CC BY
8
urements and the range of measured values. The article provides a record of the interference field during the translational motion of a copper plate along the X-axis. An experimental setup for heterodyne holographic interferometry is presented. A mathematical expression for a variable signal in time is obtained. It is mathematically shown that the information about the transverse motion of the object under study is in the phase difference p.
Key words: radiation wavelength, phase difference, holographic interferometry, two-exposure method, polaroid, heterodination, cross-shear interferometry.
Maiorov Evgeny Evgenievich, candidate of technical sciences, docent, maiorov_ee@mail.ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation,
Fedorenko Andrey Grigorievich, candidate of technical sciences, docent, 12051312@mail.ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation,
Khokhlova Marina Vladimirovna, candidate of pedagogical sciences, docent, mvxox@mail. ru, Russia, Saint-Petersburg, Military space Academy named after A. F. Mozhaisky,
Haidarov Gennady Gasimovich, candidate of technical sciences, docent, haidarov-gde@mail.ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint Petersburg State Institute of Technology (Technical University),
Guliyev Ramiz Balahan oglu, candidate of technical sciences, docent, ramiz63@yandex.ru, Russia, Saint-Petersburg, University at the EurAsEC inter-parliamentary Assembly,
Dagaev Alexsander Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, ada-gaev@list.ru, Russia, Ivangorod, Ivangorodskii Humanitarian-Technical Institute (branch of) «Saint-Petersburg University of Aerospace Instrumentation»
УДК 621.39
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-56-63
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕСТ РАЗМЕЩЕНИЯ РЕГЕНЕРАЦИОННЫХ ПУНКТОВ
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ЛИНЕЙНОГО ТРАКТА СЕТЕЙ СВЯЗИ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
А.В. Баранцев, В.К. Гойденко, А.С. Соколов, О.В. Яровикова
В статье рассматривается задача формирования оптимальной физической структуры полевого волоконно-оптического линейного тракта (ПВОЛТ) с регенераторами сетей связи специального назначения. Предложен алгоритм расчета параметров ПВОЛТ, позволяющий определить оптимальные места размещения промежуточных регенерационных пунктов по критерию качества оптических сигналов.
Ключевые слова: волоконно-оптический линейный тракт, регенерационные пункты, достоверность.
Одним из путей развития сетей связи специального назначения является повышение устойчивости и пропускной способности информационных направлений, что требует внедрения современных способов передачи информации, основанных на применении волоконно-оптических технологий.
В настоящее время волоконная оптика широко применяется не только для организации телефонной связи, но и для кабельного телевидения, видеотелефонии, радиовещания, вычислительной техники, технологической связи и т.д. Уникальные свойства волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) - широкополосность и малое затухание в волокнах оптических кабелейдают им особые перспективы при построении линий дальней связи.
56
Одним из основных расчетных параметров ВОЛС является протяженность регенера-ционных участков (РУ) волоконно-оптических линейных трактов (ВОЛТ). Для ВОЛТ сетей связи специального назначения значения протяженности ограничены, прежде всего, затухание-моптического сигнала, возникающим в разъемных линзовых оптических соединителях полевых кабелей. При построении протяженных ВОЛС ограниченная протяженность РУ ВОЛТ приводит к необходимости применения оптико-электронных регенераторов.
Для ВОЛТ с регенераторами качество передачи оптического сигнала, определяемое коэффициентом битовой ошибки, зависит от мест размещения оптико-электронных регенераторов. В связи с этим, в процессе проектирования и развертывания ВОЛТ должна решаться задача формирования его физической структуры.
Задача формирования физической структуры ВОЛТ с регенераторами сетей связи специального назначения в настоящее время проработана недостаточно [4, 5], что проявляется в отсутствии моделей и методик расчета параметров ВОЛТ, позволяющих определить оптимальные места размещения промежуточных регенерационных пунктов, что подтверждает актуальность и новизну представленных результатов.
Основным системным параметром, определяющим качество передачи цифровой информации является достоверность, которая выражается через вероятность или коэффициент битовых ошибок Кош, возникающих при передаче определённого количества бит. В англоязычной литературе и документации (в том числе в документах МСЭ-Т) этот коэффициент обозначается аббревиатурой BЕR (Ьй-еггог-гайо) [1, 3].
