автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Метод оперативной диагностики волоконно-оптического тракта систем управления на основе кепстрального анализа

Введение.

1. Технический анализ организации оперативной диагностики волоконно-оптических систем передачи данных в составе наземных комплексов управления космическими аппаратами.

1.1 Анализ применения волоконно-оптических систем передачи в составе НКУ КА.

1.2 Обоснование необходимости оперативной диагностики волоконно-оптического тракта ВОСПД.•.

1.3 Анализ методов диагностики волоконно-оптического тракта ВОСПД. Выбор метода оперативной диагностики.

1.4 Постановка задачи на исследование.

2. Разработка метода оперативной диагностики волоконно-оптического тракта (ВОТ) на основе кепстрального анализа сигналов.

2.1 Построение диагностической модели работоспособности ВОТ на основе кепстрального анализа сигналов.

2.2 Математические модели типовых неоднородностей ВОТ.

2.2.1 Математическая модель взаимодействия светового излучения с крупной неоднородностью вида полой плоско-параллельной трещины

2.2.2 Математическая модель взаимодействия светового излучения с неоднородностью вида полой микровключений и газового пузыря

2.2.3 Взаимодейетвие-еветового излучения с неоднородностью типа «изгиб».

2.3 Алгоритм оперативной диагностики ВОТ на основе кепстрального анализа сигналов.

3. Оценка эффективности разработанного метода оперативной диагностики ВОТ.

3.1 Анализ влияния структуры передаваемых сигналов и помех на процесс диагностики ВОТ методом кепстрального анализа сигналов.

3.2 Разработка предложений по повышению точности измерений средства диагностики на основе кепстрального анализа сигналов.

3.3 Оценка достоверности диагностики ВОТ.

3.4 Экспериментальная оценка работоспособности метода путем физического и имитационного моделирования.

3.5 Оценка коэффициента готовности ВОСПД при использовании разработанного метода оперативной диагностики.

3.6 Предложения по дальнейшему совершенствованию систем диагностики и ремонтопригодности ВОСПД.

Повышение готовности наземного комплекса управления космическими аппаратами является важнейшей задачей, а это предопределяет совершенствование автоматизированной системы управления космическими аппаратами (АСУ КА), в состав которой входит бортовой и наземный комплексы управления (БКУ и 1ЖУ) КА [73, 94]. Использование при создание БКУ новых электронных технологий, а также совершенствование принципов применения и управления КА (глобальность, оперативность, автономность, автоматизация и т.д.), определяют направления развития НКУ, к одному из которых можно отнести использование новых информационных технологий (компьютерные, телекоммуникационные, технологии разработки программного обеспечения).

Необходимость обеспечения высокой готовности НКУ КА и оснащенности их новыми технологиями обусловливается расширением международного сотрудничества в космосе, а именно: обеспечение запуска зарубежных КА, участие в международных профаммах по освоению космоса, создание единой космической навигационной системы и международной службы оповещения о бедствиях, катастрофах и авариях и др.

Высокая готовность наземных комплексов управления КА, представляющих собой пространственно-распределенную структуру [73, 94], в значительной степени зависит от готовности систем передачи данных (СПД) [73, 81, 8789, 94, 96, 103]. Жесткие требования по надежности, помехозащищенности и пропускной способности, оперативности, предъявляемые к СПД НКУ, диктуют необходимость их постоянного совершенствования с использованием новейших достижений науки и техники.

В этой связи представляется целесообразным и перспективным применение в СПД НКУ таких телекоммуникационных технологий, как волоконно-оптические технологии. Их внедрение для организации волоконно-оптических систем передачи данных (ВОСПД) и информационно-вычислительных сетей. наряду с комплексным использованием других родов связи, позволит обеспечить в значительной мере перечисленные выше требования к тактико-техническим характеристикам СПД.

Одним из путей обеспечения высокой готовности ВОСПД является создание систем их оперативной диагностики [3, 4, 18, 99] и прежде всего волоконно-оптического тракта (ВОТ), поскольку он в большей степени, чем другие компоненты ВОСПД, подвержен влиянию внешних воздействуюш;их факторов. Для СПД РЖУ КА характерная длина ВОТ составляет порядка несколько километров.

Осуществление оперативной диагностики ВОТ возможно или при передаче зондирующих сигналов параллельно информационным сигналам на другой длине волны оптического излучения (режим спектрального уплотнения), или при использовании в качестве зондирующих сигналов передаваемые информационные сигналы (функциональная диагностика) [35, 36, 43, 47, 101, 102, 104].

В настоящее время для диагностики ВОТ применяются следующие методы: локационный метод, метод обратного рассеяния и метод частотно-модулированного зондирования.

В работах [1, 3, 17, 20, 21, 24, 25, 26, 28, 40, 41, 45, 49, 56,59, 63, 66, 67, 68, 70, 80, 82, 83, 84, 85, 89,90, 91,94,99, 100, 101, ]105, 108 подробно исследованы данные методы диагностики ВОТ, рассмотрены также пути улучшения технических характеристик измерительных приборов, реализующих эти методы. Но рассмотрение методов диагностики проводилось без учета специфики функционирования ВОСПД НКУ КА и необходимости обеспечения их высокой готовности. Реализация данных методов в диагностических приборах - оптических рефлектометрах, проводилась без акцента на оперативную диагностику и осуществлялась в отдельных изделиях, а не в составе ВОСПД в качестве встроенных приборов. В этом случае применение рефлектометров осуществляется после обнаружения факта неисправности всего канала, включающего оптический приемник, оптический передатчик и ВОТ, и после вывода ВОСПД из режима функционирования.

Основными недостатками указанных методов в основном являются использование для диагностики специальных зондирующих сигналов, недостаточная разрешающая способность для коротких ВОТ.

Осуществление оперативной диагностики ВОТ рассмотренными выше методами на другой частоте (режим спектрального уплотнения) снижает надежность передачи информации за счет влияния каналов друг на друга. Влияние каналов друг на друга усиливается при образовании различных дефектов в ВОТ. Кроме этого, значительно увеличивается стоимость ВОСПД и системы диагностики, а также снижается надежность всей системы передачи.

