МЕТОД УВЕЛИЧЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА АКУСТООПТИЧЕСКОГО АНАЛИЗАТОРА СПЕКТРА РАДИОСИГНАЛОВ : МЕТОД ЗБІЛЬШЕННЯ динамічного діапазону акустооптичного спектроаналізатора радіосигналів

brief description

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
на правах рукописи
КАРНАУХ Валерий Всеволодович
УДК 621.396.62
МЕТОД УВЕЛИЧЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА
АКУСТООПТИЧЕСКОГО АНАЛИЗАТОРА СПЕКТРА РАДИОСИГНАЛОВ
специальность 05.12.17 радиотехнические и телевизионные системы
диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель:
СТРЕЛКОВ Александр Иванович,
доктор технических наук профессор
Заслуженный изобретатель Украины
Харьков 2012

СОДЕРЖАНИЕ
Список принятых сокращений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
Раздел 1. Анализ процессов акустооптического взаимодействия и детекти-
рования оптических сигналов акустооптического анализатора спектра. . . . . 14
1.1. Мониторинг национального радиочастотного ресурса. . . . . . . . . . . 14
1.1.1. Цели и задачи радиочастотного мониторинга. . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1.2. Методы и средства радиочастотного мониторинга. . . . . . . . . 17
1.2. Акустооптический анализатор спектра радиосигналов. . . . . . . . . . . 20
1.2.1. Анализ процесса акустооптического взаимодействия. . . . . . . 20
1.2.2. Устройства радиочастотного мониторинга на основе эффек-
тов акустооптического взаимодействия. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2.3. Структурный и функциональный анализ акустооптического
анализатора спектра радиосигналов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.2.4. Обзор методов обработки и регистрации оптических сигна-
лов в акустооптическом анализаторе спектра. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.3. Постановка задачи исследований. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Выводы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Раздел 2. Разработка математической модели процессов акустооптиче-
ского взаимодействия и детектирования оптических сигналов акустооп-
тического анализатора спектра в широком диапазоне интенсивностей
входных радиосигналов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.1. Разработка математической модели процессов акустооптического
взаимодействия и детектирования оптических сигналов в широком
диапазоне интенсивностей входных радиосигналов. . . . . . . . . . . . . . 41
3
2.1.1. Математическая модель процесса акустооптического взаимо-
действия в широком диапазоне интенсивностей ультразвуковых ко-
лебаний. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.1.2. Математическая модель процесса детектирования оптических
сигналов при акустооптическом взаимодействии в широком диапа-
зоне интенсивностей ультразвуковых колебаний. . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.2. Анализ результатов математического моделирования. . . . . . . . . . . . . 57
2.2.1. Анализ влияния процесса акустооптического взаимодействия
в широком диапазоне интенсивностей ультразвуковых колебаний на
качество спектрального анализа радиосигналов. . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.2.2. Анализ влияния процесса детектирования оптических сигна-
лов при акустооптическом взаимодействии в широком диапазоне
интенсивностей ультразвуковых колебаний на качество спектраль-
ного анализа радиосигналов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
Выводы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3. Разработка метода увеличения динамического диапазона акустооп-
тического анализатора спектра радиосигналов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.1. Анализ исходных данных и синтез метода увеличения динамиче-
ского диапазона АОАС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.2. Описание метода увеличения динамического диапазона акустоопти-
ческого анализатора спектра радиосигналов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.3. Оценка эффективности метода увеличения динамического диапазо-
на акустооптического анализатора спектра радиосигналов. . . . . . . . . . 87
Выводы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Раздел 4. Практические рекомендации по увеличению динамического
диапазона акустооптического анализатора спектра радиосигналов (ква-
зиоптимальные методы). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4
4.1. Экспериментальные исследования по применению метода увели-
чения динамического диапазона акустооптического анализатора
спектра радиосигналов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.1.1 Цель и объект экспериментальных исследований. . . . . . . . . . . . 93
4.1.2 Общие положения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.1.3 Оцениваемые показатели и расчетные соотношения. . . . . . . . . 94
4.1.4 Описание экспериментальной установки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.1.5 Обработка, анализ и оценка полученных результатов. . . . . . . 97
4.2 Применение методов сверхрелеевского разрешения радиосигна-
лов для повышение динамического диапазона акустооптического
анализатора спектра. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.2.1. Теоретические исследования по применению сверхрелеевско-
го разрешения радиосигналов для повышение динамического диа-
пазона акустооптического анализатора спектра. . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.2.2. Экспериментальные исследования по применению сверхреле-
евского разрешения радиосигналов для увеличения динамическо-
го диапазона акустооптического анализатора спектра. . . . . . . . . . . . 112
4.3. Обоснование рекомендаций по практической реализации методов