Для ВОЛТ с регенераторами Кош представляет собой сумму значений коэффициентов битовых ошибок, характеризующих качество передачи оптических сигналов на отдельных ре-генерационных участках Кош7, входящих в состав ВОЛТ:
Каш(Ь) = Х Ки
где N - количество регенерационных участков ВОЛТ.
Известно, что коэффициент битовой ошибки в ВОЛТ зависит от значения системного параметра качества оптического сигнала ^-фактора.
1 а2( I)
Кош1( Ц=Т2Л.
2
10°Д( Рвх -(а+а^стр )Ц )
д-фактор для ВОЛТ с регенераторами (без оптических усилителей) определяется электрическим соотношением сигнал/шум на входе решающего устройства регенератора. Значение ^-фактора для ВОЛТ без оптических усилителей определяется значением мощности оптического сигнала на входе приемного оптического модуля Рвых, токовой чувствительностью и тепловыми шумами фото приемного устройства регенератора ом:
Р ■ V
д =
Мощность сигнала на входе фотоприемного устройства 7-го регенератора может быть определена из следующего выражения:
Рвых7
где Ь7 - протяженность 7-го регенерационного участка. Следовательно, задачу формирования физической структуры ВОЛТ с регенераторами можно сформулировать следующим образом: определить протяженности регенерационных участков ПВОЛТ, обеспечивающие минимальное значение суммарного коэффициента битовой ошибки.
Кош = Кош7 (Ц Ш1П.
при ограничении:
N
^ Ц7 = ЦЛТ
7=1
Рассмотрим обобщённый алгоритм для расчетаместа размещения одного регенератора на ПВОЛТ. Разработанный алгоритм позволяет находить оптимальные (по критерию качества оптических сигналов) физические структуры ПВОЛТ.
Обобщенный алгоритм расчета параметров размещения регенерационных пунктов полевого ВОЛТ специального назначения представлен на рис. 1.
¿=1
Начало
Ввод данных
' Расчет параметров > размещения регенерационных пунктов
I
Расчет выходной мощности для двух участков регенерации
4 I
Расчет Ц - фактора
Расчет коэффициента ошибок (Кош) для каждого участка
Г 6
Суммирование Кош при разных коэффициентах затухания в оптическом волокне
Г 7-
Построение графиков на основе проделанных расчетов и их анализ
Конец
Рис. 1. Алгоритм расчета параметров размещения регенерационных пунктов ПВОЛТ
Детальное пошаговое описание обобщенного алгоритма при имеющихся исходных
данных.
Шаг 1. Ввод исходных данных.
Параметры источника излучения - уровень мощности излучения, Рвх [дБм]; длина волны излучения, X [нм].
Параметры оптического волокна [2] - коэффициент затухания в оптическом волокне, а [дБ/км].
Параметры оптического регенератора - мощность на входе регенератора, Рвхрег [дБ]; мощность на выходе регенератора, Рвыхрег [дБ];
Параметры приёмника излучения - ширина полосы пропускания, А/[ГГц]; уровень чувствительности приёмника сообщений, [дБ];
Расстояние между узлами связи, Ь [км];
2.Задание ограничений:
Минимальный уровень мощности (Рвх), поступающий от источника излучения в линейный тракт;
Ограничение на входную мощность элементов волоконно-оптических систем передачи.
Шаг 2. Расчет параметров размещения регенерационных пунктов.
Отображает начало цикла расчета параметров.
Шаг 3. Расчет выходной мощности Рсвых [дБм] для двух участков регенерации представлен выражениями (1) и (2). Значение выходной мощности не должно быть ниже порога чувствительности приемного оптоэлектронного модуля (ПРОМ), то есть минимальной средней мощности оптического сигнала на входном полюсе приемного оптоэлектронного модуля при заданных характеристиках этого сигнала, при которой обеспечивается заданное отношение сигнал-шум или заданный коэффициент ошибок.
1
- 5
Рсвых1( Ц) = 10
0,1| Р™-\ «+
■10-3.