Проведенные исследования [94, 99, 101, 104] позволили заключить, что отмеченных недостатков можно избежать, применяя для оперативной диагностики ВОТ метод кепстрального анализа сигналов, который в качестве зондирующих сигналов позволяет использовать передаваемые информационные сигналы, т.е. осуществлять функциональную диагностику, и проводить обработку сигналов в режиме реального времени. Данный метод нашел широкое применение при обработке сигналов в акустике [69, 77], в сейсмологии [76, 109-118, 127], в радиоастрономии [12, 13], радиолокации [9, 10, 69, 76, 119], а также при цифровой обработке изображений [121, 122] и показал ряд преимуществ по сравнению с другими методами по разрешающей способности, надежности и стоимости реализованного на этом принципе устройства диагностики.

Вместе с тем, анализ информационных источников показал, что метод кепстрального анализа для диагностики ВОТ не используется, а исследования по созданию методических основ анализа и синтеза систем диагностики ВОТ на основе этого метода с целью определения уровня работоспособности ВОСПД и определения места дефекта не проводятся.

Изложенные обстоятельства определили актуальность диссертационной работы, ее цель, выбор решаемой научно-технической задачи, а также направлений, объекта и предмета исследований.

Целью диссертацинной работы является повышение готовности ВОСПД НКУ КА путем совершенствования системы диагностики ВОТ.

Для достижения поставленной цели в работе решается научная задача, состоящая в разработке метода оперативной диагностики ВОТ СПД НКУ КА на основе кепстрального анализа.

В соответствии с целью работы были сформулированы следующие задачи исследований:

1. Выбор и обоснование метода для осуществления диагностики ВОТ в процессе функционирования ВОСПД.

2. Разработка моделей оценки работоспособности ВОТ и обнаружения места его отказа на основе метода кепстрального анализа.

3. Разработка математических моделей взаимодействия светового излучения с типовыми дефектами ВОТ, которые позволят оценить влияние размеров дефектов на величину коэффициента отражения и работоспособность ВОТ в целом.

4. Разработка алгоритма оперативной диагностики волоконно-оптического тракта, учитывающих влияние помех и видов передаваемых сигналов на результаты диагностики, необходимость обеспечения заданной точности и достоверности диагностики.

5. Экспериментальная проверка достоверности применения метода.

6. Разработка предложений по дальнейшему совершенствованию систем диагностики ВОТ.

Объектом исследования являются волоконно-оптические системы передачи данных НКУ КА.

Предмет исследования в работе составляет волоконно-оптический тракт ВОСПД.

Основными научными результатами, выносимыми на защиту, являются:

1. Метод и алгоритм оперативной диагностики ВОТ на основе кепстраль-ного анализа, отличающиеся тем, что обнаружение дефектов ВОТ и оценка работоспособности ВОТ осуществляется в процессе функционирования ВОСПД с использованием информационных сигналов в качестве зондирующих сигналов.

2. Модель работоспособности и обнаружения места отказа (дефекта) ВОТ, отличающиеся тем, что в качестве диагностического параметра используются кепстр суммарного сигнала (исходного и отраженного от дефекта).

3. Математические модели взаимодействия светового излучения с типовыми дефектами ВОТ типа полой трещины и газового пузыря, которые позволяют оценить величину коэффициента отражения оптического излучения от дефектов и влияние их размеров на работоспособность ВОТ.

Работа состоит из введения, трех разделов, заключения и списка цитированной литературы.

В первой главе разделе проведен анализ задач, решаемых НКУ КА, и информационных потоков для обеспечения функционирования КА по целевому назначению. На основании требований, предъявляемых к системам передачи данных приведено техническое обоснование целесообразности применения ВОСПД в НКУ КА и рассмотрены пути повышения их готовности. Исходя из анализа технологических процессов изготовления оптического волокна и статистического характера образования в нем дефектов, обоснованна необходимость оперативной диагностики ВОТ ВОСПД. На основании анализа существующих методов диагностики ВОТ и их характеристик, предложено для оперативной диагностики ВОТ использовать метод кепстрального анализа, который позволяет в качестве зондирующих сигналов использовать передаваемый информационный сигнал и улучшить разрешающую способность.

Во второй главе приведена диагностическая модель работоспособности ВОТ по кепстру, где в качестве диагностического параметра выбран коэффициент отражения от дефекта. Для получения выражения коэффициента отражения оптического сигнала типовыми неоднородностями построены математические модели взаимодействия оптического излучения с неоднородностями ВОТ. Исследовано влияние размеров неоднородностей на значение коэффициента отражения. Разработан алгоритм диагностики ВОТ на основе кепстрального анализа.

В третьей главе проведена оценка влияния помех и структуры передаваемых информационных сигналов на результаты диагностики, эффективности разработанной методики по таким показателям, как разрешающая способность, динамический диапазон, достоверность.

Кроме этого, проведена экспериментальная оценка работоспособности методики путем физического и имитационного моделирования.

Разработаны также предложения по дальнейшему совершенствованию диагностического обеспечения волоконно-оптических систем передачи данных.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в работе, представлены сведения об их реализации, а также предложены направления дальнейших исследований.

Список литературы содержит перечень источников, включающий 127 наименований.

Работа направлена на создание научно-методического аппарата количественной оценки работоспособности ВОСПД и имеет определенное значение для науки и практики.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Впервые рассмотрены теоретические аспекты применения метода кеп-стрального анализа для диагностики ВОТ и показана возможность оперативного обнаружения дефектов ВОТ типа трещина и оценки работоспособности ВОТ с использованием передаваемых информационных сигналов. На основе свойств кепстрального анализа предложен метод оперативной диагностики волоконно-оптического тракта. Метод позволяет улучшить разрешающую способность при обнаружении дефектов по сравнению с другими известными методами диагностики.

2. Разработаны модели оценки работоспособности и обнаружения места отказа (дефекта) ВОТ, отличающиеся тем, что в качестве диагностического параметра используются кепстр суммарного сигнала (исходного и отраженного от дефекта).

3. На основе рассеяния света малыми частицами разработаны математические модели взаимодействия светового излучения с типовыми дефектами ВОТ типа полой трещины и газового пузыря, которые позволяют оценить влияние размеров дефектов на величину коэффициента отражения и работоспособность ВОТ в целом.

