CC BY
13Системы, сети и устройства телекоммуникаций
DOI УДК 535.4(076.5)
ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ ФОТОННАЯ СИСТЕМА ЧАСТОТНОЙ АВТОПОДСТРОЙКИ ЧАСТОТЫ ДЛЯ АППАРАТУРЫ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СИСТЕМ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ Назарова Ольга Юрьевна
кандидат технических наук, доцент кафедры «Радиоэлектроника» ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет»1. E-mail: olga2018rostov@vandex.ru
Прыгунов Александр Германович
кандидат технических наук, доцент кафедры «Радиоэлектроника» ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет»1. E-mail: agprvgunov@mail.ru
Шилина Анна Николаевна
кандидат технических наук, доцент войск связи военного учебного центра при ФГБОУ ВО «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова»2. E-mail: kurnevakatya@mail.ru
1Адрес: 344000, Российская Федерация, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, д. 1.
2Адрес: 346428, Российская Федерация, Ростовская обл., г. Новочеркасск, ул. Просвещения, д. 132.
Аннотация: Предлагается вариант конструкции голографической фотонной системы частотной автоподстройки частоты (ЧАПЧ) для аппаратуры перспективных систем телекоммуникаций. Показано, что предложенный подход к построению системы ЧАПЧ обеспечивает повышенное быстродействие, расширение полос захвата и удержания, а также уменьшение величины остаточной расстройки частоты. Разработан вариант структурной схемы голографической фотонной системы ЧАПЧ и описана работа этой схемы. Проведено математическое моделирование и исследованы параметры пространственно-спектрального распределения интенсивности оптического поля в плоскости интерферограммы, формируемой голографиче-ским интерферометром в схеме фотонной голографической системы ЧАПЧ. Построены графические зависимости, анализ которых позволил сделать вывод об эффективности использования голографического интерферометра в разработанном варианте схемной реализации голографической фотонной системы ЧАПЧ.
Ключевые слова: системы телекоммуникаций, стабильность частоты, частотная автоподстройка частоты, фотоника, голография, чувствительность измерений, параметры интерферограммы.
Актуальность задачи
Для работы аппаратуры формирования, передачи, приёма и обработки сигналов в радиотехнических и телекоммуникационных системах, независимо от их назначения, необходимо иметь источники высокостабильных электрических колебаний, которые обеспечивают функционирование этих систем с требуемыми техническими характеристиками [1-4]. В качестве таких источников высокостабильных ко-
лебаний используют электронные синтезаторы частот, в состав которых входят высокостабильные опорные генераторы. Для повышения стабильности частот выходных колебаний электронного генераторного оборудования используют электронные системы частотной и фазовой автоматической подстройки частоты автогенератора (ЧАПЧ и ФАПЧ соответственно) [1-4]. Как правило, системы ЧАПЧ и ФАПЧ используются комплексно. Каждая из
этих систем имеет своё функциональное назначение. Достоинством системы ЧАПЧ являются её хорошие фильтрующие свойства. Однако эта система имеет существенный недостаток, который заключается в наличии остаточной расстройки частоты [1-4]. Этот факт делает неприменимой систему ЧАПЧ в синтезаторах частот в качестве основной системы стабилизации частоты их выходных колебаний. Система ЧАПЧ в этих устройствах играет лишь вспомогательную роль и используется совместно с системой ФАПЧ, которая и обеспечивает точность автоподстройки частоты. Особенностью системы ЧАПЧ является отсутствие непосредственного сравнения частот [1-4].Частота подстраиваемого генератора в этой системе, опираясь на частоту составляющей сетки, смещается внизи преобразуется в частоту дискриминатора (частотного детектора). В том случае, если преобразованная частота подстраиваемого генератора отличается от частоты дискриминатора, то на его выходе появится управляющее напряжение. Величина и знак этого управляющего напряжения будут определяться величиной и знаком расстройки частоты выходных колебаний подстраиваемого генератора от номинального значения. Это управляющее напряжение используется для подстройки частоты генератора с помощью управителя (реактивного элемента). Подстройка частоты генератора будет продолжаться до тех пор, пока управляющее напряжение и соответствующая ему расстройка недостигнут
