авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

Учредитель – Российский

СОДЕРЖАНИЕ новый университет

РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ

ВОЛКОВ В.Г.

Зернов В.А., д.т.н., профессор

Мобильные лазерные приборы для спецтехники. 3 Бугаев А.С., академик РАН Гуляев Ю.В., академик РАН СМЕЛКОВ В.М.

Никитов С.А., чл.-корр. РАН Оптимизация двухканального фотоэлектрического преобразования Андрюшин О.Ф., д.т.н., профессор в телекамере на матрице ПЗС кадрового переноса. Волков В.Г., д.т.н.

Дворянкин С.В., д.т.н., профессор МАНЖЕЛИЙ М.И., ГОЛУБКОВ Г.В., ЗВЕЖИНСКИЙ С.С.

Звежинский С.С., д.т.н., профессор Обеспечение безопасности распределенных электрических сетей. Крюковский А.С., д.ф.-м.н., профессор МАНОХИН А.Е.

Лукин Д.С., д.ф.-м.н., профессор Алгоритм формирования сигналоподобных помех с использованием Минаев В.А., д.т.н., профессор адаптивных фильтров. Палкин Е.А., к.ф.-м.н.

Филипповский В.В., к.т.н.

АШИМОВ Н.М., СИНИЦЫН Р.В., АПАРИНА Ю.П., БИРЮКОВ А.Н.

Черная Г.Г.

Радиолиния управления, работающая с ЧМ-АМ-ФТ сигналами. РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ ХИСАМОВ Д.Ф.

Сравнительный анализ процедуры фазирования псевдослучайной Главный редактор – Черная Г.Г.

последовательности на каналах с зависимыми Научный редактор – Дворянкин С.В.

и независимыми ошибками. 31 Научный консультант – Растягаев Д.В., к.ф.-м.н.

ПЬЯНКОВ О.В. Графика – Абрамов К.Е.

Определение вероятностных характеристик технических средств связи Распространение – Михеев Б.Ю.

центров ситуационного управления. ИЗДАТЕЛЬ ГОЛУБИНСКИЙ А.Н., ДВОРЯНКИН С.В.

ООО «Спецтехника и связь»

К вопросу о параметризации результатов акустического зондирования Адрес редакции тела человека при реализации контактно-разностного метода аудиоидентификации. 38 111024 Москва, ул. Авиамоторная, 55, кор. Тел./факс: +7 (495) 544-4164, КОЗЛАЧКОВ С.Б.

тел.: +7(963) 636- Методические аспекты оценки защищенности речевой информации. e-mail: rid@rosnou.ru e-mail: galina_chernaya@bk.ru БОЛЬШОВ О.А.

http://www.st-s.su Пороговые значения при вокодерной связи (ортогональный вокодер). ISSN 2075- АВЕРЬЯНОВ Г.П., ДМИТРИЕВА В.В., МОДЯЕВ А.Д. Индекс в каталоге Информационно-вычислительная среда «ЭЛЕКТРОФИЗИКА». 55 Агентства «Роспечать» Дизайн, верстка – ЧЁРНАЯ Г.Г.

Фащевская И.А.

Россия на CEBIT-2011. Краткий обзор. Отпечатано в ООО «Астра Пресс»

105484 Москва, 16-я Парковая, д. тел.: (495) 926- Журнал входит в «Перечень российских рецензируемых научных журналов, Тираж 2000 экз.

в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание учeных степеней доктора и кандидата наук»

Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки РФ.

Журнал зарегистрирован Федеральной службой Рукописи, принимаемые к публикации, проходят научное рецензирование. по надзору в сфере связи Мнение редакции не всегда совпадает с точкой зрения автора. и массовых коммуникаций.

Редакция не несет ответственности за достоверность сведений, содержащихся Свидетельство о регистрации в рекламе. Перепечатка материалов из журнала допускается только ПИ № ФС77- с письменного разрешения редакции.

от 15 августа 2008 г.

В этом случае статья должна сопровождаться ссылкой на журнал © НОУ ВПО РосНОУ 2011 г.

«Спецтехника и связь».

02_2011_SPT.indd 1 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 ПОЗДРАВЛЯЕМ ЮБИЛЯРА!

ПЕТРАКОВ Алексей Васильевич 29 апреля исполнилось 75 лет заведую- технологии» (Энергоатомиздат, 2005).

предельных точностных и инерционных Он инициатор, разработчик и лектор щему кафедрой «Защита информации в характеристик передающих телевизион ряда новых вузовских дисциплин: «Элек технологиях предприятий связи» Мос- ных приборов (оптоэлектронных преоб тронная почта», «Читающие автоматы», ковского технического университета разователей) и создания высокоточных «Основы защиты информации», «Мето связи и информатики, доктору техни- измерительных комплексов регистрации ды и средства защиты информации».

ческих наук, профессору, заслуженному событий микросекундного и наносекун Активно ведя изобретательскую и науч деятелю науки Российской федерации дного временных диапазонов длитель но-исследовательскую работу, А. В. Пет Алексею Васильевичу Петракову. Он ности (ядерная физика).

раков исследовал явление и опубликовал родился в подмосковном Королеве. В Заслуженный деятель науки РФ Алек как изобретение «Эффект повышения 1955 г. окончил с отличием отделение сей Васильевич Петраков опубликовал чувствительности фотополупроводнико связи Московского железнодорожного свои работы по тематике автоматизации вых структур при засветках короче сред техникума им. Андреева, а в 1960 г. фа- связи, защиты информации и прецизи него времени жизни (микро- и нано-) культет проводной связи Московского онных телевизионных систем реального неравновесных носителей», подтверж электротехнического института связи. времени, основными из которых явля денное 20 авторскими свидетельства Работая на предприятиях военно-про- ются следующие монографии: «Авто ми. Более 250 его статей опубликованы мышленного комплекса ракетно-ядерной матические телевизионные комплексы в журналах «Вестник связи», «Техника направленности, А. В. Петраков учился в для регистрации быстропротекающих кино и телевидения», «Приборы и техни заочной аспирантуре при кафедре теле- процессов» (Атомиздат, 1979;

Энерго ка эксперимента», «Техника средств свя видения МЭИС и в 1969 г. защитил кан- атомиздат, 1987), «Совмещение телеви зи», «Наука и жизнь» и других. Им напи дидатскую диссертацию в Московском зионных растров» (Радио и связь, 1985), сано и издано более 60 учебных пособий инженерно-физическом институте по «Новые виды электросвязи электрон для студентов и аспирантов.

специальности «Телевизионные прибо- ная почта» (Знание, 1989), «Телевидение Профессор А. В. Петраков имеет актив ры экспериментальной физики». предельных возможностей» (Знание, ную жизненную позицию и выступает С декабря 1970 г. он работает сначала в 1991), «Введение в электронную почту»

по вопросам подготовки и воспитания заочном, а потом дневном институте свя- (Финансы и статистика, 1993), «Утечка инженерных и научных кадров на стра зи (теперь МТУСИ) старшим препода- и защита информации в телефонных ницах ряда газет: «Литературная газета», вателем, затем доцентом, профессором и каналах» (Энергоатомиздат, 1996, 1997, «Инженерная газета», «Труд», «За кадры наконец заведующим кафедрой. Первая 1998), «Защита и охрана личности, собс связи» и других.

научная работа ученого была опублико- твенности, информации» (Радио и связь, С 1991 г. А. В. Петраков академик Меж вана в мае 1966 г., а к апрелю 2011 г. число 1997), «Телеохрана» (Энергоатомиздат, дународной академии информатизации, его научно-технических и методических 1998;

Радио и связь, 2003;

СОЛОН-Пресс, одним из основателей которой является.

работ превысило 600. 2004), «Охрана и защита современного Коллеги и ученики (инженеры, кандида Докторская диссертация, которую он за- предприятия» (Энергоатомиздат, 1999), ты наук, доктора наук), а также редакция щитил в 1983 г. в Московском инженер- «Основы практической защиты инфор журнала «Спецтехника и связь» поздрав но-физическом институте, посвящена мации» (Радио и связь, 1999, 2000, 2001;

ляют Алексея Васильевича с Юбилеем и высокоточным измерениям однократных СОЛОН-Пресс, 2005), «Защита абонент желают ему доброго здоровья и новых быстропротекающих процессов с помо- ского телетрафика» (Радио и связь, 2001, творческих успехов.

щью прецизионных линий «телевизион- 2002, 2004), «Охрана объектов: техника и ная система-ЭВМ» в реальном масштабе времени. На основе теоретических и экс- Президент МТУСИ, академик АН Армении, периментальных исследований ученому доктор технических наук, профессор В.В. Шахгильдян удалось выявить неизвестные до того фи- Член Совета директоров ЗАО «Система Телеком», зические процессы в фотополупроводни- доктор технических наук, профессор В.С. Лагутин ках при преобразовании «свет-сигнал», Проректор по информационным технологиям Российского нового что было использовано для достижения университета,доктор технических наук, профессор С.В. Дворянкин 02_2011_SPT.indd 2 26.05.2011 14:41: обзор обзор ВОЛКОВ Виктор Генрихович, доктор технических наук МОБИЛЬНЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ СПЕЦТЕХНИКИ Рассматриваются мобильные лазерные приборы для определения скорости, высоты, дальности и координат объектов наблюдения, лидары, лазерное оружие. Работа приборов обеспечивается с борта автомашин, вертолетов, самолетов, кораблей.

Ключевые слова: лазер, рабочая длина волны, дальность действия, точность измерения дальности и координат, углы обзора, лидары, лазерное оружие.

The mobile lasers devices for measure of velocities, distance and coordinates of observers objects, lidars, laser weapon are presented. The devices work secured from cars, helicopters, aircrafts ships boards.

Keyword: laser, works wave length, actions distance, accuracy of measured distance and coordinates, survey angles, lidars, laser weapon.

В настоящее время лазеры весь- скорости и расстояния 0,2%, рабочее ма широко используются в сов- расстояние 100 мм.

