Регенерация одиночных сверхкоротких радиоимпульсов для стробоскопического преобразования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат наук Бойков, Константин Анатольевич

• Бойков, Константин Анатольевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Бойков, Константин Анатольевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Сверхкороткоимпульсные сигналы и методы их цифровой

обработки

1.1 Системы радиовидения

1.2 Определение сверхширокополосных сигналов

1.3 Быстродействующие аналого-цифровые преобразователи

1.4 Метод масштабно-временного преобразования

1.5 Метод строб-фрейм-дискретизации

1.6 Радиофотонный метод оцифровки

1.7 Регенеративные системы

1.8 Основные выводы к первой главе

ГЛАВА 2. Построение регенеративных систем

2.1 Идеальная регенеративная система

2.2 Регенеративная система на быстродействующих радиокомпонентах

2.2.1 Широкополосный усилитель

2.2.2 Электрический делитель сигнала

2.2.3 Линия задержки

2.2.4 Быстродействующий коммутатор

2.3 Регенеративная система на базе средств радиофотоники

2.3.1 Электрооптическое преобразование

2.3.2 Оптический усилитель

2.3.3 Оптический расщепитель

2.3.4 Оптическая линия задержки

2.3.5 Оптический изолятор

2.3.6 Быстродействующий фотодиод

2.4 Основные выводы ко второй главе

ГЛАВА 3. Построение моделей регенеративных систем в среде

SIMULINK

3.1 Модель идеальной регенеративной системы

3.2 Модель регенеративной системы на быстродействующих радиокомпонентах

3.3 Модель регенеративной системы на элементах радиофотоники

3.4 Основные выводы к третьей главе

ГЛАВА 4. Аппаратная реализация регенеративной системы и

экспериментальные исследования

4.1 Анализ и выбор электронной компонентной базы устройства регенерации

4.2 Моделирование макета регенеративной системы

4.3 Экспериментальные исследования функционирования регенеративной системы на базе быстродействующих радиокомпонентов

4.4 Основные выводы к четвертой главе

Заключение

Список сокращений

Библиографический список

Приложения

П.1. Акт о внедрении результатов диссертационной работы

П.2. Положительное решение о выдаче патента на полезную модель

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Регенерация одиночных сверхкоротких радиоимпульсов для стробоскопического преобразования»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Современные задачи радиовидения [34] очень тесно связаны с разработкой и оптимизацией высокоточных методов преобразования и восстановления сверхко-роткоимпульсных (СКИ) сигналов [45]. Построение временного профиля эхоло-кационного СКИ, составляющего радиоизображение цели или материальной среды по ее радиофизическим параметрам, и сравнение его с уже имеющимися в базе данных радиопортретными откликами - основополагающий принцип идентификации в сверхширокополосном активном радиовидении. Действительно, электродинамика сверхвысокочастотных радиоволн позволяет, принимая рассеянные объектом или материальной средой СКИ-сигналы и исследуя их особенности формоизменения, судить не только о геометрической структуре объекта, но и о мгновенных состояниях и неоднородностях среды, ее радиофизических свойствах

[4].

На сегодняшний день существует ряд практических решений преобразования электромагнитных СКИ колебаний в цифровой код, позволяющий выполнять задачи численного анализа и обработки радиосигналов. Такие решения, как правило, используют принципы стробоскопического преобразования [33], так как классическое прямое аналого-цифровое преобразование (АЦП) и параллельное преобразование с мультиплексированием каналов АЦП не эффективно для оцифровки СКИ [56,65], поскольку не обеспечивают субнаносекундного разрешения.

Недостатками стробоскопического метода масштабно-временного преобразования (МВП) являются повышенные требования к высокоточной синхронизации и генерации стробирующих импульсов (импульсов выборки), исключающие любые отклонения, приводящие к ложным всплескам и искажениям в обрабатываемом радиосигнале, а также восстановление исходного СКИ за несколько тактов, что исключает возможность оцифровки СКИ по одиночному приему. Точностные характеристики стробирующих импульсов можно повысить за счет использования средств радиофотоники [70], или же путем перехода к технологии

строб-фрейм-дискретизации (СФД) [18,21]. Однако устранить необходимость приема идентичных импульсов для восстановления исходного СКИ, данными методами, не представляется возможным [33,60]. Так, например, зондирование объекта серией импульсов в системах активного радиовидения пеленгируемых целей при реализации оцифровки СКИ методом стробоскопического МВП, либо посредством технологии СФД приводит к увеличению вероятности обнаружения радиолокатора [48], что, в свою очередь, повышает его уязвимость к системам радиоэлектронного противодействия. Накачка энергии для создания мощного СКИ занимает протяженное время, относительно длины самого импульса и отраженный СКИ от объекта, стремительно меняющего свое положение в пространстве, может быть искажен при очередной смене направления его движения, что не позволит МВП и СФД получить достоверную информацию о радиоизображении зондируемой цели. Интерес так же представляет исследование радиофизических характеристик квазистабильных сред, способных изменять свои свойства за время соизмеримое с длительностью одиночного радиоимпульса.

Таким образом, для решения проблемы однократной регистрации СКИ методами стробоскопического преобразования предлагается использование регенеративной системы (РГС) ^1^8], позволяющей ввести в замкнутый цикл СКИ, одновременно с этим отдавая его энергетическую часть с сохранением формовре-менной конфигурации для дальнейшего стробоскопического преобразования, открывая перспективу новых возможностей в восстановлении отраженного СКИ за однократный прием.

