Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Элементная база ВОЛС-объект автоматизации научных исследовании . 13
1. Элементная база ВОЛС и ее применение в системах автоматизации физического эксперимента, 13
2. Исследование характеристик основных элементов ВОЛС. IV
3. Юстировка элементов волоконно-оптических линий связи . 23
4. Оптимизация параметров волоконно-оптических линий связи. 27
ГЛАВА II . Автоматизация исследования параметров элментов ВОЛС . 31
I. Автоматизированный комплекс. 31
2. Автоматизированная установка по юстировке. 33
3. Математическое обеспечение функционирования установки. 36
4. Определение точностных характеристик автоматизированной установки . 42
5. Алгоритм юстировки волоконно-оптических элементов. 50
6. Экспериментальные исследования параметров технических средств волоконно-оптических линий связи. 59
ГЛАВА III. Автоматизация исследования и оптимизация параметров пришной части волоконно-оптической линии связи . 89
1. Автоматизация исследования фотоприемных усилителей - 89
2. Оптимизация фотоприемных усилителей. 96
3. Оптимизация частотной характеристики линейного выравнивателя .113
ГЛАВА IV. Подход в решении задач автоматизации научных исследований 126
1. Оптимизация по векторному показателю. 128
2. Формализация игрового подхода. 131
3. Теорема о минимаксе для векторного случая. 136.
4. Определение множества "нехудших" вариантов. 142
5. Формализованная модель выбора компонентов, типа сигнала ВОЛС и направления их исследования . 149
6. Определение некоторых характеристик волоконно-оптического интерфейса для связи ЭВМ и внешнего устройства. 155
Заключение. 162
Приложение. 165
- Юстировка элементов волоконно-оптических линий связи
- Определение точностных характеристик автоматизированной установки
- Оптимизация частотной характеристики линейного выравнивателя
- Формализованная модель выбора компонентов, типа сигнала ВОЛС и направления их исследования
Введение к работе
Интенсивные разработки волоконно-оптических линий связи (ВОЮ) начались после получения в 1972-1973 г„г. волоконных световодов с малыми потерями (затуханием менее 20 дБ/км). В области элементной базы ВОЛС за последнее время были достигнуты значи-тельные результаты, среди которых можно выделить: создание волоконных световодов с малыми потерями (2 дБ/км), создание полу- проводниковых лазеров с минимальной наработкой 10 10 часов для диапазона длин волн 0,8 * 0,9 мкм.
Благодаря таким преимуществам перед другими кабельными средствами связи как большая пропускная способность, малое затухание, высокая помехозащищенность, возможность обойтись без дорогостоящих и дефицитных металлов; волоконно-оптические линии связи находят все большее применение в вычислительной технике, системах сбора и управления экспериментом, телевидении и других областях техники Гі - 5J .
Научному направлению: исследование и создание различных компонентов ВОЛС, практическому применению волоконно-оптических линий связи, ежегодно посвящается все возрастающее количество работ монографий: тематических выпусков специальных журналов.
Большой вклад в области волоконно-оптических линий связи сделан советскими учеными, среди которых можно выделить коллек- ' тивы ученых, возглавляемых академиками В.А.Котельниковым и А.М.Прохоровым.
Проведенный анализ опубликованных работ по ВОЛС показывает, что для широкого применения волоконно-оптических линий связи в различных областях науки и техники необходимо повышение эффективности их разработок. Разработка волоконно-оптических линий связи включает два взаимосвязанных этапа: экспериментальное исследование параметров элементов ВОЛС и их оптимизация.
Исследуются эффективность ввода излучения в волокно, дисперсионные свойства волокна и затухание в нем, быстродействие излучателей и фотодетекторов, линейность ватт-амперной характеристики передающего модуля и шумовые характеристики излучателя, волоконного кабеля, приемного модуля.
Экспериментальные исследования сопряжены с трудоемкими процессами юстировки, измерения и обработки результатов измерений.
Так юстировка, проводимая вручную, занимает по времени от нескольких минут до нескольких десятков минут и более. Важным при этом является высокая точность установки юстируемых элементов и повторяемость результатов. При использовании полупроводниковых лазеров с одномодовым волокном, имеющим диаметр сордце-вины порядка нескольких микрон, предъявляются еще более жесткие требования к процессу юстировки.
