом п последнее соотношег достигает своего максимума только при Кп =1.

Использование в процессе формирования копий радиосигнала оптическс усилителя бегущей волны и особенность разделения световых полей направленш волоконным ответвителсм сделало необходимым исследование процесса прохождсь через ДЗУ шумовых компонент и оценки их влияния на величину' суммарного шу устройства.

Для выбранного режима работы ключевых схем получено соотношен: описывающее спектральную плотность мощности суммарного шума ДЗУ :

4 ' К,Х П к ¿А" а к) К .

1

К

Ь-1 (ч,си'1ф,и41^ксикККс„а 2к2)

^„Цш^ - 1^гТ + - 1)

МЧ К. I

где й - постоянная Планка; V - частота световых колебаний; д/- - эквивалент!

' «/ опу

шумовая полоса протекания ОПУ; КуХ - коэффициент передачи ПУ; £

коэффициент, учитывающий потери оптического излучения в ОИ; ^ и коэффициенты учитывающие потери на ввод и вывод оптического излучения в Е Яе^ - реальная часть входного сопротивления ПОМ; а - коэффицие)

+

учитывающий потери оптического излучения при прохождении HBO; РГ) -мощность оптического излучения, поступающего на вход ОПУ.

Данное выражение позволяет произвести количественную оценку' внутренних флуктуационных шумов ДЗУ. Проведенный анализ позволил подтвердить общие выводы, полученные при исследовании шумового процесса ДЗУ с радиочастотной обратной связью. Совпадение полученных результатов объясняется структурной однородностью схем ДЗУ. В то же время в процессе исследований установлено:

- коэффициент передачи НВО целесообразно выбирать равным к = 0,5;

- оптический усилитель необходимо включать перед волоконно-оптической линией задержки, что приведет к уменьшению влияния уровня мощности шумов ОПУ. С целью снижения мощности шумов ОПУ рекомендовано использование на выходе ОПУ оппгческого фильтра с полосой пропускания меньшей, чем оптическая полоса пропускания ОПУ.

Диссертантом получены выражения, описывающие основные количественные характеристики работы ДЗУ с ОПУ при использовании коэффициента петлевого усиления Кп > 1, которые связывают параметры ДЗУ и

входного импульсного аналогового радиосигнала с необходимым значением петлевого коэффициента передачи и количеством формируемых копий входного радиосигнала.

К,У1 =Л' ехр

Л«* -2-7——ЛА^-щ, +Щ„ +3

-ш^-ш^л 2

где

-I- -7-7/ / V <7,,Р

Для снижения влияния динамического диапазона уровней входных сигналов в условиях воздействия пуассоновского входного информационного потока, предложено организовать прямое АРУ для регулировки величины входного сигнала, где порог срабатывания АРУ определяется соотношением:

еЬЦДК^^Г

с <и мдке. Г

[ ас1.

где а и Ь - некоторые коэффициенты.

В результате проведенного исследования работы ДЗУ с ОПУ для режима с коэффициентом петлевого усиления большим или равным единице, диссертантом разработана методика расчета основных параметров ДЗУ. Применение данной методики делает возможным проектировать ДЗУ при наличии следующих

априорно известных данных о параметрах входного сигнала: входное отношен сигнал/шум qвx , пороговое отношение сигнал/шум Ы-й копии сигнала qПOp

мощность фонового шума Рф , максимальная пиковая мощность Рс вх макс входнс

импульсного аналогового радиосигнала, полоса частот, занимаемая сигналом Д время прихода сигнала на вход ДЗУ 10 . Исходными данными для процес

проектирования являются паспортные данные основных технических характерист структурных элементов ДЗУ, а также: количество формируемых ДЗУ копий сигна ^необх и вРемя задержки копии радиосигнала Ц .

Проведенные расчеты показали, что при выборе в качестве основного критер оценки работы ДЗУ - критер 1ш достижения заданного порогового (минималь возможного) отношения сигнал/шум для N-11 копии входного импульснс радиосигнала, использование режима работы ДЗУ с ОПУ, при использован коэффициента передачи в петле ВОРС большего или равного единице, позволь

сформировать в 10^ - 10"* раз больше копий импульсного аналогового радиосигна; по сравнению с таким же режимом работы для ДЗУ с радиочастотной обрати связью.