Целью работы является разработка и исследование РГС, обеспечивающей возможность восстановления СКИ за однократный прием методами стробоскопического преобразования.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Разработка и анализ структурной схемы РГС, определение ее основных достоинств и недостатков.

2. Синтез идеальной функциональной модели РГС и исследование ее основных параметров при помощи блок-диаграмм в графической среде имитационного моделирования Simulink. Анализ работы РГС в составе стробоскопических преобразователей.

3. Численное моделирование радиоизображений объектов (неоднородностей среды) в пакете программного электродинамического моделирования FEKO 7.0 для создания тестовых СКИ радиоволнового отклика.

4. Построение прототипа РГС и исследование его основных параметров с учетом влияния шумов, искажений, затухания в среде Simulink и частотных свойств - в среде схемотехнического моделирования Proteus.

5. Проведение экспериментальных исследований и анализ результатов на основе разработанного образца макета РГС.

Методы исследования

Для решения поставленных задач применялись численные методы схемотехнического анализа, лежащие в основе специализированных систем автоматизированного проектирования, методы теории линейных электрических цепей, численные методы электродинамики и радиофизики, статистической радиотехники, методы проведения экспериментальных исследований с использованием метрологического программно-аппаратного обеспечения.

Научная новизна исследований состоит в следующем:

1. Для стробоскопического преобразования впервые предложен метод восстановления одиночного СКИ-сигнала посредством его последовательной регенерации.

2. Получены и экспериментально подтверждены основные условия устойчивости РГС в режиме последовательной регенерации СКИ.

3. Рассчитано и экспериментально подтверждено необходимое число циклов регенерации для восстановления одиночного СКИ стробоскопическими методами преобразования при заданном отношении сигнал/шум.

4. Исследовано влияние шумов, искажений, затухания СКИ на процесс регенерации импульсной последовательности.

Практическая и научная значимость работы

1. Предложен метод регенерации последовательности для стробоскопического преобразования с целью построения радиолокационных портретов объектов в радиовидении или исследования радиофизических характеристик квазистабильных сред по одному регистрируемому радиоимпульсу.

2. Построена и исследована модель РГС в программной среде Simulink с учетом влияния шумов, искажений, затухания СКИ, позволяющая оценить воспроизводимую точность восстановления исходного СКИ.

3. Разработана и рассчитана схема электрическая принципиальная РГС на быстродействующих радиокомпонентах в среде схемотехнического моделирования Proteus, позволяющая выбрать частотный диапазон функционирования для СКИ заданной длительности.

4. Спроектирован и создан макет РГС на быстродействующих радиокомпонентах, позволяющий исследовать возможности восстановления одиночного СКИ методами стробоскопического преобразования.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Использование РГС в сочетании со стробоскопическими методами преобразования позволяет восстановить СКИ-сигнал по одному регистрируемому радиоимпульсу.

2. Минимальное число циклов регенерации последовательности СКИ ограничено необходимой точностью восстановления радиоимпульса, а максимальное - шумами, искажениями и затуханиями СКИ в РГС.

3. Отношение сигнал/шум, позволяющее обеспечить взаимную корреляционную оценку исходного и восстановленного СКИ не хуже 0,9 должно превышать 9 дБ в диапазоне числа регенераций 15 < N < 20.

Достоверность полученных результатов

Достоверность результатов диссертационных исследований определяется адекватностью математической и схемотехнической модели регенеративной системы, техническим соответствием опытного макета теоретическому описанию исследуемой РГС, критерием соответствия которых служат корреляционный анализ и среднеквадратичное отклонение исходного и восстановленного СКИ. Также достоверность подтверждается актом о внедрении результатов диссертационных исследований и публикациями в сборниках конференций и рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Апробация результатов диссертационных исследований

Основные положения диссертационных исследований докладывались на следующих международных и всероссийских конференциях:

1. III Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем» («Радиоинфоком - 2017»), г. Москва, 2017 г.

2. 20-я Всероссийская молодежная научная школа-семинар «Актуальные проблемы физической и функциональной электроники», г. Ульяновск, 2017 г.

3. VIII Научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов «Научные чтения к 70-летию со дня основания ПАО «НПО» АЛМАЗ» по тематике «Актуальные вопросы развития систем и средств ВКО», г. Москва, 2017 г.

4. IX Всероссийкая школа-конференция молодых ученых «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» («INTERMATIC-2017»), г. Москва, 2017 г.

5. XV молодежная научно-техническая конференция «Радиолокация и связь -перспективные технологии», г. Москва, 2017 г.

6. Семинар «Развитие научной школы РЭБ на базе ЦНИРТИ» в программе праздничных мероприятий, посвященных 75-летию ЦНИРТИ им. А.И. Берга, г. Москва, 2018 г.

7. VI Всероссийская научно-техническая конференция «Проблемы и перспективы развития информационно-управляющих систем РЛС ВЗГ дальнего обнаружения, интегрированных систем и комплексов информационного обеспечения воздушно-космической обороны и комплексов управления и обработки информации» («РТИ Системы ВКО-2018»), г. Москва, 2018 г.

Публикации по теме диссертации

По тематике диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 3 публикации в журналах из перечня рекомендованных ВАК, 1 публикация принята к опубликованию журнал Scopus, 5 работ в сборниках международных и всероссийских конференций. По результатам исследований получено положительное решение на выдачу патента на полезную модель (№ 2018104375 «Череспериодный регенератор квазистационарной последовательности субнаносекундных радиоимпульсов» от 06.02.2018 г.), подана заявка на патент на изобретение (№ 2018104373 «Циклогенеративная система спектрально-временной рекуперации сверхкороткоимпульсных сигналов» от 06.02.2018 г.).

