Динамические запоминающие устройства импульсных радиосигналов на основе бинарных волоконно-оптических структур
Скачать 334.18 Kb.
|
| На правах рукописи Горбунов Александр Валерьевич ДИНАМИЧЕСКИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ИМПУЛЬСНЫХ РАДИОСИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ БИНАРНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СТРУКТУР Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Таганрог – 2008 Работа выполнена на кафедре Радиоэлектронных средств защиты и сервиса (РЭС ЗиС) Технологического института Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" Министерства образования и науки Российской Федерации.
Защита состоится 3 июля 2008 г. в 14 часов 20 минут на заседании диссертационного совета Д 212.208.20 в Технологическом институте Южного федерального университета по адресу: г. Таганрог, ГСП-17, Ростовская область, пер. Некрасовский, 44, ауд. Д–406. С диссертацией можно ознакомиться в Зональной библиотеке Южного федерального университета по адресу: г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148 Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью учреждения, просим направлять Ученому секретарю диссертационного совета Д 212.208.20 по адресу: 347928, г. Таганрог, ГСП-17, Ростовская область, пер. Некрасовский, 44, Технологический институт Южного федерального университета Автореферат разослан 28 мая 2008 г.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Современный этап развития радиотехнических систем в связи со стремительным увеличением информационных потоков характеризуется повышенным интересом к использованию сверхширокополосных (СШП) радиосигналов. Невозможность применения традиционных методов для высокоскоростного формирования и обработки СШП радиосигналов приводит к необходимости использования оптических методов обработки информации, в том числе применению для этих целей волоконно-оптических структур (ВОС). Преимущества использования волоконно-оптической элементной базы наиболее ярко проявляются при построении радиотехнических процессоров (РТП), работа которых основана на способности волоконных световодов (ВС) задерживать световые сигналы с широкой информационной полосой на достаточно большое время. К таким устройствам относятся и динамические запоминающие устройства (ДЗУ), которые предназначены для формирования копий импульсного радиосигнала. Динамические запоминающие устройства являются важным функциональным элементом радиотехнических систем. В частности, ДЗУ используются в системах радиоприема и обработки сигналов в составе оптимальных фильтров последовательности импульсных сигналов, в системах радиоизмерения – для создания из одиночных импульсных сигналов псевдопериодической последовательности, а также в системах радиолокации. Управляемые ДЗУ могут быть рассмотрены как линии с изменяемым временем задержки, которые могут применяться в системах обработки сигналов в составе корреляторов, трансверсальных фильтров и др. Использование ДЗУ на основе ВОС позволяет тиражировать импульсный СШП радиосигнал, полностью сохраняя структуру сигнала. Это достигается благодаря способности ВС задерживать оптические сигналы с очень широкой погонной полосой пропускания, а также благодаря линейным характеристикам преобразования передающих и приемных оптических модулей в широком частотном диапазоне модулирующих радиосигналов. При этом основной характеристикой идентичности формируемых копий является ослабление мощности копий радиосигнала в процессе их формирования. Повышение идентичности копий соответствует увеличению количества формируемых копий, которые отвечают заданным требованиям на ослабление их мощности. Увеличение числа формируемых в ДЗУ копий позволяет значительно улучшить характеристики некоторых радиотехнических систем. Например, увеличение числа обрабатываемых копий в оптимальных фильтрах последовательностей импульсов позволяет значительно увеличить выигрыш в отношении сигнал-шум при использовании данных фильтров для выделения импульсных сигналов (по сравнению с оптимальными фильтрами для одиночных импульсов). Так, увеличение числа копий до 2000 при коэффициенте затухания 0,998 позволит достичь выигрыша в отношении сигнал-шум порядка 30 дБ, что соответствует улучшению данного показателя на 14 дБ по сравнению с рециркулятором с коэффициентом передачи в петле обратной связи 0,95 и числом обрабатываемых