Разработка экспериментальной установки для исследования распространения лазерного модулированного излучения через армосферу тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Огнев Борис Игоревич

• Огнев Борис Игоревич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Огнев Борис Игоревич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА1. БЕСПРОВОДНЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

(ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1 Общая характеристика беспроводной лазерной технологии передачи данных

1.2 Беспроводные лазерные системы (БЛС)

1.3 Внешние параметры, влияющие на работу БЛС

1.4 Внутренние параметры, влияющие на работу БЛС

1.5 Основные принципы конструирования экспериментальной установки

1.6 Выводы

ГЛАВА 2. ЛАЗЕРНЫЙ МОДУЛЬ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

2.1 Описание экспериментальной установки

2.2 Лазерный модуль экспериментальной установки

2.3 Оптическая схема лазерного модуля

2.4 Система автоматической корректировки ОДН

2.5 Блок интерфейсов экспериментальной установки

2.6 Выводы

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Оптоволоконный дуплексер

3.2 Система пространственной стабилизации ОДН

3.3 Алгоритм определения центра пятна датчика ОДН

3.4 Алгоритм управления точкой стабилизации усилителя

3.5 Анализ эффективности конструктивных решений экспериментальной установки с учетом воздействия турбулентной атмосферы

3.6 Эксперименты по установлению и устранению влияния городской среды (реальной трассы) на параметры БЛС

3.7 Результаты исследований качества измерительного канала экспериментальной установки

3.8 Результаты измерений в мультиспектральном режиме работы экспериментальной установки

3.9 Исследование по определению максимальной рабочей дистанции экспериментальной установки

3.10 Выводы

Заключение

Список литературы

Приложение А. Патенты на изобретения

Приложение Б. Акты внедрения, отзывы

Приложение В. Информационные материалы по продукции

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка экспериментальной установки для исследования распространения лазерного модулированного излучения через армосферу»

Актуальность темы

Исследование распространение лазерного излучения через атмосферу особенно актуально для проектирования и эксплуатации оптических средств лазерной дальнометрии, высокоточного пространственного сканирования и систем оптической беспроводной связи как на Земле так и в каналах Земля-Космос, в реальных условиях динамически изменчивой турбулентности атмосферы над неоднородной структурой подстилающей поверхности: город, водные преграды, промышленные зоны и т.п.

Современное развитие науки и техники требует повышения как скорости сканирования объектов, так и точности измерения расстояния фазовым методом при сканировании до долей миллиметров. Такое решение возможно только при увеличении частоты модуляции лазерного излучения до 10 ГГц. Аналогичные требования возникают и для систем оптической связи. При этом необходимо обеспечить симметричное прохождение оптического сигнала по одной воздушной трассе, по одной оптической оси. С ростом частоты модуляции требуется повысить собираемую мощность на приёмных устройствах и для оптимизации измерительного канала возникает необходимость в сужении диаграмм направленностей передающих и приёмных оптических апертур до долей миллирадиан. Это в свою очередь требует высокоточного совмещения оптических осей пространственно-разнесённых лазерных модулей системы. Учитывая, что оборудование эксплуатируется в широком температурном диапазоне необходимо учитывать возможную разъюстировку измерительного канала из-за деформации оснований, на которые устанавливаются лазерные модули и автоматически компенсировать отклонения оси диаграммы направленности в реальном режиме времени.

В процессе работы систем лазерное излучение проходит через атмосферу -тем самым в измерительный канал вносятся оптические помехи. Стохастическое изменение уровня мощности, вызванное турбулентностью атмосферы, приводит к

выходу сигнала за пределы динамического диапазона приёмника, что снижает достоверность полученных данных в процессе работы систем.

При создании новых перспективных лазерных систем необходимо проведение комплекса экспериментальных исследований в части выбора оптимальных технических и алгоритмических решений как в лабораторных, так и в реальных условиях эксплуатации лазерных приборов.

Таким образом, на сегодняшний день актуальными являются научно-технические задачи по созданию инженерно-конструкторских решений, позволяющих осуществить симметричную передачу и приём лазерных сигналов по одной оптической оси, а также разработке и обоснованию алгоритмов обеспечивающих прецизионно точное совмещение осей диаграмм направленности и высокую достоверность принятых информационных сигналов в условиях динамически меняющейся атмосферы и сильной фоновой засветки.

Степень разработанности темы

Вопросы распространения лазерного излучения в условиях турбулентной атмосферы рассмотрены в работах В.Е. Зуева, А.М. Обухова, А.С. Гурвича, В.И. Татарского, П.В. Короленко, А.М. Зотова, И.И. Мохова, В.П. Лукина, С.Г. Гаранина, С.Н. Кузнецова и др. В работах представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований по вопросам оптики турбулентной атмосферы, рассмотрены вопросы влияния атмосферной турбулентности на лазерное изучение, методы определения параметров турбулентности с помощью флуктуаций лазерного излучения. Анализ состояния проблемы свидетельствует о том, что теоретическое описание физических механизмов процессов, протекающих в турбулентной атмосфере при прохождении лазерного излучения, требует в каждом случае проверки экспериментальными исследованиями. Современный уровень понимания природы распространения лазерного излучения в атмосфере допускает как различные интерпретации экспериментальных результатов, так и построение разных моделей описания физических процессов в атмосфере и приборах, например, обеспечивающих высокоскоростную оптическую связь.