характеристик соответствует состоянию устойчивого равновесия системы ЧАПЧ. Таким образом, в результате работы системы ЧАПЧ, начальная расстройка частоты выходных колебаний подстраиваемого генератора уменьшается, но не сводится к нулю [1-4]. При этом, в силу конструктивных особенностей, работа системы ЧАПЧ по автоматическому регулированию частоты начинается при значительно большем отклонении значения этой ча-
стоты от номинала, чем работа системы ФАПЧ. Однако недостатки системы ЧАПЧ ограничивают область её практического использования. Недостатки системы ЧАПЧ в виде ограниченных диапазонов частот захвата и удержания, а также наличия остаточной расстройки частоты обусловлены характеристиками частотного дискриминатора и управителя в составе этой системы, а также ограниченным диапазоном устойчивой работы этой системы [1-4]. Задача расширения диапазонов частот захвата и удержания системы ЧАПЧ, а также снижения уровня остаточной расстройки частоты может быть решена путём построения конструкции этой системы с использованием нового научного и технического подхода. Возможным решением этой задачи представляется использование в конструкции перспективной системы ЧАПЧ элементов голографической фотоники.
Целью статьи является решение задачи построения голографической фотонной системы ЧАПЧ.
Для достижения цели статьи решаются следующие вопросы:
1. Построение и обоснование структурной схемы голографической фотонной системы частотной автоподстройки частоты.
2. Исследование параметров интерферо-граммы, формируемой в голографической фотонной системе частотной автоподстройки частоты.
1. Построение и обоснование структурной схемы голографической фотонной системы частотной автоподстройки частоты
Построение голографической фотонной системы ЧАПЧ может быть основано на использовании явления голографической интерферометрии [5]. Технология построения голографи-ческой фотонной системы ЧАПЧ может быть реализована с использованием модуляции когерентного светового потока усиленными выходными колебаниями подстраиваемого генератора с использованием в качестве модулируемых параметров этого светового потока кри-
величины, которая определяется точкой пересечения характеристик частотного дискриминатора и управителя. Эта точка пересечения
визны его волнового фронта или направления его падения на объёмную отражательно-пропускающую фурье - голограмму гологра-фического интерферометра [5-7]. При этом голографический интерферометр формирует интерферограмму, мгновенное значение параметров которой однозначно соответствуют конкретному значению частоты подстраиваемого генератора. В этом случае характер изменений пространственно-спектрального распределения интенсивности оптического поля в плоскости формируемой интерферограммы будет однозначно соответствовать изменениям мгновенных значений амплитуды, частоты и фазы выходных колебаний подстраиваемого генератора (ПГ). В схеме такой голографиче-ской фотонной системы ЧАПЧ голографиче-ский интерферометр состоит из двух конструктивных элементов: объёмной отражательно-пропускающей фурье - голограммы и плоского зеркала, размещённого непосредственно за этой голограммой и под малым углом к ней. Голографический интерферометр в системе ЧАПЧ реализует пространственно-
спектральный метод голографической интерферометрии [8, 9]. В схеме голографической фотонной системы ЧАПЧ голографиче-ский интерферометр такого типа выполняет функцию частотного дискриминатора, формирующего световой поток с волновым фронтом, соответствующим тому или иному, в том числе и эталонному значению частоты выходных колебаний подстраиваемого генератора. Эталоном каждого значения частоты выходных колебаний ПГ в такой системе ЧАПЧ является строго конкретное пространственно-спектральное распределение интенсивности оптического поля в плоскости голографической интер-ферограммы, параметры которого могут быть зафиксированы. Для фиксации этих параметров могут быть использованы линейки или матрицы микрофото-приёмников, выходные сигналы кото-
рых преобразуются пороговыми устройствами в позиционный цифровой двоичный код. При изменении кривизны волнового фронта светового потока, модулируемого усиленными выходными колебаниями подстраиваемого генератора и падающего на объёмную фурье - голограмму голографического интерферометра, происходит соответствующее этому изменение параметров формируемой интерферограммы. Это изменение может быть зафиксировано и использовано для выработки сигнала рассогласования между требуемым и реальным значением частоты выходных колебаний ПГ. Полученный сигнал рассогласования может быть использован для коррекции значения частоты выходных колебаний ПГ. Именно этот факт позволяет использовать голографический интерферометр в качестве частотного дискриминатора голографической фотонной системы ЧАПЧ.