ременной науке и технике. Услов- Рассмотрим теперь оптические лазер но лазерные приборы, применяе- ные локаторы лидары [5 21]. Пре мые в спецтехнике, можно разбить имуществами лидаров по сравнению на мобильные, переносные и носи- с радиолокаторами (радарами) явля мые (портативные). К последним от- ются:

небольшие размеры оптических ан носятся лазерные измерители скоро сти [1], высотомеры, дальномеры [2, тенн (объективов) по сравнению с 3] и пр. размерами антенн радаров;

высокая точность определения на Рассмотрим мобильные лазерные приборы. К ним относятся лаги [4], правления, обусловленная малой рас локаторы лидары [5 21], а также ходимостью лазерного излучения;

высокая разрешающая способность Фото 1. Лазерный относительный детекторы и системы слежения раз лаг ЛАГ-Л личных типов, приборы лазерной ви- по той же причине и высокая точ деосъемки глубинных скважин, при- ность измерения координат, высокая точность измерения даль боры химической разведки, сканеры и лазерное оружие. ности за счет более короткой дли- Недостатки лидаров:

узость лазерного луча вынужда Лазерный относительный лаг ЛАГ-Л тельности импульсного лазерного (фото 1) [4] предназначен для из- излучения по сравнению с радиоим- ет иметь дополнительную широко мерения относительной скорости и пульсом;

польную систему поиска;

возможность работы по подвод- невозможность функционирования пройденного расстояния речных и морских судов. Диапазон измеряе- ным целям с воздуха за счет гене- при пониженной прозрачности ат мых скоростей: 0,1 50 узлов, инстру- рации излучения в зеленой облас- мосферы (туман, дождь, снегопад и ментальная погрешность измерения ти спектра. пр.) и при наличии облачной погоды.

– ФГУП «Альфа», ведущий научный сотрудник.

02_2011_SPT.indd 3 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 Фото 2. Лидары Института оптики атмосферы СО РАН:

а лидар «Балкан»;

б его расположение на космической станции «Мир»;

в самолетный лидар;

г корабельный лидар;

д фотомодуль лидара В связи с этим лазерные локаторы на- Первый в России космический лидар волны 530 нм, энергию в импульсе шли применение главным образом в «Балкан» Института оптики атмосфе- 15 мДж (фото 2г) [5]. На фото 2д пред космосе, в системах «воздух земля» ры СО РАН, установленный на станции ставлен фотомодуль Института оптики или «земля воздух» для измерения «Мир» (фото 2а, б) предназначен для атмосферы СО РАН [6]. Диаметр теле высоты, дальности, координат, ско- зондирования облачных полей атмос- скопа приемника составляет 100 мм, рости, для обнаружения различных феры и подстилающей поверхности его угол поля зрения 2 мрад.

объектов, слежения за ними, контроля Земли [5]. Приемопередатчик лидара На рис. 1а представлена зависимость состояния атмосферы, точного карто- имеет длину волны 0,53 мкм, диаметр корреляции r(h, t) высоты гор с ва графирования, аэрофотосъемки, мо- телескопа 275 мм, угол поля зрения 0,44 риациями оптической толщи [5]. Для ниторинга местности, промышленных мрад. Система регистрации имеет про- наземных лидаров класса ЛОЗА пред объектов и пр. Первоначально лидары странственное разрешение 3 м. Пот- ставлены зависимости сигналов уп использовались в военной технике для ребляемая мощность лидара составля- ругого и рамановского рассеяния в поиска и обнаружения боевых объек- ет 200 Вт, масса 200 кг. зависимости от высоты (рис. 1б) [5].

тов противника. В настоящее время Самолетный лидар той же фирмы, уста- На рис. 1в дана зависимость лидарных лидары широко используются в иссле- новленный на самолете-лаборатории, сигналов от высоты в дневное и ночное довательских целях: зондирования об- предназначен для контроля атмосфе- время суток, на рис. 1г влияние ат лачных полей атмосферы и подстила- ры, водных слоев, шельфа и мелково- мосферного фона на дисперсию сигна ющей поверхности земли из космоса, дья (фото 2в) [5]. Лазерный передатчик ла для стандартного фотомодуля и для водных слоев, шельфа и мелководья, имеет длину волны 532 нм и энергию в фотомодуля Института оптики атмос измерения нефтяных загрязнений импульсе 60 мДж. Диаметр приемного феры СО РАН (фото 2д).

воды, скорости ветров и пр. Лидарные телескопа равен 150 мм, угол поля зре- На фото 3 представлен мобильный методы дистанционного зондирования ния приемника составляет 3 13 мрад. сканирующий флуоресцентно-аэро основаны на анализе интенсивнос- АЦП лидара имеет частоту дискретиза- зольный лидар ФАРАН-М1. Проспект ти спектральных, поляризационных, ции 140 МГц и разрядность преобразо- Института оптики атмосферы СО РАН угловых и временных характеристик вания 7. [7]. Дальность действия лидара по фо отраженного сигнала, поступающего в Корабельный лидар той же фирмы новому аэрозолю составляет 10 км, по приемный тракт [9]. имеет лазерный передатчик с длиной биогенному аэрозолю 2 км, порого 02_2011_SPT.indd 4 26.05.2011 14:41: обзор Рис. 1. Графические зависимости для лидаров [5, 6]:

а зависимость корреляции r(h, t) высоты гор с вариациями оптической толщи;

б зависимости сигналов упругого и рамановского рассеяния в зависимости от высоты;

в зависимость лидарных сигналов от высоты в дневное и ночное время суток;

г влияние атмосферного фона на дисперсию сигнала для стандартного фотомодуля (слева) и для фотомодуля Института оптики атмосферы СО РАН (справа) вая чувствительность равна 100 см-3, длина волны зондирования для ИК канала равна 1064 нм, для УФ-канала 266 нм, длина волны регистрации для ИК-канала составляет 1064 нм, для УФ канала 350 нм, полоса приема ИК- и УФ-каналов соответственно 4 и 50 нм, диапазон углов сканирования по ази муту ±180°, по углу места цели 5 90°.

В состав системы регистрации входит АЦП с разрешением 12 бит, частотой дискретизации 50 МГц и счетчик фото импульсов со скоростью счета 100 МГц и пространственным разрешением Фото 3. Лидар ФАРАН-М 1,5 м. Скорость сканирования состав 02_2011_SPT.indd 5 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 ляет 60 град./мин., погрешность сис темы наведения по азимуту не более 3 мрад, по углу места цели не более 1 мрад, диаметр приемного телескопа равен 350 мм, время подготовки лидара к измерениям 15 мин [7].

Для исследования аэрозольных полей в тропосфере разработан малогабарит ный аэрозольно-рамановский лидар ЛОЗА-М2 [8]. Внешний вид его основ ных блоков представлен на фото 4.

Был разработан также первый косми ческий лидар «Балкан» для станции «Мир», предназначенный для зонди рования облачных полей атмосферы и подстилающей поверхности Земли. Ла зерный приемо-передатчик имеет дли ну волны 0,53 мкм, диаметр телескопа 275 мм, угол поля зрения 0,44 мрад. Бо лее совершенной моделью является лидар ЛОЗА-МЗ [9]. По сравнению с лидаром ЛОЗА-М2 он имеет следую щие преимущества:

автоматическая система сканирова ния;

встроенные в корпус лидара вне шние системы регистрации сигна лов в аналоговом и счетно-фотон ном режимах через USB2.0;

углепластиковый корпус приемного телескопа;

возможность установки видеокаме ры на оптической оси лидара;

возможность установки систем энергообеспечения лазера и фото приемного блока на поворотной ко лонке лидара;

система волоконно-оптической пе редачи сигналов на фотоприемник;

повышенная устойчивость к меха ническим и климатическим воз действиям.

Для мониторинга местности, в том числе при возникновении чрезвычай ных ситуаций, для построения циф ровых моделей местности, создания крупномасштабных карт, экологичес ких исследований, аэрофотосъемки в без-ориентирной местности (тундра, пустыня и пр.), обследования ЛЭП и других объектов сетевого хозяйства и пр. используется лидар ALTM GEMINI [10]. Его рабочие высоты составляют 150 4000 м;

горизонтальная точность 1/11 000;

точность по высоте 5 см на 500 м, 10 см на 1000 м, 15 см на м, 25 см на 4000 м;

обеспечивается Фото 4. Основные блоки лидара ЛОЗА-М2: а лазерный передатчик LOTIS;

до 4 измерений по каждому импульсу, б система управления, регистрации и обработки данных лидара;

включая последнее отражение;

дина- в приемный телескоп лидара 02_2011_SPT.indd 6 26.05.2011 14:41: обзор мический диапазон регистрации ин тенсивности 12 бит;

максимальная час тота сканирования 100 Гц на высоте до 2000 м;

угол сканирования 0 ±25°;

ком пенсация крена частота обновления 5 Гц, (угол сканирования + угол компен сации крена 30°);

произведение сканера (0,5 угла сканирования угол компен сации крена) 1000;

ширина полосы (0 0,93) высоту, частоты зондирую щих импульсов лазера до 167 кГц, рас хождение луча лазера 0,25 мрад (1/е) или 0,8 мрад (1/е). За 12 ч полета пло щадь съемки составляет 1000 км2 с воз можностью выдачи цифровых моделей местности в течение 12 ч после оконча ния съемки.