Поиск путей решения задачи проведения широкого спектра экспериментальных исследований по прохождению высокочастотного лазерного излучения через атмосферу при создании новых оптических систем с частотой модуляции до 10 ГГц является актуальным и востребованным. Важным вопросом остается реализация возможности мультиспектрального излучения и приёма оптических лазерных сигналов, без их электрооптического и оптоэлектронного преобразования, используя законы геометрической оптики, что обеспечит «прозрачность» измерительного канала для широкого спектра сигналов.

Цель работы: создание аппаратно-программного комплекса для исследования распространения в турбулентной атмосфере лазерного излучения с расширенным до 10 ГГц диапазоном частоты модуляции.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих задач:

- проведение анализа существующих конструкций лазерных систем с учётом особенностей их эксплуатации;

- исследование и разработка оптической схемы и конструкции волоконно-оптического приёмопередающего тракта лазерного терминала с учётом возможности применения геометрической оптики и волнового мультиплексирования нескольких оптических сигналов;

- анализ и обоснование разработки собственного алгоритма определения центра пятна, принимаемого координатным датчиком от маяка удаленного терминала экспериментальной установки с учётом особенностей её работы в условиях турбулентной атмосферы и паразитных оптических помех;

- оценка эффективности выбранных конструктивных решений экспериментальной установки с учетом требований геометрической оптики и воздействия турбулентной атмосферы, выработка решений, позволяющих увеличить достоверность данных экспериментов.

Методология и методы исследования

При выполнении настоящей работы применялись аналитические методы, методы математического и компьютерного моделирования. Теоретические методы применялись в совокупности с экспериментальными исследованиями по приёму и

передаче оптических сигналов в различных погодных условиях и на различных дистанциях.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

1. Впервые на основе алгоритма определения центра пучка разработана система пространственной стабилизации оси диаграммы направленности приемо-передающего лазерного модуля, позволяющая улучшить характеристики лазерных систем за счёт увеличения в 2 раза точности работы датчика оси диаграммы направленности (ДОДН) в условиях сильных оптических помех, характерных для систем, работающих в условиях атмосферы.

2. Предложен и впервые реализован способ вывода одномодового оптического излучения в атмосферу и его приём по одной оптической оси, обеспечивающий разделение принимаемого и передаваемого сигналов на одной длине волны более 60 дБ.

3. Предложен и впервые реализован способ согласования распределения мод лазерного модулированного излучения в оптоволокне с его дальнейшим излучением в атмосферу и многомодовым приёмом по одной оптической оси.

4. Впервые разработан алгоритм, определяющий оптимальное значение излучаемой мощности удалённым терминалом на основе экспериментально определяемого статистического образа краев вероятностного распределения, позволивший снизить частоту появления ошибочных битов в измерительном канале экспериментальной установки.

5. Проведен анализ конструктивных решений оптической схемы экспериментальной установки по снижению воздействия турбулентности атмосферы, влияющего на качество проводимых измерений, и показано, что одним из способов является применение многомодового волокна в тракте приёма-передачи.

6. Впервые реализована конструкция узла ввода-вывода лазерного терминала на основе волоконно-оптического дуплексера, примененного в

экспериментальной установке и позволившего использовать технологию геометрической оптики и волнового мультиплексирования для повышения частоты модуляции лазерного излучения до 10 ГГц на одной длине волны в диапазоне 1530 - 1560 нм. Научные положения, выносимые на защиту

1. Оптическая система, построенная с использованием оптоволоконного дуплексера, обеспечивает в одной апертуре одновременный вывод одномодового излучения в диапазоне 1530 - 1560 нм и приём при параллельной передаче до 10 оптических сигналов с частотой модуляции до 10 ГГц.

2. В условиях сильных оптических помех автоматическая коррекция оптической оси диаграммы направленности приёмо-передающего лазерного модуля, построенная с использованием дифференциально-интегрального алгоритма нахождения абонента, снижает погрешность угла отклонения от направления на удалённый терминал в 2,5 - 10 раз.

3. Динамическая подстройка мощности излучения удалённого терминала, реализованная на основе статистически определяемого положения точки стабилизации, в 5 раз уменьшает уровень ошибок в измерительном канале.

Практическая значимость подтверждается созданием экспериментальной установки, позволившей провести исследования по распространению высокочастотного лазерного излучения с частотой модуляции до 10 ГГц через атмосферу. Созданный оптоволоконный дуплексер может быть использован в качестве ключевого узла моноапертурных оптических схем лазерных приборов, для работы которых требуется приём и передача по одной оптической оси мультиплексированных сигналов через атмосферу, а предложенный способ динамической стабилизации мощности на приёме позволит повысить степень достоверности принимаемых данных. Предложенный в диссертационной работе алгоритм определения центра пятна излучения, принимаемого координатным датчиком от удаленного терминала экспериментальной установки способен

обеспечить увеличение скорости и точности определения маяка в системах автоматического прецизионного наведения при работе в условиях сильных оптических помех.

Достоверность и обоснованность результатов и выводов работы обеспечиваются непротиворечивостью их фундаментальным положениям распространения световых волн, физической обоснованностью используемых моделей, строгостью математических и численных методов, согласованностью с материалами других авторов, качественным согласием с данными экспериментов и практическим внедрением. Личный вклад автора

Основные результаты исследований по созданию лазерного модуля беспроводной оптической связи: разработка конструкторских решений устройств, оптических схем, алгоритмов, систем автоматического регулирования, программного комплекса, экспериментальные исследования и испытания были выполнены автором.