Вариант структурной схемы голографиче-ской фотонной системы ЧАПЧ представлен на рис. 1.
На рис. 1 использованы следующие обозначения: 1 — лазер; 2 — конденсорная линза; 3 — коллимирующая линза; 4 — фокусирующая
Рис. 1. Структурная схема голографической фотонной системы частотной автоподстройки частоты
(собирающая) линза; 5 — оптически прозрачная акустооптическая ячейка; 6 — пьезопреоб-разователь; 7 — максимумы акустической волны в акустооптической ячейке; 8 — поглотитель энергии акустической волны; 9 — объёмная отражательно-пропускающая фурье -голограмма; 10 — плоское зеркало; 11 — область перекрытия интерферирующих световых потоков; 12 — линейка фотоприёмных устройств (ЛФУ); 13 — линейка пороговых устройств (ЛПУ); 14 — устройство управления; ПГ — подстраиваемый генератор; У — усилитель; ~ IIР — напряжение электрического колебания на выходе ПГ; — напряжение сигнала коррекции частоты выходных колебаний ПГ.
Устройство, представленное на рис. 1, работает следующим образом. Лазер 1 излучает когерентный световой поток, который направляют на коллиматор, состоящий из конденсор-ной и коллимирующей линз 2 и 3 соответственно. С выхода коллимирующей линзы 3 световой поток направляют на длиннофокусную собирающую линзу 4, которая направляет этот световой поток на оптически прозрачную акустооптическую ячейку 5. Подстраиваемый генератор ПГ формирует выходной сигнал с частотой колебаний Е. Этот электрический сигнал усиливается усилителем У и подаётся на пьезопреобразователь 6. Сигнал пьезопре-образователя 6 формирует в оптически прозрачной акустооптической ячейке 5 бегущую акустическую волну, энергия которой поглощается поглотителем энергии акустической волны 8. Оптически прозрачная акустооптическая ячейка 5, пьезопреобразователь 6 и поглотитель энергии акустической волны 8 представляют собой акустооптический дефлектор. Известно [10-12], что акустооптический дефлектор такого типа обладает высоким разрешением и хорошим быстродействием, имеет широкий диапазон рабочих частот, позволяет осуществлять как непрерывное сканирование луча света по произвольному закону, так и дискретное переключение в любое из разре-
шимых положений. Акустооптический дефлектор в схеме на рис. 1 имеет простые конструкцию и управление, низкое энергопотребление и небольшие размеры. Дефлектор такого типа является дифракционным и принцип его действия основан на зависимости угла дифракции волны света от частоты упругой волны в оптически прозрачной акустооптической ячейке 5 (рис. 1). При изменении частоты сигнала, подаваемого на пьезопреобразователь 6 дефлектора, все дифракционные максимумы, за исключением нулевого, сканируют по углу, причём угол сканирования пропорционален диапазону А/ изменения значений частоты колебаний на выходе ПГ. Световой поток с выхода собирающей линзы 4, дифрагировавший на ультразвуковой дифракционной решётке внутри оптически прозрачной акустооптиче-ской ячейки 5 дефлектора, направляется в плоскость объёмной отражательно-
пропускающей фурье - голограммы 9. Объёмная фурье - голограмма 9 записана в линейном режиме во встречных световых пучках, имеющих сферические волновые фронты. Световой поток, падающий на эту голограмму, частично дифрагирует от неё в направлении ЛФУ 12, а частично проходит через неё и отражается плоским зеркалом 10, размещённым непосредственно за фурье - голограммой 9 под небольшим углом к ней (угол не более пяти градусов). Световой поток, отражённый плоским зеркалом 10, повторно частично проходит через фурье - голограмму 9 и падает в плоскость ЛФУ 12. В области перекрытия световых потоков 11 на входной плоскости ЛФУ 12 формируется интерференционная картина кольцевой формы [8]. Пространственно-спектральное распределение интенсивности оптического поля в плоскости формируемой интерферограм-мы в каждый момент времени будет однозначно определяться кривизной волнового фронта светового потока, падающего на фурье - голограмму 9 со стороны акустооптического дефлектора. Таким образом, параметры распределения интенсивности оптического поля в плоскости интерферограммы будут однознач-