Рсвых2( Ц) = 10
0,1\ рсвх-\ а+-Ц
■10
(1)
(2)
где Ц - расстояние от передающего оптического модуля (ПОМ) до обслуживаемого регенера-ционного пункта (ОРП), [км]; Цлт - протяженность всего тракта, [км]; а -коэффициент затухания кабеля, [дБ/км]; 5с - затухание в соединении строительных длин, [дБ]; Ц - строительная длинна, [км]; Рсвх- уровень мощности источника излучения, [дБм].
Шаг 4. Расчет д-фактора для 1-ого и 2-ого участков регенерации представлен выражениями (3) и (4). д-фактор - это параметр, который непосредственно отражает качество сигнала.
Ц) =
0,1\ Рсвх -\ а+ Ц I
10 1 1 Цстр 1 |.10-3 ■ V
а.
02( Ц) =
10
0,1 Рсвх -\ а+-
■10-3 ■ V
(3)
(4)
а.
где ам - тепловой шум приемника; V - токовая чувствительность, [А/Вт].
Шаг 5. Расчет коэффициента ошибок Кош для каждого участка (выражения (5), (6)). Рассмотрим пример расчета для ПВОЛТ с одним ОРП при разных коэффициентах затухания (рис. 2).
\ ОУС-15
\ ОУС-16 у
Рис. 2. Схема ПВОЛТ с одним регенерационным пунктом
В качестве ПВОЛТ будем рассматривать линию прямой связи между опорными узлами связи ОУС-15 и ОУС-16, расстояние между которыми 30-35 км. Функцию регенерации оптического сигнала будет выполнять мультиплексор комбинированный для систем связи (МКСС) из состава комплексной аппаратной П-260-Т.
Исходные данные для расчета приведены в табл. 1. Схема для расчета приведена на
рис. 3.
Рсвх=0дБм
Рсвых 1 Рсвх
Рсвых2
Кош1
Кош2
ОР
Lлт
Рис. 3. Схема для расчета ПВОЛТ с одним ОРП
В результате проведения расчетов с помощью разработанной методики, получены графики зависимости коэффициента ошибки (Кош) от длинны тракта Ц, по которым однозначно можно определить оптимальное место размещения РП (рис. 4).
На данном рисунке изображены три графика зависимостей коэффициента ошибки Кош от длинны тракта Ц с разными коэффициентами затухания оптического волокна и затухания в соединении. Как видно из графиков наименьшее значение коэффициента ошибки обеспечива-
L
ется при размещении регенератора в точке линейного тракта, разделяющего его на два участка с равным суммарным затуханием каждого. Так же из графиков видно, что для выполнения требований к коэффициенту ошибки Кош с ростом значений коэффициента затухания оптического волокна и затухания в соединении длина участка регенерации уменьшается, следовательно, для обеспечения требуемой протяженности ПВОЛТ потребуется большее количество регенераторов.
Таблица 1
Исходные данные для расчета ПВОЛТ с одним регенерационным пунктом_
Исходные данные
Параметр Обозначение Значение
Уровень мощности источника излучения Р , [дБм] свх 0
Длина от ПОМ до регенератора Ь, [км] 5...35
Строительная длинна Ь , [км] стр 0,8
Протяженность линейного тракта Ь, [км] 35
Коэффициент затухания кабеля а, [дБ/км] 0,22
Затухание в соединении 5 , [дБ] с 1,5
Токовая чувствительность [А/Вт] 0,8
Тепловой шум приемника о м 10-6
К Т 9 1Ь Л 21 а
1
Рис. 4. График зависимости коэффициента ошибки Кош от длинны тракта Ь
Следует отметить, как видно из графических зависимостей на рис. 4, полученные в ходе исследования результаты не противоречат результатам предшествующих исследований в данном направлении, что подтверждает их достоверность.
Так же рассмотрим вариант со значительно большим расстоянием ПВОЛТ, где применение одного ОРП недостаточно для того, чтобы сигнал приходил с заданным качеством. Для второго случая рассмотрим линию прямой связи между УС пунктов управления армии (рис. 5), между которыми необходимо разместить два ОРП. Приблизительное расстояние 65-70 км.