Практическое внедрение результатов работы

Разработанный метод регенерации одиночных СКИ и макет РГС рекомендуются к использованию в научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработках АО «МНИИРС» при изучении радиофизических характеристик среды распространения радиоволн, рельефа, а также текстуры зондируемых поверхностей по их радиолокационным портретам для анализа устойчивых условий работы стационарных, самолетных, поездных и морских станций спутниковой связи, а также в стендовых испытаниях по высокоточному восстановлению одиночных СКИ методами стробоскопическо-

го преобразования в качестве перспективного потенциала развития помехоустойчивой радиосвязи в радионавигации и спутникового радиовидения.

Личный вклад автора

Основные результаты диссертационных исследований получены как лично автором, так и в соавторстве с научным руководителем. Совместно с научным руководителем обсуждались цели работы и пути их достижения. Личный вклад включает выбор методик анализа и расчета, моделирование с использованием специального программного обеспечения, разработку схемотехнических решений, проведение экспериментальных исследований и анализ полученных результатов.

ГЛАВА 1. СВЕРХКОРОТКОИМПУЛЬСНЫЕ СИГНАЛЫ И МЕТОДЫ ИХ

ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ

В настоящее время разработка и внедрение эффективных методов и средств аппаратной обработки и численного анализа СКИ-сигналов, является наиболее перспективным направлением в решении фундаментальных и прикладных задач радиовидения и радиофизики. Так, например, системы радиовидения позволяют получить некоординатную информацию об объекте, о его строении, создать пространственную модель цели [34]. Особенно актуально построение перспективных систем субнаносекундного радиовидения, отображающих изображения окружающих предметов и объектов в радиоволновом диапазоне с разрешением, сравнимым с возможностями лидаров - оптических систем лазерного инфракрасного стереовидения [2]. Однако в отличие от оптического видения, радиовидение позволяет получать радиоизображения объектов независимо от погодных условий, освещенности, с относительно приемлемой дальностью в широком обзорном секторе, не исключая объектов, не различаемых в ИК-диапазоне волн.

Системы радиовидения позволяют решать фундаментальный спектр исследовательских задач радиофизики и электродинамики при регистрации неоднород-ностей и характеристик квазистабильных сред, способных изменять свои свойства за время соизмеримое с длительностью одиночного радиоимпульса, в тоже время эффективно используя широкий ряд прикладных направлений: радиотехнические задачи специального назначения (радиотехническая разведка, высокоточное радионаведение, пеленгация, навигация, радиообнаружение и т.д.), гражданские (спутниковое картографирование, геологическая разведка, обнаружение загрязнений химического происхождения на водной поверхности, контроль катастроф, наводнений, пожаров, землетрясений и т.д.) [2,34].

Однако для практической реализации указанных выше возможностей радиовидения необходимо не только обнаружить и принять СКИ, но и корректно его восстановить, для дальнейшего численного анализа.

1.1 Системы радиовидения

Различают пассивное, активное и гибридное радиовидение. Пассивное радиовидение обладает существенными недостатками - невысокой чувствительностью и сравнительно низким пространственным разрешением, в тоже время обеспечивает скрытность исследования, не ограничивает расстояние до объекта наблюдения и не требует использования зондирующих генераторов. Активное радиовидение в свою очередь обладает большей чувствительностью и пространственным разрешением вследствие облучения объекта зондирующими импульсами высокой мощности и применения численной обработки принимаемого сигнала. Гибридное радиовидение сочетает в себе особенности систем активного и пассивного радиовидения [48].

При приеме отраженной от цели электромагнитной волны и параметрическом анализе, возможно определение не только наличия, но и свойств цели. Зондируемый объект рассеивает волны во все направления, соответственно и в обратном направлении относительно прихода зондирующего излучения, что говорит о возможности приема отраженной волны в той же точке, из которой она распространяется.

Одновременно с этим, прямолинейное распространение зондирующего излучения в однородной среде дает возможность установить угловые координаты зондируемой цели. Измеряя задержку распространения электромагнитной волны и учитывая неизменность скорости ее распространения, возможно определение дальности от объекта до локатора. Незначительное затухание при распространении в атмосфере и космическом пространстве обеспечивает большие дальности обнаружения целей даже в сложных тропосферных метеоусловиях (следует заметить, что при переходе к диапазону рабочих частот в несколько десятков ГГц, затухание в атмосфере ограничивает дальность их распространения).

Электромагнитная волна, отраженная от движущейся цели, имеет отличную от зондирующей волны длину (доплеровское смещение), что позволяет выявлять

нестационарные объекты, а также вычислять скорость, посредством определения значения изменения частоты.

Перспективные радиолокационные системы радиовизионного наблюдения на сегодняшний день реализуются на основе зондирования сверхширокополосными (СШП) сигналами. Наиболее часто используемые критерии широкополосности приведены в следующем разделе.

1.2 Определение сверхширокополосных сигналов

Одним из методов получения радиоизображения является облучение объектов СШП сигналами [45]. В качестве СШП сигналов чаще всего выступают СКИ - импульсы наносекундной или субнаносекундной длительности без несущего частотного заполнения. Такие радиоимпульсы, обычно, имеют длительность от десятков пикосекунд до единиц наносекунд, их спектр лежит в диапазоне от сотен мегагерц до десятка гигагерц [38,49].

Сигнал называют сверхширокополосным, если коэффициент широкополос-ности 0,25 < л < 2:

(!)

где /в - верхняя частота в спектре сигнала; /Н - нижняя частота в спектре сигнала

[4].