Апробация результатов работы

Основные результаты настоящей работы докладывались на:

• XXIII международной научно-практической конференции «Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии и геоэкологии» (Новороссийск, ГМУ имени Ф.Ф. Ушакова, 2015 г.);

• XXV международной научно-практической конференции «Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии и геоэкологии» (Новороссийск, ГМУ имени Ф.Ф. Ушакова, 2017 г.);

• XXVI международной научно-практической конференции «Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии и геоэкологии» (Новороссийск, ГМУ имени Ф.Ф. Ушакова, 2018 г.);

• Международный научно-технический форум «Современные технологии в науке и образовании-2018» (Рязань, РГРТУ, 2018 г.);

• XXVIII международной научно-практической конференции «Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии и геоэкологии»

(Новороссийск, ГМУ имени Ф.Ф. Ушакова, 2020 г.);

Публикации

По материалам работы опубликовано 16 печатных работ, из них 6 статей опубликованы в ведущих рецензируемых журналах и изданиях, определённых ВАК РФ, 2 работы в изданиях входящих в реферативную базу данных Scopus, 8 работ в материалах международных научно-технических конференций, 1 патент на изобретение РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы и трёх приложений, демонстрирующих уровень и значимость результатов работы. Общий объем работы 157 страниц машинописного текста, включая 70 рисунков, 7 таблиц.

ГЛАВА1. БЕСПРОВОДНЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ СИСТЕМЫ

(ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1 Общая характеристика беспроводной лазерной технологии

передачи данных

Технология беспроводной оптической сигнализации является самым древним вариантом передачи информации бесконтактным способом. Первыми "системами" связи стали сторожевые посты, располагавшиеся вокруг поселений на специально построенных вышках или башнях, а иногда просто на деревьях. При приближении неприятеля зажигался костер тревоги. Увидев огонь, зажигали костер часовые на промежуточном посту, и неприятелю не удавалось застать жителей поселения врасплох. Маяки, сигнальные ракеты, световая сигнализация и другие средства до сих пор несут свою "информационную службу" на море и на суше. Изобретение электричества, телеграфа, телефона и, в особенности, беспроводной радиосвязи более чем на 100 лет забросило системы оптической связи на задворки истории, но не навсегда. Появление лазеров возродило интерес к оптической связи [1].

Беспроводная оптическая связь с каждым годом набирает популярность, что подтверждается значительным ростом числа публикаций на тему БОС. Опубликованы многочисленные книги [2-5] и статьи, посвященные преимуществам БОС в сравнении с радиочастотными (ЯР) системами [6, 7]. Много внимания уделяется отдельным конструктивным решениям аппаратуры, различным конфигурациям и сценариям применения такой технологии.

Актуальность применения беспроводной оптической передачи данных кроется в уникальных преимуществах технологии: огромном потенциале в части наращивания пропускной способности, низким уровнем задержек, высокой электромагнитной совместимостью и скрытностью [8]. БОС применяется во многих приложениях [9, 10] от высокоскоростной связи внутри кристалла процессора [11] до космических каналов передачи данных [12]. В зависимости области применения и дальности связи, системы БОС можно разделить на шесть категорий [13]:

1. Ультракороткая БОС. Предназначена для внутрипроцессорных коммуникаций и используются для связи между ядрами процессора, что позволяет обеспечить взаимодействие между тысячами ядер в одном чипе, а так же для обеспечения эффективного соединения с сотнями процессоров, которые предполагается размещать на одном кристалле [14].

2. БОС ближайшего радиуса действия. Работают преимущественно в видимом диапазоне длин волн (390-750 нм), обычно называют передачей в видимом свете (Visible light communication или VLC) [15]. Принцип работы систем VLC заключается в управлении частотой мерцания светодиода, кодирующего цифровой сигнал в видимый свет и интегрированы в осветительные приборы. При этом наблюдатель не может заметить визуальной разницы между обычным светильником и светильником, передающим данные. Такие системы предназначены, как правило, для комнатного применения и рассчитаны на небольшие дистанции связи в несколько метров [16]. Системы VLC могут использоваться для подключения к интернету в самолётах, медицинских центрах и других местах, где критично применение радио технологий, для высокоскоростной передачи аудио и видео данных в реальном режиме времени, в системах интеллектуального трафика на дорогах [17, 18].

3. БОС среднего радиуса действия. Атмосферные оптические линии связи (Free Space Optics или FSO) работают в инфракрасном диапазоне длин волн (7501600 нм). Предназначается для организации связи через атмосферу на расстояниях до нескольких километров [19]. Такие системы применяют операторы фиксированной и мобильной связи для решения проблем «последней мили», подключения базовых станций, разнесённых объектов инфраструктуры и т.д. [20, 21, 22].

4. БОС большой дальности. Системы данной категории предназначены для связи с мобильными объектами, такими как самолёты, аэростаты, беспилотные летательные аппараты, корабли и т.д. Дистанции связи измеряются десятками километров. Оборудование ориентировано, прежде всего, для специального и военного применения, где требуется передавать большие объемы данных в режиме

максимальной скрытности. Одновременно с этим в данном приложении актуальна возможность работы оптического канала связи в условиях электромагнитных помех, созданных системами радиоэлектронной борьбы (РЭБ) [23-25].