обработки сигналов при проявлении нелинейных эффектов в аку-
стооптическом анализаторе спектра. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.3.1. Обоснование рекомендаций по практической реализации мето-
дов определения частоты радиолокационного сигнала при проявле-
нии нелинейных эффектов в акустооптическом анализаторе спектра. . 115
4.3.2. Распознавание входных радиосигналов по нелинейному от-
клику акустооптического спектроанализатора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.3.3. Алгоритм распознавания сигналов на выходе акустооп-
тического спектроанализатора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
5
Выводы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Выводы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Список использованных источников. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Приложение А. Протокол лабораторных испытаний устройства управ-
ления и статистической обработки сигналов (УУСО) . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Приложение Б. Акт реализации результатов диссертационных исследо-
ваний в ОАО СКБ РТУ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АОАС акустооптический анализатор спектра
АОМ акустооптический модулятор
АОП акустооптический преобразователь
ДЛЗ дисперсионная линия задержки
НИР научно-исследовательская работа
ОЭС оптико-электронная система
РС радиосигнал
РЭС радиоэлектронное средство
СВЧ сверхвысокие частоты
СКО среднеквадратическое отклонение
СРМ система радиомониторинга
с/ш сигнал / шум
ЭМО электромагнитная обстановка

ВВЕДЕНИЕ
Радиочастотный мониторинг является на сегодняшний день важным ин-
струментом достижения эффективности в использовании национального радио-
частотного ресурса. При этом, качество радиочастотного мониторинга, зачастую
определяется наличием средств спектрального анализа и панорамного анализа
радиосигналов соответствующих современным требованиям и удовлетворяющих
условиям электромагнитной обстановки в районе применения [1, 2].
Актуальность темы. В условиях высокой насыщенности радиочас-
тотного ресурса особую актуальность приобретает проблема спектрального
анализа электромагнитной обстановки. В связи с этим возникают задачи по-
вышения тактико-технических характеристик средств радиочастотного ана-
лиза и, в частности, задача расширения динамического диапазона приемных
и анализирующих устройств. Таким образом, задачи анализа соответствия
тактико-технических характеристик средств радиочастотного анализа совре-
менному состоянию электромагнитной обстановки, а так же разработка но-
вых методов направленных на улучшение качества спектрального анализа
радиосигнала являются актуальными [3].
В настоящее время, одним из перспективных классов средств радио-
частотного мониторинга являются акустооптические анализаторы спектра
радиосигналов (АОАС РС). Их широкое распространение для решения задач
радиочастотного мониторинга обусловлено сочетанием в них свойств уст-
ройств панорамного приема и спектрального анализа радиосигналов.
Важной характеристикой средств радиочастотного мониторинга, в
том числе и акустооптических анализаторов спектра является - динамический
диапазон указывающий на меру способности устройства нормально функ-
ционировать по определенному критерию в условиях воздействия на его вход
сигналов с большим разбросом мощностей [4].
В акустооптических анализаторах спектра, как панорамных устройствах
динамический диапазон приобретает еще большее значение. Это обусловлено
8
тем, что при панорамном приеме и анализе спектров различие амплитуд отдель-
ных составляющих может быть очень велико. Вероятность же одновременного
воздействия на вход устройства сигналов с различными уровнями возрастает в
следствие широкополосности приемного устройства [4 - 6].
Связь работы с научными программами, планами, темами. Тема
диссертационных исследований связана с темами научно-исследовательских
работ (НИР): «НИР № 24/01-27 от 01.06.2002: «Разработка принципов по-
строения обнаружителя пачек коротких оптических сигналов блока Ч-1», но-
мер гос. регистрации ДР 0104U0902072; НИР № 05-22 от 15.04.2005: «Раз-
работка методов повышения разрешающей способности, увеличения дина-
мического диапазона акустооптического анализатора спектра», номер гос.
регистрации ДР 0105U007073; НИР № 09-20 от 01.03.2009: «Методы по-
вышения динамического диапазона блока Ч1 и разработка предложений по
их реализации», номер гос. регистрации ДР 0105U0060789, выполненных в
Харьковском национальном университете радиоэлектроники по заказу Спе-
циального конструкторского бюро радиотехнических устройств Государст-
венной акционерной холдинговой компании «Топаз», г. Донецк. Результаты
диссертационных исследований включены в отчеты о НИР.
В промежуточном отчете (2002 г.) соискателем проведен анализ воз-
можных путей повышения динамического диапазона АОАС в условиях
приема РС в широком диапазоне их мощностей [7]. Во второй промежуточ-
ный отчет (2003 г.) включены результаты исследований автора посвященных
синтезу математической модели процессов акустооптического преобразова-
ния и фотодетектирования оптических сигналов АОАС с учетом их корпус-
кулярно-волновой структуры и нелинейности данных типов преобразований
[8]. Заключительный отчет по НИР (2005 г.) содержит результаты исследова-
ний раскрывающих вопросы разработки метода увеличения динамического
диапазона АОАС за счет совместного применения процедур ослабления РС и
дискретного накопления оптических сигналов в последетекторной области
АОАС [9]. Отчет о НИР (2010 г.) содержит результаты исследований посвя-
9
щенных вопросам статистического синтеза алгоритмов обнаружения оптиче-
ских сигналов АОАС при их нелинейном искажении [10].