4. Разработан алгоритм оперативной диагностики волоконно-оптического тракта, предусматривающий нахождение кепстра суммарного сигнала, обнаружение по кепстру дефектов ВОТ и оценку работоспособности ВОТ, учитывающий влияние помех и видов передаваемых сигналов, повышение точности и достоверности диагностики.

Практическое значение работы заключается в разработке алгоритма и методики оперативной диагностики ВОТ, которые позволяют при использовании встроенных или универсальных систем диагностики ВОСПД повысить готовность ВОСПД за счет своевременной и достоверной оценки работоспособности и обнаружения факта неисправности ВОТ и принятия соответствующих мер по его восстановлению.

Основные результаты, полученные в диссертации, являются обобщением и развитием исследований, проводимых в Московском государственном университете леса, войсковой части 32103 и РНИИ космического приборостроения. Они опубликованы и реализованы в рамках плановых научно-исследовательских работ, на которые имеются положительные отзывы и подтверждения о реализации.

Разработанные в диссертационной работе научные положения, методические результаты, практические рекомендации внедрены в НИИ прецизиони ного приборостроения, ЗАО «НПО космического приборостроения», войсковой части 73736.

Результаты исследований докладывались на семинарах и научно-технических конференциях, проводимых в ВА им. Ф.Э.Дзержинского, войсковой части 32103, Московском государственном университете леса, МВТУ им. Баумана.

Основные результаты исследований изложены в 3 отчетах по НИР [94, 97, 103] и представлены в 5 научно-технических статьях [92, 93, 100, 102, 104] и 4 тезисах докладов на научно-технических конференциях [87, 88, 89, 101]. По результатам работы получено 3 авторских свидетельства.

ТЕХНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОРГАНИЗАЦИИ ОПЕРАТИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СОСТАВЕ НАЗЕМНЫХ КОМПЛЕКСОВ УПРАВЛЕНИЯ КОСМИЧЕСКИМИ АППАРАТАМИ

Выводы:

1. Проведен анализ структуры передаваемых информационных сигналов и их спектров на примере цифровых сигналов с импульсно-кодовой модуляцией (коды класса 1В2В, тВпВ).

Наиболее высокий уровень спектральной мощности полезного сигнала в диапазоне АР = (2 ч-3)/Т (где Т -период следования импульсов) имеют коды В1-Ь, В1-М, ВВ1 и блочные коды с 2< т <7, т.е. для этих кодов менее критично действие шумов в достаточно широком спектральном диапазоне. Для кодов КК2~Ь, КК2-М, КК2-8 АР=0.86/Т, поэтому для них должен быть обеспечен низкий уровень шумов, поскольку уровень спектральной мощности полезного сигнала уже в диапазоне [1/Т,2/Т] низок. Промежуточное положение занимают коды СМ1, ЕР-1,ЕР-2, К2-50, в которых АР = (1.5-Л1.7)/Т.

2. Проведена оценка влияния аддитивных помех, являющихся стационарным случайным процессом (белый шум). При отношении сигнал/шум более 3-Л5 получается приемлемая погрешность определения кепстра. Обеспечение приведенного условия связано со значительными трудностями при использовании сигналов со спектром, очень быстро убывающих на хвостах (например ~1/саЛ). В этом случае целесообразно использовать сигналы, спектр которых убывает пропорционально 1/со. Для кодов класса 1В2В и блочных кодов это условие выполняется.

3. Проанализированы факторы, влияющие на точность определения местоположения повреждения ВОТ (несоответствие измеренного оптического расстояния до неоднородности с геометрическим (реальным) расстоянием и искажение формы оптических импульсов, и предложены пути их учета при проведении диагностики. При наличии в ВОТ сростков, выполненных в виде сварки или муфт, с известным местоположением, их можно использовать в качестве реперной шкалы при нахождении повреждения ВОТ, Показано, что в этом случае абсолютная погрешность определения местоположения повреждения уменьшается.

Компенсация дисперсии может быть произведена путем калибровки устройства обработки при наблюдении отражения одиночного оптического импульса от конца ВОТ с точно известной длиной.

Найденное таким образом относительное уширение может быть затем использовано для внесения поправки (коррекции) при нахождении расстояния до места неоднородности в ВОТ.

4. Рассмотрены факторы, влияющие на достоверность обнаружения отраженных оптических сигналов. Применение ЛФД позволяет получить выигрыш в пороговой мощности и меньшие искажения на выходе фотоприемника. При учете влияния шума, привносимого сигналом, специфика ЛФД, в отличие от фотоприемников с безлавинными фотодетекторами (p-i-n диодами), приводит к экстремальной зависимости энергии порогового сигнала от длительности импульса, причем оптимальное значение длительности импульса существенно зависит от конкретных параметров фотоприемников.

5. Результаты экспериментальной оценки работоспособности методики путем физического и имитационного моделирования подтвердили возможность использования метода кепстрального анализа сигналов для диагностики ВОТ с разрешающей способностью, составляющей порядка 5 % от длительности импульса.

6. При диагностике ВОТ с периодом 1 месяц (на ежемесячном техническом обслуживании) при наработке на отказ ВОТ - 10 ООО час, времени восстановления - 2 часа, возможно обеспечить значение коэффициента готовности 0,972, при диагностике с периодом несколько часов - 0,999, при непрерывной диагностике - 0,99995. Таким образом, возможно повышение коэффициента готовности на 3-5%.

7. Дальнейшее совершенствование систем диагностики ВОСПД целесообразно связать с созданием так называемых экспертных систем. Программное

151 обеспечение таких экспертных диагностических систем должно включать в себя следующие структурные модули: основная программа (сбор и обработка данных, блок аналитических - решений, база знаний, механизм формирования выводов, интерфейс пользователя), программа "источник знаний", управляющая программа, определяющая конфигурацию системы и программного обеспечения.