Мобильный лидарный комплекс (фото 5) [11] предназначен для дистан ционного определения физического и химического состава атмосферы в Фото 5. Мобильный лидарный комплекс районах чрезвычайных ситуаций как природного, так и техногенного харак тера: пожары, взрывы, выбросы радио активных веществ на АЭС, аварии на дальномер. Система применима при химических предприятиях. Комплекс недоступности измеряемых объек позволяет в реальном масштабе вре- тов, невозможности использования мени измерить параметры, характе- отражателей (разметка точками), не ризующие зону аварии и в динамике возможности касания поверхности, построить картину пространственного невозможности установки оснастки распределения концентрации. Макси- или потерях точности измерений на мальная дистанция детектирования со- дополнительную оснастку, необхо ставляет для аэрозольного лидара до 20 димости в полном интегрировании км, для ДВ DIAL до 15 км, для KB DIAL измерительной техники в производс (УФ) до 3 км. Детектируемые газовые твенный процесс. В систему встроена примеси: углеводороды, фреоны, ор- видеокамера. Единственный оператор ганофосфаты и др., SO2, NO2, О3, Cl2, имеет возможность очертить на экра NH3 и др.;

углы обзора в направлении не компьютера сканируемую область, вертикальном от 7 до +15° (±90°), в выбрать необходимые для измерения горизонтальном ± 180°;

минимальный марки (цели) или провести измерение шаг сканирования 4";

максимальная точек на CAD-модели, высвечиваемой угловая скорость вращения сканера 20 на экране. Автоматически корректиру град/с;

тип носителя шасси с грузопо- ются результаты измерений с учетом дъемностью более 10 т. Система регис- климатических условий. Возможно трации имеет пространственное раз- проведение измерений нагретых объ Фото 6. Бесконтактная решение 3 м. Потребляемая мощность ектов свыше 1000°, с помощью изме измерительная система на базе лидара 200 Вт, масса 120 кг [11]. рения через зеркало можно измерить лидара серии MV На фото 6 показана бесконтактная из- внутренние поверхности, возможно мерительная система на базе лазерно- размещение сенсора на подвижных го радара (лидара) серии MV 200 [12]. штативах. Наряду с ИК измерительным Это лидар, разработанный фирмой (для определения дальности) лазером в Metris (Бельгия), объединяет в себе стройки крупногабаритных изделий. В сенсор введен красный лазер для раз лучшие качества лазерных теодолитов состав системы входят сенсор, стойка метки и наведения на конкретную точ (тахеометров) и лазерного трекера, с блоком питания и USP, подвижное ку. Диаметр пятна при сканировании и является их аналогом по функциям и основание, ноутбук, соединительные ИК-, и красного лазера составляет 0, по точности, а также дальнейшим раз- кабели и различные приспособления. мм на 2 м, 0,6 мм на 10 м. Система до витием технологий в области бескон- Система содержит датчики вертикаль- пускает бесконтактное сканирование, тактных мобильных измерительных ного и горизонтального углов, высоко- использование сфер произвольных систем для контроля геометрии и на- точный безотражательный лазерный диаметров, специального тетраэдра для 02_2011_SPT.indd 7 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 определения 6 степеней свободы, бу мажных марок, специальных режимов для замера краев и отверстий, псев дослежение за сферами, работу по лю бой поверхности с коэффициентом от ражения 100 – 10-7%. Погрешность из мерений (2): горизонтальный угол 6, мкм/м, вертикальный угол 6,8 мкм/м, дальность 10 мкм + 2,5 мкм/м, интег ральная точность 10 мкм/м (с 1 метра), типичная точность при сканировании 1000 точек/с 0,2 мм, 20 точек/с 0, мм, 2 точки/с 0,025 мм, дальность: 24 м (имеется исполнение до 60 м), углы:

вертикальный ± 45°, горизонтальный 360°, рабочий диапазон температур: от +5 до +40° С. Масса сенсора 40 кг, его Фото 7. Ветровой доплеровский лидар ВДЛ-ВЛ габариты 324454823 мм [12].

Ветровой допплеровский лидар ВДЛ-ВЛ на основе волоконного лазера с длиной волны 1,5 мкм [13] предназначен для оперативной оценки ветровой обста- развертывания КА на орбите и наблю- погрешность измерений угловых ко новки в аэропортах, на кораблях, вер- дения нештатного функционирующих ординат 5", измерение угловой скоро толетных площадках, для дистанцион- КА. Дальность действия стационарной сти сопровождения целей не менее ного измерения параметров вибрации лазерной станции «Сажень-т» вы- град/с, угловые ускорения при сопро вождении целей не менее 150 град/с2.

и турбулентности, построения 3-мер- сота орбиты КА: ночь до 36 000 км, ного поля скоростей ветра. На фото 7 день до 60 000 км при среднеквадра- Видеотеодолит содержит репортаж дан внешний вид лидара ВДЛ-ВЛ, а на тической погрешности нормальных ный канал (для регистрации фаз поле рис. 2 полученный с его помощью точек 3 5 мм. Угловые координаты: та целей и организации ТВ-репортажа) видимая звездная величина 14m – 15m допплеровский спектр для шквального с переменным полем зрения 28 1,5°, ветра. Длина волны излучения лидара при среднеквадратической погреш- обзорный канал (10°) и измерительный равна 1,533 мкм, мощность излучения ности 2". Фотометрия осуществляется канал (1,2°). Лазерный локатор обеспе по звездам с видимой величиной 12m 0,5 Вт, диаметр пучка на выходе 30 мм, чивает среднеквадратические погреш – 13m при погрешности определения максимальная дальность зондирования ности:

нормальных точек не более 0,5 1, блеска не более 0,2m. К 2012 г. ФГУП 100 м, пространственное разрешение 20 40 м, диапазон измерения скоро- «НИИПП» планирует завершить ра- см при измерении дальности до КА сти ветра 1,5 20 м/с, точность измере- боты по созданию Алтайского оптико- с высотами орбит ночью 400 23 ния скорости 5 10%, время измерения лазерного центра (АОЛЦ) для высо- км, днем до 60 000 км;

измерений угловых координат при усреднении по 512 выборкам 1 коточных измерений параметров КА, 2 с, частоты измеряемых вибраций полученных изображений, высокоточ- 2" КА, освещаемых Солнцем при их 1 20 000 кГц, их минимальная ампли- ного измерения дальности до КА и их блеске ярче 14 звездной величины туда 1 10 мм, габариты 520340410 координат, фотометрии и регистрации (зв. вел.);

измерений уровня отраженного от мм, масса 9,2 кг, энергопотребление не изображений КА. Малогабаритная мо более 100 Вт [13]. дульная квантово-оптическая система КА солнечного излучения не более Федеральное космическое агентство (ММКОС) «Сажень-ТМ» содержит 0,2 зв. вел. при блеске КА ярче 12 зв.

ФНПЦ ФГУП «НИИПП» [14] разрабо- переменную часть, включающую на- вел.

тало квантово-оптические системы для бор измерительных модулей, которые Для всех вариантов исполнения мас прецизионного измерения параметров определяют два основных варианта ис- са каждой составной части в штатной движения космических аппаратов (КА) пользования системы: видеотеодолит и упаковке не более 50 кг, общий вес путем лазерных измерений наклонной лазерный локатор КА. ММКОС содер- аппаратуры не более 300 кг, ее объем дальности и угловых координат по от- жит также базовую часть, включаю- один автомобильный пункт, 2 человека раженному солнечному излучению щую унифицированное опорно-пово- обслуживающего персонала.

для эталонирования радиотехничес- ротное устройство, систему наведения Поляризационный авиационный ли ких средств траекторных измерений, на базе моментных двигателей, вычис- дар ПАЛ-2 [15] предназначен для дис контроля выведения геостационарных лительно-управляющий комплекс СЕВ танционного определения с борта са КА и высокоточного определения па- на базе «диарминнового» СВЧ, аппа- молета-лаборатории вертикальных раметров геодинамики, а также для ратуру передачи данных, метеороло- профилей и оптических характерис проведения фотометрических изме- гическую аппаратуру. Видеотеодолит тик верхней толщи морской воды, ло рений в целях контроля ориентации и обеспечивает среднеквадратическую кации рыбных косяков, проведения 02_2011_SPT.indd 8 26.05.2011 14:41: обзор импульсов 4 или 10 Гц. Диаметр апер туры телескопа составляет 200 мм, ко ническое сканирование осуществляет ся в секторе 30° от надира с периодом 20 или 30 с. Летные испытания лидара проводились на борту самолета Falcon 20. В рамках программы LITE (Lidar In Space Technology Experiment) в иссле довательском центре Longley (NASA, США) разработан лидар для изучения Земли из космоса структуры облаков, процессов их образования, аэрозолей, определялась высота приземного слоя атмосферы, измерялось горизонталь ное распределение температуры и плотности воздушных слоев от 25 до км, анализировались процессы отра жения лазерного излучения от земной и морской поверхностей. Лазерные Рис. 2. Доплеровский спектр для шквального ветра, измеренный излучатели лидара генерировали излу с помощью лидара ВДЛ-ВЛ чение на длинах волн 1,064;

0,532;

0, мкм с энергией излучения соответс твенно 470;

560;

160 мДж. В приемной части лидара использовался телескоп с батиметрических исследований на чатель ЛИЛИТ-3-30 генерирует поля- диаметром 1000 мм, углом поля зрения мелководных акваториях, измерения ризованное излучение на длине волны 1,1 мрад (день) и 3,5 мрад (ночь). В элек нефтяных загрязнений на воде, кон- 0,532 и 1,064 мкм при длительности тронном блоке лидара использовался троля экологического состояния ат- импульса излучения 10 нс, частоте 1 12-разрядный АЦП с тактовой часто мосферы и лазерного сканирования 40 Гц, расходимости пучка не более той 10 МГц. Масса лидара составляла для создания 3-мерных изображений 1,5°. Другой лазерный излучатель ЛИ- 990 кг, энергопотребление в рабочем объектов. ПАЛ-2 использовался для ЛИТ-30-30 имеет энергию излучения режиме 3,1 кВт, в резервном состоянии анализа прямо и поперечно поляризо- 30 мДж при частоте 30 Гц, лазер ЛИ- 560 Вт. Скорость передачи потоков ванного излучения, а также сигналов ЛИТ-5-100 - соответственно 100 мДж и информации на Землю с космического на смещенных оптических частотах, 5 Гц. Блок питания PLPS-1001 работает лидара LITE составляла ~20,8 кбит/с и полученных при ВКР-рассеянии пря- от сети ~220 В, 50 Гц или ~110 В, 400 Гц ~2 Мбит/с.

мого сигнала и флюоресценции хло- и потребляет мощность 2,4 кВт. Создание широкополосных высоко рофилла в пятне зондирования. Ави- чувствительных фотоприемных уст ООО «МУЛЬТИТЕХ» создало лидары ационные лидары, используемые для ройств (ФПУ) обеспечивает возмож Lid-Ег на эрбиевом стекле с длиной вол зондирования поверхностных слоев ность создания гетеродинных ИК-ли ны 1,535 мкм для атмосферной локации, океана, позволяют осуществить эко- даров, работающих на длине волны раннего обнаружения дымов и лесных логический мониторинг акваторий с 10,6 мкм [20]. По сравнению с лидарами пожаров. Энергия пучка излучения со повышенной антропогенной нагруз- прямого детектирования гетеродинные ставляет до 12 мДж, частота 5 имп./ кой, оперативную разведку районов лидары обладают более высокой чувс мин, охлаждение воздушное, накачка промысла рыбы, океанографические твительностью и отсутствием потерь ламповая. Создана также лидарная го исследования, подспутниковые изме- фазовой информации. По сравнению с ловка EI-40 с накачкой линейкой лазер рения в различных районах мирового радарами СВЧ-диапазона такие лидары ных диодов. Энергия в пучке излучения океана для оценок биопродуктивнос- обеспечивают на 3 порядка повыше составляет до 50 мДж, частота до 30 Гц, ти и глобальных потоков вещества. ние угловой разрешающей способнос охлаждение воздушное.