Рис. 5. Схема ПВОЛТ с двумя регенерационными пунктами
Схема для расчета приведена на рис. 6.
Исходные данные для расчета данного варианта указаны в табл. 2.
60
Рсвх=ОдБм рсвьк1 рсвх Кош1
ПОМ
Рис. 6. Схема для расчета ПВОЛТ с двумя ОРП
Таблица 2
Исходные данные
Параметр Обозначение Значение
Уровень мощности источника излучения Р , [дБм] свх 0
Длинна от ПОМ до ОРП 1 ¿1, [км] 5...35
Длинна от середины участка до ОРП 2 ¿2, [км] 5...35
Строительная длинна Е , [км] стр 1
Протяженность линейного тракта ¿, [км] 70
Коэффициент затухания кабеля а, [дБ/км] 0,22
Затухание в соединении 5 , [дБ] с 1,5
Тактовая чувствительность [А/Вт] 0,8
Тепловой шум приемника о м 10"6
Расчет выходной мощности Рсвых [дБм] для участков регенерациипроизводится по следующим формульным выражениям:
Рсвых1(А) _ Р свх
а + -
стр
Рсвых2( _ Р свх
Рсвых3(А, ^2) " рсвх
¿1.
• ¿2.
стР
\
( - ¿1 - ¿2).
стр у
где ¿1— расстояние от ПОМ до ОРП 1, [км]; Ь^ протяженность всего тракта, [км]; Ь2 - расстояние от середины участка до ОРП 2, [км]; а -коэффициент затухания кабеля, [дБ/км]; 5с -затухание в соединении строительных длин, [дБ]; Р - строительная длинна, [км]; Р - уровень
стр свх
мощности источника излучения, [дБм].
Ка1
30 £
Рис.7. График зависимости коэффициента ошибки Кош от длинны тракта Ь
61
В результате производства расчетов с помощью разработанного алгоритма, получены графики зависимости коэффициента ошибки Кош от длинны тракта L, по которым однозначно можно определить оптимальное место размещения РП (рис. 7).
На рис. 7 приведен результат расчета для случая с двумя РП на линейном тракте большей дальности. Из графика на рисунке видно, что минимум коэффициента ошибок для данной структуры линейного тракта достигается при размещении РП в определенных местах, разделяющих линейный тракт на участки с суммарным затуханием каждого, обеспечивающего минимальное значение показателя качества коэффициента ошибок ПВОЛТ СН.
Таким образом, в результате выполненной работы был разработан алгоритм размещения регенерационных пунктов ПВОЛТ СН, который позволяет определять места размещения РП на линейных трактах для различных вариантов его физической структуры. В результате применения данного алгоритма для различных случаев можно достичь снижение коэффициента ошибки Кош от 10 до 30%.
Разработанная последовательность расчета размещения регенерационных пунктов ПВОЛТ в дальнейшем может быть использована в при проектировании и оптимизации параметров оптических сетей связи специального назначения, что позволит повысить показатели качества функционирования магистральной транспортной сети связи ВС РФ.
Список литературы.
1. Дополнение 39 МСЭ-Т. Рассмотрение вопросов расчета и проектирования оптических систем, 2003 г.
2. Рекомендация МСЭ-Т G.652. Характеристики одномодового оптического волокна и кабеля, 2009 г.
3. Листвин В.Н., Трещиков В.Н. DWDM системы: научное издание - М.: Издательский Дом «Наука», 2013. 300 с.
4. Соколов А.С., Щербак К.П. Модель полевого волоконно-оптического линейного тракта с неоднородной структурой среды передачи и использованием оптических усилителей. Вопросы оборонной техники. Серия 16: Технические средства противодействия терроризму. 2020. № 11-12 (149-150). С. 63-70.
5. Щербак К.П., Чистяков А.В., Щербак Е.П. Анализ подходов к моделированию полевого волоконно-оптического тракта. В сборнике: Приоритетные направления инновационной деятельности в промышленности. Сборник научных статей по итогам девятой международной научной конференции. Казань, 2020. С. 150-153.