В базу знаний экспертных систем для диагностики ВОТ должны быть внесены : амлитудно-частотные и передаточные характеристики как элементов ВОТ (соединителей, разветвителей и т.д.), так и типовых неоднородностей ОВ (микротрещина, газовый пузырь и т.п.); критические значения параметров ВОТ для определения степени его работоспособности; статистика значений параметров ВОТ, измеряемых как в процессе функционирования ВОСПД, так и при проведении технического обслуживания и ремонта ВОТ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей диссертационной работе получено новое решение научно-технической задачи по разработке метода оперативной диагностики ВОТ ВОСПД РЖУ КА на основе кепстрального анализа, имеющее существенное прикладное значение для практики обеспечения готовности ВОСПД НКУ КА. В работе получены следующие научные и практические результаты: 1. На основании проведенного анализа задач, решаемых НКУ КА, информационных потоков для обеспечения функционирования КА по целевому назначению и на основании требований, предъявляемых к системам передачи данных, приведено военно-техническое обоснование целесообразности применения ВОСПД в НКУ КА и рассмотрены пути повышения их готовности, которая зависит от безотказности компонентов ВОСПД и времени восстановления их работоспособности. Поскольку время восстановления существенно зависит от продолжительности и периодичности диагностики, то для обеспечения высокой готовности ВОСПД НКУ актуальным является применение оперативной диагностики, т.е. проведение диагностики в масштабе реального времени или с минимальной продолжительностью.

Необходимость диагностики ВОТ в процессе применения ВОСПД обусловливается статистическим характером образования в оптических волокнах дефектов из-за действия таких факторов, как остаточное термоупругое напряжение, влага и механическое статическое напряжение, что приводит в итоге к разрушениям ОВ изнутри и с поверхности.

2. На основании анализа существующих методов диагностики ВОТ (метод обратного рассеяния, локационный метод, метод частотно-модулированного зондирования) и сравнительной оценки их основных характеристик (динамический диапазон, разрешающая способность), рассмотрены теоретические аспекты оперативной диагностики ВОТ на основе кепстрально

ГО анализа с использованием в качестве зондирующих сигналов передаваемых информационных или служебных сигналов.

Целесообразность применения кепстрального анализа для диагностирования ВОТ рассмотрен на примере дискретных сигналов, поскольку для передачи данных используются цифровые ВОСПД. Кепстральный анализ сложного сигнала (сумма основного и отраженного от неоднородности) позволяет получить диагностическую информацию о месте неоднородности и значении коэффициента отражения оптического сигнала данной неоднородностью. Сделано заключение о том, что кепстр мощности можно рассматривать как диагностическую модель поиска места неоднородности ВОТ, а коэффициент отражения - как диагностический параметр.

4. Построена диагностическая модель работоспособности ВОТ на основе кепстрального анализа сигналов.

В результате кепстральной обработки сложного сигнала возможно выделение кепстра сигнала, в котором заключена диагностическая информация о ВОТ : место дефекта (по задержке отраженного сигнала), характер дефекта для его идентификации и определения технического состояния ВОТ (по коэффициенту отражения).

Исходя из допустимых значений коэффициента отражения определено множество неработоспособных состояний ВОТ.

5. Построены математические модели взаимодействия светового излучения с типовыми неоднородностями ВОТ (трещина, газовый пузырь, изгиб), которые оказывают доминирующее влияние на надежность функционирования ВОТ, и получены выражения коэффициента отражения оптического сигнала типовыми неоднородностями. На основании этого была проведена оценка численных значений коэффициента отражения для различных типов неоднородно-стей, их размеров, а также длины волны оптического излучения.

В результате в качестве порогового значения коэффициента отражения для оценки работоспособности ВОТ предложено значение коэффициента отражения, равное 0.01.

6. Разработан алгоритм оперативной диагностики ВОТ на основе кепст-рального анализа передаваемых информационных сигналов.

Алгоритм диагностики ВОТ на основе кепстрального анализа предусматривает: детектирование отраженных от неоднородностей и дальнего торца оптических импульсов, их усиление и наложение на передаваемые сигналы в смесителе, фильтрацию в определенной полосе частот, прямое преобразование Фурье, нахождение спектра мощности, логарифмирование, обратное преобразование Фурье, лифтрацию для выделения кепстра отраженного сигнала, гре-бенчатаю фильтрация для устранения в кепстре кратных и ложных «пиков».

Для обеспечения необходимого динамического диапазона измерений, исключения перегрузки фотоприемного тракта, а также для получения более четкой картины расположения неоднородностей и лучшей их интерпретации при диагностике предложено осуществлять последовательный просмотр ВОТ по определенным зонам с помощью ручной или автоматической регулировки чувствительности фотоприемного тракта.

7. Исходя из основного требования к кепстру исходного сигнала (концентрирование вблизи начала отсчета кепстрального времени и отсутствие ложных пиков, что позволяет более точно интерпретировать кепстр отражений и, тем самым, определять истинную картину наличия дефектов в ВОТ), проведен анализ структуры передаваемых информационных сигналов и их спектров на примере цифровых сигналов с импульсно-кодовой модуляцией (коды класса 1В2В, тВпВ). Наиболее высокий уровень спектральной мощности полезного сигнала в диапазоне АР = (2-ьЗ)/Т (где Т -период следования импульсов) имеют коды Ы-Ъ, В1-М, ОВ1 и блочные коды с 2< т <7, т.е. для этих кодов менее критично действие шумов в достаточно широком спектральном диапазоне. Для кодов ЫК2-Ь, ЫКг-М, ЫК2-8 АР=0.86/Т, поэтому для них должен быть обеспечен низкий уровень шумов, поскольку уровень спектральной мощности полезного сигнала уже в диапазоне [1/Т,2/Т] низок. Промежуточное положение занимают коды CMI, ЕР-1, ЕР-2, RZ-50, в которых АР = (1.5Л 1.7)/Т.

8. Проведена оценка влияния аддитивных помех, являющихся стационарным случайным процессом (белый шум). При отношении сигнал/шум более 3 -5 получается приемлемая погрешность определения кепстра. Обеспечение приведенного условия связано со значительными трудностями при использовании сигналов со спектром, очень быстро убывающих на хвостах (например 1/<» л ). В этом случае целесообразно использовать сигналы, спектр которых убывает пропорционально 1/й>. Для кодов класса 1В2В и блочных кодов это условие выполняется.

9. Проанализированы факторы, влияющие на точность определения местоположения повреждения ВОТ (несоответствие измеренного оптического расстояния до неоднородности с геометрическим (реальным) расстоянием и искажение формы оптических импульсов), и предложены пути их учета при проведении диагностики. При наличии в ВОТ сростков, выполненных в виде сварки или муфт, с известным местоположением, их можно использовать в качестве реперной шкалы при нахождении повреждения ВОТ. Показано, что в этом случае абсолютная погрешность определения местоположения повреждения уменьшается.