При разработке требований к частотным характеристикам узлов и элемент ДЗУ сделан вывод о том. что наибольшее влияние на частотную характеристику коп сигнала, формируемых ДЗУ, оказывает частотная характеристика ОПУ. При эт оптический усилитель необходимо выбирать таким образом, чтобы чаете релаксационного резонанса ОПУ была больше, чем максимальная частота в спект обрабатываемого сигнала. Результаты проведенных расчетов параметров ДЗУ с ОГ для режима с коэффициентом петлевого усиления большим или равным едини позволяют сделать вывод о том, что ятя данного режима работы максималь* количество копий сигнала может определяться не столько процессом накопления шу в процессе рециркуляции, сколько величиной погонной полосы протекания Е используемого для создания необходимой задержки копии сигнала в ВОРС.

Сравнение результатов проведенных исследований ДЗУ с радиочастота обратной связью и ДЗУ с оптическим усилителем в петле ВОРС показывает, ^ использование последнего для формирования последовательности копий входнс сигнала является наиболее предпочтительным, так как:

1. В соответствии с проведенными расчетами, при одинаковых начальн: условиях (полоса частот и мощность входного сигнала, длительность задерта положение рабочей точки ПОМ и т.д.) в ДЗУ с оптическим усилителем в пет

3 4

обратной связи можно сформировать примерно в 10 - 10 раз больше коп входного импульсного радиосигнала, чем в ДЗУ с радиочастотной обратной связь Это связано со значительно меньшим уровнем собственного шума ДЗ накапливаемого в течение одной рециркуляции. Таким образом, верное воспроизведения N-11 копии входного импульсного радиосигнала на выходе ДЗУ оптическим усилителем в петле ВОРС будет значительно больше, чем для ДЗУ радиочастотной обратной связью.

2. Сравнение требований предъявляемых к частотной характеристике 'динамического запоминающего устройства для ДЗУ с радиочастотной обратной связью и ДЗУ с оптическим усилителем в петле ВОРС показывает, что для первого варианта построения ДЗУ предъявляются очень жесткие требования к частной характеристике, так как необходимо учитывать частотные характеристики всех структурных элементов ДЗУ. В тоже время для второго варианта построения ДЗУ частотная характеристика формируемых ДЗУ копий, при выполнении определенных условий, определяется только частотной характеристикой ОПУ.

Учитывая, что частотная характеристика N-й копии радиосигнала определяется в конечном итоге частотной характеристикой ДЗУ, а уровень частотных искажений, накопленный в результате циркуляции сигнала в ДЗУ, определяет правильность (верность) воспроизведения сигнала на выходе ДЗУ, то использование ДЗУ с оптическим усилителем в петле ВОРС является более предпочтительным по сравнению с ДЗУ с радиочастотной обратной связью.

3. Использование в ДЗУ с радиочастотной обратной связью таких радиотехнических устройств как сумматоры, разветвители, управляемые аттенюаторы ухудшает массогабаритные показатели данного типа ДЗУ по сравнению с ДЗУ с оптическим усилителем в петле ВОРС. Следовательно, и по массогабаритным показателям использование ДЗУ с оптическим усилителем в петле ВОРС является более предпочтительным по сравнению с ДЗУ с радиочастотной обратной связью.

Результаты проведенного сравнительного анализа по важнейшим показателям динамических запоминающих устройств дают право утверждать, что ДЗУ с оптическим усилителем в петле ВОРС (по сравнению с ДЗУ с радиочастотной связью) позволяет с более высокой точностью провести формирование последовательности копий входного сигнала при меньших массогабаритных показателях. В дальнейших исследованиях в качестве базовой структуры рассматривался только ДЗУ с оптическим усилителем в петле ВОРС.

Предложен подход для оценки верности (точности) воспроизведения запоминаемого ДЗУ импульсного радиосигнала, основанный на понятии эпсилон-энтропии сообщения, заключенного в запоминаемом (тиражируемом) ДЗУ входном импульсном радиосигнале. Полученные соотношения позволяют оценить верность воспроизведения импу льсного радиосигнала при комплексном использовании двух критериев: порогового отношения сигнал/шум для N-й копии радиосигнала на выходе ДЗУ и допустимого искажения частотной характеристики обрабатываемого радиосигнала.