Лидар ПАЛ-2 модульной конструкции ти и скорости. В состав гетеродинного Теоретические и научно-технические содержит: электронный блок, включа- лидара входит лазер-передатчик, опор основы построения лидаров изложены ющий 2 телескопа, 4 независимых при- ный лазер-гетеродин, ФПУ, приемно в работах [16 19]. За рубежом ведутся емных канала на базе ФЭУ, лазерный передающие антенны (зеркальные или активные работы по созданию лидаров излучатель, видеокамеру, оптические линзовые), устройство сканирования [16 19]. Доплеровский лидар для из фильтры;

электронный блок, включа- и блок регистрации данных с их выво мерения скорости ветра WIND (Wind ющий управляющую и измерительную дом на ТВ-дисплей или в персональный Infrared Doppler Lidar) фиpм CNRS, электронику;

источники питания;

блок компьютер.

CNES (Франция) и DLR (Германия) питания лазера PLPS-1001;

систему ох- ИК-лидары работают с СО2-лазерами использует одномодовый СО2-лазер с лаждения LCS-25-1000;

компьютер с поперечной накачкой с энергией излу- импульсного, комбинированного и не установленным АЦП. Лазерный излу- чения 360 мДж и частотой повторения прерывного действия. Лидары ближ 02_2011_SPT.indd 9 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 него действия имеют дальность обна- лидара фирмы Lincoln Laboratory MTI раметры аэрозольных образований в ружения цели 10 20 км, а дальнего (США) с мощностью передатчика 400 3-мерном пространстве. Информация действия 500 км при мощности ла- 1000 кВт, длительностью импульса 1 4 выдается в цифровом виде. Измерение зеров соответственно до 50 Вт (режим мкс, частотой 5;

62;

25;

125;

250 Гц и диа- параметров аэрозольной завесы по глу непрерывный) и свыше 1 кВт. Угол метром антенны 1200 мм предназначен бине обеспечивается стробированием поля зрения может составлять от 1 10 для слежения за самолетами и спутни- усилительно-преобразовательного уст мрад до (4040) (2090)°. Примером ками на дальностях 5 1000 км. Лидары ройства лидара. Разрешение лидара по гетеродинного лидара может служить работают в режиме непрерывной или дальности составляет 25 мм. Он имеет модель фирмы DREF (Канада) с мощ- импульсной генерации. диаметр луча 31 мм, расходимость из ностью излучателя-передатчика до 400 Фирма SRI International (США) разра- лучения 1,2 мрад, энергию в импульсе кВт при частоте 1 Гц. Диаметр антенны ботала лидар на основе СО2-лазера, 250 мДж, длительность импульса 75 нс, составляет 100 мм, угол поля зрения 1 предназначенный для моностатичес- ФПУ на основе CdHgTe (KPT), удель мрад, дальность обнаружения скоро- ких измерений характеристик дымо- ную обнаружительную способность 1,310-10 Вт см1/2Гц-1 [21] стных быстро летящих целей со скоро- вых завес в целях маскировки броне стью 1000 м/с составляет до 31 км при танковой техники на поле боя. Лидар размерах мишени 100100 мм. Модель позволяет определить оптимальные па- Окончание читайте в № 3, 2011.

Литература 1. АМАТА. Лазерный измеритель скорости с фотофиксацией. Проспект ЗАО «Стинс Коман». М., 2009.

2. Волков В.Г. Малогабаритные лазерные дальномеры. /Специальная техника, 2007. № 5. С. 2 13, № 6. С. 2 11.

3. Волков В.Г. Переносные и возимые лазерные дальномеры. /Специальная техника, 2008. № 1 С. 2 7, № 2. С. 2 15.

4. Лазерный относительный лаг ЛАГ-Л. Проспект ГНЦ НИИ «Теплоприбор». М., 2010.

5. Космические, самолетные, корабельные и наземные лидары. /Проспект Института оптики атмосферы СО РАН.

Томск, 2007.

6. Оптические технологии для приема лидарных сигналов в присутствии атмосферных фонов./ Проспект Института оптики атмосферы СО РАН. Томск, 2007.

7. Мобильный сканирующий флуоресцентно-аэрозольный лидар «ФАРАН-М1». /Проспект Института оптики атмосферы СО РАН. Томск, 2007.

8. Малогабаритный аэрозольно-рамановский лидар «ЛОЗА-М2». /Проспект Института оптики атмосферы СО РАН.

Томск, 2007.

9. Новый проект лидар «ЛОЗА-МЗ». /Проспект Института оптики атмосферы СО РАН. Томск, 2010.

10. Авиационный лидар ALTM GEMINI компании Opteck Inc. /Проспект фирмы ГЕОЛИДАР. М., 2008.

11. Мобильный лидарный комплекс. /Проспект ЗАО «Лазерные системы». С-Пб., 2008.

12. Бесконтактная измерительная система на базе лазерного радара серии MV 200. Проспект ООО «Нева Технолоджи». – С-пб., 2007.

13. ИДЛ-ВЛ. Ветровой доплеровский лидар на основе 1,5 мкм волоконного лазера. /Проспект МУНЛЦ МГУ им. М.В. Ломоно сова. М., 2008.

14. Квантово-оптические системы. /Проспект ФКА ФНПИ ФГУП «НИИ ПП». М., 2009 г.

15. Поляризационный авиационный лидар ПАЛ-2. /Проспект фирмы Multitech Ltd. С-Пб., 2007.

16. Корнеева Т. Лидары. Новые возможности для атмосферных исследований. /Электроника: Наука, Технология, Бизнес, 1998. № 3-4. С. 49 51.

17. Лазерная локация. Лидары. Модули управления, лазерная техника и технология. /Проспект фирмы ООО «МУЛТИТЕХ».

С-Пб., 2007.

18. Чернышев В.Н. Применение лазеров в военном деле. М.: Военное издательство МО СССР, 1966. 128 с.

19. Козинцев В.И., Белов М.А., Орлов В.М., Городничев В.А., Стрелков Б.В. Основы импульсной лазерной локации. М.: Изда тельство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 512 с.

20. Гетеродинные ИК радары на С02-лазерах. Фактографическая справка № 5426 ФГУП НТЦ «НПО «Орион». М., 2007.

21. LIDAR 10,6 mkm. /Проспект фирмы SRI International, США, 1998.

02_2011_SPT.indd 10 26.05.2011 14:41: обзор обзор СМЕЛКОВ Вячеслав Михайлович, доктор технических наук ОПТИМИЗАЦИЯ ДВУХКАНАЛЬНОГО ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В ТЕЛЕКАМЕРЕ НА МАТРИЦЕ ПЗС КАДРОВОГО ПЕРЕНОСА Рассмотрен подход к проблеме разработки телекамеры с повышенным динамическим диапазоном путем оптимизации в фотоприемнике преобразования «заряд – напряжение».

Ключевые слова: телекамера, матрица ПЗС, динамический диапазон.

An approach to the problem of the TV camera developing with wider dynamic range by optimal «charge to voltage» conversion for CCD sensor.

Keywords: TV-camera, CCD-matrix, dynamic range.

В конце восьмидесятых годов в Со- сцены в условиях сложного освещения Напомним, что, исходя из физических ветском Союзе был разработан и/или сложной яркости контролиру- представлений работы ПЗС, в каждом прибор А-1131 – специализированная емых объектов. Рост динамического элементе выводимого из матрицы ви матрица ПЗС с организацией «кадро- диапазона достигался в ней путем деосигнала дополнительно к входному вый перенос» [1], которая предпола- формирования комбинированного фотонному шуму проявляется собс галась для использования в телевизи- изображения, являющегося результа- твенный источник шума, называемый онных детекторах движения, в целях том синтеза видеосигналов, выраба- шумом считывания фотоприемни выделения сигнала межкадровой раз- тываемых матрицей ПЗС при «длин- ка. Среднеквадратичное отклонение ности. Фотоприемник на ПЗС ста- ном» – «long charge» и «коротком» (СКО) шума считывания определяется новился датчиком видеосигнала не – «short charge» по времени зарядовом площадью затвора выходного транзис только для телекамеры, но и для об- накоплении. тора преобразователя «заряд – на наружителя движения, т.е. совмещал В настоящей статье автор, развивая пряжение», встроенного на кристалл в одном приборе две функции. Схемо- применение замысла по конструирова- ПЗС. Типичное значение СКО шума техническая организация такого при- нию выходного устройства матрицы считывания составляет 20 электронов бора оказалась плодотворной, и на ПЗС из работы [3], предлагает опти- [4, с. 52], и оно является результатом ее основе позднее была реализована мизировать преобразование «заряд – проектирования выходного транзисто идея двухканального фотоэлектри- напряжение» и в этом фотоприемни- ра, площадь затвора которого вмещает ческого преобразования в телекамере ке, чтобы получить дополнительный максимальную величину ожидаемого [2] в целях расширения динамического выигрыш в динамическом диапазоне заряда. Но величина СКО шума считы диапазона изображений наблюдаемой телекамеры. вания может быть снижена на порядок 02_2011_SPT.indd 11 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 [4, с. 52] за счет пропорционального уменьшения площади этого затвора.

Следовательно, для матрицы ПЗС с кадровым переносом, на кристалл ко торой интегрированы два преобразо вателя «заряд – напряжение», появ ляется реальная возможность оптими зации фотоэлектрического процесса.

А именно: путем выполнения площади затвора транзистора одного преобра зователя по критерию максимальной управляющей способности зарядово го преобразования, а площади затво ра аналогичного транзистора другого преобразователя – по критерию ми нимального внесения в сигнал изобра жения собственных шумов.

Структурная схема телекамеры на базе этого фотоприемника изображе на на рис. 1, а световая характеристика фотоэлектрического преобразования, осуществляемого в телекамере, – на рис. 2.