Цель исследования. Целью работы является улучшение характеристик
обнаружения сигналов с большим разбросом мощностей в акустооптическом
анализаторе спектра при их нелинейном преобразовании.
Научная задача исследования разработка метода увеличения дина-
мического диапазона акустооптического анализатора спектра радиосигналов.
Для достижения поставленной цели в работе были решены следую-
щие частные научно-технические задачи:
- сравнительный анализ методов и технических средств радиочастотного
мониторинга;
- структурный и функциональный анализ АОАС РС;
- анализ физических факторов и структурных особенностей АОАС РС
ограничивающих его динамический диапазон;
- разработка математической модели процессов акустооптического
взаимодействия и детектирования оптических сигналов АОАС;
- анализ математической модели процессов акустооптического взаимо-
действия и детектирования оптических сигналов АОАС в широком диапазоне
интенсивностей входных радиосигналов;
- разработка метода повышения динамического диапазона АОАС РС;
- оценка эффективности метода повышения динамического диапазона
АОАС РС;
- разработка квазиоптимальных методов увеличения динамического диа-
пазона АОАС РС, предложений и рекомендаций по их технической реализации.
Объект исследования процессы акустооптического взаимодействия
и детектирования оптических сигналов акустооптического анализатора спек-
тра радиосигналов.
Предмет исследования методы обработки и обнаружения оптиче-
ских сигналов акустооптического анализатора спектра радиосигналов.
Методы исследования. В диссертационных исследованиях использо-
10
ваны теоретические и экспериментальные методы исследований:
- для описания процедур преобразования сигналов АОАС РС, их стати-
стических и энергетических характеристик использованы методы и основные
положения волновой и корпускулярной теории света, квантовой физики, тео-
рии вероятностей и теории случайных потоков, теории построения радиотех-
нических и оптико-электронных систем (ОЭС);
- для синтеза метода увеличения динамического диапазона АОАС и ре-
шения задачи обнаружения оптических сигналов АОАС использованы методы
статистического синтеза и основные положения теории принятия решений;
- для подтверждения адекватности результатов теоретических исследо-
ваний и проверки работоспособности разработанного метода увеличения ди-
намического диапазона АОАС проведены экспериментальные исследования с
применением методов оптимального планирования эксперимента и математи-
ческой статистики.
Научная новизна полученных результатов. В ходе диссертацион-
ных исследований получены следующие новые научные результаты:
1.Получила дальнейшее развитие математическая модель процессов акусто-
оптического взаимодействия и детектирования оптических сигналов акустоопти-
ческого анализатора спектра в широком диапазоне интенсивностей входных ра-
диосигналов, которая в отличие от известных учитывает корпускулярные свой-
ства процесса фонон-фононного взаимодействия и мультипликативное влияние
помеховой составляющей регистрируемых оптических сигналов [10, 12].
2. Усовершенствован метод увеличения динамического диапазона акусто-
оптического анализатора спектра радиосигналов, который отличается от из-
вестных тем, что выбор параметров ослабления и внутрикадрового накопления
сигналов учитывает нелинейные эффекты фонон-фононного взаимодействия в
акустооптическом модуляторе и мультипликативного искажения сигналов в
фотоприемнике при больших амплитудах сигнала и помехи [12, 13].
Достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций под-
тверждается удовлетворительным совпадением результатов теоретических и
11
экспериментальных исследований, использованием адекватного математиче-
ского аппарата для описания сигналов АОАС и возможностью сведения ре-
зультатов теоретических исследований с известным в предельных значениях.
Практическое значение полученных результатов. Разработан ме-
тод увеличения динамического диапазона АОАС РС, применение которого
позволяет расширить динамический диапазон АОАС, как в сторону увеличе-
ния мощностей принимаемых РС (за счет сочетания процедур ослабления и
накопления), так и в сторону уменьшения их мощностей (за счет выбора оп-
тимального времени накопления сигналов в единичном кадре и их последую-
щего накопления). При этом ограничения на применение данного метода не
зависят от мощностей анализируемых РС и помех, а определяются только тех-
ническим совершенством используемой элементной базы (в частности атте-
нюаторов и ПЗС-матриц). Экспериментальные исследования подтверждают
возможность увеличения динамического диапазона АОАС в десятки раз, за
счет применения разработанного метода, что существенно повышает качество
проведения мероприятий по мониторингу радиочастотного ресурса Украины.
Основные научные результаты диссертационных исследований:
- математическая модель процессов акустооптического взаимодействия и
детектирования оптических сигналов акустооптического анализатора
спектра радиосигналов;
- метод увеличения динамического диапазона акустооптического анализа-
тора спектра радиосигналов.