5. Сверхдальние БОС. Данные системы предназначены для связи космических аппаратов (КА), расположенных на разных орбитах между собой и для связи с землёй. Сейчас параллельно развиваются несколько проектов по созданию спутниковых НО группировок, например, SpaceX, Telesat, Leosat, при участии крупных компаний Boing, Airbus, Facebook, Google [26]. Ключевым элементов этих проектов являются высокоскоростные межспутниковые связи, которые представляется возможным реализовать только на технологии Free Space Optics. [27]. В соответствии с мировыми тенденциями в 2017 году в России активизировался интерес к системам и сервисам с использованием космической инфраструктуры. В рамках реализации программы «Цифровая экономика» предусмотрено создание Глобальной многофункциональной инфокоммуникационной спутниковой системы (ГМИСС). В настоящий момент это программы «Сфера» и «Эфир» с группировкой низкоорбитальных спутников более 600 шт., связь между которыми планируется реализовать с помощью БОС [28-30].

6. Подводные БОС. Применяются для сбора данных со стационарных подводных датчиков, управления беспилотными подводными аппаратами (сбор и передача информации, задание маршрута обследования), связи в группировке автоматизированных беспилотных подводных аппаратов. Актуальность применения в водной среде продиктована возможностью бесконтактной высокоскоростной передачей информации [31-37].

Способ передачи данных, используемый в системах БОС, был заложен в основу волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), которые работают на тех же принципах, за одним лишь исключением, что от пагубного влияния атмосферы огородились кордом волоконного кабеля и обеспечили комфортную среду для распространения лазерного излучения [38]. И в этом случае беспроводная оптическая связь, эволюционировав в проводную технологию, обеспечила громадный качественный скачок в развитии мировой телекоммуникационной

отрасли. Она уверенно потеснила медные кабели на всех участках сети от сетей дальней связи (long-haul network), которые соединяют города и регионы, до локальных сетей, вплоть до подключения компьютера - технология FTTH (Fiber To Home) [39, 40].

1.2 Беспроводные лазерные системы (БЛС)

Концепция передачи информации и проведение измерений через атмосферу с использованием модулированного света достаточно стара и, хотя значительные достижения получены за последние 20 лет, идея остается относительно простой: узкий луч света от передающей лазерной системы проходит через атмосферу и попадает в приемную систему. Поскольку беспроводные лазерные системы и волоконно-оптические системы используют инфракрасные (ИК) длины волн и имеют одинаковые возможности по полосе передачи, БЛС часто называют «без волоконной оптикой» или «беспроводной лазерной» связью. Кроме того, учитывая тот факт, что оптический спектр не лицензирован в области частот порядка сотен терагерц, большинство БЛС использует простую амплитудную модуляцию, то есть ту же самую стандартную технику кодирования, которая используется в цифровой волоконной оптике. В системах, использующих цифровое кодирование, наличие света кодирует единицу, а его отсутствие - ноль. Эта простая модуляционная схема позволяет конструировать БЛС как частотно- и протоколо-прозрачные соединения физического уровня.

К основным преимуществам БЛС можно отнести следующее [41-43]:

- Существующие системы БЛС обеспечивают высокую пропускную способность и качество цифровой связи при скорости передачи данных до 40 Гбит/с при показателе битовых ошибок (BER - bit error rate) всего 10-12 и уровне задержки не более 100 мкс [44]. Таких параметров невозможно достичь при использовании любых других беспроводных технологий передачи информации.

- Применение БЛС не требует разрешения на использование частотного диапазона, так как в системе используется инфракрасный диапазон электромагнитного спектра далеко за границей 400 ГГц (определенной как верхняя

граница для радиочастотного регулирования линий связи на территории РФ) и никаких лицензий и специальных разрешений не требуется.

- Высокая защищённость канала от несанкционированного доступа и скрытность. Ни одна беспроводная технология передачи не может предложить такую конфиденциальность связи, как лазерная. Перехватить сигнал можно только установив сканеры-приемники непосредственно в узкий луч от передатчиков. Реальная сложность выполнения этого требования делает перехват практически невозможным; отсутствие ярко выраженных внешних признаков (в основном, это электромагнитное излучение) позволяет скрыть не только передаваемую информацию, но и сам факт информационного обмена.

- Высокий уровень помехоустойчивости и помехозащищенности (БЛС). Они невосприимчивы к радиопомехам и сами их не создают; не оказывают влияния на работоспособность радиооборудования: множество каналов беспроводной связи можно устанавливать в непосредственной близости друг от друга (до 1-5 метров). За счет этого в густонаселенных районах можно достигать большой плотности покрытия без проблем с помехами от одновременной работы нескольких систем.

- Возможность установки БЛС там, где затруднительно проложить проводную линию связи. Например, в плотной городской застройке, через железную дорогу (автомагистраль), через природные преграды (реки, озёра, горную местность и т.д.).

- Скорость и простота развёртывания БЛС.

Наряду с основными достоинствами беспроводных лазерных оптических систем связи хорошо известны и их главные недостатки [45]:

- Зависимость канала связи от погодных условий: туман, снег. Они значительно снижают эффективность работы БЛС.

- Необходимость обеспечения прямой видимости между излучателем и приёмником.

- Необходимость точного позиционирования приёмо-передатчиков.

- Ограниченная дальность связи (в пределах нескольких километров).

Благодаря своим преимуществам БЛС позволяют решать проблемы «последней мили», развивать городские сети передачи данных и голоса, осуществлять подключение домашних сетей или офисов к сети Интернет, соединять базовые станции мобильных операторов, а также организовывать резервные каналы связи или расширять существующие каналы при высокой степени защищённости.

БЛС позволяет организовывать каналы связи типа «точка-точка». БЛС состоят из двух идентичных терминалов (приёмо-передающих модулей ППМ) или лазерных модулей, устанавливаемых напротив друг друга в пределах прямой видимости и дополнительных блоков, как правило, отвечающих за питание, мониторинг/настройку ППМ и подключение к каналообразующему оборудованию.