Матрица ПЗС (поз. 2), как и в работах [1, 2] содержит на одном кристалле секцию накопления 2-1, первую сек цию хранения 2-2, первый выходной регистр 2-3, первый блок преобразо вания заряда в напряжение (БПЗН) 2-4, разделительный электрод 2-5, Рис. 1. Структурная схема телекамеры Рис. 2. Световая характеристика фотоэлектрического преобразования 02_2011_SPT.indd 12 26.05.2011 14:41: РЕШЕНИЕ Рис. 3. Временная диаграмма, поясняющая работу телекамеры 02_2011_SPT.indd 13 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 вторую секцию хранения 2-6, второй по каждому из выходов, а пятый выход щему на время Tп1 на разделительном выходной регистр 2-7 и второй БПЗН электроде 2-5 (рис. 3з).

является однофазным.

2-8. Воспользуемся временной диаграммой, По окончании интервала Tп1 в секции 2-1 в течение времени Tн2 производит Особенностью матрицы ПЗС является изображенной на рис. 3, где приведены различие в конструкции блоков 2-4 и эпюры выходных сигналов генератора ся «короткое» накопление зарядов – 2-8. Для БПЗН 2-4 ожидается высокий 3, в том числе: «short charge».

рис. 3б – первый выход, первая уровень полезного зарядового сигна- Параллельно с накоплением «short charge» кадра в секции 2-2 выполня ла, поэтому необходимо гарантировать фаза, рис. 3в – первый выход, вторая фа максимальную управляющую способ- ется очистка массива от паразитных ность блока путем выбора соответству- за, зарядов путем подачи на ее фазовые рис. 3г – первый выход, третья фаза, ющей площади затвора (S1). Напротив, электроды трехфазных импульсных рис. 3д – второй выход, первая для БПЗН 2-8 предполагается низкий последовательностей, которые имеют уровень полезного зарядового сигнала, фаза, частоту, равную частоте кадрового вы рис. 3е – второй выход, вторая поэтому емкость затвора должна быть носа F = 1/Tв (рис. 3д–ж). Максималь предельно малой, что достигается вы- фаза, ная длительность интервала очистки T рис. 3ж – второй выход, третья бором геометрии его размеров, обеспе- равна промежутку Tн2.

чивающей малую площадь (S2). Так что фаза, Импульсные сигналы управления ре рис. 3и – третий выход, первая гистром 2-4 (рис. 3и–л) обеспечивают обязательным при конструировании нагрузочных транзисторов является фаза, такое движение носителей, что во вре рис. 3к – третий выход, вторая условие: S1 S2. мя обратного хода строчной развертки На световой характеристике телека- фаза, (tо.х.с.) зарядовые строки паразитного рис. 3л – третий выход, третья меры (рис. 2) точка Б соответствует ми- сигнала складываются (укрупняются) нимальной (пороговой) освещенности фаза, в нем под второй фазой, а затем во вре рис. 3м – четвертый выход, первая телекамеры Emin2 для порогового отно- мя прямого хода строчной развертки шения сигнал/шум пор = 6, когда пло- фаза, эти паразитные заряды поэлементно рис. 3н – четвертый выход, вторая переносятся в БПЗН 2-4.

щадь затвора S2 выбрана по критерию минимального внесения в видеосигнал фаза, По окончании накопления «short рис. 3о – четвертый выход, третья собственных шумов матрицы. Точка А charge» кадра зарядовая картина в ин на той же характеристике соответс- фаза, тервале Тп2 переписывается из секции рис. 3з – пятый выход. 2-1 в предварительно очищенную от твует минимальной освещенности паразитных зарядов секцию 2-2 (рис.

Emin1 для того же порогового отноше- Отметим, что эпюры выходных сиг ния сигнал/ шум пор = 6, а площадь S2 налов представлены на временной 3б–г и рис. 3д–ж).

выбрана по критерию максимальной диаграмме относительно кадрового Минимальный интервал очистки Т0 со управляющей способности зарядового гасящего импульса с периодом Tк и ставляет величину:

преобразования. Поэтому отношение длительностью tо.х.к. (рис. 3а). Уровень пороговых освещенностей может со- управляющего потенциала, обеспе- T0 = NcTc (Tв/ tо.х.с.), ставить: чивающий для n-канальной матрицы накопление и перенос зарядовых паке- где Nc – количество строк в секции 2-1;

Тс – период строки.

Emin1/ Emin2 = 10. тов, относительно подложки является высоким (уровень подложки фотопри- Возьмем типовые значения парамет Генератор 3 управляющих импульсов емника принят равным потенциалу ров: Nc = 290;

Тс = 64 мкс;

Тв = 0,6 мкс;

предназначен для осуществления раз- «общего провода» (корпуса) и совпада- tо.х.с. = 12 мкс. В результате требуемая вертки в матрице 2 ПЗС и формиро- ет на чертеже диаграмм с положением величина Т0 равна 928 мкс, а в сум вания сигнала синхронизации для сиг- оси времени). ме с интервалом кадрового переноса нального процессора 4. Рассмотрим работу телекамеры, на- Тп1, равным 2NcТв и составляющим Сигнальный процессор 4 предназна- чиная с окончания обратного хода 348 мкс, и с интервалом кадрового пе чен для двухканального усиления и кадровой развертки, обозначенного реноса Тп2, равным NcТв и составляю обработки сигнала изображения с на эпюре рис. 3а моментом t0. С это- щим 174 мкс, не превышает 1450 мкс.

выходов матрицы ПЗС и формиро- го момента в течение прямого хода Полученный временной промежуток вания на выходе комбинированного кадровой развертки Tн1 на фотомише- вполне «укладывается» в обратный ни 2-1 матрицы 2 ПЗС выполняется видеосигнала. ход кадровой развертки tо.х.к., так как Телекамера работает следующим об- «длинное» зарядовое накопление кад- занимает интервал менее 1600 мкс.

разом. ра – «long charge». Затем в интервале С учетом того, что управляющая спо Предположим, что матрица 2 ПЗС, как кадрового переноса Tп1 зарядовая кар- собность выходного регистра ПЗС в и сенсор А-1131 [1], является трехфаз- тина кадра «long charge» переписыва- несколько раз выше управляющей ется из секции 2-1 через секцию 2-2 и ным прибором с каналом n-типа. Поэ- способности секции хранения, а рас регистр 2-3 в секцию 2-6. Это стано тому первый, второй, третий и четвер- пределение паразитного заряда убыва тый выходы сигнала развертки гене- вится возможным благодаря высоко- ет в направлении «сверху – вниз», за ратора 3 имеют три фазы управления му уровню потенциала, присутствую- интервал Т0 может быть осуществлена 02_2011_SPT.indd 14 26.05.2011 14:41: РЕШЕНИЕ транзистора в БПЗН 2-8 в заявляемом полная очистка матрицы от паразит- диапазона в телекамере по методу двух ных носителей. решении выполнена по критерию ми- канального накопления в фотоприем Отметим, что во время накопления Tн2 нимального внесения в сигнал изобра- нике на ПЗС может быть реализована жения собственных шумов матрицы «short charge» кадра и его переноса в только при условии выполнения высо интервале Тп2 осуществляется хране- ПЗС, при этом S2 S1. Благодаря этому, коэффективного антиблюмингового ние «long charge» кадра под вторы- видеосигнал «long signal» на выходе стока, для эффективной технологичес ми фазными электродами секции 2-6 БПЗН 2-8 при той же освещенности на- кой организации которого на кристал (рис. 3н). блюдаемой сцены будет иметь прирост ле матрицы ПЗС должен быть отведен Затем в интервале прямого хода теку- отношения сигнал/шум, а пороговая самостоятельный массив или даже две щего кадра выполняется параллельное освещенность сцены будет гарантиро- отдельные области [5, 6].

считывание «short charge» пакетов в ре- вано снижена (Emin2 Emin1, рис. 2). Австралийский специалист Владо Да гистре 2-3 и в БПЗН 2-4 и пакетов «long В сигнальном процессоре 4 осущест- мьяновски в своей книге [7, с. 152] charge» соответственно в регистре 2-7 вляется синтез комбинированного называет такую область специальной и в БПЗН 2-8. Отметим, что для регис- сигнала изображения, который реа- секцией (anti-blooming) и формули тра 2-3 это становится возможным бла- лизуется совершенно аналогично, как рует там же критерий ее правильной годаря тому, что присутствующий в это и в решении [2]. Но синтезированный работы: «Эта секция ограничивает ко время низкий уровень потенциала на видеосигнал обеспечивает дополни- личество зарядов, которые могут со разделительном электроде 2-5 (рис. 3з) тельное расширение динамическо- бираться в каждом пикселе. Если эта «изолирует» его от секции 2-6. го диапазона телекамеры, так как по секция спроектирована нормально, Обозначим, как и в прототипе, соот- сравнению с [2] в ней оптимизирова- ни один пиксель не может аккумули ветствующие видеосигналы кадров как но преобразование «заряд – напря- ровать больший заряд, чем могут пе «short signal» и «long signal». жение». Ожидаемый выигрыш в ди- редать сдвиговые регистры». Иначе В отличие от прибора [1], где площа- намическом диапазоне, оцениваемом говоря, благодаря организации эффек ди затворов полевых транзисторов в соотношением D = 20lg (Emax /Emin), в тивного антиблюминга в матрице ПЗС, обоих БПЗН равны S1 и выполнены по предлагаемом решении составляет не при любой световой перегрузке расте критерию максимальной управляю- менее 20 дБ или 10 раз. кание зарядов за пределы каждого све щей способности зарядового преобра- Следует отметить, что предлагаемая точувствительного элемента должно зования, площадь затвора S2 полевого идея для расширения динамического быть исключено Литература 1. Скрылев А.С., Старовойтов В.И., Фрост Н.И. Фоточувствительный прибор с зарядовой связью А-1131 / Электронная промышленность, 1991. –№ 7. – С. 83.

2. Патент №2235443 РФ. МПК7 HO4N 5/335, 3/14, 5/202. Телевизионная камера на матрице приборов с зарядовой связью / В.М. Смелков // Б.И. – 2004. – № 24.

3. Смелков В.М. Устройство ПЗС-телекамеры с новшеством по расширению динамического диапазона / Спецтехника и связь, 2011. № 1. – С. 11 – 17.

4. Никитин В.В., Цыцулин А.К. Телевидение в системах физической защиты. С-Пб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001.