копий около 60. Повышение отношения сигнал-шум в системах обработки радиосигналов будет способствовать повышению помехоустойчивости радиосвязи с использованием импульсных сигналов. Повышение идентичности формирования копий также позволит снизить погрешность измерений при использовании ДЗУ в системах радиоизмерения. Важным свойством ДЗУ также является возможность управления процессом тиражирования сигнала (изменение периода следования копий, количества формируемых копий, вида последовательности копий). Известные технические решения ДЗУ характеризуются быстрым затуханием формируемых копий на выходе устройства и, следовательно, не обеспечивают высокой идентичности копий, а также не имеют средств для управления процессом формирования копий. Проведенные исследования позволяют заключить, что повышение идентичности формирования копий импульсного радиосигнала при обеспечении управления процессом тиражирования радиосигнала является актуальной научной задачей. Волоконно-оптическая структура, в которой длительность задержки каждой последующей ВОЛЗ увеличивается в два раза по сравнению с предыдущей, получила название "бинарной" ВОС. Данная структура обладает лучшей идентичностью формирования копий, а также минимальными потерями оптического излучения (ОИ) и минимальным расходом ВС среди ВОС нерециркуляционного типа. Это делает более выгодным её использование в ДЗУ по сравнению с другими типами ВОС. Проведенный анализ научных источников показал, что в вопросах, относящихся к ДЗУ импульсных радиосигналов на основе бинарных ВОС, проведённые ранее исследования не дают ответы на вопросы, возникающие при разработке и практическом использовании данных устройств. Целью диссертационной работы является разработка и исследование нового класса ДЗУ на основе бинарных ВОС для повышения идентичности формируемых копий импульсного радиосигнала при обеспечении управления процессом формирования копий. Объектом исследования является ДЗУ на основе бинарной ВОС. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие частные задачи: - анализ существующих методов обеспечения задержки радиосигнала; - разработка методики и проведение сравнительного анализа ДЗУ различных типов; - создание сигнальной и шумовой моделей функционирования ДЗУ на основе бинарной ВОС, выявление особенностей обработки сигнальных и шумовых компонент и получение количественной оценки параметров устройства; - разработка метода управления процессом формирования копий в бинарной ВОС; - разработка метода повышения идентичности формирования копий в бинарной ВОС; - проведение экспериментальных исследований основных узлов ДЗУ на ВОС и определение требований к используемой элементной базе. Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использованы методы теории радиоприема, численные методы и методы математического моделирования с применением ЭВМ, а также экспериментальные исследования. Наиболее существенные научные положения, выдвигаемые для защиты: - повышение идентичности формирования копий радиосигнала при обеспечении управления процессом тиражирования достижимо применением нового класса ДЗУ на основе бинарных ВОС; - значительное повышение идентичности копий в ДЗУ с бинарной ВОС, основанное на компенсации потерь ОИ в волоконно-оптических линиях задержки (ВОЛЗ) различной длины без применения активных компонентов, достижимо путем применения в бинарной ВОС направленных волоконных ответвителей (НВО) с заданными коэффициентами ответвления; - значительное расширение функциональных возможностей ДЗУ с бинарной ВОС, основанное на изменении возможных путей прохождения ОИ, может быть получено за счет установки в ВОС оптических ключей (ОК) и их коммутации. Наиболее существенные новые результаты, выдвигаемые для защиты: - впервые полученные аналитические выражения для разработанных сигнальной и шумовой моделей ДЗУ, позволяющие провести энергетический расчет и определить чувствительность устройства; - техническое решение ДЗУ, защищенное патентом 2210121 РФ, отличающееся от известных высокой идентичностью формирования копий, достигаемой за счет использования бинарной ВОС; - техническое решение управляемого ДЗУ на основе модифицированной бинарной ВОС, защищенное патентом 2213421 РФ, отличающееся от известных расширением функциональных возможностей устройства за счет введения ОК при сохранении высокой идентичности формирования копий; - техническое