Введение к работе
Актуальность темы. Необходимым условием динамичного развития научно-технического потенциала России является использование спутников и космических аппаратов для организации информационного взаимодействия. Лазерные системы связи обладают потенциально высокой пропускной способностью, помехозащищённостью, повышенной степенью зашиты информации, безопасностью и живучестью. Будущее дальней космической связи также связывается с лазерной связью. Таким образом, внедрение высокоскоростной оптической связи является одним из направлений развития открытых систем передачи информации между мобильными объектами.
Разработчики лазерных систем связи с удалёнными и мобильными объектами столкнулись с проблемой наведения антенных комплексов пространственного поиска и обнаружения. По этой причине в составе комплексов приёмопередающей аппаратуры мобильной системы оптической связи, предназначенной для работы в свободном пространстве, должны присутствовать средства пространственного поиска и обнаружения источников оптического излучения.
Цель диссертационных исследовании состоит в расширении допустимого диапазона изменений интенсивности фонового излучения в аппаратуре пространственно-временного поиска и обнаружения импульсных сигналов при одноканальної! обработке информации в режиме регистрации фотонов.
Объектом исследований является комплекс приёмопередающей аппаратуры пространственно-временного поиска и обнаружения импульсных сигналов в режиме одноканалыюп регистрации ОДНофОТОННЫХ импульсов.
Предметом исследовании является молель. алгоритм и структура аппаратуры поиска импульсных сигналов в режиме регистрации фотонов при допущении двух срабатываний амплитудного дискриминатора.
Общая научная задача: развитие теории приёма и обнаружения оптических сигналов в системах пространственно-временного поиска. работающих в режиме счёта фотонов, разработка алгоритмов для обнаружения и выделения оптических импульсных сигналов, синтез оптимальных структур приёмных каналов со сканирующими одиофотонными фото-эмиссионными приборами (ОФЭП). а также установление количественных соотношений для расчета параметров комплекса поиска источников импульсного излучения
Частные задачи диссертационных исследовании:
Анализ существующих алгоритмов пространственного поиска источников оптического излучения в оптических системах связи Обоснование актуальности, постановка обшей научной задачи (проблемы) и формулировка частных задач диссертационных исследований.
Синтез алгоритма пространственно-временного поиска импульсных сигналов в режиме одноканальной регистрации однофотонных импульсов
(ОФИ) при допущении двух срабатываний амплитудного дпскримннамрл (АД).
Определение количественных соотношений для расчета параметров системы пространственно-временного поиска импульсного излучения с одноканальний обработкой информации при допущении двух срабатывании АД. Формирование требований к выбору периода и частоты следования отнческнх импульсов.
Моделирование системы пространственно-временного поиска импульсного излучения с обнаружением и выделением момента появления сні нала при использовании сканирующего ОФЭП с ограниченной полосой пропускания в режиме одноканальной регистрации однофотонных импульсов при допущений двух срабатываний ЛД.
Для решения поставленных задач используются: общие методы системного анализа; методы теории вероятностей и математической
статистики; общая теория случайных процессов: методы статне еской
обработки экспериментальных данных; методы математического моделирования.
К наиболее существенным поиым научным результатам, полученным в результате диссертационных исследовании, относятся:
Разработан алгоритм пространственно-временного поиска импульсного
излучения с одноканальной обработкой потока ф п. и- отличающийся 01
известных допущением двух срабатываний аппаратуры в процессе и ні но іення шемента разложения и обеспечивающий при фиксации вероятности
правильного обнаружения расширение допустимом! диапазона ИЗМЄНЄННЙ мощное і и шумовых импульсов на 25 ... 50%.
Получены выражения для расчета вероятностных и інертсінче>кн\ параметров системы пространственно-временного поиска импульсного излучения с одноканальной обработкой информации при допущения двух срабатываний АД. Подтверждено, что для снижения вероятности ложных тревог следует генерировать оптические импульсы наносекундной и иикосскундноп длительности, предъявляя жесткие требования к стабильности частоты следования последних. Предложена приближённая формула для расчета вероятности ложных тревог. Получено аналитическое выражение для расчёта вероятности правильного обнаружения полезного излучения.
Разработан;! модель системы поиска импульсного излучения с Обнаружением и выделением момента появления сигнала при использовании сканирующего ОФЭП с ограниченной полосой пропускания в режиме одноканальной регистрации ОФИ при допущении двух срабатываний АД, В имитационной модели исключены допущения и ограничения (в отношении формы ОФИ. постоянства коэффициента умножения ОФЭП и временного момента приема фотоэлектрона внутри оптического импульса), обычно принимаемые при установлении количественных соотношений для описания параметров комплекса поиска. Модель позволяет оценивать влияние параметров оптического передатчика. ОФЭП. ЛД, фонового воздействия на энергетические, верОЯТНОСТНЫе и временные параметры системы.
Научная новішій работы состоит в следующем:
Предложен алгоритм пространственно-временного поиска импульсного излучения с однокапальной обработкой потока фотонов, отличающийся от известных тем. что разрешает до двух срабатываний аппаратуры в процессе наблюдения элемента разложения.