В процессе исследований работы ДЗУ при поступлении на его вход импульсного радиосигнала с длительностью больше, чем задержка в петле ВОРС, исходя из критерия обеспечения заданного порогового отношения сигнал/шум для N-й копии входного импульсного сигнала на выходе ДЗУ и критерия не превышения некоторого уровня мощности внутри динамического диапазона ДЗУ в

процессе формирования N копий, впервые получены выражения, определяюи количество формируемых ДЗУ не разрушенных копий сигнала до момента размыт ключа в петле ВОРС и максимально возможную длительность импульса радиосигна поступающего на вход ДЗУ, при которой может быть сформировано требуй количество неразрушенных копий сигнала. Для данных критериев диссертантом так получены выражения, определяющие величину порога устройства прямого АРУ.

Для решения некоторых задач конфликтной радиолокации диссертант разработаны варианты построения структурных схем ДЗУ, позволяющих обработ; одновременно два сигнала с длительностью импульса большей, чем длительно! задержки в широком частотном диапазоне.

5. Определение требований к структурным элементам ДЗУ. выполненш на основе волоконно-оптической элементной базы

Пятый раздел посвящен анализу современного состояния волоконно-оптичеа элементной базы, анализируется возможность использования элементов волокон! оптики для решения задач обработки радиосигналов в широком диапазоне част Предлагаются принципы выбора устройств волоконной оптики для использование динамических запоминающих устройствах радиосигнала в широком диапазоне чаете Приводится описание основных типов и характеристик передающих оптичеа модулей с использованием инжекционных полупроводниковых лазеров. В результ; проведенных изысканий разработаны рекомендации по выбору параметров ПОМ ; использования в ДЗУ. Получено соотношение, позволяющее оценить влияние проце интерференции световых полей внутри волоконного световода на проц

формирования копий радиосигнала Гко, „ом - ^" (_ п << ; где лО - дл!

2лс ЛЯ

излучения ПОМ; АХ - ширина линии излучения ПОМ; с - скорость света м/с; ц

длительность задержки(с); Тког.ты - время когерентности ПОМ. Если послед! условие выполняется, то влиянием интерференции можно пренебречь.

В результате сравнительного анализа существующего типа фотоприемник оптических усилителей, ответвителей, соединителей и переключателей даю рекомендации по их использованию в динамических запоминающих устройст] импульсных аналоговых радиосигналов.

Исследования современного состояния в сфере разработки и произволе волоконных световодов сделали возможным:

- предъявить требования к обобщенному времени дисперсии волоконн» световода, используемого в ДЗУ для формирования последовательности ког

входного сигнала: < _" < > ■_

" 10 "с/, /,.,С.Д Я ..„.Л'

где, Ц - длительность задержки копии сигнала; ^1акс - максимальная частот спектре входного (обрабатываемого) сигнала ДЗУ; и^ - групповой показат< преломления световедущей жилы ВС; твс - обобщенное время дисперсии одномодовом ВС (пс/(нмхкм)); Д^пом - ширина полосы излучения ПОМ, Nмакс -

ребуемое (максимальное) количество формируемых ДЗУ копий входного одиосигнала;

- получить соотношение, позволяющее оценить влияние изменен™ емпературы окружающей среды на параметры выходной

юследовательности радиосигнала 1 $ т л п I Л Т < А I где "

2 71 С ■ ' *

[опустимое изменение времени задержки копии радиосигнала; 6ф - коэффициент

емпературной чувствительности оптического излучения в кварцевом

дномодовом световоде; /. - дайна излучения ПОМ; ДТ - диапазон изменений

емпературы; / - длина ВС, обеспечивающая заданную задержку кошт сигнала.

- оценить влияние нелинейных оптических эффектов, возникающих при (аспространении оптического излучения в оптическом волокне, на процесс формирования последовательности копий входного радиосигнала (вынужденное :омбинационное рассеивание и рассеивание Манделынтама-Бриллюэна).