На этапе оптимизации можно выделить два вида решаемых задач: однокритериальные и многокритериальные. При однокритери-альной оптимизации большое значение уделяется повышению отношения сигнал/шум приемного модуля при заданной оптической мощности передающего. Так повышение этого отношения на несколько децибел увеличивает протяженность ВОЛС на несколько километров, что особенно важно при создании информационных сетей на волокне.
С увеличением протяженности, пропускной способности ВОЛС при определенных условиях возникает межсимвольная интерференция, ухудшающая качество переданной информации (отношение сигнал/шум). При малой интерференции используют линейный выравниватель, уменьшающий ее величину, поскольку он мало проигрывает цифровому фильтру, а самое главное, значительно проще цифрового.
Частотная характеристика выравнивателя зависит от формы оптического импульса. В работах [l4, 23J приводится расчет выравнивателя для форм импульса задаваемых гауссовой, экспоненциальной кривой, приподнятым косинусом. Однако, линейный выравниватель, частотная характеристика которого определяется с помощью указанного подхода, будет эффективным для известной формы сигнала и плохим для другой. Поэтому при разработке фотоприемных усилителей в случае неизвестной формы оптического сигнала необходимо определит такую частотную характернетішу, для которой отношение сигнал/шум будет наилучшим для любой формы.
При оптимизации всей волоконно-оптической линии связи нужно учитывать требования, предъявляемые системой, в которой используется данная ВОЛС (скорость передачи данных, число каналов, достоверность переданной информации, надежность функционирования). Например, с точки зрения уровня введенной мощности в волокно, скорости передачи выгоден полупроводниковый лазер. Однако по надежности работы они уступают сулерлюминесцентным излучающим диодом. Поэтому оптимизацию ВОЛС следует проводить не только по одному параметру, а по их совокупности (многокритериальная оптимизация) Г29, 301 . Появились работы по оптимизации ВОЛС с учетом системных требований Г22 j . Но в этих работах для оценки качества выбранного варианта ВОЛС используется скалярная величина, учитывающая небольшое число показателей ВОЛС. Многокритериальный подход при построении волоконно-оптических линии связи рассматривается только в постановочном плане [29, 30] . Недостатком этих работ является отсутствие математической модели выбора оптшлального варианта относительно совокупности показателей.
При оптимизации ВОЛС по совокупности показателей возникает конфликтная ситуация: увеличение значении одних показателей приводит к уменьшению значений других, например, повышение скорости передачи данных, числа каналов ухудшает качество переданной информации. .Теоретической базой исследовании конфликтных ситуаций является теория игр, особое место среди которых занимает игра двух лиц с нулевой суммой (антагонистическая игра). Поэтому при разработке аппарата оптимизации ВОЛСпо совокупности показателей ваяной задачей является распространение игры двух лиц ( принцип минимакса) на векторный случай.
Таким образом задачей диссертационной работы явилось повышение эффективности исследований волоконно-оптических линий связи и их применение с учетом системных требований.
Число работ, связанных с повышением эффективности исследований волж>нно-оптических линий связи невелико.
Автоматизация процесса юстировки при исследовании ВОЛС придается большое значение. В работе [б] описана автоматизированная установка по вводу излучения в.волокно. Однако автоматизация проводилась только для юстировки в поперечной плоскости.
В 1980 году появилось сообщение (МірОП есітіс Со) авторов об автоматизации процесса ввода излучения в волокно по пяти координатам. Однако, данная установка предназначалась для технологических целей: установка линз "Селфок" в оптический разъем и была непригодна для исследования различных волоконно-оптических элементов и параметров сопряжения.
Автоматизацией физического эксперимента занимаются сравнительно давно, но автоматизации исследований волоконно-оптических линий связи посвящено крайне мало работ и ЭВМ в этих работах используется для обработки результатов измерений определенного вида параметров [7 - 9 J . Например, в [7 J ЭВМ применяют для определения профиля показателя преломления, а в [э]- дисперсии оптических импульсов, распространяющихся до волокну.