Практическая реализация перечисленных научных и практических ре-
зультатов диссертационных исследований позволила провести модерниза-
цию систем анализа и обработки радиотехнических сигналов (Приложения).
Личный вклад соискателя. Все основные результаты, составляющие
суть диссертационной работы и нашедшие отражение в пунктах новизны, на-
учного и практического значения, получены автором самостоятельно. В ра-
ботах, опубликованных в соавторстве, автором предложено следующее:
В работе [10] автором, на основе корпускулярных представлений, прове-
12
ден анализ влияния нелинейностей при дифракции света на ультразвуке большой
интенсивности. Показано, что основной эффект оказывают процессы распада
(слияния) фононов, в результате которых возникают звуковые волны с новыми
волновыми векторами. При этом дифракция света на этих звуковых волнах при-
водит искажению спектра выходного сигнала акустооптического датчика.
В работе [11] соискателем разработана математическая модель прием-
ника оптического излучения акустооптического анализатора спектра радио-
сигналов с учетом нелинейного влияния времени накопления сигналов на его
вольтовую характеристику. Проведен анализ влияния времени накопления оп-
тического сигнала на динамический диапазон приемника оптического излуче-
ния и устройства акустооптического преобразования радиосигналов в целом, в
зависимости от интенсивности внешних и внутренних шумов (помех).
В работе [12] получены оценки интенсивностей процессов 3-
фононных распадов, приводящих к появлению дополнительных дифракци-
онных максимумов. Проведен статистический анализ и получены вероятно-
стные характеристики обнаружения оптических сигналов в акустооптиче-
ском анализаторе спектра. Показано, что увеличение мощности исходного
сигнала приводит к ухудшению характеристик обнаружения.
В работе [13] с целью согласования амплитуды регистрируемых ра-
диосигналов с динамическим диапазоном акустооптического анализатора
спектра и с учетом эффектов фонон-фононного взаимодействия и нелиней-
ности вольтовой характеристики приемника оптического излучении разрабо-
тан метод дискретного накопления оптических сигналов. Проведен анализ
вероятностных и энергетических характеристик метода.
В работе [14] синтезирован метод определения частоты входного ра-
диосигнала большой интенсивности, при которой проявляются нелинейные
эффекты в акустооптическом анализаторе спектра. Метод основан на сравне-
нии принимаемой реализации сигнала с выхода акустооптического спектроа-
нализатора с калиброванными значениями отклика спектроанализатора на
входной радиосигнал заданной частоты и заданной интенсивности.
13
В работе [15] автором предложен и описан алгоритм учета нелиней-
ности, основанный на методах распознавания сигналов с использованием
обучающей выборки.
В работе [16] синтезирован алгоритм распознавания выходных сигна-
лов спектроанализатора, основанный на многоальтернативной проверке ги-
потез с использованием этапа обучения. Использованное в алгоритме прави-
ло решения в отличие от традиционного правила анализа оценочных функ-
ций дополнено анализом матрицы связности.
В работе [17] соискателем решена задача разрешения сигналов в зави-
симости от динамического диапазона акустооптического анализатора спектра
и соотношения амплитуд спектральных составляющих радиосигналов.
Апробация результатов диссертационных исследований. Основ-
ные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 1-
ом Международном Радиоэлектронном форуме «Прикладная радиоэлектро-
ника. Состояние и перспективы развития», 2002; Международной конфе-
ренции «Теория и техника передачи, приема и обработки информации»,
2003; ІІІ Международном радиоэлектронном форуме «Прикладна радіоелект-
роніка. Стан та перспективи розвитку», ХНУРЭ, 2008; V научной конферен-
ции «Новітні технології для захисту повітряного простору», 2009 .
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 на-
учных трудах, из которых 8 статей в научных сборниках и журналах, вклю-
ченных в список МОН молодежи и спорта Украины, 4 тезисах доклада на на-
учно-технических конференциях и форумах. Кроме того, описание основных
теоретических и практических результатов диссертационных исследований
использовано при составлении 5-ти отчетов по НИР.
Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю
доктору технических наук профессору Стрелкову Александру Ивановичу и
всем специалистам, принявшим участие в обсуждении результатов диссерта-
ционных исследований, за высказанные замечания и предложения, которые
послужили рациональному формированию содержания данной работы.

bibliography

ВЫВОДЫ
Диссертация посвящена теоретическим и экспериментальным вопросам
разработки методов обработки оптических сигналов АОАС РС. Диссертацион-
ные исследования преследовали цель увеличение динамического диапазона
акустооптического анализатора спектров радиосигналов.