Компенсация дисперсии может быть произведена путем калибровки устройства обработки при наблюдении отражения одиночного оптического импульса от конца ВОТ с точно известной длиной.

10. Физическое моделирование было произведено по электрическому аналогу ВОТ с использованием генератора сигналов Г5-85 и спектроанализато-ра CK 1-94, позволяющего производить кепстральную обработку. Процесс задержки отраженного сигнала имитировался генерированием пачки из двух импульсов, один из которых соответствовал прямому, а другой отраженному сигналу. Показано преимущество кепстральной обработки по сравнению с корреляционной, разрешающая способность при этом составила около 5 % длительности сигнала.

11. Показано, что при диагностике ВОТ с периодом 1 месяц (на ежемесячном техническом обслуживании) при наработке на отказ ВОТ - 10 ООО час, времени восстановления - 2 часа, возможно обеспечить значение коэффициента готовности 0,972, при диагностике с периодом несколько часов - 0,999, при непрерывной диагностике - 0,99995. Таким образом, возможно повышение коэффициента готовности на 3 - 5 %.

12. На имитационной модели проведены исследования влияния коэффициентов отражения, параметров исходных сигналов на процесс кепстральной обработки и обнаружение отраженных сигналов.

Результаты экспериментальных исследований подтвердили практическую реализуемость предложенной методики и возможность диагностики ВОТ в реальном масштабе времени.

13. Разработаны предложения по совершенствованию диагностического обеспечения ВОСПД, которые связаны с автоматизацией процессов измерений параметров ВОТ, оптимальным выбором зондирующих сигналов для диагностики, структурой диагностических систем.

Практическая значимость и новизна основных теоретических и экспериментальных результатов работы апробированы и подтверждены 12 публикациями, 3 авторскими свидетельствами на изобретения, а также актами внедрения и реализации основных научных положений и выводов диссертации в организациях и предприятиях.

Предложенный метод оперативной диагностики ВОТ может быть реализован в составе встроенных или универсальных систем диагностики ВОСПД, и это позволит повысить готовность ВОСПД за счет своевременного и достоверного обнаружения факта неисправности ВОТ и принятия соответствующих мер по его восстановлению.

1. Азаров A.B. Система автоматического контроля параметров оптических волокон и волоконно-оптических кабелей//Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - 2001.- 114 с.

2. Александров И.В., Жаботинский М.Е., Шушпанов O.E. Механическая надежность волоконных световодов и возможные пути ее повышения (Обзор)// Журнал технической физики. 1984.- т. 54. - N 9.- С. 1641 - 1662.

3. Алексеев Е.Б. Методы и средства технической диагностики высокоскоростных цифровых систем связи// Зарубежная радиоэлектроника.- 1978.-N3.-C. 109- 127.

4. Алексеенко А.Я., Адерихин И.В. Основы эксплуатации радиотехнических систем и комплексов.- М.: Воениздат, 1975.- 420 с.

5. Андрианов A.B., Глебович Г.В. и др. Автоматизированные измерения во временной области и повышение их точности//Измерительная техника. -1 980.-N9.-^ 42-44.

6. Андрианов A.B., Крылов В.В. Способ коррекции выходного сигнала измерительных приборов// Измерительная техника.- 1975.- N 4.- С. 59 61.

7. Андрианов A.B. Применение методов гомоморфной фильтрации в некоторых задачах измерительной техники//Метрология. 1978. N 8. - С. 14 -19.

8. Анишкевич H.H., Лукашев В.М., Визнер A.A. Автоматизированный измерительный комплекс для исследования параметров элементов ВОЛС// Радиотехника.- 1982.- Т.37, N 2.- С. 84 87.

9. Архипов Е.А., Бернюков А.К. Использование гомоморфной фильтрации для разделения сигналов и переотражений в МСП //Вопросы радиоэлектроники. Серия Общие вопросы радиоэлектроники. 1981.- Вып. 15.- С. 77 -85.

10. Архипов Е.А., Бернюков А.К. Анализ возможностей кепстральной обработки многолучевых сигналов при наличии ограничений//Вопросы радиоэлектроники. Серия Общие вопросы радиоэлектроники. 1983.- Вып. 3.- С. 110 -114.

11. Архипов Е.А., Бернюков А.К. Гомоморфная фильтрация для разрешения радионавигационных сигналов и переотражений//Радиотехника.- 1986.-N11.- С. 83 85.

12. Афраймович Э.Л. Интерференционные методы радиозондирования ионосферы: М.: Наука, 1982.

13. Афраймович Э.Л. Кепстральный анализ модулированных сигналов -новые возможности радиозондирования ионосферы. Геомагнетизм и аэрономия. - 1981.-т. 21.-N4.

14. Афраймович Э.Л. Диагностика кабельной линии методом кепст-рального анализа передаваемого сигнала. Электросвязь.- 1983.- N 9.

15. Ахметьянов В.Р., Пасмуров А.Я. Обработка радиолокационных изображений в задачах дистанционного зондирования ЗемлиУ/Зрубежная радиоэлектроника.- 1987.-N 1.

16. Барабаш П.А., Кулева Н.Н., Федорова Л.Н. Коды в цифровых ВОСП//Электросвязь.- 1988. N 9. - С. 12 - 14.

17. Барноски М.К., Персоник С.Д. Измерения в волоконной оптике// ТИИЭР.- 1978.- т. 66, N 4.- С. 75 90.

18. Берганов И.Р., Гордиенко В.Н., Крухмалев В.В. Проектирование и техническая эксплуатация систем передачи.- М.: Радио и связь, 1989.-272 с: ил.

19. Богородский В.В., Боярский В.И., Оганесян А.Г. Повышение точности радиолокационных измерений толщины морского льда путем кепстральной обработки отраженных сигналов//Радиотехника и электроника.-1985.- т. XXX, №2.- С. 291 -297.

20. Власов В.А., Гуляев Ю.В., Потапов В.Т. Об использовании метода рефлектометрии для исследования условий на торце световода// Квантовая электроника.- 1981.- т. 8.- N 8.- С. 1820 1823.