но зависеть от скорости и частоты ультразвуковой волны в оптически прозрачной акусто-оптической ячейке 5 дефлектора, т.е. от значений частоты выходных колебаний ПГ. ЛФУ 12 состоит из набора отдельных микрофотопрои-ёмников и является конструктивным элементом, позволяющим измерять параметры распределения интенсивности оптического поля в плоскости интерферограммы. Выход каждого из отдельных микрофотоприёмников ЛФУ 12 соединён со входом соответствующего этому микрофотоприёмнику порогового устройства ЛПУ13, На выходах ЛПУ 13 формируются электрические сигналы в виде комбинаций позиционного цифрового двоичного кода, значения символов в которых определяются интенсивностью света на том или ином микрофото-приёмнике ЛФУ 12 и установленным порогом срабатывания отдельных пороговых устройств ЛПУ 13. С выходов ЛПУ 13 каждая комбинация позиционного цифрового двоичного кода, соответствующая мгновенному значению распределения интенсивности оптического поля в плоскости интерферограммы, поступает на входы устройства управления 14. Необходимо отметить, что каждой четверти периода выходных колебаний ПГ, подаваемых на акусто-оптический дефлектор, будет соответствовать строго определённая последовательность смены кодовых комбинаций позиционного цифрового двоичного кода, подаваемых на входы устройства управления 14. Устройство управления 14 сравнивает кодовые комбинации позиционного цифрового двоичного кода, поступающие на его входы с выходов ЛПУ 13, с эталонами, хранящимися в памяти этого устройства, вырабатывает и подаёт электрический сигнал для коррекции значения частоты выходных колебаний ПГ. Особенностью структурной схемы голографической фотонной системы ЧАПЧ является отсутствие электрической связи между частотным дискриминатором, функции которого выполняет голо-графический интерферометр, и управителем ПГ, осуществляющим непосредственную коррекцию значений частоты выходных колеба-
ний этого генератора. Диапазон частот захвата и удержания варианта схемы голографической фотонной системы ЧАПЧ, представленной на рис. 1, будет ограничен лишь диапазоном рабочих частот акустооптического дефлектора. Таким образом, на рис. 1 представлен разработанный вариант структурной схемы гологра-фической фотонной системы ЧАПЧ, обеспечивающей коррекцию частоты выходных колебаний ПГ в широком частотном диапазоне, превышающем диапазоны частот захвата и удержания известных электронных систем ЧАПЧ [1-4]. Схема разработанной системы ЧАПЧ обеспечивает возможность высокоточной коррекции значений частоты выходных колебаний ПГ. Точность подстройки частоты выходных колебаний ПГ разработанного варианта голографической фотонной системы ЧАПЧ будет определяться чувствительностью используемого голографического интерферометра, пространственной частотой интерференционных полос и интенсивностью светового потока в этих полосах, а также размерами отдельных микрофотоприёмников ЛФУ (рис. 1) и их чувствительностью
2. Исследование параметров интерферограммы, формируемой в голографической фотонной системе частотной автоподстройки частоты
Выражение для интенсивности светового потока в плоскости интерферограммы, формируемой голографическим интерферометром в схеме голографической фотонной системы ЧАПЧ, имеет вид [5, 6]:
I -10 +1 cosç, (1)
где I0 — слагаемое, характеризующее
постоянный световой фон; Ii — амплитуда интенсивности интерференционной
составляющей светового потока в плоскости интерферограммы.