Рисунок 1.1 - Схема включения БЛС

Передаваемый поток данных от каналообразующей аппаратуры поступает в виде электрических или оптических сигналов на интерфейсный модуль, в котором происходит кодирование различными помехоустойчивыми кодами. Далее сигнал модулируется лазерным излучателем и фокусируется оптической системой передатчика в узкий коллимированный луч, который передается через атмосферу к

приёмнику. Чем выше частота модуляции, тем больше объем передаваемой информации. На принимаемой стороне оптическая лазерная система фокусирует оптический сигнал на высокочувствительный фотодиод (или лавинный диод), который преобразует оптический пучок в электрический сигнал, то есть происходит его декодирование. После дальнейшего усиления и обработки сигнал поступает на интерфейс, а оттуда на аппаратуру пользователя. Тоже самое происходит на встречном направлении, таким образом, обеспечивается параллельная двунаправленная связь.

При рассмотрении БЛС необходимо учитывать ряд важных параметров, которые можно разделить на две категории - внутренние и внешние. Внутренние параметры связаны с конструкцией системы и включают мощность излучения, длину волны, полосу частот, угол расходимости и оптические потери на приемной стороне, чувствительность приемника, битовую ошибку, диаметр приемных линз, угол зрения приемника.

Внешние параметры, или неспецифичные для системы параметры связаны со средой, в которой должна работать система - они включают видимость и атмосферное поглощение, сцинтилляции, дистанцию связи и потери наведения. Важно понять, что многие из этих параметров не независимы, а связаны между собой, определяя общее функционирование системы. Так, доступность системы является функцией не только расстояния, но также локального климата и конструкции приемопередатчика.

Кроме того, система для работы на большие расстояния (> 1 км) может не быть оптимальной для достижения высокого уровня доступности (> 99.9 %) на короткой дистанции. В целом, оптимальное проектирование БЛС сильно зависит от планируемого применения, требуемой доступности канала связи и стоимости решения.

1.3 Внешние параметры, влияющие на работу БЛС

Факторы окружающей среды.

Работа канала связи на базе БЛС прежде всего зависит от климатических условий и физических характеристик места установки. В целом, погодные условия и параметры установки, воздействующие на видимость, оказывают влияние и на качество связи. Типичная БЛС работоспособна на расстоянии в два-три раза, превышающем расстояние прямой видимости в любых условиях окружающей среды. Главные факторы, воздействующие на ее работу, включают атмосферное поглощение, сцинтилляцию, наклоны или движение опоры, солнечная засветка и перекрытие прямой видимости.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Огнев Борис Игоревич, 2023 год

Список литературы

1. Вильям К. Пратт «Лазерные системы связи», М. "Связь", 1972.

2. А.А. Катанович Ю.Л. Николашин, «Корабельные оптические системы связи», С-Петербург, «Судостроение», 2009.

3. H. Hemmati «Near-Earth Laser Communications», CRC Press, 2009.

4. A. Majumdar «Free-Space Laser Communications: Principles and advances», Springer, 2008.

5. M. Uysal «Optical Wireless Communications», Springer, 2016.

6. D. Trondle «Alphasat-Sentinel-1A Optical Inter-Satellite Links: Run-Up for the European Data Relay Satellite System», SPIE 9739, 2016.

7. D. Boroson «Overview and results of the lunar laser communication demonstration» SPIE 8971, 2014.

8. I.B. Djordjevic «Advanced Optical and Wireless Communications Systems» ISBN: 9783319631516, 2017.

9. H. Kaushal «Free Space Optical Communication, Optical Networks», DOI 10.1007/978-81-322-3691-7_1, 2017.

10.H. Kaushal, G. Kaddoum «Free Space Optical Communication: Challenges and Mitigation Techniques» IEEE Communications Surveys & Tutorials, Volume: 19 , Issue: 1 , Firstquarter 2017, DOI: 10.1109/œMST.2016.2603518 P: 5796.

11.J. Xue, A. Garg, B. Ciftcioglu, J. Hu, S. Wang, I. Savidis, M. Jain, R. Berman, P. Liu, M. Huang, H. Wu, E. Friedman, G. Wicks, D. Moore «An Intra-Chip Free-Space Optical Interconnect», ISCA'10, June 19-23, 2010.

12.А.В. Бобков «Основные преимущества применения атмосферных оптических линий связи для организации канала передачи данных», «Проблемы передачи информации в инфокоммуникационных системах». Сборник докладов и тезисов VII Всероссийской научно-практической конференции г. Волгоград, 2016.

13.A.S. Hamza, J.S. Deogun, D.R. Alexander, «Classification Framework for Free Space Optical Communication Links and Systems», IEEE Communications Surveys and Tutorials, https://doi.org/10.1109/COMST.2018.2876805.

14.I. Savidis, B. Ciftcioglu, J. Xu, J. Hu «Heterogeneous 3-D circuits: Integrating free-space optics with CMOS», Microelectronics Journal, Volume 50, April 2016, Pages 66-75.

15.I. Siddique, M.Z. Awan, M.Y. Khan, A.M. Li-Fi «The next generation of wireless communication through Visible Light Communication (VLC)» Technology International Journal of Scientific Research in Computer Science, Engineering and Information Technology, 2019, Volume 5, Issue 1, ISSN : 2456-3307 DOI : https://doi.org/10.32628/CSEIT1838108.

16. А. Макаров «Полупроводниковая светотехника» №6, 2017.