Недавно появилась работа [12 ] , в которой описывается информационно-вычислительный комплекс для исследования частотных характеристик ВОЛС. В этом комплексе используется сравнительно мощная ЭВМ, ЕС - 1020, и неавтоматизирован процесс юстировки волоконно-оптических элементов.
В последнее время появились недорогие и надежные микро-ЭВМ и на их основе соответствующие вычислительные комплексы, например, 15 ВМС - 28, МЭРА - КАМАК - 60. Поэтому с целью повышения эффективности проведения разработок ВОЛС (экспериментальные исследования и оптимизация) и внедрения их в технику необходимо было рассмотреть вопрос объединения процессов исследования и од-нокритериальной оптимизации на базе автоматизированного комплекса с использованием микро-ЭВМ.
Целью диссертационной работы явилось: во-первых, разработка методик, алгоритмов и программ на их основе для автоматизированного комплекса, использующего микро-ЭВМ и позволяющего проводить юстировку различных волоконно-оптических элементов, измерение, обработку результатов измерений и оптимизацию их параметров; во-вторых, разработка методики выбора элементов ВОЛС по совокупности параметров.
Диссертация состоит из Введения, 4-х глав и Приложения.
Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследования и сформулирована цель.
В первой главе диссертации проведен обзор работ по экспериментальному исследованию элементов ВОЛС, оптимизации приемного модуля, волоконно-оптических линий связи и применению их в системах автоматизации физического эксперимента. Поставлены задачи на последующие главы. Bo-второй главе рассматривается автоматизация исследования параметров элементов ВОЛС. Исследования проводятся на автоматизированном комплексе, предназначенным для юстировки различных волоконно-оптических элементов, измерения их параметров и обработки результатов измерений. Созданный комплекс состоит из перемещаемого пятикоординатного столика (3 линейных и 2 угловых координаты), управляющей системы, выполненной в стандарте КАМАК с использованием микро-ЭВМ "Электроника-60", цифрового осциллографа и микро-ЭВМ типа "Электроника-60" для записи и обработки информации.
Разработанное математическое обеспечение автоматизированного комплекса позволяет определять оптимальное положение элементов сопряжения, эффективность ввода излучения в волокно, распределение мощности оптического излучения в различных плоскостях, дисперсионные свойства волоконных световодов и затухания в них, быстродействие фотодетекторов и излучателей, линейность ватт-амперной характеристики передающего и уровень шума приемного модулей ВОЛС.
Приведены результаты экспериментальных исследований по влиянию величины рассогласования на эффективность ввода излучения полупроводникового лазера в многомодовое и одномодовое волокно. Осуществлена автоматизированная стыковка многомодовых волокон с диаметром сердцевины 60 мкм друг с другом и с полупроводниковым лазером и одномодового волокна с диаметром сердцевины 3 мкм с по- - Ю - лупроводниковым лазером.
В третьей главе рассматривается автоматизация исследования и оптимизация параметров приемной части ВОЛС. Описано математическое обеспечение по анализу фотоприемных усилителей и оптимизации их частотных характеристик по уровню шума, дисперсии волокна и быстродействию излучателя и фотодетектора. Проведено исследование фотоприемных усилителей на диапазон частот до 100 МГц для 4-х вариантов построения схем предусилителеи: с полевым транзистором на входе, с общим эмиттером, с отрицательной обратной связью и каскодная схема.
Приведена методика определения оптимальной частотной характеристшш фотоприемного усилителя, линейного выравнивателя с использованием принципа минимакса при неизвестной форме сигнала на фотодиоде.
В четвертой главе рассматривается применение многокритериального подхода в решении задач автоматизации научных исследований.
Процесс определения оптимального варианта построения систем автоматизации физического эксперимента и ее подсистем (например, волоконно-оптический тракт передачи информации) в условиях конкуренции частных показателей рассмотрен в виде игры двух лиц с заданным вектором платежей. Распространено соотношение Неймана (коммутативность операций максимизации и минимизации) на векторный случай. Для выбора элементов и типа сигнала, передаваемого по волокну, и направления их исследования предложен многоуровневый граф. Формализована процедура назначения экспертных оценок. С помощью разработанной методики была определена необходимость выравшшания амплитудно-частотной характеристшш приемного модуля с использованием суперлюминесцентного излучающего диода и передачи стартового импульса в виде импульса двойной длитель- ности относительно информационных волоконно-оптического интерфейса для связи ЕС-ЭВМ и внешнего устройства.