Для исследования параметров интерферо-граммы, формируемой голографическим интерферометром, выполняющим функцию частотного дискриминатора, воспользуемся
Рис. 2. Процессы экспонирования объёмной отражательно-пропускающей фурье - голограммы и формирования интерферограммы
оптической схемой (рис. 2) и математическими соотношениями, представленными в [6].
На рис. 2 использованы обозначения: 1 — объёмная отражательно-пропускающая фурье -голограмма; 2 — положение плоского зеркала при экспонировании объёмной фурье - голограммы 1; 3 — положение плоского зеркала в момент измерений; Х0Z — прямоугольная система координат (ось Х лежит в плоскости объёмной фурье - голограммы 1); а — угол между голографической фотопластинкой и плоским зеркалом при экспонировании объёмной отражательно-пропускающей фурье - голограммы 1; а* — угол между объёмной фурье - голограммой 1 и плоским зеркалом при проведении измерений; р — положение в пространстве действительного точечного источника когерентного светового потока при экспонировании объёмной отражательно-
пропускающей фурье - голограммы 1; Р* — положение в пространстве зеркального отражения действительного точечного источника когерентного светового потока при экспонировании объёмной отражательно-пропускающей фурье - голограммы 1; Р — положение в пространстве действительного точечного источника когерентного светового потока при про-
ведении измерений; Р2* — положение в пространстве зеркального отражения действительного точечного источника когерентного
светового потока при проведении измерений; — —* — — * — — * ^
Ri, Ri, rt, rt, Ar, Ar и a, a, ax, a2 ДР2, ^, S2 — соответственно векторы и углы, характеризующие положение в пространстве действительного и мнимого (сформированного плоским зеркалом) точечных источников когерентных световых потоков.
Основными расчётными соотношениями для проведения математического
моделирования, представленными в работе [5], являются следующие:
I = I cos^, (2)
где /_— переменная составляющая интенсивности светового потока в плоскости интерференции;
ср = ~~АГ(cos <5 ~~ cos S2); (3)
х cos в-R cos(^-a) cos =---; (4)
R - х cos a
х cos в - R cos(e - a - 2a) ( Cos О2 — ; (5)
R - х cos(a + 2a)
^ _ sin(a - e)sin(2a +a2) - sin(a, + 2a)sin(a2[ 2 sm(a] -/?)cos(2ar* +«2)-sin(«, +2a)sin(a
tga2 =
¿\rsm/3 + R sinaj
(7)
AT COS ¡3 + R COS Gfj Исходные данные для математического моделирования:
1. a —1°3'2"; a* — 0°12'5", a = ; в — 90°, R = 0,15 м и R = 0,05 м;
1 = 0,63• 10-6 м.
2. При построении графика зависимости /_ = /(д/') параметр дг меняется в пределах
от -10-6 м до +10-6 м (в точках х = 0 и х = 0,001 м и для R = 0,15 м и R = 0,05 м).
3. При построении графика зависимости Л"гт1;|,. | = /(дг) параметр дг меняется в пределах от —10-6 м до +10-6 м, где Хшах 1 — коорди-
-в).
-в
/=/(дг): прих-0.001 ми Rl = 0.15,^=0.05,1* /
—•— при = 0.15
0.80.« —при R\ = 0.05
0.4'
02'
1 1 и.и 1
1е - 5
Рис. 3. Графики зависимости нормированной амплитуды переменной составляющей интенсивности светового потока в плоскости интерферограммы от изменений параметра д г .
ната максимума интерференционной полосы нулевого порядка.
4. При построении графика зависимости /_ = /(/?) угол ¡3 меняется от 80° до 90° (график строится в точках х = 0 и х = 0,001 м).