17.M. Uysal, H. Nouri «Optical Wireless Communications - An Emerging Technology», 16th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), Graz, Austria, 2014.

18.И.П. Петрусь, Е.А. Гузенкова «Аспекты практического использования беспроводной оптической технологии передачи данных», Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Выпуск 2, 2014.

19.S. Agarwal, Y. Singhal, P. Bhardwaj «An Overview of Free Space Optical Communication» International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT), Volume 55, Number-3, 2018 ISSN: 2231-5381.

20.N.O. Sadiku S.M. Musa «Free Space Optical Communications: An Overview» European Scientific Journal February 2016, doi: 10.19044/esj.2016.v12n9p55

21.A.K. Mohammad; U. Murat «Survey on Free Space Optical Communication: A Communication Theory Perspective», IEEE Communications Surveys & Tutorial, 2014 DOI: 10.1109/COMST.2014.2329501.

22.Heinz Willebrand, Ph.D., and Baksheesh S. Ghuman, "Free-Space Optics: Enabling Optical Connectivity in Today's Networks", 2002 by Sams Publishing.

23.Naval S & T Strategy: Innovations for the Future Force, 2015 [Online]. Available: https: //www.onr.navy. mil/en/About-ONR/sciencetechnology-strategic-plan.aspx.

24.С.Н. Кузнецов, Б.И. Огнев, Е.Г. Чуляева «Беспроводная оптическая сеть связи между мобильными морскими объектами» ISSN 1995-4565/ Вестник РГРТУ. 2018. №63. с. 59-63. DOI: 10.21667/1995-4565-2018-63-1-59-63

25.Чуляева Е.Г., Кузнецов С.Н., Огнев Б.И. «Концепция построения сети беспроводной оптической связи между надводными кораблями» // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2018. Т. 11. № 1. С. 66 72. DOI: 10.18721/JPM.11107

26.А.П. Данилкин, В.А. Козлов «Мировые тенденции развития малых спутников», Национальная безопасность № 6, 2016.

27.А.А.Романов, А.Е.Тюлин, А.К. Пономарев «Фотонные технологии в космическом приборостроении», Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы, 2016, том 3, выпуск 2, c. 4-23.

28.«ЭФИР Спутниковая система глобальной связи или Глобальная многофункциональная информационная спутниковая система (ГМИСС)» www.tadviser.ru (дата обращения: 22.10.2018).

29.«Российская глобальная спутниковая система связи «Эфир» Досье https://tass.ru (дата обращения: 22.10.2018).

30.«Российская глобальная спутниковая система связи «Эфир» сможет обеспечить доступ к сети интернет из любой точки мира» https://360tv.ru (дата обращения: 22.10.2018).

31. Giles J.W., Bankman I.N. «Underwater optical communications systems» Part 2: Basic Design Considerations. - MILCOM 2005, 2005.

32.N. Farr, A.D. Chave, L. Freitag, J. Preisig, S. White, D. Yoerger, F. Sonnichsen «Optical Modem technology for seafloor observatories», Proceedings of the IEEE Oceans 2006, 2006.

33.F. Hanson «High bandwidth underwater optical communication», Applied Optics, 2008, vol. 47.

34.K. Alhammadi. «Applying wide field of view retroreflector technology to free space optical robotic communications», dissertation submitted to the Graduate Faculty of North Carolina State University in partial fulfillment of the degree of Doctor of Philosophy In Electrical Engineering Raleigh, North Carolina, 2006.

35.С.Н. Кириллов, С.А. Балюк, С.Н. Кузнецов, А.С. Есенин «Разработка модели распределения оптического сигнала в водной среде для подводных систем передачи информации», ISSN 1995-4565. Вестник РГРТУ. № 2 (выпуск 40). Рязань, 2012 страницы 3-8.

36.С.Кузнецов, Б.Огнев, С.Поляков «Система оптической связи в водной среде» Журнал «Первая миля», 2014, страницы 46-51.

37.H. Kaushal, G.Kaddoum «Underwater Optical Wireless Communication», April 29, 2016. DOI: 10.1109/ACCESS.2016.2552538.

38.Journal of Basic and Applied Engineering Research Print ISSN: 2350-0077; Online ISSN: 2350-0255; Volume 1, Number 6; October, 2014 pp. 86-89

39.V.Alwan «Optical network Design and implementation», Cisco Press, H.809, 2004.

40.P.E. Balaguer, J.M. Gené, O. Diaz, S. Figuerola «Fiber-to-the-Home Technologies», 2002.

41.Гуров В.С., Зоркин В.С., Гомозкова Е.Ю., Кондрахин А.А., Мельничук Г.В., Паюров А.Я., Огнев Б.И., Чуляева Е.Г. Учебное пособие, «Информационные лазерные технологии в промышленности и системах связи», РГРТУ 2016.

42.В. Вишневский, С. Кузнецов, Д. Лаконцев, С. Поляков «Гибридное оборудование на базе радио- и лазерной технологии», Первая миля, 2007.

43. С.Н. Кузнецов, С.Ю. Поляков «Беспроводная связь - вопросы выбора», Системы абонентского доступа, ТСС, 2007.

44.А.А. Боев, М.Ю. Керносов, С.Н. Кузнецов, Б.И. Огнев, А.А. Паршин «Беспроводный канал передачи информации со скоростью 40 Гбит/с»

Труды XXIII Международной Конференции г.Новороссийск, Краснодарский край, ГМУ имени адмирала Ф.Ф. Ушакова 2017. с. 120.

45. Д. Прохоров «Атмосферные оптические линии связи» // Технологии и средства связи № 1, 2004.