В диссертационной работе получили дальнейшее развитие теоретиче-
ские и практические вопросы построения и обработки сигналов в радиотехни-
ческих и опико-электронных системах, что нашло отражение в новых научных
результатах: математической модели процессов акустооптического взаимодей-
ствия и детектирования оптических сигналов акустооптического анализатора
спектра в широком диапазоне интенсивностей входных радиосигналов; методе
повышения динамического диапазона акустооптического анализатора спектра
радиосигналов.
Основные научные результаты диссертационных исследований были
использованы в Специальном конструкторском бюро радиотехнических уст-
ройств и позволили сформулировать и определить технические требования к
АОАС и системе анализа и обработки радиосигналов.
По результатам диссертационных исследований сделаны следующие
выводы:
1. Современное состояние радиочастотного ресурса характеризуется
высокой интенсивностью его использования и как следствие перегруженностью
радиочастотных диапазонов всеми категориями пользователей. При этом уро-
вень развития средств радиочастотного мониторинга, в большинстве случаев не
отвечает уровню развития средств радиосвязи и телекоммуникаций, что являет-
ся потенциальным фактором снижения эффективности и безопасности исполь-
зования радиочастотного ресурса Украины.
2. Характеристики обнаружения радиоканала определяются энергией
сигнала. При этом, акустооптический спектроанализатор считают линейной
системой. Это утверждение основано на том, что составные части акустооп-
135
тического спектроанализатора, такие как линзы, зеркала, оптические фильт-
ры, модуляторы, слой пространства, диафрагмы и др. являются линейными,
инвариантными относительно сдвигов в координатной и частотной областях
соответственно и характеризуется либо коэффициентом передачи, либо ко-
эффициентом пропускания.
Практическое использование акустооптических анализаторов спектра в
радиотехнических системах подтверждает это положение при обнаружении ра-
диосигналов малой энергии.
В случае превышения энергией радиосигнала определенного порога на
выходе спектроанализатора формируется сложный сигнал, по которому труд-
но однозначно определить частоту входного радиосигнала. Это возможно обу-
словленно нелинейным характером зависимости передаточной функции ра-
диоканала и оптических элементов от мощности принимаемого радиосигнала.
В существующих спектроанализаторах не реализованы методы обработ-
ки сигналов, позволяющие учесть нелинейный характер акустооптического
преобразования.
3. Математическое моделирование процессов акустооптического взаи-
модействия и фоторегистрации показали, что увеличение мощности исходной
акустической волны, вследствие нелинейного фонон-фононного взаимодействия,
приводит к увеличению вероятности ее распада на волны с иными волновыми
векторами. В совокупности с уменьшением эффективности акустооптического
взаимодействия это приводит к уменьшению условной вероятности правильно-
го обнаружения, а также увеличению вероятности ложной тревоги.
Нарушение условия пространственной стационарности сигнала и помехи
не позволяет использовать для данного случая известные методы синтеза пара-
метрических алгоритмов обнаружения. В то же время, отсутствие регулярных
общих методов синтеза наиболее эффективных непараметрических алгоритмов
делает необходимым поиск новых методов обработки радиосигналов большой
интенсивности в акустооптическом анализаторе спектра.
При воздействии на фотоприемник оптических сигналов малой мощно-
136
сти процесс их регистрации можно считать линейным, что позволяет синтези-
ровать их алгоритмы обработки с использованием условия суперпозиции. Уве-
личение мощности помеховой составляющей принимаемой аддитивной смеси
«сигнал+помеха» приводит к появлению мультипликативных искажений сиг-
нала и описывается нелинейной математической моделью второго порядка.
Увеличение мощности принимаемого оптического излучения приводит к
вынужденному уменьшению времени регистрации сигнала. При достаточной
мощности помехи зависимость величины напряжения сигнала от величины вре-
мени его накопления имеет явно выраженный максимум, наличие которого объ-
ясняется влиянием мультипликативной составляющей и может быть использо-
вано для выбора оптимального времени регистрации сигнала (экспозиции).
Наличие аддитивной помехи большой мощности вводит ограничения по
применению методов непрерывного накопления сигнала, однако в данном слу-
чае могут быть использованы методы дискретного накопления и статистиче-
ской обработки оптических сигналов по n кадрам.
4. Описанный метод отличается от известных тем, что выбор парамет-
ров ослабления и внутрикадрового накопления сигналов учитывает нелинейные
эффекты фонон-фононного взаимодействия в акустооптическом модуляторе и
мультипликативного искажения сигналов в фотоприемнике при больших ам-
плитудах сигнала и помехи. Применение данного метода в АОАС позволяет
расширить его динамический диапазон, как в сторону увеличения мощностей
принимаемых РС (за счет сочетания процедур ослабления и накопления), так и
в сторону уменьшения их мощностей (за счет выбора оптимального времени
накопления сигналов в единичном кадре и их последующего накопления). При
этом ограничения на применение данного метода не зависят от мощностей ана-
лизируемых РС и помех, а определяются только техническим совершенством
используемой элементной базы (в частности аттенюаторов и ПЗС-матриц).