Если принять среднюю частоту в спектре /СР как:

-г _ ~$н /лч

!ср - 2 (2)

а ширину спектра Af:

А/ - /в - /н, (3)

то СШП можно назвать СКИ, ширина спектра которого близка к средней частоте:

А/

. (4)

Часто на практике СШП радиоимпульс реализуется в качестве производных видеоимпульса возбуждения антенны и представляет собой колебание из не-

скольких периодов [40]. Дифференцирование или интегрирование таких СКИ-сигналов дает этот же класс СКИ, так, что дифференцирование увеличивает число переходов сигнала через ноль (лепестков), снижая показатель широкополосности ^ (1), а интегрирование уменьшает число лепестков, увеличивая ^ [65].

Зачастую в радиовидении используют классификацию широкополосности, основанную на пространственной протяженности сигнала (произведении скорости света с и длительности импульса А(). СШП-сигнал в данном случае определяется как [1]:

с ■Аг« Г, (5)

где Г - размер зондируемого объекта.

Применение СШП-сигналов в радиолокационной технике, благодаря высокой точности и высокой разрешающей способности позволяет напрямую определять скорость движения цели без использования эффекта Доплера, а так же обнаруживать и определять форму цели на фоне отражений от подстилающей поверхности [46].

Как правило, в качестве зондирующих СКИ сигналов в современных системах активного радиовидения используются производные гауссовского импульса:

и (г) = 2-2, (6)

у12Ш 2

где о - коэффициент среднеквадратического отклонения (СКО), иМ - амплитуда импульса.

Использование данной функции очень удобно при получении зондирующих СКИ, поскольку все ее производные абсолютно гладкие, а модель без несущего заполнения с двумя и более лепестками можно представить дифференциальным выражением п-го порядка [14,35,36]:

-г2

ип (г) = им—в2-2. (7)

М Ж"

При этом форма излучаемого антенной СКИ представляет собой производную 1-го порядка (моноцикл Гаусса), а отраженного - производную п-го порядка, или их комбинацию.

Еще одной важной особенностью импульса (6) является совпадение по форме его спектральной плотности с временной функцией, иными словами спектральная плотность также является гауссовской кривой:

/2

-t

ТТ -J®t

U(jw) = {еУ dt. (8)

л/2щу -да

1.3 Быстродействующие аналого-цифровые преобразователи

Одним из основных элементов преобразования отраженных электромагнитных СКИ колебаний в цифровой код, позволяющим решать задачи программно-численного анализа и обработки радиосигналов, является аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Одновременно со своей решающей необходимостью, АЦП является первичным звеном, к которому предъявляются особые требования в обеспечении временного и, как следствие, частотного разрешения для систем обработки СКИ-сигналов. Несмотря на стремительное развитие твердотельной радиоэлектроники, а также прогресс характеристик, на сегодняшний день штатные схемотехнические решения лучших сверхбыстродействующих параллельных АЦП признанных мировых лидеров (Analog Devices, Maxim Integrated Products, Linear Technology, Texas Instruments) имеют частоту дискретизации не более 3 Гвыб/с (таблица 1) [63].

Таблица 1 - Сверхбыстродействующие АЦП.

Наименование Частота дискретизации, ГГц Число бит Производитель

AD9208 3 14 Analog Devices

AD9625-2500 2,5 12 Analog Devices

AD9625-2000 2,0 12 Analog Devices

MAX108 1,5 8 Maxim Integrated Products

AD9680-1250 1,25 14 Analog Devices

AD9680-1000 1,0 14 Analog Devices

LTC2158-12 0,31 12 Linear Technology

В соответствии с теоремой В.А. Котельникова [22] непрерывный сигнал s(t) с ограниченным спектром можно точно восстановить (интерполировать) по его отсчетам взятым через интервалы:

А = —, (9)

2 ■ ^

где ^ - верхняя частота спектра сигнала.

Исходя из этой теоремы, очевидно, что при обработке субнаносекундных импульсов использование даже таких сверхбыстродействующих АЦП (3 Гвыб/с) в классическом включении малоэффективно, принимая во внимание ширину спектрального диапазона СКИ хотя бы 2 ГГц. К тому же СКИ-сигнал не является непрерывным и увеличение ширины полосы частот зондирующих сигналов до нескольких гигагерц приводит к необходимости аналого-цифрового преобразования со скоростью 10 Гвыб/с и более.

1.4 Метод масштабно-временного преобразования

Противоречивые требования повышения чувствительности и широкополос-ности при анализе СКИ-сигналов в субнаносекундном диапазоне не могут быть реализованы только за счет совершенствования основных характеристик и параметров, существующих на сегодняшний день АЦП.

Как решение данной проблемы можно рассмотреть преобразование (трансформацию) спектра СКИ-сигналов, позволяющее принимать и анализировать субнаносекундные и пикосекундные сигналы посредством АЦП с низкой частотой дискретизации, но высоким разрешением [33].

Одним из таких методов трансформации спектра является метод стробоскопического преобразования, предполагающий дискретизацию исследуемых сигналов при помощи импульсов выборки сверхмалой длительности с периодом А^ЫБ с шагом дискретизации АТ, где выбирается одна точка квантования за один или несколько тактов дискретизации (рисунок 1).

Рисунок 1 - Принцип стробоскопического преобразования.

В качестве альтернативы применению параллельного высокоскоростного АЦП, в системах радиовидения зачастую используется одна из разновидностей стробоскопического преобразования - метод масштабно-временного преобразования (МВП), построенный на дискретизации анализируемых сигналов посредством импульсов выборки сверхмалой длительности [33]. Масштабно-временным называется преобразование СКИ-сигнала в сигнал другого временного масштаба и^), где величина q - коэффициент преобразования (коэффициент масштабно временной трансформации), определяемый отношением длительностей полученного и исходного сигнала.