Баранцев Антон Викторович, канд. техн. наук, преподаватель, barancevan-ton@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи,
Гойденко Владимир Константинович, канд. техн. наук, преподаватель, lglvl@yandex.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи,
Соколов Александр Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, sanyol80@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи,
Яровикова Оксана Владиславовна, канд. техн. наук, старший преподаватель, oksa-na_yr@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи
DETERMINATION OF THE LOCATIONS OF REGENERATION POINTS OF THE FIBER-OPTIC LINEAR PATH OF SPECIAL-PURPOSE COMMUNICATION NETWORKS
A.V. Barantsev, V.K. Goidenko, A.S. Sokolov, O.V. Yarovikova
The article considers the problem of forming the optimal physical structure of a field fiberoptic linear path (PVOLT) with regenerators of special-purpose communication networks. An algorithm for calculating the PVOLT parameters is proposed, which makes it possible to determine the optimal locations of intermediate regeneration points by the criterion of the quality of optical signals.
Key words: fiber-optic linear path, regeneration points, reliability.
62
Barantsev Anton Viktorovich, candidate of technical sciences, teacher, barancevan-ton@mail.ru, Russia, Saint-Petersburg, Military Academy of Communications,
Goidenko Vladimir Konstantinovich, candidate of technical sciences, teacher, lglvl@yandex.ru, Russia, Saint-Petersburg, Military Academy of Communications,
Sokolov Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, sanyol80@mail.ru, Russia, Saint-Petersburg, Military Academy of Communications,
Yarovikova Oksana Vladislavovna, candidate of technical sciences, senior lecturer, oksa-na_yr@mail.ru, Russia, Saint-Petersburg, Military Academy of Communications
УДК 535.6.08
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-8-63-69
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТЕГРИРУЮЩЕЙ ФОТОМЕТРИЧЕСКОЙ СФЕРЫ С ВНУТРЕННИМ ЭКРАНОМ МАТРИЧНЫМ
МЕТОДОМ
Е.Е. Майоров, В.П. Пушкина, А.В. Арефьев, Ю.М. Бородянский, Р.Б. Гулиев, А.В. Дагаев
В настоящей статье проведено математическое моделирование интегрирующей фотометрической сферы с внутренним экраном матричным методом. Представленная работа актуальна, так как при использовании интегрирующей фотометрической сферы с внутренним экраном в колориметрических приборах появляется возможность измерять цветовые параметры от предметов имеющих отражательную поверхность сложной формы. В работе приведен расчёт распределения освещённости в полости интегрирующей сферы матричным методом. Проанализированы полученные данные эксперимента и выявлено, что при падении начального излучения на поверхность исследуемого объекта и учете всей геометрии освещения распределение светового потока на поверхности образца остается равномерным в пределах > 0,01. Экран внутри фотометрической сферы не вносил дополнительной погрешности в эксперимент, а погрешность измерений зависла от соотношения площадей поверхности полости сферы, входных и выходных люков.
Ключевые слова: матричный метод, колориметрический прибор, фотометрическая сфера, конфигурационный фактор, фотоприемное устройство, экран, световой поток.
В современной науке и технике колориметрические приборы и системы занимают одно из ведущих мест [1, 2]. Эти методы и средства имеют большую востребованность как в промышленности, так и в научной базе исследований [3, 4]. В основе колориметрических измерений лежит принцип нахождения оптических спектров отражения и (или) пропускания в диапазоне длин волн X = 380...760 нм и расчет на основе спектральных данных координат цвета в колориметрических системах (XYZ, CIELAB, RGB) [5, 6].
Современные колориметры уже используют оптоэлектронные компоненты, такие как трех элементные RGB- фотодиоды и светоизлучатели [7, 8].
В работе представляет интерес колориметр, который применяет интегрирующую фотометрическую сферу с внутренним экраном [9, 10]. Как правило, такие приборы применяются для исследования предметов имеющих отражательную поверхность сложной формы, где интегрирующая сфера с внутренним экраном служит для регистрации полного диффузного отражения потока излучения [11, 12].
Поэтому целью работы явилось математическое моделирование интегрирующей фотометрической сферы с внутренним экраном матричным методом.