46.С.Н. Кузнецов, С.Ю. Поляков, Dr. O. AlAli, B. Hashem «Беспроводный канал 10 Гбит/с: ключевые особенности и результаты тестирования», Инновации в науке, производстве и образовании: сб. тр. науч.-практ. конф./отв. Ред. К. Н. Гаврилов, В. А. Степанов; РГУ им. С.А. Есенина. Рязань, 2013. С. 83-91.

47.В.Е. Зуев «Распространение лазерного излучения в атмосфере» - М.: Радиои связь, 1981

48.H.H. Refai, P.G. LoPresti, "Switch-and-stay and switch-and-examine dual diversity for highspeed free-space optics links," IET Optoelectron 6(1), 34-42, 2012.

49. K. Tyson, "Bit-error rate for free-space adaptive optics laser communications," J. Opt. Soc. Am. A 19(4), 753-758, 2002.

50.V. Weerackody and A. Hammons, «Wavelength Correlation in Free Space Optical Communication Systems», IEEE Military Communications Conference 2006, pp. 1-6.

51.J.A. Anguita, M.A. Neifeld, and B.V. Vasic, «Spatial correlation and irradiance statistics in a multiple-beam terrestrial free-space optical communication link», Appl. Opt. 46(26), 6561-6571, 2007.

52. И. Ким, Е. Коревар «Доступность атмосферных оптических линий связи (АОЛС) и гибридных АОЛС/радиочастотных систем связи» http: //www. qos.ru/

53.F.D. Kashani, R.H. Rad «Reliability analysis of an auto-tracked FSO link under adverse weather condition», Optik - International Journal for Light and Electron Optics, 2013. DOI: 10.1016/j.ijleo.2013.03.147

54.Bloom S. et al. Principles of operation FSO-systems // Journal of optical networking. 2003 V. 2, № 6

55.G.A. Cap, H.H. Refai, J.J. Sluss «FSO Tracking and Auto-Alignment Transceiver System», SPIE Vol. 7112, 2008.

56. Вишневский В. М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей. М., 2003

57.N.D. Chatzidiamantis, A.S. Lioumpas, G.K. Karagiannidis, S. Arnon «Adaptive subcarrier PSK intensity modulation in free space optical systems» IEEE Trans. Commun. 59(5), 1368-1377, 2011.

58.Каталог «Волоконно-оптические трансиверы, конвертеры интерфейсов» fibertrade.ru.

59.Г.Г. Ишанин, Н.К. Мальцева, Учебное пособие, «Приёмники оптического излучения на внешнем фотоэффекте», ФГОБОУ ВПО «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики», 2013.

60.Патент США US5448391

61.Патент РФ 2155450 http://www.findpatent.ru/patent/232/2328077.html

62. С.Кузнецов, Б.Огнев, С.Поляков, С.Юрко, «Wireless communications at 10Gb/s» SPIE, апрель 2014. http://spie.org/x108306.xml

63.А.А. Боев, М.Ю. Керносов, С.Н. Кузнецов, Б.И. Огнев, С.Ю. Поляков, Е.Г. Чуляева, С.Е. Широбакин «Анализ эффективности конструктивных решений в лазерном модуле устройства атмосферной линии связи» Труды XXVI Международной Конференции г.Новороссийск, Краснодарский край, ГМУ имени адмирала Ф.Ф. Ушакова 2018. с. 165.

64. Сайт фирмы АО МОСТКОМ http://www.moctkom.ru.

65. Сайт фирмы AOptix Technologies, Inc www.aoptix.com.

66.S. Arnon, J. Barry, G. Karagiannidis R. Schober, «Advanced Optical Wireless Communication Systems» Cambridge University Press 2012.

67.Сайт фирмы LightPointe Communications, Inc. www.lightpointe.com.

68. Сайт фирмы ООО Оптические ТелеСистемы www.optica.ru.

69.R.B. Fisher and D.K. Naidu, «A comparison of algorithms for subpixel peak detection» // in Image Technology, Advances in Image Processing, Multimedia and Machine Vision, 1996, pp. 385-404.

70.М.Ю. Керносов, Б.И. Огнев, Е.Г. Чуляева «Устройство автоматического контроля оси диаграммы направленности лазерного излучения в атмосферной оптической линии связи» Труды XXI Международной Конференции г.Новороссийск, Краснодарский край, ГМУ имени адмирала Ф.Ф. Ушакова 2015. с.73-74.

71. V. Matiukas, D. Miniotas, "Detection of laser beam's center-line in 2D images", // Elektronika ir Elektrotechnika, no. 7(95), pp. 67-70, 2009.

72. A. Molder, O. Martens, T. Saar, R. Land, "Laser Line Detection with Sub-Pixel Accuracy", // Elektronika ir Elektrotechnika, vol. 20, no. 5, pp. 132-135, 2014.

73.Л.Н. Костяшкин «Совмещение изображений в корреляционно -экстремальных навигационных системах». Монография. Под ред., М.Б. Никифорова. - М.: Радиотехника, 2015.

74.Листвин В. Н., Трещиков В. Н. DWDM системы. - М.: Издательский Дом «Наука», 2013.

75.Recommendation ITU-T G.694.1

76.А.А. Боев, М.Ю. Керносов, С.Н. Кузнецов, Б.И. Огнев, А.А. Паршин «Беспроводный канал передачи информации со скоростью 40 Гбит/с» ISSN 1995-4565/ Вестник РГРТУ. 2017. №62. с. 44-48 DOI: 10.21667/19954565-2017-62-4-44-48

77.А.С. Есенин, С.Н. Кузнецов, И.В. Огнев, А.А. Паршин, С.Ю.Поляков «Комплексный анализ качества каналов Ethernet» // Технологии и средства связи. 2006. № 2.