В приложении приведен комплекс программ по юстировке различных элементов ВОЛС, оптимизации фотоприемных усилителей, определению множества "нехудших" вариантов по совокупности показателей.
На защиту диссертации выносятся следующие положения:
Автоматизация процессов юстировки элементов ВОЛС, измерения их параметров и обработки результатов измерений может быть осуществлена на основе микро-ЭВЙ.
Математическое обеспечение (методики, алгоритмы) для автоматизированного комплекса, включающего микро-ЭВМ и аппаратуру в стандарте "КАМАК", позволившее провести исследования по стыковке многомодовых и одномодовых волокон и различных излучателей с ними, выбору оптимального варианта фотоприемного устройства с -фотодиодом и определению пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения.
Модель определения оптимального варианта построения ВОЛС по совокупности показателей качества, реализующая многокритериальный подход с использованием принципа минимакса для векторного случая в задачах исследования и применения линий связи для систем автоматизации.
Алгоритм определения оптимального варианта построения ВОЛС на основе нахождения множества недоминированных решений.
Результаты проведенных исследований получили практическую реализацию в системах с микро-ЭШ для юстировки волоконно-оптических элементов, измерения их параметров и обработки результатов измерений, выбора схемы построения фотоприемного усилителя, а также в разработке волоконно-оптического интерфейса, созданного ИОФАН СССР и организацией промышленности. - ІЗ. -
Юстировка элементов волоконно-оптических линий связи
В работе [ 27 ] приведены результаты экспериментального анализа предусилителей. Однако анализ был проведен без учета согласования с фотодетектором для трех вариантов построения на диапазон частот до 40 МГц (рис.1.4).
В настоящее время во многих разработках и для исследований требуются фотоприемные усилители на диапазон частот выше 100 МГц. Важным в решении этой задачи является разработка методики проведения экспериментальных исследований фотоприемных устройств и оценки их параметров для различных вариантов схем построения предусилителей и оптимизации частотных характеристик в условиях межсимвольной интерференции по максимальному отношению сигнал/шум.
Из приведенного рассмотрения исследования основных характеристик элементов ВОЛС видно, что с целью повышения точности и повторяемости результатов юстировки волоконно-оптических элементов, сокращения времени проведения эксперимента, убыстрения обработки и уменьшении числа ошибок при измерениях и обработке, усиления контроля за ходом эксперимента и возможности его оптимизации, выдачи результатов в графической форме (например, линии равной мощности, вид частотной характеристики усилителя и функции отклика волоконного световода, излучателя, фотодетектора) необходима автоматизация процессов юстировки различных волоконно-оптических элементов, измерения их параметров и обработки результатов исследования.