В результате проведенных исследований предложены критерии оценки гараметров различных устройств волоконной оптики для использования их в (инамических запоминающих устройствах импульсных аналоговых радиосигналов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена решению актуальной проблемы оздания динамических запоминающих устройств импульсных аналоговых »адиосигналов на основе волоконно-оптической элементной базы.

Основные научно-технические результаты работы состоят в следующем:

1. Дана оценка влияния оптических эффектов (интерференция, дисперсия штического излучения в волоконном световоде и т.д.) на параметры ДЗУ [мпульсных аналоговых радиосигналов. Сформулированы условия, при которых ¡лиянием интерференции оптических полей, вынужденного комбинационного •ассеяния, вынужденного рассеяния Мандельштама-Брюллиэна можно пренебречь. 1а основе анализа технических характеристик устройств, используемых в юлоконной оптике, предложены критерии выбора волоконно-оптических юмпонентов для динамических запоминающих устройств, позволяющих нормировать наибольшее количество копий входного радиосигнала при заданном тношении сигнал шум на выходе ДЗУ.

2. Изготовлен и испытан экспериментальный образец динамического апоминающего устройства на основе волоконно-оптической рециркуляционной труктуры. Разработанный экспериментальный образец позволяет сформировать 0-15 копий входного сигнала в условиях отсутствия информации о моменте фихода сигнала на вход ДЗУ (на входе ДЗУ отсутствует пороговое устройство).

3.Сформулирована и решена задача формирования последовательности :опий входного радиосигнала динамическим запоминающим устройством импульсных

широкополосных радиосигналов с использованием элементов волоконно-оптичес элементной базы, суть которого состоит в использовании коэффициента передач петле обратной связи большего или равного единице. Предложена обобщен структурная схема ДЗУ, реализующая данный способ формирова последовательности копий входного импульсного радиосигнала. Опредс оптимальный режим работы ключевых схем ДЗУ, при котором максимизируе количество формируемых ДЗУ копий входного импульсного сигнала. Для ДЗ? радиочастотной обратной связью использование режима работы с коэффициен* передачи в петле обратной связи большим или равном единице позвол сформировать в 150 - 250 раз больше копий импульсного аналогового радиосигнала сравнению с режимом работы ДЗУ, при котором коэффициент передачи в пе обратной связи меньше единицы. Показано, что основными фактора ограничивающими количество формируемых ДЗУ копий входного импульсн сигнала, являются: процесс накопления шумов (внешних и собственных), велич динамического диапазона ДЗУ и воздействие дисперсионных явлений в волокон] световоде на АЧХ входного сигнала.

4. Проведены исследования ДЗУ с радиочастотной обратной связью и ДЗ оптическим усилителем в петле обратной связи. Предложены методики расчета даш видов ДЗУ. Проведенные расчеты показали, что при одинаковых начальных услов (параметры сигнала, шума, узлов ДЗУ) динамическое запоминающие устройств

опт1гческим усилителем в петле обратной связи позволяет сформировать в 10 - 1 раз больше копий входного импульсного сигнала. Это связано со значител меньшим уровнем собственного шума ДЗУ, накапливаемого в течение од рециркуляции. Таким образом, верность воспроизведения К-и копии входи импульсного радиосигнала на выходе ДЗУ с оптическим усилителем в петле обрат связи будет значительно больше, чем для ДЗУ с радиочастотной обратной связ Сравнение требований предъявляемых к частотной характеристике динамичес* запоминающего устройства в случае ДЗУ с радиочастотной обратной связью и ДЗ оптическим усилителем в петле ВОРС показало, что верность (правильно* воспроизведения частотной характеристики входного импульсного радиосигнала N-1"! копии этого сигнала на выходе ДЗУ с оптическим усилителем будет значител выше, чем для ДЗУ с радиочастотной обратной связью. Таким образом, наибе эффективным для использования в процессе формирования последовательности ко входного импульсного сигнала следует считать ДЗУ с оптическим усилителем в пе обратной связи волоконно-оптической рециркуляционной структуры.