Графические зависимости на рис. 3 представляют собой перевёрнутые параболы, симметричные относительно значения зависимости нормированной амплитуды интенсивности
светового потока при дг = 0, что соответствует неподвижному исходному состоянию действительного точечного источника светового потока, находящегося в точке Р1 (рис. 2). В диапазоне изменений параметра дг от -10 5 м до +10 5 м для параметров ^ = 0,15 м и — 0,05 м графические зависимости на
рис. 3 практически совпадают. Анализ графиков на рис. 3 позволяет сделать вывод об исключительно высокой чувствительности параметров интерферограммы в голографической фотонной системе ЧАПЧ от пространственных перемещений фазового центра действительного точечного источника когерентного светового потока (рис. 2). Для представленных исходных данных при линейном смещении фазового центра модулируемого светового потока на
5. При построении графических
зависимостей / — /(а ) в точках X = 0 и
х — 0,001 м угол«* меняется в диапазоне от нуля до трёх градусов.
График зависимости нормированной амплитуды интенсивности светового потока от изменений параметра д г в точках Л' = 0 и х — 0,001 м представлен на рис. 3.
А'«ш.1 = Лд''Х" = 0)
Рис. 4. График зависимости параметра А'тах, от изменений параметра д г
величину 2,5 мкм значение переменной составляющей нормированной интенсивности светового потока в плоскости интерферограм-мы изменяется на 4%. Это позволяет обеспечить высокую чувствительность фотонной го-лографической фотонной системы ЧАПЧ к изменениям частоты выходных колебаний ПГ (рис. 1).
На рис. 4 представлен график зависимости параметра хтах г — координаты максимума
интенсивности светового потока интерференционной полосы нулевого порядка, от изменений параметра д г.
Анализ графической зависимости, представленной на рис. 4, показывает, что параметр хтХ1 слабо зависит от изменений параметра
дг и зависимость эта является линейной. Это облегчает учёт этой зависимости при проектировании и построении схемы фотонной голо-графической системы ЧАПЧ.
Графики зависимости нормированной амплитуды переменной составляющей интенсивности светового потока в плоскости интерферограммы от изменений угла ¡3 в
точках х — 0 и х — 0,001 м представлены на
рис. 5.
Графические зависимости на рис. 5 представляют собой обрезанные слева перевёрнутые параболы. Для диапазона изменения углов ¡3 от 80° до 90° эти зависимости для точек
х — 0 и х — 0,001 м практически совпадают. Анализ этих графических зависимостей показывает, что нормированная амплитуда переменной составляющей интенсивности светового потока в плоскости интерферограммы слабо зависит от изменений величины угла ¡3
Характер изменений этой зависимости сохраняется при изменении координаты х. При этом угол 3 является углом между плоскостью фурье - голограммы голографического
i-f(ß)
Рис. 5. Графики зависимости нормированной амплитуды переменной составляющей интенсивности светового потока в плоскости интерферограммы от изменений угла /.
интерферометра и направлением перемещения фазового центра модулируемого светового потока. В силу низкой чувствительности параметров интерферограммы к изменениям угла / (рис. 2) этот угол нецелесообразно использовать в качестве модулируемого параметра светового потока в голографической фотонной системе ЧАПЧ.
Графические зависимости /_ — / (« ) в
точках х = 0 и х = 0,001 м при изменении угла
*
а в диапазоне от нуля до трёх градусов практически совпадают. Анализ этих графиков на рис. 6 показывает, что нормированная ампли-
туда переменной составляющей интенсивности светового потока в плоскости интерферограм-мы слабо зависит от изменений угла а и зависимость эта линейная. Характер изменений этой зависимости сохраняется при изменении координаты х. Из анализа графических зависимостей на рис. 6 можно сделать вывод о том, что угол а* (рис. 2) нецелесообразно использовать в качестве модулируемого параметра светового потока в голографической фотонной системе ЧАПЧ. Линейность и практическое совпадение графических зависимостей на рис. 6 позволяют с высокой точностью учесть погрешность измерений в работе голографиче-ской фотонной системы ЧАПЧ, которая обусловлена возможными взаимными колебаниями объёмной отражательно-пропускающей фурье - голограммы и плоского зеркала, т.е. колебаниями значений угла а*.
На рис. 6 представлены графики зависимости нормированной амплитуды переменной составляющей интенсивности светового потока в плоскости
интерферограммы от изменений угла а* в точках х = 0 и х = 0,001 м.