Принцип МВП состоит в определении значений СКИ-сигнала в точках дискретизации, во время действия строб-импульса с их дальнейшей обработкой уже в более низкочастотном диапазоне. В итоге формируется последовательность, по которой можно восстановить принятый сигнал по точкам дискретизации в увеличенном временном масштабе. Восстановленный сигнал имеет на несколько порядков большую длительность по сравнению с исходным, при полном сохранении той же формы (рисунок 2).

Рисунок 2 - Структурная схема стробоскопического метода МВП.

На данном рисунке серия сверхкоротких импульсов, принята блоком приема и обработки (БПО). После обработки и усиления широкополосным усилителем (ШУ) серия СКИ длительностью АТ1 и периодом следования АТ2 поступает на вход АЦП, который тактируется импульсами, сгенерированными БПО с периодом

Ывыб = АТ2 + АТ.

Обычно в МВП не осуществляется связь между формированием длительности строб-импульсов и обработкой значений в точках дискретизации, что позволяет получить широкую полосу пропускания и высокую чувствительность одновременно.

Масштабно-временное изменение СШП сигнала в д раз приводит к изменению масштаба частот спектральных составляющих преобразованного сигна-

ла Usq(t) в q'1 раз:

1

Usq (ю) = - us (J-) .

q q

где комплексные спектральные плотности определяются как:

ж ж

Us (JW) = \U(t) • )dt; USq (Ja>) = \U(qt) • ht.

(10)

(11)

Из выражения (11) видно, что линейное МВП (сжатие спектра сигнала без искажения формы) возможно только при пропорциональном временном расширении этого сигнала и только в параметрических цепях, эквивалентная схема кото-

—ж

—ж

рых может быть представлена в виде четырехполюсника с передаточной функцией [41]:

РО) = Р ■ в[-М<0 + ^. (12)

где Р - модуль передаточной функции, - начальный сдвиг времени между входным и выходным сигналом, а - коэффициент пропорциональности.

Одна из разновидностей МВП состоит в чередовании нескольких АЦП с более низкой частотой дискретизации, что обеспечивает высокую частоту дискретизации в совокупности [70]. Каналы таких структур расположены со сдвигом во времени АТ (шаг дискретизации), который определяется частотой следования импульсов строба. Так, на структурной схеме, изображенной на рисунке 3, сверхкороткий импульс длительностью АТ1, принятый БПО и усиленный ШУ поступает на входы нескольких АЦП, разрешение на преобразование которые получают от регистра сдвига (РС). РС тактируется импульсами, сгенерированными БПО [А7].

^/БПО

| дл ? - ■

Ш

Рисунок 3 - Структурная схема метода параллельного МВП с адресацией АЦП.

Данный подход хоть и позволяет использовать АЦП высокого разрешения с низкой частотой дискретизации, но не устраняет необходимость в высокоточной синхронизации и генерации стробирующих импульсов, поскольку любые отклонения синхронизации приведут к ложным всплескам в обрабатываемом радиосигнале, искажая восстановленный СКИ в той или иной степени.

Устранить высокочастотное стробирование параллельного АЦП возможно, используя метод преобразования реального времени с временным уплотнением каналов АЦП (рисунок 4).

Рисунок 4 - Структурная схема метода параллельного МВП с временным уплотнением каналов АЦП.

Отсутствие высокочастотного тактирования в данном случае ведет к увеличению неравномерности дискретизации, связанного со спадом фронта запускающего импульса в результате его прохождения через линии задержки (ЛЗ), а также разбросом параметров апертурной неопределенности и апертурной задержки (задержки диафрагмы) АЦП.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бойков, Константин Анатольевич, 2018 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Список статей, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК

А1. К. А. Бойков. Разработка и исследование системы радиоимпульсной регенерации для устройств высокоскоростной стробоскопической оцифровки. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал], 2018. №3. Режим доступа: http://jre.cplire.rU/jre/mar18/6/text.pdf/ Дата доступа: 26.04.2018 г.

А2. Костин М.С., Бойков К.А. Циклогенеративные системы атактовой оцифровки субнаносекундных радиоимпульсов в радиовидении. // Инженерная физика, 2018. - №1. - С.41-47.

А3. Костин М.С., Бойков К.А. Циклогенеративные системы высокоскоростной оцифровки нестационарных субнаносекундных процессов. // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал], 2017. №6. Режим доступа: http://jre.cplire.rU/jre/jun17/8/text.pdf. Дата доступа: 26.04.2018 г.

Опубликованные труды международных и всероссийских конференций

А4. Бойков К.А., Костин М.С. Моделирование циклогенеративной системы на базе средств быстродействующей электроники. // Тезисы докладов XV молодежной научно-технической конференции «Радиолокация и связь - перспективные технологии», 2017 . - С.96-99.

А5. Бойков К.А. Получение радиоимпульсных характеристик целей при помощи средств атактовой оцифровки эхо-сигналов РЛС. // Актуальные вопросы развития систем и средств воздушно-космической обороны. Сборник докладов Восьмой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов. Москва, 26 октября 2017 года / под общей редакцией канд. техн. наук Н.Э. Ненар-товича. - М.: ПАО «НПО «Алмаз», 2018. - С.283-289.

А6. Костин М.С., Бойков К.А. Циклогенеративная высокоскоростная оцифровка сверхкороткоимпульсных сигналов. // Актуальные проблемы физической и

функциональной электроники. Материалы 20-й Всероссийской молодежной научной школы-семенара. - Ульяновск: УлГТУ, 2017. - С.222-223.