5. Тимофеев В.О. Матричные ФППЗ видимого и ближнего ИК диапазонов с эффективным антиблюмингом и электронным затвором. Доклад на XII научно-технической конференции «Пути развития телевизионных фотоэлектронных прибо ров и устройств на их основе», 27 29 июня 2001, С.-Петербург. Тезисы докладов. С. 74.

6. Смелков В.М. О возможности использования резерва для расширения динамического диапазона телекамеры на ПЗС / Спецтехника и связь, 2009. – № 3. – С. 29 – 34.

7. Владо Дамьяновски «CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии / Перевод с англ. – М.: ООО «Ай-Эс-Эс Пресс», 2006.

02_2011_SPT.indd 15 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 МАНЖЕЛИЙ1 Михаил Иванович, ГОЛУБКОВ2 Геннадий Валентинович, доктор физико-математических наук, профессор ЗВЕЖИНСКИЙ3 Станислав Сигизмундович, доктор технических наук, профессор ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ Показано, что авторегрессионный анализ со скользящим временным окном позволяет обнаружить динамическую нестабиль ность в распределенной электрической сети на ранней стадии развития.

Ключевые слова: авторегрессионный анализ, динамическая нестабильность, электрическая сеть.

It is shown that sliding time window autoregress analysis allow to nd quickly dynamic instability in the distributed electric network at an early stage.

Keywords: autoregress analysis, dynamic instability, electric network.

В последнее время участились ава- электрической цепи, что весьма акту- близительно равной 2,4) является «хо рии и неполадки на ЛЭП и под- ально в приложении к энергетической рошим» индикатором ранней стадии станциях как в России, так и за рубе- безопасности. развития динамической неустойчи жом, вызванные техногенными и при- Сущность авторегрессионного анали- вости. Куртозис (kurtosis) или эксцесс родными явлениями, а также непре- за [4] динамической нестабильности – это четвертый центральный момент рывным увеличением протяженности в электрических цепях заключается в распределения отклонений от средне электрических сетей. Это обусловли- представлении текущего значения век- го, нормированный дисперсией.


вает потребность в их непрерывном тора измеряемого сигнала et в момент Для проведения авторегрессионного мониторинге и разработке оператив- времени t виде ряда: анализа необходимо предварительно ных методов обнаружения неисправ- строить огибающую наблюдаемого ностей (нестабильностей), вызванных, (1) сигнала;

для этого обычно использу техногенными причинами [1 3]. Воз- ются два метода. Первый синхрон можным и, по-видимому, удобным ме- где Xt1,..., Xtn предыдущие выборки, ное детектирование и последующая тодом определения нестабильности в a1,..., ak коэффициенты авторегрес- фильтрация (обработка ФНЧ);

второй распределенных электрических сетях сии, заключается в использовании преоб является авторегрессионный анализ со так, что полная сумма et представляет разования Гильберта с последующим скользящим временным окном, шири- собой белый шум с гауссовским рас- определением модуля его разложения на которого зависит от длительности пределением по величинам ak Xtk для в соответствующей комплексной плос интересующего интервала нестабиль- нулевого среднего значения. При этом кости [5].

ности. Метод потенциально позволяет оказывается, что величина отклонения Для синхронного детектирования же обнаружить динамическую нестабиль- куртозиса измеряемого распределе- лательно скользящее окно с длиной ность на ранней стадии развития в лю- ния от нормального распределения (с выборки, равной целому числу пери бой территориально распределенной эффективной шириной кривой, при- одов исследуемого сигнала промыш – начальник лаборатории Института химической физики РАН им. Н.Н. Семенова, Москва;

– ведущий научный сотрудник Института химической физики РАН им. Н.Н. Семенова, Москва;

16 – ведущий научный сотрудник ЗАО «Телеформ», Москва.

02_2011_SPT.indd 16 26.05.2011 14:41: МЕТОДЫ Рис. 1. Сигнатуры реального сигнала: белая синусоида с выхода токового трансформатора, синий цвет огибающая, выделенная синхронным детектированием (и ФНЧ);

черный цвет огибающая, выделенная с применением БПФ ленной частоты (например, для 4-х информация о быстрых изменениях мальными значениями сигнала (кри периодов – 80 мс), при этом исполь- амплитуды или фазы сигнала. Экспе- вая белого цвета), что характеризует зуется вычисление среднего значения рименты и моделирование показыва- достаточно высокую точность пре за период. Альтернативой является вы- ют, что БПФ-огибающая больше по образования. При этом в огибающей деление постоянной составляющей с амплитуде и не имеет специфических присутствуют все гармоники, содер использованием быстрого преобразо- осцилляций, отсутствие которых явля- жащиеся во входном сигнале. На рис.

вания Фурье (БПФ). Замена «просто- ется характерной особенностью дан- 2б приведена сигнатура при подаче го» среднего значения на постоянную ного метода детектирования. напряжения на подстанции. Заметим, составляющую БПФ проводится в це- Тем не менее при обработке длитель- что в начальный момент включения лях уменьшения ошибки, обусловлен- ных реализаций огибающие, получен- напряжения происходит сдвиг фазы ной усреднением. При произвольной ные с использованием БПФ и синх- за счет изменения физических пара выборке с сигнала наблюдаются ос- ронного детектирования, практически метров сети;

при этом паразитные вы цилляции, возникающие, если отсчеты совпадают (т.е. выбор метода некрити- бросы отсутствуют.

АЦП не попадают строго на максимум чен). На рис. 1 изображены огибающие Для проведения авторегрессионного входного сигнала или носят случайный реального сигнала, снятого с токового анализа со скоростью за время одного характер;

они значительно затрудняют трансформатора подстанции. периода (Т = 20 мс) достаточного вос проведение авторегрессионного ана- Оценки «правильности» выделения пользоваться моделью разложения лиза. огибающей с помощью преобразова- сигнала 4-го порядка. Процедура рас Выделение огибающей методом син- ния Гильберта производилась с помо- чета коэффициентов авторегрессии хронного детектирования имеет два щью реальных сигналов, полученных a1,... ak по (1) сводится к минимизации основных недостатка: эффективно по- с трансформатора напряжения под- значений наименьших квадратов пре давляется «опорный» сигнал промыш- станции Оренбургэнерго;

фрагменты дыдущих и последующих величин. Для ленной частоты, при этом сигналы с сигнатур представлены на рис. 2. Для этого в блок-схему реализации вклю частотами ниже принципиально не по- «стационарного» сигнала (рис. 2а) чается расчетный модуль статистичес давляются;

при вычислении среднего среднее значение огибающей (кривая кого анализа, определяющий куртозис, значения на периоде сигнала теряется красного цвета) совпадает с макси- характеризующий отклонение от нор 02_2011_SPT.indd 17 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 мального распределения и который представляется в виде, (2) где n - полное число отсчетов входной последовательности Xt;

X ее среднее арифметическое значение, средне квадратичное отклонение.

Наличие аномалии в принимаемом сигнале приводит к отклонению от мо дели, которое не обладает нормальным законом распределения. Получено, что если вычисленное по (2) значение кур тозиса:

, (3) то кривая статистического распреде ления сигнала в сети становится шире кривой нормального распределения, что указывает на наличие динамичес кой нестабильности. Прямой экспе римент показывает, что диапазон из менения куртозиса может достигать значений ~ 100.

Для увеличения скорости расчета па раметров авторегрессии использо вался метод адаптивного линейного предсказания (АЛП), основанный на предыдущих значениях сигнала (для огибающей напряжения сети). При Рис. 2. Сигнатуры сигналов в ЛЭП: а) в «стационарном» режиме;

этом различие между АЛП и другими б) при подаче напряжения;

синий цвет сигнал в линии, белый цвет – модельными оценками авторегрессии огибающая, полученная с помощью преобразования Гильберта заключается в том, что адаптивное предсказание можно использовать в реальном масштабе времени.

На рис. 3 приведены сигнатуры сигна лов на подстанции в реальной сети, что соответствовало кратковременному снижению напряжения и сопровожда лись изменением фазы, и было связано с падением электропроводящего пред мета (ветки) на высоковольтную ЛЭП.

Значение куртозиса, найденное по (2), составило около 12.

Вторым, более сложным случаем, заре гистрированным на подстанции, пос лужило кратковременное повышение напряжения, связанное с нарушением фазовых сдвигов между векторами на пряжений в трехфазной ЛЭП. Обра ботка процесса привела к куртозису, равному 20,6. В обоих случаях найден ные значения K существенно превыси ли характерную величину 2,4 для нор мального распределения по (3).

Рис. 3. Сигнатуры кратковременного снижения напряжения сети, сопровождающегося изменением фазы Проведенные исследования позволи 02_2011_SPT.indd 18 26.05.2011 14:41: МЕТОДЫ Рис. 4. Изменение амплитуды напряжения в ЛЭП ли считать, что предложенный метод жения. Заметим, что аналогичная На основе описанного метода развит ал раннего обнаружения технологичес- ситуация наблюдается и при перио- горитм, позволяющий реализовать уни ких отклонений является вполне при- дическом раскачивании частоты, что версальный аварийный регистратор, годным как при понижении, так и при также приводит к существенному работоспособность и эффективность повышении напряжения сети. росту куртозиса. которого не зависят от типа применяе Важным вопросом является возмож- Таким образом, проведенное исследо- мых датчиков, структуры сигнала, в ко ность раннего обнаружения динами- вание показало, что для сигнала напря- тором нет необходимости проведения ческой нестабильности сети. Осцил- жения с произвольным гармоничес- традиционного детектирования сигна лограмма развития нестабильности ким составом и абсолютной величиной ла. Это обеспечивает повышение быс типа «раскачивание» представлена на модель отклонений стационарного тродействия как минимум в 4 раза по рис. 4, где огибающая сигнала напря- течения процесса носит характер нор- сравнению со стандартным методом.

жения (измеряемая в вольтах) была мального распределения. Вид распре- На основе полученных результатов получена на одной из подстанций. При деления существенно меняется, если разработан прототип прибора для мо этом аварийный сигнал был зафикси- процесс становится нестационарным, ниторинга состояний электрической рован в момент времени t 560 c. вызванным динамической нестабиль- сети и раннего обнаружения ее не Вычисленный соответствующий кур- ностью. Разработанный авторегрес- исправности. Одним из результатов тозис для случая рис. 4 равен 50. Этот сионный метод оценки распределе- прогнозируется создание системы по указывает на прямую возможность ния принципиально ориентирован на организации ремонта или замены обо использования рассматриваемого ав- нестационарные процессы и позволяет рудования исходя из его фактического торегрессионного метода для регист- выйти за рамки традиционных подхо- состояния. Проведенные испытания рации динамической нестабильности дов, основанных на задании жестких прототипа показали его высокую эф сети, обусловленной периодическим пороговых условий при принятии ре- фективность, возможность получения «раскачиванием» амплитуды напря- шения. надежных данных Литература 1. Корба П., Ларссон М., Удалов А., Прайсс О. Взгляд в будущее/ АББ Ревю, 2005. № 2.