21. Бирюков В.А., Свинцов А.Г., Яковлев М.Я. Проблемы диагностики волоконно-оптического тракта. Метод частотно-модулированного зондирова-ния//Радиотехника.- 1995.- N 6.- С. 106-108.

22. Бореи К.,Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частица-ми.-М. :Мир, 1986.- 660 с.

23. Борн М., Вольф Э. Основы оптики.- М.: Наука.- 1970.

24. Введение в технику измерений оптико-физических параметров све-товодных систем/Под ред.А.Ф.Катюка.-М.:Радио и связь, 1987.-224 с.

25. Введенский Ю.В., Глебович Г.В., Крылов В.В., Херманис Э.Х. Импульсная (временная) рефлектометрия// Измерения, контроль, автоматизация. 1976.-N4.-С. 3-7.

26. Введенский Ю.В., Грязнов Ю.М., Зуев А.Б., Спиричев Ю.Е. Оптический рефлектометр для многомодовых волоконных световодов// Измерительная техника. 1984. - N 9. - С. 30 - 32.

27. Вейнберг В.Б., Саттаров Д.К. Оптика световодов.- Л.: Машиностроение.- 1977.- 320 с.

28. Верник СМ., Кузнецов A.M. Методы определения места обрыва оптических кабелей//Электросвязь.-1981.- N 9. С.25 - 28.

29. Возницкий М.В., Ермаков Б.А., Рассказов С.А., Хайтун Ф.И. Об эффективности сокращения длительности передаваемого импульсного сигнала в системах с лавинными фотодиодами// Радиотехника.- 1986.- N 11. С. 80 - 82.

30. Волоконно-оптические системы передачи и кабели : Справочник/ И.И. Гроднев, А.Г. Мурадян, P.M. Шарафутдинов и др.- М.: Радио и связь, 1993.-264 с: ил.

31. Воробьев В.И. Оптическая локация для инженеров/Под ред. В.П. Васильева.- М.: Радио и связь, 1983.- 176 с.

32. Г. ван де Хюлст. Расеяние света малыми частицами.- М.: Иностранная литература, 1961. 536 с.

33. Глаголев С.Ф., Рудницкий В.Б., Сумкин В.Р. Анализ фотоприемников при обнаружении импульсных сигналов// Радиотехника.- 1986.- N 7.- С. 27 -29.

34. Гоноровский И.С., Демин М.П. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. пособие для вузов.- 5-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1994.480 с : ил.

35. Глазунов Л.П., Смирнов А.Н. Проектирование технических систем диагностирования.- Д.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1982.- 168 с.

36. ГОСТ 20911-75. Техническая диагностика. Термины и определения.

37. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения.

38. ГОСТ 26814-86. Кабели оптические. Методы измерения параметров.

39. Гоулд В., Рейдер Ч. Цифровая обработка сигналов: Пер. с англ.// Под ред. Ю.Н. Александрова, М.: Сов. радио, 1973.

40. Глебович Г.В. Яковлев Г.Л. О расширении возможностей импульсной рефлектометрии//Вопросы радиоэлектроники, сер. Радиоизмерительная техника. 1970. - Вьш.1. - С. 3 - 10.

41. Григорьянц В,В.,Чаморовский Ю.К. Диагностика волоконных световодов и оптических кабелей методом обратного рассеяния. Итоги науки и техники, ВИНИТИ, серия Радиотехника.- 1982.-t.29.-C.47.

42. Гуков Г.В. Расчет оптических характеристик изогнутого световода// Квантовая электроника.-1981.- т.8, N 4.- С. 825 829.

43. Давыдов П.С. Техническая диагностика радиоэлектронных устройств и систем.- М.: Радио и связь, 1988.- 256 с.

44. Денисенко А.Н., Стеценко O.A. Теоретическая радиотехника: Справочное пособие. Ч. 1: Детерминированные сигналы (методы анализа).-М.:Издательство стандартов, 1993.-215 с.

45. Джон Гот. Рефлектометр для глубокого зондирования оптических линий.- Электроника.- 1987.- N 18.-С. 41-43.

46. Диагностика отказов в технических процессах //ЭИ Контрольно-измерительная техника.-1990.- N 24. с. 1-11.

47. Дмитриев А.К., Юсупов P.M. Идентификация и техническая диагностика.- МО СССР, 1987. -521 с.

48. Долбня Е.В., Соболь Н.В., Кочемасов В.Н. Спектральная и кепстраль-ная обработка радиосигналов с применением устройств на поверхностных акустических волнах// Зарубежная радиоэлектроника.- 1982. N 4. - С. 3 - 32.

49. Драбкин А.Г., Маккавеев В.И. Классификация методов измерений параметров волоконно-оптических систем передачи информации //Радиотехника.- 1988.- N 4.- С.82-86.

50. Зингер енко A.M., Голубев а В.М., Кулева H.H. Коды в цифровых линиях оптических систем передачи// Перспективы развития оптоэлектроники в технике связи.- Рига, 1983.- 149 с.

51. Злотник Б.М., Левин Б.Р. Энергетические спектры кодовых последовательностей с постоянным весом// Радиотехника и электроника.- 1964.- N 10.-С. 12-15.

52. Исследование объектов с помощью пикосекундных импульсов/Г.В. Глебович, A.B. Андрианов, Ю.В. Введенский и др.; Под ред. Г.В. Глебовича. -М.: Радио и связь, 1984.- 256с.: ил.

53. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров).- М.: Наука, 1978. 831 с.

54. Коновалов Г.В., Тарасенко Е.М. Импульсные случайные процессы в электросвязи. М.: Радио и связь, 1973.- 320 с.

55. Коновалов Г.В., Тарасенко Е.М. Матричные методы оценки статистических характеристик импульсно-кодовых сигналов// Радиотехника. 1970.-N2.- С. 30-38.

56. Космачев А.Ф., Рудницкий В.Б., Сумкин В.Р. Оптимизация методов определения расстояния до места повреждения оптического кабеля связи/ Радиотехнические системы и устройства.- Л.: 1984.- С. 129 135.

57. Кулева H.H., Федорова Е.Л. Анапиз блочных кодов в цифровой линии оптических систем передачи// Перспективы развития оптоэлектроники в технике связи.- Рига: 1983.- 149 с.

58. Лебедько Е.Г., Порфирьев Л.Ф., Хайтун Ф.И. Теория и расчет импульсных и цифровых оптико-электронных систем.- Л.: Машиностроение, 1984.