А7. Костин М.С., Бойков К.А. Высокоточные методы и средства оцифровки сверхкороткоимпульсных сигналов. // Сборник научных трудов международной научно-практической конференции «Радиоинфоком-2017», 2017. - Ч.1. - С. 137143.

А8. Костин М.С., Бойков К.А. Радиотехнические системы атактовой регенеративной оцифровки субнаносекундных сигналов. // Материалы Международной научно-технической конференции «ШТБКМАТ1С-2017», 2017. - Ч.4. - С.909-913.

Список цитируемых источников

1. Авдеев В.Б. Угло-временные, угло-частотные и угло-энергетические характеристики излучения и приема негармонических сигналов. // Антенны, 2005. №3 (94). С.40-50.

2. Авиационные системы радиовидения. (Научная серия «Бортовые аэронавигационные системы») Монография / Под ред. Г.С. Кондратенкова. - М.: «Радиотехника», 2015. - 648 с.

3. Алибеков И.Ю. Численные методы: Учебное пособие. - М.: МГИУ, 2008. -220 с.

4. Астанин Л.Ю., Костылев А.А. Основы сверхширокополосных радиолокационных измерений. - М.: Радио и связь, 1989. - 192 с.

5. Андреев И.А., Серебренникова О.Ю., Соколовский Г.С. и др. Быстродействующие фотодиоды для средней инфракрасной области спектра 1.2-2.4мкм на основе гетероструктур GaSb/GaInAsSb/GaAlAsSb с полосой пропускания 2-5 ГГц // Физика и техника полупроводников, 2013. - Т. 47, вып. 8. - С.1109-1115.

6. Ахияров В.В. // Использование интегрального и дифференциального методов теории дифракции для прогноза напряженности поля над земной поверхностью. Электронное научно-техническое издание «Наука и Образование», 2011.

№11. Режим доступа: http://technomag.bmstu.ru/doc/247813.html. Дата доступа: 26.04.2018 г.

7. Банков С.Е., Курушин А.А. Практикум проектирования СВЧ структур с помощью FEKO - М., ЗАО «НПП «РОДНИК», 2009. - 200 с.

8. Банков С.Е., Курушин А.А. Расчет излучаемых структур с помощью FEKO

- М., ЗАО «НПП «РОДНИК», 2008. - 246 с.

9. Бараз В.Р., В.Ф. Пегашкин. Использование MS Excel для анализа статистических данных: учеб. пособие / М-во образования и науки РФ; ФГАОУ ВПО «УрФУ им. первого Президента России Б.Н.Ельцина», Нижнетагил. техн. ин -т (филиал). - 2-е изд., перераб. и доп. - Нижний Тагил : НТИ (филиал) УрФУ, 2014.

- 181 с.

10. Бейли Д., Райт Э. Волоконная оптика: теория и практика/Пер. с англ. -М.: КУДИНЕЦ-ПРЕСС, 2008. - 320 с.

11. Беличенко В.П., Буянов Ю.И., Кошелев В.И. Сверхширокополосные импульсные радиосистемы. - Новосибирск: «Наука», 2015. - 476 с.

12. Белов И.Ю. Физические основы оптической дальнометрии. Учебно-методическое пособие. - Казань: КГУ, 2009. - 72 с.

13. Будагян И.Ф. Костин М.С. Радиоволновая сверхкороткоимпульсная виброметрия механизмов и конструкций РЭС. // Сб. науч. тр. II Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем». - М.: МГТУ МИРЭА, 2015. - Ч.2 - С.151-155.

14. Будагян И.Ф., Костин М.С. Радиоволновая субнаносекундная вибромет-рия // Эл. сетевой научно-метод. журнал «Вестник МГТУ МИРЭА / Herald of MSTU MIREA», 2015 - №1(6). - С.96-122.

15. Будагян И.Ф., Костин М.С. Радиосенсорная виброметрологическая система на однокристальном приемопередатчике с прямой оцифровкой сверхкорот-коимпульсного сигнала. // Сб. науч. статей по итогам всероссийской НПК «Научный взгляд на современный этап развития общественных, технических, гумани-

тарных и естественных наук, актуальные проблемы», НОУ СПб ИПМ. - СПб.: КультИнформПресс, 2014. - С.19-24.

16. Будагян И.Ф., Костин М.С. Атактовая оцифровка сверхкоротких импульсов в гибридных системах радиофотонного сканирования. Журнал радиоэлектроники // [электронный ресурс], 2016. - №3. - URL: http://jre.cplire.ru/mac/mar16/5/text.html Дата доступа: 26.04.2018 г.

17. Будагян И.Ф., Костин М.С. Субнаносекундная радиоволновая вибромет-рия. Методы и технологии. - Саарбрюккен, Германия: Palmarium Academic Publishing, 2015. - 107 c.

18. Будагян И.Ф., Костин М.С. Численные методы обработки сверхкорот-коимпульсных сигналов радиосенсорных систем // Радиоэлектронная техника: межвузовский сборник научных трудов РАН / под ред. В.А. Сергеева. - Ульяновск: УлГТУ, 2015. С.104-110.

19. Будагян И.Ф., Костин М.С. Фрейм-дискретизация сверхкороткоимпульс-ных сигналов. // Сборник научных трудов II Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем». - М.: МГТУ МИРЭА, 2015. -Ч.1. - С.393-398.