В работе Гі2] описан автоматизированный измерительный комплекс для исследования частотных характеристик элементов ВОЛС. В этом комплексе используется достаточно мощная ЭВМ ЕС-І020 и не автоматизирован процесс юстировки элементов ВОЛС. В исследовании волоконно-оптических линий связи необходимым моментом является юстировка ее элементов вдоль оптической оси и ее влияние на параметры ВОЛС. На рис.1.5 изображена типичная зависимость вносимых потерь от поперечного смещения, разнесения торцов, наклона осей для многомодовых градиентных волокон [43] . Из кривых видна сильная зависимость вносимых потерь от поперечного перемещения. Наиболее сильное влияние на величину потерь оказывает различие числовых апертур. Например, при переходе от световода с меньшей апертурой 0,16 вносятся потери порядка I дБ. Далее по степени вклада оптических потерь следует отнести несогласованность параметров волокон. В работе [44]отмечается, что этот фактор сильнее сказывается при соединении коротких волокон. Величина рассогласования не только влияет на величину затухания оптической мощности, но и на ряд других параметров ВОЛС. При использовании многомодовых волокон и когерентного источника излучения возникает модовый шум, одной из причин возникновения которого является нарушение непрерывности световода, его вибрация [45] . В работе [4б] описывается принцип построения разъема, использующий связь в дальней зоне. Этот принцип построения позволяет снизить уровень модового шума за счет уменьшения возможного сдвига распределения мод, обусловленного смещением торцов волокон. Процесс юстировки волоконно-оптических элементов очень трудоемок из-за малых перемещений (порядка нескольких микрон и меньше) по многим координатам (линейным и угловым), занимающий по времени от нескольких минут до нескольких десятков минут. При этом предъявляются высокие требования к повторяемости результатов юстировки (не более 0,1 дБ). Поэтому автоматизации процесса юстировки придают большое значение [б] . В 1980 г. появилось сообщение (ІЇІрОП t Пест lie Со) авто ров об автоматизации техноло гической установки по вводу излучения в волокно по пяти координа там (рис.1.6). Пучок света от светодиода или лазера через линзу
Определение точностных характеристик автоматизированной установки
Качество переданных сигналов по волоконно-оптическим линиям связи во многом определяется параметрами фотоприемного устройства (ШУ). Максимальная чувствительность ШУ реализуется оптимальным выбором его параметров (выбор фотодиода, сопротивления нагрузки, частотной характеристики, режима смещения предусилителя). Необходимое усиление сигнала и требуемая форма частотной характеристики фотоприемного устройства задаются усилителем-корректором.
Наибольший вклад в полную мощность шума вносит предусили-тель. Поэтому при построении фотоприемного устройства используют малошумящий тип транзистора в рабочем режиме, в котором мощность шумов минимальна. При оценке шумовых свойств фотоприемного устройства часто пользуются коэффициентом шума. Для автоматизации измерения коэффициента шума ( К ш ) сверхвысокочастотных транзисторов применяют панорамные усилители коэффициента шума. В этом случае сокращается время исследования относительно метода, в котором КШ(Ю) измеряют по точкам.
С целью реализации максимальной чувствительности фотоприемного устройства сопротивление, нагрузки ( RH ) выбирают из условия. Однако в этом режиме существуют определенные трудности в измерении коэффициента шума Гбо] . Поэтому при построении транзисторных: усилителей на практике часто пользуются методикой измерения эквивалентных шумовых параметров. Суммарную спектральную плотность шумов, приведенную ко входу предусилителя, можно записать так [61 ] Вклад составлящих шумов фотодиода в спектр шума при современном уровне их разработок значительно меньше вклада шумов усилителя. Эквивалентное шумовое напряжение ( "у \J(L ) зависит от входного сопротивления ( R#z ), частоты ( f ) и рабочего режима, задаваемого величиной тока ( J ). Нами исследовалась зависимость ч U ш = ( J, J ) ПРИ фиксированном значении R$x . Метод измерения состоял в следующем. Замерялось эквивалентное шумовое напряжение селективным микровольтметром в режиме короткого замыкания на входе усилителя (рис.З.І). Режим короткого замыкания обеспечивается соответствующим выбором сопротивлений R tj R2 . для регистрации шумов исследуемого усилителя использовался измерительный усилитель с равномерной амшштудно--частотной характеристикой. В этом случае эквивалетное шумовое напряжение, приведенное ко входу усилителя, определялось так UCj- напряжение сигнала на входе усилителя от генератора стандартных сигналов, Пш- эквивалетная шумовая полоса селективного микровольтметра . Эквивалентная шумовая полоса определялась экспериментально и составила 5,56 КГц. Для автоматизации измерения эквивалентного шумового напряжения используют анализатор спектра. Нами были проведены исследования четырех основных вариантов построения схем предусилителей: каскадная, с полевым транзистором на входе, с общим эмиттером и с отрицательной обратной связью (рис.3.2). Результаты измерений эквивалентного шумового напряжения при различных значениях рабочего тока приведены на рис.3.3, 3.4.
Оптимизация частотной характеристики линейного выравнивателя
Из полученных результатов видно, что максимальная вероятность ошибки из всех рассмотренных форм входного импульса получается для гауссовой формы ( д = 5), для которой наблюдается наибольшая величина межсимвольной интерференции.