59. Лефаров В.А., Муравьев В.В., Митин С.А. Измерение параметров оптических волокон методом обратного рассеяния (Обзор)// Журнал прикладной спектроскопии.- 1988.- т.48, N 3.- С.359 -372.

60. Лиференко В.Д., Марков Ю.В., Хрыкин В.Т. Реализация универсального волоконно-оптического тракта для кодов 1В2В// Техника средств связи, Сер. Техника проводной связи. 1980.-Вып. 12.-С. 94 - 101.

61. Малашин М.С., Каминский Р.П., Борисов Ю.Б. Основы проектирования лазерных локационных систем.- М.: Высш. школа, 1983.-207 с.:ил.

62. Матвеев И.Н., Протопопов В.В., Троицкий И.Н., Устинов Н.Д. Лазерная локация. М.: Машиностроение, 1984.- 272 с: ил.

63. Махлин P.E., Кузнецов A.A., Титов И.В. Наблюдение оптических импульсов, отраженных от дальнего торца волокна// Радиотехника и электроника.- 1975.- т. XX, N 6.- С. 27-29.

64. Мишнаевский П.А., Оввян П.П. Влияние изгибов и повивов на затухание многомодового волновода// Журнал технической физики.- 1980.- т. 50. -N 7.- С. 1449 1454.

65. Новоселов О.Н., Фомин А.Ф. Основы теории расчета информационно-измерительных систем.- М. :Машиностроение, 1980.- 280 с.

66. Моисеев В.В., Потапов В.Т. Измерение коэффициента отражения от выходного торца световода// Радиотехника.- 1988.- N 9.- С. 74- 77.

67. Олейников А.Д., Першаков В.В., Романов B.C., Скляров O.K. Измеритель расстояния до места повреждения оптического волокна или кабеля// Электросвязь.- 1980.- N 12. С. 49 -50.

68. Олейников А.Д., Першаков В.В., Романов B.C., Скляров O.K. Прибор для определения места повреждения волоконно-оптического кабеля с цифровым отсчетом расстояния// Радиотехника.- 1982, т. 37, N 2.- С.87 90.

69. Оппенгейм A.B., Шафер Р.В. Цифровая обработка сигналов: Пер. с англ. / Под ред. С.Я. Шаца.- М.: Связь, 1979.

70. Определение места повреждения и измерение затухания в световод-ных линиях связи// ЭИ Надежность и контроль качества. 1987.- N 44.- С. 19-22.

71. Определение места повреждения в оптических волокнах// ЭИ Надежность и контроль качества.- 1987.-N 4.- С. 17-20.

72. О разрешающей спообности метода импульсной рефлектометрии// Радиоэлектроника.- 1971.- т. 24, N 1.- С. 112 113.

73. Петров A.B., Яковлев A.A. Анализ и синтез радиотехнических комплексов/Под ред. В.Е.Дулевича.- М.: Радио и связь, 1984. 248 с.

74. Поляк Л.М. Вероятностный анализ многоуровневых сигналов.- М.: Связь.- 1980.

75. Порохов ОН. Сигналы и коды цифровых систем передачи// Электросвязь.- 1980.-N1 .- С. 33 -37.

76. Рабинер Д., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов: Пер. с англ. / Под ред. Ю.И. Александрова.- М.: Мир, 1978.

77. Рабинер Л.Р., Шафер Р.В. Цифровая обработка речевых сигналов: Пер. с англ./ Под ред. М.В. Назарова и Ю.Н. Прохорова. М.: Радио и связь, 1981.-496 Сил.

78. Саттаров Д.К. Распространение света по изогнутому световоду// Оптико-механическая промышленность.- 1963.- N 8.- С. 40-48.

79. Сванидзе Р.Г., Местиашвили К.В., Нозадзе Г.Д. Расчет энергетических спектров некоторых линейных кодов волоконно-оптических систем пере-дачи//Электросвязь.- 1992.- N П.- С. 12 14.

80. Свинцов А.Г. Рефлектометрические методы измерения параметров ВОЛС//Метрология и измерительная техника в связи. 2001.-№ 6.- С.34-38.

81. Способы монтажа и эксплуатации ВОСС на подвижных объектах// ЭИ Иностранная техника и экономика средств связи.- 1992.- N 12. С. 8 - 10.

82. Суродин М.П., Тихомиров СВ. Погрешность аттестации и измерений приборов для обнаружения мест повреждений волоконных световодов// Измерительная техника. 1984. - N 9. - С. 29 - 30.

83. Суродин М.П., Тихомиров C.B. Комплексная и поэлементная аттестация средств измерений мест повреждения и длин волоконных световодов// Измерительная техника. 1985. - N 2. - С. 26 - 27.

84. Тихомиров СВ., Хлескова Т.Н. Измерение дисперсионных характеристик волоконных световодов// Измерительная техника.- 1986.- N 6.- С. 25 -30.

85. Тучин В.В. Методы измерения параметров волоконных светово-дов//Обзоры по электронной технике. Сер. 11. Лазерная техника и оптоэлектро-ника.-1987.- Вып. 1.-48 с.

86. Фомин А.Ф., Новоселов О.Н., Плющеев A.B. Отбраковка аномальных результатов измерений.- М.:Энергоатомиздат, 1985.- 200 с.

87. Харитонов H.A., Борисов К.В. и др. Оперативная диагностика волоконно-оптической сети передачи информации//73-я научно-техническая конференция Военной академии им. Ф.Э.Дзержинского.- М.:1989.- Тезисы докладов.- С.54-55.

88. Харитонов H.A., Капранов Ю.С и др. Методика оперативной диагностики волоконно-оптической сети передачи данных// Научно-техническая конференция в/ч 32103.- М.: 1989.- Тезисы докладов. С. 243-244.

89. Харитонов H.A., Капранов Ю.С. и др. Методика отыскания места повреждения оптического кабеля с помощью рефлектометрии. Особенности подготовки эксплуатирующего персонала// Научно-техническая конференция в/ч 32103.-М.: 1989.-Тезисы докладов.-С. 247-248.

90. Харитонов H.A., Ларин Ю.Т. и др. Устройство для перемотки оптического волокна//Авторское свидетельство N 1645867.- 1991.