20. Будагян И.Ф., Костин М.С. Технология высокоскоростной оцифровки радиоимпульсов субнаносекундного диапазона. // Сборник публикаций научного журнала «Globus» по материалам IV международной научно -практической конференции «Достижения и проблемы современной науки». - СПб.: Научный журнал «Globus», 2015. - C.83-87.

21. Будагян И.Ф., Костин М.С., Шильцин А.В. Строб-фрейм-дискретизация радиоимпульсов субнаносекундного диапазона. // Радиотехника и электроника, 2017. - Т.62, № 5. - С.486-492.

22. Васильев К.К., Глушков В.А., Дормидонтов А.В., Нестеренко А.Г. Теория электрической связи: учебное пособие под общ. ред. Васильева К.К. - Ульяновск: УлГТУ, 2008. - 452 с.

23. Григорьев А.Д. Метод вычислительной электродинамики. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012. - 432 с.

24. Гринфельд С.Н. Физические основы электроники: Учебное пособие. -Комсомольск-на-Амуре: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Комсомольский-на-Амуре гос. техн. ун-т», 2004. - 137 с.

25. Гусев В.Г. Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника. - М.: Высшая школа, 2005. - 790 с.

26. Дураев В.П., Медведев С.В. // Полупроводниковые оптические усилители в диапазоне длин волн 840-1550 нм. Научное приборостроение, 2012. - Т. 22, №3. - С.53-57.

27. Дьяконов В.П. Сверхскоростная твердотельная электроника. Том 1. Приборы общего назначения. - М.: ДМК Пресс, 2013. - 600 с.

28. Дьяконов В.П. Simulink 5/6/7: Самоучитель. - М.: ДМК Пресс, 2008. -784 с.: ил.

29. Зайцев Д.Ф. Нанофотоника и ее применение. - М.: Фирма «Актеон», 2012. - 445 с.

30. Коаксиальные кабели [электронный ресурс]. Сайт группы ISC. Режим доступа: https://www.icsgroup.ru/upload/iblock/15a/M_coax.pdf. Дата доступа: 26.04.2018 г.

31. Коган. И.Л. Метод интеграла Дюамеля для обыкновенных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами с точки зрения теории обобщенных функций // Вестник Самарского государственного технического университета, серия физ.-мат. науки, 2010. - 1(20). - С.37-45.

32. Колокольцев Е.А., Мякиньков А.В., Андриянов А.В. Использование сверхширокополосного сигнала с повышенной частотой повторения в просветной РЛС для периметровой охраны. // XXIII международная научно -техническая конференция радиолокация, навигация, связь. Воронеж, 2017. - Т.3. - С.883-893.

33. Кольцов Ю.В. Методы и средства анализа и формирования сверхкорот-коимпульсных сигналов. Монография. - М.: Радиотехника, 2004. - 128 с.: ил.

34. Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли - М.: «Радиотехника», 2005. - 368 с.

35. Костин М.С. Субнаносекундные сигналы и технологии: учебное пособие / М.С. Костин. - М.: Московский технологический университет (МИРЭА), 2018. -108 с.

36. Костин М.С. Методы и средства радиоволновой сверхкороткоимпульсной виброметрии механических колебаний в системах радиосенсорного зондирования: Дис. ... канд. тех. наук. Москва. 2015. - 134 с.

37. Кочетов А.В., Лукашов К.Г., Панфилов П.С. Режим масштабно-временного преобразования сигналов мобильной СКИ РЛС. // VII Всероссийские Армандовские чтения. Всероссийская научная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования, радиолокации, распространения и дифракции волн». Муром, 2017. - С.281-284.

38. Круминьш К., Плоциньш В., «Адаптивный k-up-and-down метод при ком-параторном стробоскопическом преобразовании сигналов UWB радиолокации», «Автоматика и вычислительная техника», Рига, 2012. - No.6. - С.58-68.

39. Курков А.С., Наний О.Е. // Эрбиевые волоконно-оптические усилители. WDM и оптические сети связи LIGHTWAVE russian edition, 2003. - №1. С.14-19.

40. Лазоренко О. В., Черногор Л. Ф. Сверхширокополосные сигналы и физические процессы. Ч1. Основные понятия, модели и методы описания// Радиофизика и радиоастрономия, 2008. - Т.13, №2. - С. 166-194

41. Найденов А.И. Трансформация спектра наносекундных импульсов. - М.: Сов. радио, 1975. - 180 с.

42. Никоноров Н.В., Шандаров С.М. «Волноводная фотоника». Учебное пособие, курс лекций. СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. - 143 с.

43. Пассивная радиолокация: методы обнаружения объектов. Монография / Под ред. Р.П. Быстрова и А.В. Соколова. - М.: Радиотехника, 2008. - 320 с.

44. Радзиевский В.Г., Трифонов П.А. Обработка сверхширокополосных сигналов и помех. - М.: «Радиотехника», 2009. - 288 с.: ил.

45. Скосырев В.Н., Ананенков А.Е. Применение сверхкороткоимпульсных сигналов в РЛС малой дальности. - М.: Эдитус, 2015. - 138 с.

46. Скосырев В.Н., Осипов М.Л. Особенности и свойства короткоимпульсной радиолокации. // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Спец. выпуск «Радиоэлектроника», 1999. - №4. - С.21-30.

47. Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988. - 583 с., ил.

48. Тимановский А.Л., Пирогов Ю.А. Сверхразрешение в системах пассивного радиовидения. Монография. - М.: Радиотехника, 2017. - 160 с.: цв. ил.

49. Чапурский В.В. Избранные задачи теории сверхширокополосных радиолокационных систем. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. - 279 с.