Передаточные функции выравнивателя в зависимости от уровня мощности шума приведены на рис.3.15 (кривые I, 2, 3, 4).
При больших уровнях мощности шума оптимальным выравнивателем оказывается выравниватель, рассчитанный на прием прямоугольного (неразмытого) импульса. С уменьшением уровня шума оптимальным будет выравниватель, определенный на прием оптического импульса соответствующей формы (кривая 2, 3, 4 на рис.3.15).
При дальнейшем уменьшении мощности шума на величину вероятности ошибки преобладающее действие оказывает межсимвольная интерференция и, следовательно, оптимальным будет фильтр.минимизирующий межсимвольную помеху (кривая 5 на рис.3.15).
В результате решения игры при разных уровнях мощности шума были определены гарантированные величины вероятности ошибки ( Ро ) при приеме оптических сигналов с разной степенью размытости. Например, в случае в оптимальной характеристикой линейного выравнивателя является кривая 3 (рис.3.15), определенная для импульса с формой приподнятого косинуса ( j = 3) с гарантированной величиной вероятности ошибки Ро =1,2 10 : для прямоугольного импульса ( J =1) Р = 7,2 10 для импульса с формой приподнятого косинуса ( j =2) для импульса с формой приподнятого косинуса ( д = 3) с большей степенью размытости Р =5,5 10 для импульса гауссовой формы (д = 4) р = 7,2 10 для импульса гауссовой формы (j = 5) с большей степенью размытости Р =1,2 10 .
Взяв частотную характеристику выравнивателя, определенную для гауссовой формы ( j = 5) в случае в, мы получим гарантированную величину вероятности ошибки, равную Ро = 6 10 . Приведенные расчеты на ЭВМ на указанных примерах (2, 3) показали высокую эффективность использования игрового подхода при определении оптимальной частотной характеристики приемного тракта В0ЛС. Выводы по главе: I. Разработано математическое обеспечение автоматизации исследования и оптимизации параметров приемной части B0JIG. 2. Для оценки шумовых свойств фотоприемных устройств используется эквивалентный шумовой ток 3. Проведено экспериментальное исследование фотоприемных устройств на диапазон частот до 100 Мгц для 4-х вариантов построения схем предуеилителей: с полевым транзистором на входе, с общим эмиттером, с отрицательной обратной связью и каскадная схема. 4. Разработана методика с использованием принципа минимак са определения оптшлальнои частотной характеристики фотоприем ного устройства (линейного выравнивателя) для неизвестной фор мы сигнала на фотодиоде. При решении задач автоматизации научных исследований: выбор наиболее подходящей ЭВМ, нахождение оптимальной структуры системы автоматизации, определение типа линии связи и ее компонент и т.п., особую роль играет системный подход [67] . Системный подход позволяет найти оптимальный вариант решения (альтернативу) в данных условиях, его аргументировать. Данный подход особенно ярко проявляется при большом числе возможных альтернатив и факторов, с которыми трудно оперировать в "уме". В этом случае большое внимание уделяется вопросам моделирования процесса выбора оптимальной альтернативы с использованием методов теории исследования операций. Основным понятием системного подхода является система, взаимодействующая со средой, для описания поведения которой применяют теоретико-игровые методы, среди которых особое место занимает игра двух лиц с нулевой суммой (антагонистическая игра) [39] . Использование модели игры двух лиц с нулевой суммой при решении задач автоматизации научных исследований должно проводиться с учетом большого числа показателей, по кторым оценивается та или иная альтернатива. Например, выбор компонентов, типа сигнала, передаваемого по волокну, волоконно-оптического интерфейса для связи ЭВМ и внешнего устройства системы автоматизации (рис.4.1).
Формализованная модель выбора компонентов, типа сигнала ВОЛС и направления их исследования
Введение j -го столбца приводит к неисследуемому базису? Если да, то выбрать направление наибольшего возрастания, запомнить все те базисы, которые могут быть получены от введения остальных J-x столбцов, и перейти к п.7. В противном случае перейти к п.6.