2. Leirbukt A., Gjerde J.O., Korba P., Uhlen K., Vormedal L.K., Warland L. Wide Area Monitoring Experiences in Norway. Power Systems Conference & Ezposition (PCSE). Atlanta, Okt.-Nov., 2006.

3. Korba P. Real-Time Monitoring of Electromechaical Oscillations in Power Systems / IEEE Proceedings of Generation Transmission and Distribution, 2007. Vol. 1. PP. 80 88.

4. Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сигналов: Практический подход. 2 изд. – М. С.Пб, Киев: Изд. Вильямс, 2004. – 989 с.

5. Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов. М.: Бином, 2006. – 652 с.

02_2011_SPT.indd 19 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 МАНОХИН1 Антон Евгеньевич, кандидат технических наук, доцент АЛГОРИТМ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОПОДОБНЫХ ПОМЕХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АДАПТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ В статье рассматривается алгоритм формирования сигналоподобной помехи с применением адаптивного фильтра, коэф фициент передачи которого подстраивается под спектр сигнала. Такая сигналоподобная помеха практически повторяет спектр полезного сигнала и значительно затрудняет его расшифровку.

Ключевые слова: адаптивная модель сигнала, сигналоподобная помеха, формирующий фильтр, формирующий белый шум, моде лирующий белый шум.

In article the algorithm of forming signal-like disturbance with using adaptive lter (which has tuned under a signal spectrum transfer ratio) is considered. Such signal-like disturbance practically has a desired signal spectrum and considerably complicates decoding the signal.

Keywords: adaptive signal model, signal-like disturbance, generating lter, forming white noise, modeling white noise.

О дним из способов надежной защиты информации, кого фильтра. Основным отличием представленного алго которая циркулирует в выделенном помещении, яв- ритма формирования сигналоподобной помехи является ляется постановка помех, затрудняющих прием и расшиф- принудительное «примешивание» белого шума к полезному ровку полезного сигнала. В этом случае широко исполь- сигналу. В свою очередь, формирующий белый шум в смеси зуются различные генераторы шумовых помех, которые возбуждает N-мерное пространство весовых коэффициен маскируют сигнал, затрудняя возможность у противника тов [1], а адаптивный фильтр 1 настраивается таким обра его обнаружения и выделения в приемном устройстве. При зом, чтобы его выходной сигнал соответствовал исходному этом в условиях априорной неопределенности относитель- процессу по критерию наилучшего среднеквадратического но параметров сигнала зачастую используются генераторы приближения.

шума, излучающие помеховый сигнал достаточно высокой В результате импульсная характеристика адаптивно мощности и широкой частотной полосы. го фильтра 1 будет стремиться к соответствию с полез В этой связи актуальной представляется разработка алго- ным сигналом. Передаточная функция адаптивного филь ритма формирования сигналоподобной помехи, которая тра 1 в установившемся режиме согласно [2] определяется могла бы генерировать помеху с минимально возможной как:

мощностью и амплитудно-частотной характеристикой, пов торяющей спектр сигнала., (1) Алгоритм формирования сигналоподобной помехи где Sx() – спектральная плотность полезного сигнала, S() – спектральная плотность формирующего белого шума.

В основе синтеза алгоритма формирования сигналоподоб- Для того чтобы сформировать сигналоподобную помеху ной помехи (рис. 1) лежит схема классического винеровс- необходимо переписать весовые коэффициенты в адап доцент, Уральский Федеральный университет им. Б.Н. Ельцина, Екатеринбург 02_2011_SPT.indd 20 26.05.2011 14:41: МЕТОДЫ Рис. 1. Структурная схема формирователя сигналоподобной помехи Рис. 2. Структурная схема устройства оценки адекватности модели тивный фильтр 2, на входе которого действует «белый Численно адекватность модели можно оценить по нормиро шум». Таким образом, на выходе такого адаптивного филь- ванному среднему квадрату ошибки:

тра 2 генерируется сигналоподобная помеха, которая по сути является адаптивной моделью сигнала [3].

, (2) Определенный выбор задержки позволяет несколько сни зить дисперсию ошибки моделирования сигналоподобной помехи. В [2] задержку рекомендуется выбирать равной по ловине длины адаптивного фильтра. где x(t) – временная реализация оценки полезного сигна Для оценки адекватности (или качества) формируемой ла, s(t) – временная реализация сигналоподобной помехи, модели полезного сигнала [4] проведем оценку средне- Ps – мощность сигналоподобной помехи, Px – мощность квадратического отклонения временной реализации сиг- полезного сигнала.

налоподобной помехи от временной реализации полезно- Перейдем в формуле (2) к спектральным плотностям и по го сигнала в соответствии со схемой на рис. 2. лучим:

02_2011_SPT.indd 21 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2. (7) Вначале найдем мощность модели марковского процесса:

, (3) где Rsx – взаимная корреляционная функция сигналопо добной помехи и полезного сигнала, К2(j) – коэффициент передачи формирующего фильтра, S – спектральная плот ность мощности моделирующего белого шума.

Учитывая, что для стационарных входных сигналов спект ральные плотности Sx() и S(), входящее в выражение (1), есть неотрицательные и вещественные функции [5], то коэф- (8) фициент передачи адаптивного фильтра также является не отрицательным и вещественным. Тогда коэффициент пере дачи формирующего фильтра K2(j) можно принять равной Затем вычислим интеграл в выражении (7):

квадратному корню из отношения спектральной плотности полезного сигнала к спектральной плотности моделирующе го белого шума.

Поэтому, подставляя (1) в (3), окончательно находим (4). (9) Пусть в качестве полезного сигнала выступает непрерыв- Подставляя выражения (8), (9) в (7) получаем:

ный гауссово-марковский процесс [6] со спектральной плотностью.(10) (5) Находим минимум выражения (10), продифференцировав его по параметру q и приравняв полученное выражение к Тогда оптимальная передаточная функция адаптивного нулю, фильтра 1 представляется (6) где q - отношение мощности марковского процесса и фор мирующего белого шума.

Подставляя спектральные плотности в выражение (4), полу- чаем адекватность модели марковского процесса:

02_2011_SPT.indd 22 26.05.2011 14:41: МЕТОДЫ Решая полученное выражение численными методами, опре- ется устройство формирования оценки дисперсии ошибки деляем оптимальное отношение сигнал-шум q, при котором фильтрации (рис. 4). В него входит генератор помехи, де модель сигнала наиболее адекватна: коррелятор в виде нерекурсивного фильтра, адаптивный автокомпенсатор помех (АКП) [2], устройство оценки дис, персии ошибки фильтрации.

С помощью двухканального адаптивного автокомпенсатора где f – ширина полосы сигнала в Гц, fs – частота дискре- и устройства оценки дисперсии ошибки фильтрации оцени тизации в Гц. вается возможность обнаружения и выделения полезного Таким образом, оптимальным параметром формирования сигнала (марковского процесса) при использовании в ка адаптивной модели полезного сигнала является отношение честве помехи белого шума, марковского процесса, а также мощности полезного сигнала и формирующего белого шума адаптивной модели марковского процесса.

q (рис. 3). Устройство формирования оценки ошибки позволяет мо делировать работу адаптивного автокомпенсатора как в ус ловиях действия коррелированных помех на обоих входах компенсатора, так и при их частичной (или полной) декор реляции. Декорреляция помех осуществляется декорреля тором, выполненным в виде нерекурсивного фильтра. Де коррелятор функционально необходим для создания усло вий, приближенных к реальной работе автокомпенсаторов.

На вход устройства формирования оценки дисперсии ошиб ки фильтрации подается сигнал, к которому примешивается сформированная помеха. Смесь поступает на один вход авто компенсаторов, а на другой помеха, частично декоррелиро ванная с помехой в основном канале. По дисперсии ошибки проводится оценка работы автокомпенсаторов. Для удобства представления дисперсия ошибки определяется как где 12 – нормированное к мощности полезного сигнала среднеквадратическое отклонение полезного сигнала от его оценки на выходе АКП.

Рис. 3. Зависимость от q для марковского С помощью разработанного программного обеспечения процесса при = 0,1: теоретическая (сплошная) и «Система адаптивной постановки помех» были получены за моделируемая (пунктирная) висимости дисперсии ошибки фильтрации полезного сигнала от отношения мощности сигнал-помеха, когда в качестве по Компьютерное моделирование лезного сообщения использовался гауссово-марковский про цесс, в качестве помехи белый шум, гауссово-марковский Для оценки маскирующих свойств сигналоподобной поме- процесс и адаптивная сигналоподобная помеха с разными ко хи, сформированной предложенным алгоритмом, использу- эффициентами взаимной корреляции помех в каналах (r).

Рис. 4. Структурная схема устройства формирования оценки дисперсии ошибки фильтрации 02_2011_SPT.indd 23 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 Параметры моделирования отображены в табл. 1, парамет ры сигнала и помех – в табл. 2. Результаты моделирования изображены на рис. 5–8. Измерение мощности сигнала и помех проводились в полосе Найквиста.

Таблица 1. Параметры моделирования Параметр Значение Частота дискретизации (fS), Гц Объем выборки для оценки 2 Количество выборок для усреднения 2 Число весовых коэффициентов АКП Рис. 6. Зависимость нормированной дисперсии ошибки фильтрации от отношения мощности сигнал-помеха Коэффициент адаптации АКП 0, в условиях действия адаптивной помехи (сплошная) и марковской помехи (штрихпунктирная) при метод коэффициенте взаимной корреляции помех r = 0, Алгоритм адаптации АКП наименьших квадратов [2] Таблица 2. Параметры сообщения и помех Тип Параметры Марковский ширина полосы = 3354 Гц процесс длина адаптивной модели L = 128;

коэффициент адаптации Адаптивная M = 0,01;

помеха отношение с/ш qопт = 5дБ;

алгоритм адаптации – метод наименьших квадратов [2] Рис. 7. Зависимость нормированной дисперсии ошибки фильтрации от отношения мощности сигнал-помеха в условиях действия адаптивной помехи (сплошная) и марковской помехи (штрихпунктирная) при коэффициенте взаимной корреляции помех r = 0, Анализ рис. 5 8 свидетельствует о высокой эффективности постановки адаптивной помехи, сформированной на осно ве алгоритма формирования адаптивных моделей случай ных процессов. Данный алгоритм позволяет сформировать сигналоподобную помеху, по спектральной плотности мощ ности совпадающей с сигналом и с минимально возможной мощностью помехи.