5. Из результатов эксперементальных исследований видно, что увели-
чение интенсивности помехи, а так же увеличение разности амплитуд сигналов
приводит к ухудшению качества получаемых оценок их параметров, и как след-
137
ствие к ухудшению разрешающей способности АОАС РС по частоте. В то же
время, применение методов разрешения сигналов основанных на качественных
критериях оценки их параметров, в отличие от критерия Релея, позволяет осуще-
ствлять операцию разрешения сигналов без ограничений в разности их частот.
Платой за увеличение разрешающей способности, в этом случае, является потеря
в качестве оценок энергетических и пространственных параметров сигналов.
В то же время решение задачи увеличения динамического диапазона
АОАС возможно на основе использования алгоритмов распознавания вы-
ходных сигналов спектроанализатора, которые основаны на многоальтерна-
тивной проверке гипотез с использованием этапа обучения.
Основные особенности практической реализации предложенного ал-
горитма состоят в следующем: Изменяющемуся количеству выходных сиг-
налов на этапе обучения соответствует многослойная структура записи эта-
лонных характеристик сигналов, в которой номер слоя связан с количест-
вом выходных сигналов.
6. Показано, что реализация предложенного метода при модернизации
существующих акустооптических анализаторов спектра позволит существенно
расширить диапазон значений энергии входных радиосигналов, для которых
может быть измерена несущая частота. Полученные результаты представляют
практический интерес для специалистов, занимающихся эксплуатацией радио-
технических систем контроля радиолокационной обстановки и разработчиков
перспективных акустооптических анализаторов спектра.
В заключение необходимо отметить, что разработанные методы могут
быть использованы при модернизации существующих и разработке перспек-
тивных АОАС РС, что позволит существенно повысить их динамический диа-
пазон для решения задач в интересах контроля и мониторинга радиочастотного
ресурса Украины.
Применение данного метода может оказаться полезным и в других отрас-
лях науки и техники, где проведение оптических измерений сопряжено с одно-
временным детектированием (приемом, обработкой) сигналов в широком диапа-
138
зоне их интенсивностей.
На наш взгляд, перспективными для проведения являются направления
связанные с синтезом алгоритмов и методов оценки параметров сигналов в
АОАС в условиях их приема в широком диапазоне мощностей. Такие алгорит-
мы, в свою очередь, позволят комплексно подойти к решению задачи увеличе-
ния динамического диапазона АОАС РС.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. www.liga.net ЛИГАБизнесИнформ украинская Сеть деловой информации.
2. Закон Укрины От 1.06.2000 г. № 1770 III «Про радиочастотный ресурс
Украины» с последними изменениями и дополнениями внесенными За-
коном Украины от 25.03.2005 г. № 2505 IV.
3. www.ucrf.dov.ua/uk/press/ - офіційне інтернет-представництво
Українського державного центру радіочастот «Центр «Укрчастотнагляд».
4. Мартынов В.А., Селихов Ю.И. Панорамные приемники и анализаторы
спектра / Под ред. Заварина Г.Д. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Сов. ра-
дио, 1980. 352 с.
5. Магдич Л.М., Молчанов В.Я. Акустооптические устройства и их приме-
нение. М.: Сов. радио, 1978, 112 с.
6. Барсов В.И. Анализ электромагнитной обстановки на техногенных объек-
тах сложной пространственной структуры / В.И.Барсов, Т.А. Стрелкова,
Е.И. Жилин, А.С. Калмыков // Системи обробки інформації. - Харків:
ХУПС. 2006. - Вип. 8 (57). - С. 93 - 95.
7. Розробка принципів побудови виявителя пачок коротких оптичних
сигналів блоку Ч-1”: Звiт про НДР (проміжн.) / ХНУРЕ. - № ДР
02071197, тема № 01-27; Харків, 2002. - 79 с.
8. Розробка принципів побудови виявителя пачок коротких оптичних
сигналів блоку Ч-1”: Звiт про НДР (проміжн.) / ХНУРЕ. - № ДР
02071197, тема № 01-27; Харків, 2003. - 86 с.
9. Розробка принципів побудови виявителя пачок коротких оптичних
сигналів блоку Ч-1”: Звiт про НДР (закл.) / ХНУРЕ. - № ДР 02071197,
тема № 01-27; Харків, 2005. - 26 с.
10. Стрелков А.И., Стрелкова Т.А., Кальной С.Е., Карнаух В.В. О работе аку-
стооптического датчика при больших амплитудах звука. Системи оброб-
ки інформації. Харків: ХУПС. 2006. Вип.2 (51). С.173 179.
140
11. Стрелков А.И., Стрелкова Т.А., Жилин Е.И., Лытюга А.П., Карнаух В.В.
Анализ влияния времени накопления оптических сигналов на динамиче-
ский диапазон АОАС РС. Системи обробки інформації. Харків: ХУПС.
2009. Вип.4 (78). С. 2 5.