5. Проведено исследование работы ДЗУ с оптическим усилителем в пе волоконно-оптической рециркуляционной структуры в условиях, когда длительнс входного радиосигнала больше чем длительность задержки в линии задержки Д Для критерия обеспечения заданного порогового отношения сигнал/шум для Ы-й ко]

входного импульсного сигнала на выходе ДЗУ и критерия не превышения некоторого уровня мощности внутри динамического диапазона ДЗУ в процессе формирования N копий получены выражения, определяющие количество формируемых ДЗУ неразрушенных копий сигнала до момента размыкания ключа в петле ВОРС и максимально возможную длительность импульса радиосигнала, поступающего на вход ДЗУ, при которой может быть сформировано требуемое количество неразрушенных копий сигнала.

6. Предложены варианты построения динамических запоминающих устройств, предназначенных для решения некоторых задач конфликтной радиолокации в условиях отсутствия информации о моменте прихода сигнала на вход ДЗУ (на входе ДЗУ отсутствует пороговое устройство) и при известном моменте прихода радиосигнала на вход ДЗУ (на входе ДЗУ используется пороговое устройство).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Патент РФ № 2082280 МКИ6 Н 04 В 10/00, G 02 В 6/00. Динамическое запоминающее устройство радиосигналов. // Румянцев К.Е., Тимонов В.В., Кукуяшный A.B. заявл. 05.06.95. №95108961/28, опубл. 20.06.97., Б.И. № 17.

2. Румянцев К.Е., Тимонов В.В., Кукуяшный A.B. Волоконно-оптический грансверсальный фильтр // В сб. тез. докл.3-й Международной конференции.-Физические проблемы оптических измерений, связи и обработки информации.-Севастополь,- 1993 год.

3. Румянцев К.Е., Кукуяшный A.B. Динамическое запоминающее устройство на основе рециркуляционной структуры с оптическим усилителем в петле обратной связи.// В сб. тез. докл. 4-й Всероссийской конференции студентов и аспирантов.- Таганрог,- 1998 год.

4. Румянцев К.Е., Кукуяшный A.B. и др. Разработка радиотехнических [троцессоров на основе новых физических принципов // Отчет по НИР «Процессор-90»,- х/д № 11328.-1991

5. Румянцев К.Е., Кукуяшный A.B. и др. Теоретическое исследование возможности создания устройств обработки сложных сигналов на основе использования оптоволоконных структур // Отчет по НИР «Процессор-91»,- х/д № 11337.- 1991.

6. Румянцев К.Е., Кукуяшный A.B. и др. Разработка инженерных решений по созданию оптоэлектронных радиотехнических устройств // Отчет по НИР :<Красуха-ТРТИ»,- х/д№ 11360. - 1993 год.

7. Румянцев К.Е., Кукуяшный A.B. и др. Разработка теоретических основ :интеза и обоснование технических решений волоконно-оптических процессоров зля обработки радиосигналов // Отчет по НИР «Числитель МС-ТРТУ»,- х/д № 11361. - 1993 год.

8. Румянцев К.Е., Кукуяшный A.B. и др. Разработка теоретических основ :интеза радиотехнических процессоров на оптоэлектронной элементной базе '/Отчет по Госбюджетной НИР № 11359 - 1995 год.

9. Румянцев К.Е., Кукуяшный A.B. и др. Разработка теоретических ос синтеза радиотехнических процессоров на оптоэлектронной базе // Аннотирован! отчет по Госбюджетной НИР № 11152/РПрУ-1991 год.

10. Кукуяшньш A.B., Тимонов В.В. Требования к элементной базе волокон оптических процессоров // В сб. Радиотехшгческие и телевизионные средства сбор обработки информации.- Таганрог.-1998 год,- с.54.

11. Румянцев К.Е., Кукуяшный A.B. Динамические запоминающие устройс на основе волоконно-оптической линии задержки // В сб. Радиотехнические телевизионные средства сбора и обработки информации,- Таганрог.- 1998 год.-с.63.

12. Кукуяшный A.B., Чекстер В.В. Экспериментальные исследова волоконно-оптического устройства динамической памяти // В сб. Радиотехнически телевизионные средства сбора и обработки информации.- Таганрог,- 1998 год.- с.77.

13. Румянцев К.Е., Кукуяшный A.B. Обобщенные модели динамичес запоминающих устройств на волоконно-оптических структурах с оптичса усилением.//Северо-Кавказский регион.Технические науки, 1999,- № 13.-стр.61-67.

Соискатель

Кукуяшный A.B.