Алгоритм формирования адаптивной модели полезного Рис. 5. Зависимость нормированной дисперсии ошибки сигнала позволяет получать сигналоподобную помеху по фильтрации от отношения мощности сигнал-помеха эффективности значительно выше, чем широкополосный в условиях действия адаптивной помехи (сплошная), шум и при небольшом проигрыше марковской помехе. В марковской помехи (штрихпунктирная) частности, при единичном коэффициенте корреляции по и белого шума (пунктирная) при коэффициенте мех в каналах и отношении мощности сигнал-помеха рав взаимной корреляции помех r = 02_2011_SPT.indd 24 26.05.2011 14:41: МЕТОДЫ Чтобы обеспечить дисперсию ошибки фильтрации 0,4 при использовании сигналоподобной помехи экономия мощ ности по сравнению с белым шумом составляет более 20 дБ, а проигрыш марковской помехе составляет всего 3 дБ Литература 1. Neil J. Bershad, Jose Carlos M. Bermudes. Sinusoidal interference rejection analysis of an LMS adaptive feedforward controller with a noisy periodic reference/ IEEE Transaction on signal processing, May 1998. Vol. 46. № 5.

2. Уидроу Б., Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов/ Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1989. – 440 с.

3. Манохин А.Е. Идентификация случайных процессов на основе формирования их адаптивных моделей/ Журнал Рис. 8. Зависимость нормированной дисперсии научных публикаций аспирантов и докторантов, № 9 – ошибки фильтрации от отношения мощности сигнал Курск: изд. ООО «Редакция Журнала научных публикаций помеха в условиях действия адаптивной помехи аспирантов и докторантов», 2008. – с. 238 241.

при коэффициенте взаимной корреляции помех r = (сплошная), r = 0,99 (точечная), r = 0,95 (пунктирная), 4. Основы теории систем и системного анализа. Учебное r = 0,88 (штрихпунктирная) пособие для вузов. М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 216 с.: ил.

5. Денисенко А.Н. Сигналы/ Теоретическая радиотехника.

ном 15дБ, дисперсия ошибки фильтрации для белого шума Справочное пособие. – М: Горячая линия – Телеком, 2005.

составляет 0,02, для марковской помехи – 0,42, тогда как – 704 с.: ил.

для сигналоподобной помехи – 0,35, что позволяет сигнало- 6. Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и подобной помехой «накрывать» полезный сигнал при мень- синтез: Учеб.пособие для вузов. М.: Радио и связь, 2004.

ших ее уровнях по сравнению с широкополосной помехой. – 608 с.: ил.

02_2011_SPT.indd 25 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 АШИМОВ1 Наиль Мударисович, доктор технических наук, профессор СИНИЦЫН2 Роман Владимирович АПАРИНА3 Юлия Петровна БИРЮКОВ4 Андрей Николаевич РАДИОЛИНИЯ УПРАВЛЕНИЯ, РАБОТАЮЩАЯ С ЧМ-АМ-ФТ СИГНАЛАМИ Рассматривается помехоустойчивость и помехозащищенность системы, в которой широкополосный сигнал формируется пу тем широкополосной частотной модуляции, а двоичный сигнал передается на поднесущей путем амплитудной модуляции.

Ключевые слова: широкополосная частотная модуляция, широкополосный сигнал, фазоманипулированный сигнал.

The noise stability and noise immunity of system in which the broadband signal is formed by broadband frequency modulation is considered, and signal is transferred on bearing by peak modulation.

Keywords: broadband frequency modulation a broadband signal, a signal of phase telegraphy.

Ш ирокополосные сигналы (ШПС) представляют боль- ичными фазоманипулированными сигналами, в которых шой интерес для применения в радиотехнических широкополосность и необходимая величина базы ШПС до системах (РТС) передачи дискретных сообщений благодаря стигаются благодаря использованию широкополосной час ряду преимуществ, которыми они владеют по сравнению тотной модуляции (ЧМ). Двоичная информация содержится с узкополосными сигналами. Широкополосными приня- в поднесущей, в которой ЧМ-колебания модулируются по то считать сигналы, база которых превышает 50…100. Под амплитуде. Таким образом, в данном случае мы имеем дело базой сигнала понимается отношение ширины спектра ра- с колебаниями, модулированными как по частоте с большим диосигнала к ширине спектра видеосигнала, содержащего индексом модуляции, так и по амплитуде.

передаваемую информацию, B = f / F. Структурная схема приема и обработки сигнала приводится Отметим следующие два преимущества ШПС: на рис. 1.

1) ШПС способны противостоять мощным преднамеренным Схема содержит полосовой фильтр Ф, квадратичный детек (специально организованным) помехам, создаваемым в тор огибающей КД, полосовой фильтр Ф1 и далее демодек целях радиоэлектронного подавления сигналов;

ДМ (демодулятор плюс декодер фазоманипулированного 2) ШПС имеют повышенную скрытность благодаря рас- сигнала).

пределению мощности сигнала в широкой полосе частот, Структурная схема демодека ДМ представлена на рис. 2.

равной ширине спектра ШПС.

ШПС целесообразно применять в условиях активного ве дения радиоэлектронной борьбы (РЭБ), когда имеет место фактически дуэльная ситуация «постановщик помех РТС», и известна (задана) мощность преднамеренных помех. Уз кополосные же сигналы следует применять, когда известна (задана) спектральная плотность мощности (напряжения) помех.

Существуют различные способы формирования ШПС. В Рис. 1. Структурная схема приема и обработки сигнала данной работе рассматриваются РТС, работающие с дво – профессор ВУНЦ СВ «Общевойсковая академия Вооруженных Сил РФ»;

2 – адъюнкт ВУНЦ СВ «Общевойсковая академия Вооруженных Сил РФ»;

3 – научный сотрудник ВУНЦ СВ «Общевойсковая академия Вооруженных Сил РФ»;

26 – преподаватель ВУНЦ СВ «Общевойсковая академия Вооруженных Сил РФ».

02_2011_SPT.indd 26 26.05.2011 14:41: ИССЛЕДОВАНИЯ Рис. 2. Структурная схема демодека иметь сумму того же сигнала и узкополосного шума Схема содержит N каналов приема и обработки, в каждом из которых имеется перемножитель сигналов X, фильтр нижних частот ФНЧ, двухсторонний ограничитель, декоди рующее устройство ДУ, вычислитель модуля М и пороговое устройство ПУ, а также местный генератор МГ, блок фазов- Здесь (t) – мгновенная фаза, формирующая широкопо ращателей и элемент логического сложения «ИЛИ», кото- лосный сигнал, A(t) и B(t) – низкочастотные шумовые про рые являются общими для всех каналов. цессы с нулевой средней и нормальным распределением.

Полосовой фильтр Ф настроен на среднюю частоту при- Мощность их по величине совпадает с мощностью узкопо нимаемого ШПС. Полоса пропускания фильтра Ф, ампли- лосного шума тудно-частотная характеристика (АЧХ) которого близка по форме к прямоугольной, практически совпадает по величи не с шириной спектра f ШПС. На выходе квадратичного детектора КД выделяется огибающая АМ-сигнала. Полосо- Амплитудно-модулированные колебания описываются вы вой фильтр Ф1 настроен на частоту поднесущей и согласо- ражением ван с символом ФМ-сигнала.

Местный генератор МГ вырабатывает колебания, совпада- (1) ющие по частоте с поднесущей или близкие к ней. Колеба ния местного генератора поступают на соответствующие где M – коэффициент (глубина) модуляции, частота входы перемножителей сигналов со сдвигом по фазе, рав- поднесущей.

ным 2/N, где N – число каналов. Для того чтобы исключить влияние пик-фактора на досто На практике можно обходиться тремя – четырьмя канала- верность приема сигнала и помехоустойчивость, примем ми, при этом достигается достоверность приема n-разрядно го двоичного сигнала, соответствующая когерентному при- (2) ему ФМ-сигнала с известной начальной фазой.

Ограничитель О выполняет роль решающего элемента при Далее принимается М = 1,0, следовательно, имеем приеме символов двоичной комбинации и является призна ком поэлементной обработки сигнала. Вычислитель модуля (3) М служит для устранения многозначности (двузначности) входного ФМ-сигнала. Пороговое устройство ПУ выпол- На выходе квадратичного детектора получаем няет роль решающего элемента при приеме всей двоичной комбинации. Сигнал на выходе порогового устройства воз никает, если правильно приняты не менее n – s символов из n, т.е. допускается не более s ошибок в приеме символов Первый член этого выражения образует СС-составляющую, двоичной комбинации. Сигнал на выходе схемы появляется, полученную путем взаимодействия сигнала с самим с собой если он принят хотя бы в одном из каналов. в квадратичном детекторе, второй член дает СХ-составля Предполагается, что на входе схемы действует сумма широ- ющую, образованную взаимодействием сигнала с шумом, кополосного сигнала третий член соответствует ХХ-составляющей, образован ной взаимодействием шума с самим с собой. Выражение для СС-составляющей на выходе квадратичного детектора и на выходе полосового фильтра Ф1 после отбрасывания и белого шума. На выходе полосового фильтра Ф будем высокочастотных составляющих имеет вид 02_2011_SPT.indd 27 26.05.2011 14:41: Спецтехника и связь № 2 Поскольку полоса пропускания фильтра Ф1, согласованного (4) с символом двоичного сигнала, во много раз меньше полосы пропускания фильтра Ф (ширины спектра ШПС), мощность а для СХ- и ХХ-составляющих на выходе квадратичного де- шума в полосе фильтра Ф1 можно определить по упрощен тектора огибающей соответственно получаем ной формуле (11) (5) где m = f /f1 отношение полос пропускания фильтров Ф и Ф1.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.