I |=«о*)
Рис. 6. Графики зависимости нормированной амплитуды переменной составляющей интенсивности светового потока в плоскости интерферограммы от угла а*.
Заключение
1. В качестве частотного дискриминатора системы частотной автоподстройки частоты может быть использован голографический интерферометр. При этом эталонное значение частоты выходных колебаний автогенератора будет определяться параметрами интерферо-граммы. Разработан вариант структурной схемы голографической фотонной системы ЧАПЧ, обеспечивающей коррекцию частоты выходных колебаний ПГ в широком частотном диапазоне, превышающем диапазоны частот захвата и удержания известных электронных систем ЧАПЧ. Схема разработанной системы ЧАПЧ обеспечивает возможность высокоточной коррекции значений частоты выходных колебаний ПГ. Точность подстройки частоты выходных колебаний ПГ разработанного варианта голографической фотонной системы ЧАПЧ будет определяться чувствительностью
используемого голографического интерферометра, пространственной частотой интерференционных полос и интенсивностью светового потока в этих полосах, а также размерами отдельных микрофотоприёмников ЛФУ (Рис. 1) и их чувствительностью.
2. Математические соотношения для парамет-
* * *
ров г0, г0, /;, /; ,дг и дг позволяют провести
моделирование и оценить зависимость параметров интерферограммы от пространственных координат точечного источника света ,
которые будут определяться частотой выходных колебаний ПГ. Модулируемым параметром светового потока в голографической фотонной системе ЧАПЧ, обеспечивающим наибольшие чувствительность изменений параметров интерферограммы при изменении этого параметра и точность измерения частоты
выходных колебаний ПГ является параметр д г , представляющий собой линейные перемещения фазового центра источника модулируемого светового потока.
Литература
1. Белов Л. А. Радиоэлектроника. Формирование стабильных частот и сигналов: учебник для бакалавриата и магистратуры. / Л. А. Белов. 2-е изд., пер. и доп. М.: Издательство Юрайт, 2018. 229 с.
2. CurtinM., O'Brien P. Phase Locked Loops for High-Frequency Receivers and Transmitters // Analog Dialogue, Analog Devices. 1999. Vol. 33, No. 3. Pp. 3-4; No. 5. Pp. 1-2.
3. Fague D. OthelloTM: A New Direct-Conversion Radio Chip Set Eliminates IF Stages // Analog Dialogue, Analog Devices. 1999. Vol. 33, No. 10. Pp. 1-2.
4. Кузнецова В.В., Назарова О.Ю., Прыгунов А.Г., Шашкин О.В. Голографическое детектирование оптического излучения с угловой модуляцией. // Материалы III международной научно-практической конференции «Фундаментально -прикладные проблемы безопасности, живучести, надежности, устойчивости и эффективности систем», г. Елец. 2019. Часть I. С. 40-43
5. P. Hariharan. Optical Holography, principles, techniques and applications. Second edition, Cambridge University Press, 2013g. 424 p.
Поступила 7 марта 2022 г.
6. Прыгунов А.Г. Физические основы использования голографического интерферометра в фотонных телекоммуникационных устройствах // Радиотехнические и телекоммуникационные системы, 2021. № 2. С. 42-48.
7. Прыгунов А.Г. Основы использования объёмных отражательных голограмм в устройствах радиофотоники // Электросвязь, 2021. № 8. С. 54-59.
8. Безуглов Д.А., Прыгунов А.Г., Трепачев В. В. Анализ дифракции света на эталонной голограмме при измерении перемещений объектов пространственно-спектральным методом // Автометрия СО РАН. 1998. № 5. С. 21-28.
9. Сидоров А.И. Основы фотоники: физические принципы и методы преобразования оптических сигналов в устройствах фотоники. Учебное пособие. СПб.: ФГБОУ ВПО «СПБ НИУ ИТМО», 2014. 148 с.
10. Радиотехнические системы: Учеб. для вузов по спец. "Радиотехника"/ Ю. П. Гришин, В. П. Ипатов, Ю. М. Казаринов и др.; Под ред. Ю. М. Казаринова. М.: Высшая школа, 1990. 496 с.