Впервые получены выражения для расчета вероятностных и энергетических параметров системы пространственно-временного поиска импульсного излучения с одноканальної! обработкой информации при допущении двух срабатывании АД.
Разработана модель системы поиска импульсного излучения с обнаружением и выделением момента появления сигнала при использовании сканирующего ОФЭП с ограниченной полосой пропускания в режиме однокапальной регистрации ОФИ при допущении двух срабатываний АД.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
Предложенный алгоритм пространственно-временного поиска источников импульсного излучения сканирующими фотопрнёмнпками в режиме регистрации потока фотонов обеспечивает снижение более чем в 4 раза вероятности пропуска сигнала по сравнению с аналогом, допускающим только одно срабатывание аппаратуры поиска. При фиксации вероятности правильного обнаружения внедрение предлагаемого алгоритма расширяет допустимый диапазон изменений мощности шумовых импульсов на 25 ... 50%.
Разработаны программные продукты для ЭВМ. защищенные авторскими свидетельствами и предназначенные для проверки работоспособности алгоритма и измерения статистических характеристик системы поиска источников импульсного излучения при использовании сканирующего ОФ')11 с ограниченной полосой пропускания в режиме одноканальної) регистрации фотонов методом имитационного моделирования.
Личный вклад ангора. Основные научные результаты, результаты патентных исследований, аналитические выражения для описания алгоритма пространственно-временного поиска импульсных сигналов в режиме однокапальной регистрации однофотонных импульсов с допущением двух срабатываний АД, количественные соотношения для расчета вероятностных и энергетических параметров системы, компьютерное моделирование алгоритма пространственно-временного поиска, анализ результатов моделирования. приведенные в диссертации, получены автором лично.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационных исследований использованы при выполнении: государственного задания Министерства образования и науки РФ высшим учебным заведениям в части проведения научно-исследовательских работ №213.01-11/2014-9. гранта РФФИ №14-08-00071.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях:
XI Всероссийская научная конференция "Техническая кибернетика. радиоэлектроника и системы управления" ("КРЭС-2012"). Таганрог. 2012;
б
Всероссийская научно-методическая конференция «Иннов&ЦКОННЬИ технологии в профессиональном образовании». Грозный. 2012, 2014. 2015;
XII Всероссийская научно-техническая конференция «Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов» ГІЄН38 2014;
21-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция сіл центов и аспирантов. Микроэлектроника и информатика. Москва. 201 I
Десятая ежегодная научная конференция студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН. Ростов-на-Дону. 2014;
Всероссийская молодежная научно-практическая конференция «Компьютерные технологии и телекоммуникации». Грозный. 2014. 2016.
Публикации. По результатам диссертационных исследования в реферируемых изданиях опубликованы 19 [I - 19] научных работ 2 ИЗ которых написані,! лично диссертантом. В перечне рецензируемых научных и ІДВНИЙ, рекомендованных ВАК Минобрнауки России для публикации мазерна юн диссертаций на соискание ученых степеней кандидата технических ним статей. Получено три авторских свидетельства на программный продут мі ЭВМ И патент на изобретение.
Основные научные положения, выдвигаемые для зашиты:
Положение I. Эксплуатация систем оптической СВЯЗИ С удаленными и мобильными аппаратами не позволяет использовать их достоинства бсч пространственного поиска и обнаружения оптических 0И1 палов Это доказывает актуальность проблемы пространственно-временного пшика и обнаружения корреспондентов, особенно при реализации аппаратуры на основе сканирующих фогоириёмннков и. в первую очередь, сканирующих ОФЭП.
Положение 2. Сформулированы требования к вероятной ным парами рам прнемно-передающего комплекса поиска источников импульсного излучения при использовании диссектора с ограниченной полосой пропускания в режиме регистрации ОФИ при реализации алгоритма пространственно-временного поиска импульсного излучения с одноканальної"! обработкой информации и допущением одного срабатывания амплитудного дискриминатора во время анализа временного кадра, причины которого анализируются при повторном обследовании в следующем временном кадре.
Положение 3. Предложенный алгоритм обработки информации. основанный на регистрации потока фотонов с удлинением времени анализа алгоритма пространственно-временного поиска импульсного излучения с одноканальної! обработкой потока фотонов, позволяет расширить допустимый диапазон изменений мощности шумовых импульсов на 25...50%.
Положение 4. Полученные выражения обеспечивают ВОЗМОЖНОСТЬ расчета вероятностных и энергетических параметров системы пространственно-временного поиска импульсного излучения с одноканальний обработкой информации при допущении двух срабатываний АД.
Положение 5. Разработанная модель системы поиска импульсного излучения с обнаружением и выделением момента появления сигнала при
использовании сканирующего ОФЭП с ограниченной полосой пропускання б режиме одноканалыюй регистрации фотонов при допущении двух срабатываний АД позволяет оценивать влияние различных параметров оптического передатчика, ОФЭП, АД, фонового воздействия на энергетические, вероятностные и временные параметры системы.