решение ДЗУ на основе модифицированной бинарной ВОС, защищенное патентом 2255426 РФ, обеспечивающее повышение идентичности формируемых копий за счет использования НВО с заданными коэффициентами ответвления. Научная новизна работы состоит в следующем: - разработана методика и проведен сравнительный анализ ДЗУ на основе ВОС различного типа, основанный на введении в рассмотрение таких параметров, как количество формируемых устройством копий, удовлетворяющих заданным требования на ослабление ОИ в ВОС, и количество копий, удовлетворяющих заданным требованиям на идентичность копий; доказана целесообразность применения бинарной ВОС в ДЗУ для тиражирования радиосигнала; - впервые получены аналитические выражения для описания сигнальной и шумовой моделей функционирования ДЗУ с бинарной ВОС, что позволило выявить особенности обработки шумовых компонент в устройстве; - разработан метод управления процессом формирования копий в бинарной ВОС, основанный на изменении возможных путей прохождения ОИ путем установки в ВОС оптических ключей и их коммутации, что позволило значительно расширить функциональные возможности устройства; - разработан метод повышения идентичности копий для бинарной ВОС, основанный на компенсации потерь ОИ в ВОЛЗ различной длины путем применения НВО с заданными коэффициентами ответвления, что позволило значительно снизить неидентичность копий без применения активных элементов. Практическая ценность работы заключается в следующем: - разработано ДЗУ с бинарной ВОС, защищенное патентом 2210121 РФ, обеспечивающее среди ДЗУ нерециркуляционного типа лучшую идентичность копий (при формировании 128 копий с периодом следования 100 нс неидентичность копий составляет 1 дБ); - доказано, что при использовании оптических усилителей возможно достижение коэффициента шума, который будет определяться только входным усилительным модулем; - разработано ДЗУ с модифицированной бинарной ВОС, защищенное патентом 2255426 РФ, позволяющее за счет использования НВО с заданными коэффициентами ответвления повысить идентичность копий без применения активных элементов (при выполнении коэффициентов ответвления с точностью 0,01 и формировании 4096 копий с периодом следования 100 нс неидентичность формируемых копий составит 1 дБ вместо 33,6 дБ), либо значительно увеличить количество формируемых копий при заданной неидентичности (при выполнении коэффициентов ответвления с точностью 0,01 и неидентичности 1 дБ возможно формирование 4096 копий вместо 128 при том же периоде следования); - разработано управляемое ДЗУ с модифицированной бинарной ВОС, защищенное патентом 2213421 РФ, позволяющее благодаря введению ОК управлять процессом тиражирования радиосигнала, что значительно расширяет функциональные возможности устройства (для бинарной ВОС с N ВОЛЗ число вариантов формируемых копий составит 3N); - проведены экспериментальные исследования основных узлов ДЗУ на основе ВОС на макете ВОЛЗ СВЧ радиосигналов, результаты которых позволяют уточнить требования, предъявляемые к основным узлам ДЗУ с бинарной ВОС. Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы использовались в госбюджетной НИР 11351/ЮРГУЭС-1.00Ф "Топология и моделирование некоторых задач нелинейного функционального анализа, дифференциальных уравнений и их приложение к проблемам радиоэлектроники и механики" (гос.рег. 01.200.203175), в госбюджетной НИР Г-30.1.МР "Разработка и исследование элементов радиотехнических систем и средств сервиса" (гос.рег. 01.200.116399), в госбюджетной НИР 16450 "Радиоэлектронные технологии информационной безопасности телекоммуникационных систем в образовательном процессе и научных исследованиях" (гос.рег. 01.200.216567), в ОКР "Разработка СВЧ линии задержки" (шифр "Задержка", номер темы 491/2620/16301) по государственному оборонному заказу №42-14. Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях: VI Всероссийской научно-техни-ческой конференции "Новые информационные технологии в научных исследованиях и образовании" (г.Рязань, 2001 г.); VI Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления" (г.Таганрог, 2002 г.); Всероссийской научно-технической конференции "Современные методы и средства обработки пространственно-временных сигналов" (г.Пенза, 2003 г.); Международной научной конференции "Системный подход в науках о природе, человеке и технике" (г.Таганрог, 2004 г.); IX научно-технической конференции ТРТУ (г.