78. С.Н. Кузнецов, С.Ю. Поляков «Методика тестирования каналов связи Ethernet» // Технологии и средства связи. 2005. №4.

79.М.Ю. Керносов, Б.И. Огнев, Е.Г. Чуляева «Система пространственной стабилизации оси диаграммы направленности лазерного излучения в атмосферной линии связи» ISSN 1993-7296/ Научно-технический журнал

«Фотоника». 2016. №4/58/2016. с. 68-78. DOI:10.22184/1993-7296.2016.58.4.68.78

80.F. Blais «Review of 20 years of range sensor development», Journal of Electronic Imaging, 2004. - Vol. 13(1) - P. 231-243.

81.Демкин В., Демкин А., Шадрин М., Будагов Ю. Лазерные опорные системы. Фотоника. 2012. № 3(33). - 38-44 с.

82.М. Ю. Керносов, С. Н. Кузнецов, Б. И. Огнев, С. Ю. Поляков, С. Е. Широбакин «Анализ эффективности конструктивных решений оборудования высокоскоростной оптической беспроводной связи с учетом воздействия турбулентной атмосферы», Сборник трудов XXV Международной Конференции Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии, геоэкологии и транспорте - 2017.

83. Сайт продукции Artolink: www.artolink.com

84.А.А. Боев, С.Н. Кузнецов, Б.И. Огнев, С.Ю. Поляков «Алгоритм определения центра пучка для системы наведения беспроводной оптической связи» ISSN 1995-4565/ Вестник РГРТУ. 2015. №54. Часть 1. с. 55-59.

85.Е.Г. Чуляева, В.С. Зоркин, Б.И. Огнев, Методические указания к лабораторным работам по курсу «Конструирование и технологии газоразрядных приборов и устройств на их основе», РГРТУ, 2016.

86.А.В. Баскакова, А.А. Боев, М.Ю. Керносов, С.Н. Кузнецов, Б.И. Огнев, С.Ю. Поляков, С.Е. Широбакин «Электромагнитная система стабилизации» Труды XXVI Международной Конференции г.Новороссийск, Краснодарский край, ГМУ имени адмирала Ф.Ф. Ушакова 2018. с. 107.

87.Т.И. Арсеньян, А.М. Зотов, П.В. Короленко, М.С. Маганова, В.Г.Макаров «Интегральные распределения флуктуаций лазерного излучения в условиях перемежаемости атмосферной турбулентности», «Оптика атмосферы и океана», 14, N8, 2001.

88.В.П. Аксенов, Ф.Ю. Канев, Д.С. Куксенок, Н.А. Макенова, А.В. Хапаева, Известия Томского политехнического университета. 323, N 2. С. 181., 2013.

89.А. С. Гурвич, А.И. Кон, В.Л. Миронов, С.С. Хмелевцов «Лазерное излучение в турбулентной атмосфере», (М.: Наука, 1976).

90.А. Исимару «Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. Многократное рассеяние, турбулентность, шероховатые поверхности и дистанционное зондирование», Пер. с англ. (М.: Мир, 1981).

91. В. Лукин «Дифференциальный измеритель параметров атмосферной турбулентности», Фотоника - №5, 2010.

92.Б.И. Огнев, Н.С. Хромченко, Е.Г. Чуляева «Анализ эффективности конструктивных решений в лазерном модуле устройства атмосферной линии связи» //Сборник трудов II МНТК и МНМК «СТНО-2018» Том 2. -Рязань: РГРТУ, 2018. С. 33-37.

Приложение А. Патенты на изобретения.

Приложение Б. Акты внедрения, отзывы.

Акт внедрения, РГРТУ, лабораторная работа

«УТВЕРЖДАЮ» Проректор по учебной работе / ФГ и ТУ ВО^Р» имений юсударствсииый /- рвмотехиичсский университет имени [||Г пЙйи1 11|ВФ У^кииа»

\ ^^ХчШЛ ¿21 Л.В Корпи.

_2022 г

ЛКТО ВНКДРЕНИИ

регул паю» диссертационной работы ил соискание учСиоА степени кандидата технически* наук О йена Бориса Иторевича а учебный процесс федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшею обргониииа «Ра«некий (псу дарственный радиотехнический университет имени В.Ф. Утки1и»

С <Ч11№1» настоящий акт о том. что рстультаты диссертационной работ Огнем Ьориса Игоревича нсполыованы а Федеральном государственном обрвкмкательиом учреждении высшею оораювдния «Рвмшскнй госу* дарственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина». Ратрабо-(аннаа в рамках диссертационной работы тепериментальная установка применяете* а качестве обору.юаания дм оснащения лабораторной работы: «Исследование атмосферной оптической линии святи Агьйшк М1-Ов в ранках освоения студентами направленна 11 03.02 «Инфокоммуникашмнные технологии и системы емм« учебной дисциплины «Оптические системы передачи»

Члены комиссии:

Исполняющий обатаииости декана факультета радиотехники и телекоммуникаций

Председатель методической комиссии факультета радиотехники и телекоммуникаций Заведующий кафедрой ралиоупраалемна и с пяти

( торив А В

К орлее» ВА

Дмитриев В Т,

Приложение В. Информационный материал по продукции, разработанной с использованием результатов диссертационной работы.