12. Стрелков А.И., Кальной С.Е., Жилин Е.И., Карнаух В.В. Обнаружение ра-
диосигналов большой амплитуды в акустооптическом анализаторе спектра.
Системи обробки інформації. Харків: ХУПС. 2010. Вип.2 (83). С. 156
162.
13. Стрелков А.И., Кальной С.Е., Жилин Е.И., Стрелкова Т.А., Карнаух В.В.
Применение метода дискретного накопления сигналов для повышения ди-
намического диапазона акустооптического анализатора спектра радиосиг-
налов. Системи управлiння, навiгацii та зв’язку. Київ. Вип. 2 (14).
2010. С. 58-66.
14. Стрелков О.І., Казаков О.Є., Карнаух В.В. Определение частоты радиоло-
кационных сигналов при проявлении нелинейных эффектов в акустооп-
тических анализаторах спектра
15. Стрелков А.И., Писаренок Г.Г., Карнаух В.В. Распознавание входных
сигналов по нелинейному отклику акустооптического спектроанализа-
тора // Системи обробки інформації, випуск 6(22), 2002. С. 357 363.
16. Стрелков О.І., Пісаренок Г.Г., Карнаух В.В. Алгоритм распознавания сиг-
налов на выходе акустооптического спектроанализатора
17. Стрелков О.І., Жилін Є.І., Панасенко Д.П., Карнаух В.В. Повышение динами-
ческого диапазона акустооптического анализатора спектра за счет приме-
нения методов сверхрелеевского разрешения радиосигналов
18. Стрелков О.І., Литюга О.П., Карнаух В.В. Определение частоты радиоло-
кационных сигналов при проявлении нелинейных эффектов в акустооп-
тических анализаторах спектра. Тезисы доклада.
19. Стрелков О.І., Пісаренок Г.Г., Карнаух В.В. Определение частоты входных
радиосигналов по нелинейному отклику акустооптического спектроана-
лизатора. Тезисы доклада.
141
20. Стрелков О.І., Жилін Є.І., Коротков В.В., Карнаух В.В. Модернизация
акустооптических средств радиочастотного мониторинга на основе опти-
мизации методов обработки оптических сигналов // Зб. тез доповідей ІІІ
Міжн. радіо електрон. форуму «Прикладна радіоелектроніка. Стан та пер-
спективи розвитку» - Харків: ХНУРЕ, 2008 С. 232.
21. Стрелков О.І., Коротков В.В., Карнаух В.В. Анализ путей миниатюриза-
ции акустооптических средств спектрального анализа радиосигналов // V
наукова конференція ХУПС «Новітні технології для захисту повітряного
простору», 15-16 квітня 2009 року: тези доповідей. Х.: ХУПС, 2009. С.
165.
22. Recommendation ITU-R SM.1050-2 Тasks of a monitoring service.
23. Цветков С.А., Якименко В.С., Черток Д.В., Бобовников В.В. Проблемы
развития радиоконтроля и управления использованием РЧС // Электро-
связь. 2005. №4. С. 27-31
24. Купченко Л.Ф. Акустооптические методы обработки сигналов. Х.:
ХВВКУ, 1980. 96 с.
25. Тверской В.И. Дисперсионно-временные методы измерений спектров ра-
диосигналов. М.: «Сов. радио», 1974. 240 с.
26. Парыгин В.Н., Балакший В.И. Оптическая обработка информации. М.:
МГУ, 1987 142 с.
27. Гусев О.Е., Кулаков С.В., Разживин Б.П., Тигин Д.В. Оптическая обра-
ботка радиосигналов в реальном времени. / Под ред. Кулакова С.В.. М.:
Радио и связь, 1989. 136 с.
28. Раутиан С.Г. Реальные спектральные приборы // УФИ, XVI, 1955, Вып. 3.
29. Акустоэлектронные и акустические методы обработки сигналов: Межвуз.
сб. науч. тр. / Под ред. Кулакова С.В.; ЛИАП. Л. 1990. 96 с.
30. Гусев О.Б., Клудзин В.В. Акустооптические измерения Л.: ЛГУ, 1987, 152 с.
31. Аксененко М.Д., Бараничников М.Л., Смолин О.В. Микроэлектронные
фотоприемные устройства. М.: Энергоатомиздат, 1984. 208с.
142
32. Кулаков С.В. Акустооптические устройства спектрального и корреляци-
онного анализа сигналов. Л.: Наука, 1978. 144 с.
33. Акустооптические эффекты при сильном взаимодействии. Теория и экс-
перимент. под ред. Л.Ф.Купченко: Монография. Харьков: ООО
«ЭДЭНА», 2009. 264с.
34. Косевич А.М. Физическая механика реальных кристаллов. Киев: Науко-
ва думка, 1981. 328 с.
35. Б.Р. Левин. Теоретические основы статистической радиотехники. Москва,
Радио и связь, 1989, 656с.