11. Магдич Л.Н., Молчанов В.Я. Акустооптиче-ские устройства и их применение. М.: Сов. Радио, 1978. 112 с.
12. Ребрин Ю.К. Управление оптическим лучом в пространстве. М.: Сов. радио, 1977. 336 с.
English
CALCULATION METHODS' ANALYSIS OF POTENTIAL NOISE IMMUNITY OF DIGITAL DEMODULATORS IN OPERATING WITH NOISE INTERFERENCE
Evgeny Sergeevich Gerasimenko — Lecturer of the Department of Mathematics and Systems Modeling, Voronezh Institute of the Ministry of Internal Affairs of Russia. E-mail, jenya35353@yandex.ru
Sergey Anatolyevich Sherstyukov — Grand Dr. in Engineering, Professor of the Department of Infocommunication Systems and Technologies, Voronezh Institute of the Ministry of Internal Affairs of Russia.
E-mail, sherserge@gmail.com
Address: 602264, Russian Federation, Vladimir region, Murom, Orlovskaya st., 23.
Abstract: The article examines a new proposed algorithm scheme of fast digital demodulation of binary phase-shift keyed signals, distinct in implementing minimum possible number of simple mathematical operations for one period of incoming signal. Noise interference is mathematically described that affect received signals' distortion. A computing experiment was performed based on statistical simulation that enables to analyze signal distortions when it passes through a narrowband radio path. Simulation survey findings and cumulative calculations as per common methods enable to conclude about optimality of proposed algorithms and calculations. Calculation methods for potential noise immunity of demodulators when operating with noise interference of various types is examined. Mathematical calculations and applied known formulas proved its validity and efficiency. Developed methods for calculating potential noise immunity of proposed digital demodulators is applicable to noise interference of various statistical properties. MATLAB program is an effective tool for comprehensive simulation of radio devices. When im-
plementing FPGA-based electronic device by Xilinx Co., it is possible to set-up its simulation in ISE program and introduce it into Matlab program. It makes sense using MathCAD program for statistical simulation modeling with small values of signal periods for information symbol L < 105, which provides program developer with a variety of functions to generate and statistically process pseudo-random numbers, but calculation time increase is retribution for this convenience. When L is big it makes sense using object-oriented programming systems, for example, Delphi ensuring high speed simulation. An example is given for proposed algorithms' analysis of digital demodulation of phase-shift keyed signals. The program of statistical simulation was prepared within the research that implements the proposed calculation methods for potential noise immunity. Work view is presented in this article.
Keywords: demodulator, signal demodulation, phase-manipulated signal, noise immunity calculation method, noise interference.
References
1. Sovetov B.Ya., Yakovlev S.A. Modeling of systems: textbook. For universities. Moscow: Vyshaya shkola, 2009. 343 p.
2. Shelukhin O.I., Tenyakshev A.M., Osin A.V. Modeling of information systems: textbook. manual. Moscow:
Raditehnika, 2005. 368 p.
3. Bakalov V.P. Digital modeling of random processes. Moscow: Science Press, 2002. 88 p.
4. Ermakov S.M. Statistical modeling. Part 1.: Modeling of distributions.. St. Petersburg: NIIMM St. Petersburg
State University, 2006. 63 p.
5. Makarov E.G. Mathcad: training course. St. Petersburg: St. Petersburg, 2009. 394 p.
6. Valpa O.D. Borland C++ Builder: Express course. St. Petersburg: BHV-Petersburg, 2006. 224 p.
7. ArkhangelskyA.Ya. Delphi 2006 : Reference manual: Delphi language, classes, Win32 and .NET functions.
Moscow: Binom-Press, 2006, 1152 p.
8. Wentzel E.S., Ovcharov L.A. Probability theory and its engineering applications. Moscow: Vyshaya shkola,
2000. 483 p.
9. GihmanI.I., SkorokhodA.V. Introduction to the theory of random processes. Moscow: 1977. 568 p.
10. Kendall M., Stewart A. Theory of distributions. Moscow: Nauka, 1966. 587 p.