Проверка рассматриваемого решения на недоминированность. Если оно доминировано, то занести его в список исследуемых базисов. В противном случае запасти все те неисследуемые базисы, которые могут быть получены из текущего базиса. Запасти полученное решение в спигок недоминированных решений и перейти к п.6.
Существует ли наиболее близкий базис в запасе? Если нет, то остановка и распечатка списка недоминирующих решений (нехудших вариантов).
Программа определения множества недоминированных решений, используя данный алгоритм, написана в ІУ Фортране и отлажена на ЭВМ "Эклипс".
Поскольку в настоящее время отсутствуют алгоритмы оптимизации многокритериальных задач нелішеиного программирования без использования схем компромиссов, то предлагаемый алгоритм может быть использован не только для определения недоминированных стратегий в игре двух лиц с заданным вектором платежей и решения многокритериальных задач линейного программирования, но и для нахождения множества Гх В этом случае частные нелинейные целевые функции и ограничения заменяются последовательностью аппроксимирующих линейных функций. Сложность проектирования волоконно-оптических линий связи заключается в том, что исследуются элементы волоконной оптики как по отдельности, так и во взаимосвязи между собой, кроме того, необходимо учитывать непрерывный рост числа разработок по ВОЮ и принішать во внимание как современные, так и перспективные требования, предъявляемые к линиям связи систем автоматизации. При выборе технических средств волоконно-оптического тракта систем автоматизации с позиций системного подхода необходимо рассмотрение следующих основных проблем: 1. Формулировка цели, решаемой волоконно-оптическим трактом, и ее математического эквивалента - результирующего показателя качества тракта передачи информации системы автоматизации. 2. Определение параметров элементов ВОЛС, влияющих на результирующий показатель качества. В качестве результирующего показателя качества волоконно-оптического тракта предлагается использовать векторный критерий [86 ] . Построение волоконно-оптического тракта включает решения таких задач, как выбор вида уплотнения (временное, частотное), способа модуляции, кодирования при учете основных частных показателей: 1 скорости передачи данных; 2 полосы, занимаемой каналом, . 3 числа каналов, 4 достоверности переданной информации, 5 надежности, 6 сложности аппаратуры, 7 стоимости, 8 потребляемой мощности. При передаче потоков данных с разной скоростью целесообразно использовать частотное уплотнение. Однако, во многих случаях оно уступает временному уплотнению по достоверности переданной информации, чизлу каналов. В настоящее время ведутся исследования по созданию устройств волоконно-оптических трактов со спектральным уплотнением [87 J . Данный вид уплотнения является наиболее перспективным с точки зрения объема" переданной информации и в общем случае может включать в себя как временное так и частотное уплотнение на фиксированной оптической несущей. Состав частных показателей и ограничений, накладываемых на внутренние параметры волоконно-оптического тракта, определяются теми функциональными задачами, которые на него возложены системой. Под функциональной задачей решаемой ВОЛС понимается обеспечение определенной совокупности частных показателей. Для ВОЛС необходимо учитывать такой показатель как гибкость тракта передачи: способность к наращиванию пропускной способности, возможности сопряжения как с существующими, так и с проектируемыми элементами и системами, т.е. необходимо рассматривать возможности ВОЛС с позиций как элементной базы, так и решаемых задач с помощью ВОЛС. Волоконно-оптический тракт, в свою очередь, можно рассматривать как систему относительно компонентов, входящих в него. Распространенными требованиями, предъявляемыми к излучателям являются: - средняя или пиковая мощность излучения, - быстродействие, - спектральная характеристика, - линейность ватт-амперной характеристики, - габариты. При выборе излучателей необходимо учитывать также такие вопросы как: - ввод световой мощности в волокно, - стабильность их параметров и надежность функционирования. Обоснование и выбор волокна должен осуществляться исходя из: - уровня введенной мощности, - величины затухания и дисперсии оптического импульса, - механически прочности. Выбор фотодетектора необходимо производить с учетом требований по чувствительности, быстродеиствшо, виду спектральной характеристики, величине шума, степени стабильности и надежности функционирования, величине питающего напряжения, эффективности сопряжения с волокном.