36. С.В. Москвитин, А.И. Стрелков. Теоретические основы оптической лока-
ции. Харьков, ВИРТА, 1992, 369 с.
37. Заказнов Н.П. Теория оптических систем. М.: Машиностроение, 1992, 448 с.
38. Мазманишвили А.С. Численные методы.- Харьков: НТУ «ХПИ», 2004.
275 с.
39. В.И.Балакший, В.Н.Парыгин, Л.Е.Чирков Физические основы акустооп-
тики. М.: Радио и связь, 1985. 280 с.
40. Мудров В.И., Кушко В.Л. Методы обработки измерений. М.: Радио и
связь, 1983. 304 с.
41. Воробьев В.И. Оптическая локация для радиоинженеров. - М.: Радио и
связь, 1983. - 176 с.
42. Mobile telecommunication International”, №3-2000.
43. Стрелков А.И. Угловое разрешение близкорасположенных изображений
космических объектов в астрономических оптико-электронных системах /
А.И. Стрелков, Т.А. Стрелкова, А.П. Лытюга, Е.И. Жилин // Радиотехника:
Всеукр. Межвед. научн.-техн. сб. - 2005. - Вып 143. С. 58-64.
44. Саваневич В.Е. Определение координат статистически зависимых объек-
тов на дискретном изображении / В.Е. Саваневич // Радиотехника. 1999.
- № 1. С. 4 8.
143
45. Слюсар В.И. Сверхрэлеевское разрешение узкополосных импульсов по
времени задержки / В.И. Слюсар // Известия ВУЗов., Сер. Радиоэлектро-
ника. - 1999. - Том 42, №3. - С. 55 - 62.
46. Стрелков О.І. Підвищення частотної точності акустооптичних засобів
спектрального і радіочастотного аналізу / О.І. Стрелков, Є.І. Жилін, Т.О.
Стрелкова, В.І. Барсов, В.В. Марченко // Системи озброєння і військова
техніка. - Харків: Харківський університет Повітряних Сил. - 2006. - № 4
(8). - С. 20 - 25.
47. Стрелков О.І. Частотное разрешение импульсных сигналов в некогерент-
ных акустооптических спектроанализаторах / О.І. Стрелков, О.М. Стадник,
В.В. Марченко // Системи обробки інформації. Збірник наукових праць.
Вип. 4 (20). - Харків: НАНУ, ПАНМ, ХВУ, 2002. С. 33-40.
48. Стрелков О.І. Пространственное разрешение оптических сигналов акусто-
оптического преобразователя при анализе спектров радиосигналов на
близких частотах / О.І. Стрелков, Т.О. Стрелкова, Є.І. Жилін, В.В. Марчен-
ко // Системи обробки інформації. - Харків: Харківський університет
Повітряних Сил. - 2005. - Вип. 5 (45). - С. 144 - 151.
49. Стрелков. А.И. Имитационное моделирование метода разрешения изо-
бражений близкорасположенных объектов неравноценных по яркости /
А.И. Стрелков, Т.А. Стрелкова, Д.П. Панасенко // Системы обработки
информации. 2008. Вып. 6. С. 123 128.
50. Мазманишвили А.С. Численные методы.- Харьков: НТУ «ХПИ», 2004.
275 с.
51. Стрелков А.И. Анализ метода разрешения изображений близко располо-
женных объектов, не равноценных по яркости, при наличии помех / А.И.
Стрелков, Т.А. Стрелкова, Д.П. Панасенко // Системы управления, навига-
ции и связи. К.: ЦНИИНУ. 2008. Вып. 4 (8). С. 27 31.
52. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и ее инженер-
ные приложения. - М.: Наука, 1991. - 384 с.
144
53. Уилкис С. Математическая статистика: Пер. с англ. / Под ред. Ю.В. Лин-
ника. М.: Наука, 1967. - 528 с.
54. Рабинович С.Я. Погрешности измерений. - М.: Связь, 1964. - 314 с.
55. Стандарт СЭВ 1116-78. Радиопомехи индустриальные. Термины и опре-
деления.
56. ГОСТ 14777-76. Радиопомехи индустриальные. Термины и определения.
57. Ширман Я.Д., Манжос В.Н. Теория и техника обработки радиолокацион-
ной информации на фоне помех. - М.: Радио и связь. 1981. 416 с.
58. Фомин Я.А.,Тарловский Г.Р. Статистическая теория распознавания обра-
зов.- М. Радио и связь.1986.-263с.
59. Патрик Э. Основы теории распознавания образов. М.: Сов. Радио.
1980. 408 с.
60. Райзин Д. Классификация и кластер /Пер. с англ./. М.: Мир. 1980.
389 с.
61. Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информа-
ции. М.: Высш. Шк., 1988. 237 с.
62. Закс Ш. Теория статистических выводов // М.: Мир, 1975. 776 с.