91. Харитонов H.A., Капранов Ю.С. и др. Система автоматизированной прокладки оптического кабеля//Авторское свидельство N 1737596.- 1992.

92. Харитонов H.A., Коровкин В.В. и др. Методика прогнозирования надежности оптических кабелей//Научно-технический сборник (труды) научной конференции в/ч 32103.-М.: 1993.-С. 26-27.

93. Харитонов и др. Обоснование метода выбора топологии локальных волоконно-оптических информационных сетей// Научно-технический сборник (труды) научной конференции в/ч 32103.-М.: 1993.-С. 27.

94. Харитонов H.A. Разработка принципов использования локальных волоконно-оптических информационных сетей в мобильных ЬЖУ: Отчет о НИР (итоговый)/в/ч 32103; Руководитель В.П.Ремишевский.- инв. N 10292.- М.: 1993.- Ответственный исполнитель H.A. Харитонов.

95. Харитонов H.A., Капранов Ю.С. и др. Волоконно-оптический аттенюатор// Патент N 2024039.- 1994.

96. Харитонов H.A. и др. Исследование проблем технического обслуживания ВОСП: Отчет о НИР (итоговый)/ВА им. Ф.Э.Дзержинского; Руководит-тель А.Н.Мартьянов.- инв. N 129193.-М.: -1994.- 137 с- Ответственный исполнитель В.В.Полоз.

97. Харитонов H.A. Анализ ремонтопригодности современных и перспективных волоконно-оптических систем НАКУ: Отчет о HPiP (итоговый)/ в/ч 32103; Руководитель В.Г.Яковлев.- инв. N 5308. М.: 1994.- С. 133 - 135.-Ответственный исполнитель П.С.Кучин.

98. Харитонов H.A. Предложения по повышению ремонтопригодности и развитию диагностического обеспечения ВОСП: Отчет о НИР (итоговый)/ в/ч 32103; Руководитель В.Г.Яковлев.- инв. N 5308. М.: 1994.- С. 135 - 137.- Ответственный исполнитель П.С.Кучин.

99. B. В.Сумерин.- М.: 1996.- 63 с.

100. Хотяинцев СП. Измерение оптических характеристик волоконных световодов и требования к аппаратуре// Измерительная техника.- 1984.- N 6.1. C. 29-32.

101. Чайлдерс Д.Д., Скиннер И.П., Кемерайт Р.Ч. Кепстр и его применение при обработке данных.(Обзор)// ТИИЭР.- 1977.- N 10.

102. Шестов Н.С. Выделение оптических сигналов на фоне случайных помех.- М.: Сов. радио, 1967.

103. Шикетанц Д. Теория измерений по методу обратного рассеяния в световодах// Зарубежная радиоэлектроника.- 1981. N 6.- С. 87 - 94.

104. Bogert В.Р., Healy M.J., Tukey J.W. The quefrecy analisis oftime series for echoes: cepstrum, pseudo-autocovariance, cross-cepstrum, and saphe craking.-Time Series Analysis, M. Rosenblatt, Ed. New York: Wiley, 1963, Chap. 15.

105. Bogert B.P., Ossanna J.F. The heuristics of cepstrum analisis of a stationary complex echoed Gaussian noise//IEEE Trans., vol. IT-12, pp. 373-380, July 1966.

106. Bohme J.F. The cepstrum as a generalized function//IEEE Trans., vol. IT-20, pp.650-653, sept., 1974.

107. P. Bois. Filtrage homomorfique//Rev. Inst, franc, petrole, x, 1978.- N 33, pp. 663-703.

108. Bolton Dg., Gold I. The application of cepstral techniques to measurement of transfer fiinctions and acoustical reflection coefficients/Journal of Sound and Vibration.- 1984.- vol. 93, N 2.- pp. 217 233.

109. Cohen T. Source-depth determinations using spectral, pseudoautocorrelation and cepstral analyses// Geophys. J. Roy. Astron. Soc, vol. 20, pp. 223-23 1, 1970.

110. Dudgeon D.E. Existence of cepstra for two-dimensional rational polynomials//IEEE Trans., vol.ASSP-23, pp.242-243, Apr. 1975.

111. Hassab J.C., Boucher R. A probabilistic analysis of time delay extraction by the cepstrum in sxtationaiy Gaussian noise//IEEE Trans., vol. IT-22, pp. 444-454, July 1976.

112. Hassab J.C., Boucher R. Analysis of extraction, echo detection and removal by complex cepstrum// J. Sound and Vibration, vol. 40, pp. 321-335, june 1975.

113. Jack M.A., Grant P.M., Collins J.H. Waveform Detection and Classification With SAW Cepstrum Analysis//IEEE Transactions.- 1977, vol. AE S -13, N6, pp. 610-618.168

114. Kemerait R., Childers D.G. Signal detection and extraction by cepstrum techniques//IEEE Trans., vol. IT-18, pp.745-759, nov. 1972.

115. Noll A.M. Cepstrum pitch determination//!. Acoust. Soc. Amer.- 1967.-vol.41,N2.- pp. 293-309.

116. Oppenheim A.V., Schafer R.W., Stockham Т.О. Nonunear Filtering of Multiplied and Convolved Signals//IEEE Trans.- 1968.-vol. AU-16, N 3.

117. Oppenheim A.V., Корее G.E., Tribolet Signal analysis by homomorphic prediction// IEEE Trans., vol. ASSP-24, pp. 327-332, aug. 1976.

118. Shensa M.J. Complex exponental weightng applied to ЬототофЬ1с deconvolution// Geophys. J. Roy. Astron. Soc. 1976.- vol. 44.- pp. 379 - 387.

119. Skinner D.P., Childers D.G. Real time composite signal decomposition// IEEE Trans. - 1976.- vol. ASSP-24.-pp.267-270.

120. Smith R.G. Cepstrum descrimination function// IEEE Trans., vol. IT-21, pp. 332-334, may 1975.

121. Stoffa P.L., Buhl P., Bryan G.M. Cepstrum aliasing and the calculation of the Hilbert transform//Geophisics, vol. 39, N 4, pp. 543 544, 1974.

122. Ulrich T.J. Application of homomorphic deconvolution to seismology//Geophysics.-1971.- vol.36. N 8.- pp. 650 -660.