50. Якимов А.В. ФИЗИКА ШУМОВ И ФЛУКТУАЦИЙ ПАРАМЕТРОВ: Электронное учебное пособие. - Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2013. - 85 с.

51. 1,5 GHz, Ultrahigh Speed Op Amp AD8000. [электронный ресурс] Data Sheet. Сайт кампании Analog Devices Inc. Режим доступа: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD8000.pdf. Дата доступа: 13.03.2018 г.

52. 12-bit 5.4 Gsps Analog to Digital Converter EV12AS350A. [электронный ресурс] Data Sheet. Сайт кампании Teledyne e2v. Режим доступа: http://www.e2v.com/resources/account/download-datasheet/3274. Дата доступа: 30.04.2018 г.

53. 14-bit, 3 GSPS, Dual Analog-to-Digital Converter AD9208. [электронный ресурс] Data Sheet. Сайт кампании Analog Devices Inc. Режим доступа: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD9208.pdf. Дата доступа: 30.04.2018 г.

54. Budagyan I.F., Kostin M.S., Shil'tsin A.V. Strobe-frame sampling of subnano-second radio pulses. // Journal of Communications Technology and Electronics, 2017. -Vol. 62, No. 5 - P.512-518.

55. Budagyan I.F., Kostin M.S. Methods applied to digital processing of ultrashort pulse signals upon estimating a small angular deviation of phase-distributed radio pulses in the radiosensory vibrometrological diagnostics system. // Journal of Communications Technology and Electronics, 2015. - Vol. 60, No. 8 - P.871-879.

56. Bystrov A., Gachinova M. Analysis of stroboscopic signal sampling for radar target detectors and range finders. IET Radar, Sonar & Navigation, 2013. - Vol.7(4) -Р.451-458.

57. Daniel C. McCarthy // Photonics Spectra, 2001. - №7. - Р.88-98.

58. Friis H.T. Noise Figures of Radio Receivers, Proc. of the IRE, July, 1944. -Р.419-422.

59. GaAs MMIC SOT26 SPDT SWITCH, DC-3 GHz HMC197BE. [электронный ресурс] Data Sheet. Сайт кампании Analog Devices Inc. Режим доступа: http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/hmc197b.pdf. Дата доступа: 13.03.2018 г.

60. Gibran J., Shoushun C. A 40 nm CMOS T/H-less flash-like stroboscopic ADC with 23dB THD and >50 GHz effective resolution bandwidth. // 2017 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), 2017.

61. Gray P.R., Hurst P.J., Lewis S.H., Meyr R.G. Analysis and design of analog integrated circuits. - 5th ed., 2009. - 881 p.

62. Grebennikov A. Linearity Improvement Techniques for Wireless Transmitters: Part 1 // High frequency electronics, 2009. - May. - P.16-26.

63. High Speed ADC. [электронный ресурс]. Сайт кампании Analog Devices Inc. Режим доступа: http://www.analog.com/en/parametricsearch/10826.html. Дата доступа: 30.04.2018 г.

64. Islam M., Nietubyc M. // WDM solutions, 2001. - №3. - Р.53-62.

65. James D. Taylor. Ultra-wideband Radar. - USA.: CRC Press, 2005. - 448 p.

66. Low Noise Amplifiers [электронный ресурс]. Сайт кампании Analog Devices Inc. Режим доступа: http://www.analog.com/en/products/amplifiers/rf-amplifiers/low-noise-amplifiers.html. Дата доступа: 30.04.2018 г.

67. Malyshev S.A. High-power InGaAs/InP partially depleted absorber photodiodes for microwave generation / S.A. Malyshev, A.L. Chizh, Yu.G. Vasileuski // J. Lightwave Technology, 2008. - V.26. - №15. - Р.2732-2739.

68. Microwave photonics. // Edited by Chi H. Lee. Second edition. - Boca Raton, London, New York, CRC Press, 2013. - 475 p.

69. Oljaca M, Surtihadi H. Operational amplifier gain stability, Part 1: General system analysis. // Analog Applications Journal, 2010. - 1Q. - Р.20-23.

70. Patrick T. Callahan, Michael L. Dennis, and Thomas R. Clark Jr. Photonic Analog-to-Digital Conversion. // Johns Hopkins APL Technical Digest, 2012. - Vol. 30, №4 - Р.280-286.

71. Piatak I., Morozov D., Pilipko M., "Digitally Assisted Low-Power Pipelined Analog-to-Digital Converters" // In proc. of ElConRusNW 2015, Saint -Petersburg, Russia, 2-3 Feb. 2015. - Р.227-229

72. Siegman A.E. Lasers. University Science Books. Mill Valley, 1986. - Section 7.7. - P.297-303.

73. SNx4HC04 Hex Inverters. [электронный ресурс] Data Sheet. Сайт кампании Texas Instruments. Режим доступа: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn74hc04.pdf. Дата доступа: 30.04.2018 г.

74. Stuetzle Doug. Understanding IP2 and IP3 Issues in Direct Conversion Receivers for WCDMA Wide Area Basestations // High Frequency Electronics, 2008. -V. 7, N. 6.

75. Svarny J. Bias driver of the Mach-Zehnder intensity electro-optic modulator, based on harmonic analysis. Advances in robotics, mechatronics and circuits. - Greece, 2014. - Р.184-189.

76. Taylor H. F., An Electrooptic Analog-to-Digital Converter. // Proc. IEEE, 1975. - 63(10) - Р.1524-1525.

77. Trivedi D., Strite T. Generlas van den Hoven // WDM solutions, 2000. - №4. -P.14-20.

78. Yvonne Carts-Powell // WDM solutions, 2001. - №7. - P.9.