Таганрог, 2004 г.); ежегодных научно-методических конференциях ТРТУ (г.Таганрог, 2001-2007 гг.); ежегодных научно-методических конференциях ЮРГУЭС (г.Шахты, 2000-2004 гг.). Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 24 печатных работах, из них 6 статей опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК для изложения основных научных результатов; 2 работы опубликованы в сборниках материалов всероссийских и международных конференций. По материалам работы получены 3 патента Российской Федерации на изобретения. Личный вклад автора. Все основные научные результаты, результаты патентных исследований, методика сравнительного анализ ДЗУ различных типов, аналитические выражения для описания составленных сигнальной и шумовой моделей функционирования ДЗУ с бинарной ВОС, количественная оценка параметров устройства, метод управления процессом тиражирования радиосигнала, метод повышения идентичности копий, выражения для машинного моделирования процесса формирования копий, анализ экспериментальных исследований и формулировка требований к элементной базе ДЗУ с бинарной ВОС, приведенные в диссертации, получены автором лично. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Внешние запоминающие устройства Классификация и характеристики внешних... Внешний и архивный уровни образуют систему внешней памяти. В ее состав входят разнородные внешние запоминающие устройства (взу),... |  | Реферат Изобретение относится к устройствам волоконно-оптических... Технический результат повышение ударной и вибрационной стойкости и степени герметизации волоконно-оптического соединителя с сохранением... |
| Реферат Изобретение относится к волоконно-оптическим вращающимся... Второй волоконный световод закреплен аналогично первому. Оптические наконечники прижаты друг к другу пружинами и накидными гайками.... | | Темы вашего учебного проекта Существующие устройства ввода, работа с ними, занесение данных в персональный компьютер. Устройства ввода графической информации,... |
| Темы вашего учебного проекта Существующие устройства ввода, работа с ними, занесение данных в персональный компьютер. Устройства ввода графической информации,... | | Особенности хранения оптических компакт-дисков в условиях архивов и библиотек По различным оценкам долговечность оптических дисков варьируется от 2-3 лет до 100-500 лет. Для формулирования нормативов хранения... |
| Реферат Волоконно-оптический соединитель содержит первую и вторую... Технический результат снижение уровня потерь мощности, возникающих из-за недостаточно плотного контактного или сварочного соединения,... | | Простые автоматические устройства Образовательные: Разобрать структуру простых автоматических устройств. Составить формулу автоматического устройства и собрать его... |
| Рабочая программа по учебной дисциплине история и философия науки Радиотехника, в т ч системы и устройства телевидения; 05. 12. 07 Антенны, свч-устройства и их технологии; 05. 12. 13 Системы, сети... | | 141980, Московская область, Дубна, ул. Жолио Кюри,6 Основы технологии связывания (сращивания) протонированных пластин кремния с гидрофильными подложками при получении структур кремний... |
| Оптические регистрирующие среды на основе полупроводниковых M(TI)S-структур... Оптические регистрирующие среды на основе полупроводниковых M(TI)S-структур с тунельно-тонким диэлектриком (TI) | | Программа обучения администрации школы новым информационным и коммуникационным... И компьютера. Производительность компьютера. Устройства ввода информации (клавиатура, мышь, сканер, цифровые камеры, микрофон и звуковая... |
| Фазовые превращения и магнитодиэлектрический эффект в бинарных и... Работа выполнена в отделе активных материалов Научно-исследовательского института физики федерального государственного автономного... | | Пятая всероссийская конференция с международным участием «новые информационные... Цель конференции: обмен результатами исследований в области новых информационных технологий в исследовании сложных структур |
| Тема урока: «Компьютер и его основные устройства». Тип урока Опорные понятия: Периферийные устройства: системный блок, монитор, принтер, сканер, клавиатура, мышь, аудио система | | Руководство к лабораторным работам по курсу: «Импульсная техника» Методика, режимы и принципиальные схемы устройств для измерения импульсных параметров тиристоров |
