RU2725160C1 - Hydroacoustic signals optimum receiver - Google Patents
Hydroacoustic signals optimum receiver Download PDFInfo
- Publication number
- RU2725160C1 RU2725160C1 RU2020107029A RU2020107029A RU2725160C1 RU 2725160 C1 RU2725160 C1 RU 2725160C1 RU 2020107029 A RU2020107029 A RU 2020107029A RU 2020107029 A RU2020107029 A RU 2020107029A RU 2725160 C1 RU2725160 C1 RU 2725160C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- delay
- signals
- optical
- signal
- fiber
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/36—Means for anti-jamming, e.g. ECCM, i.e. electronic counter-counter measures
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B13/00—Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и гидролокации и может быть использовано в гидроакустической аппаратуре для приема слабых гидроакустических сигналов следующих видов [1]:The invention relates to radio engineering and sonar and can be used in sonar equipment for receiving weak sonar signals of the following types [1]:
- простых полосовых, для которых F⋅T≈1, где F - полоса сигнала, Т - длительность сигнала;- simple bandpass signals, for which F⋅T≈1, where F is the signal strip, T is the signal duration;
- сложных фазоманипулированных (ФМ), у которых фаза (0 или π) изменяется по заданному закону;- complex phase-manipulated (FM), in which the phase (0 or π) changes according to a given law;
- сложных, представляющих собой радиоимпульсы с широким спектром частот (в частности, к таким сигналам относятся сигналы, частота которых изменяется по линейному закону (ЛЧМ) и дискретные частотные сигналы (ДЧ)).- complex, representing radio pulses with a wide range of frequencies (in particular, such signals include signals whose frequency varies according to the linear law (LFM) and discrete frequency signals (DF)).
Известно устройство для оптимальной фильтрации фазоманипулированных сигналов [2], содержащее N фазовращателей, 2N амплитудных ограничителя, 2N сжимающих фильтров ФМ сигналов, N амплитудных детекторов и N - входовую схему отбора МАХ.A device is known for optimal filtering of phase-shifted signals [2], comprising N phase shifters, 2N amplitude limiters, 2N compression filters for FM signals, N amplitude detectors and N - input MAX selection circuit.
Сущность данного технического решения заключается в том, что входной ФМ сигнал распределяется между N квадратурными каналами. С помощью схемы отбора выбирается сигнал с максимальной амплитудой, этот сигнал принимается за достоверный.The essence of this technical solution lies in the fact that the input FM signal is distributed between N quadrature channels. Using a sampling circuit, a signal with a maximum amplitude is selected, this signal is taken as reliable.
Недостатками предложенного технического решения являются следующие:The disadvantages of the proposed technical solutions are the following:
- выделение полезного сигнала носит не достоверный, а вероятностный характер;- the selection of the useful signal is not reliable, but probabilistic in nature;
- не происходит накапливания полезного сигнала на фоне шумов;- there is no accumulation of a useful signal against a background of noise;
- трудность технической реализуемости сжимающих фильтров для ФМ сигналов звуковой и ультразвуковой частоты.- the difficulty of the technical feasibility of compressive filters for FM signals of sound and ultrasonic frequency.
Известно еще одно устройство, реализующее оптимальную фильтрацию ФМ сигналов [3]. Устройство реализует предложенный автором способ обработки M - позиционного сигнала Баркера при его обнаружении.Another device is known that implements optimal filtering of FM signals [3]. The device implements the method proposed by the author for processing the M - positional Barker signal when it is detected.
Сигнал Баркера представляет собой последовательность сомкнутых радиоимпульсов, имеющих одинаковую частоту и длительность, фазы которых (0 или π) изменяются по заданному закону [4].The Barker signal is a sequence of closed radio pulses having the same frequency and duration, the phases of which (0 or π) change according to a given law [4].
Устройство содержит входной вспомогательный фильтр, многоотводную линию задержки, с числом отводов равным М-2, задержка во времени между отводами равна длительности Т каждой позиции сигнала, М сумматоров, реализующих операцию суммирования по модулю 2, М элементов эталонного сигнала, М инверторов и сумматор выходных сигналов инверторов.The device contains an input auxiliary filter, a multi-tap delay line, with the number of taps equal to M-2, the time delay between the taps is equal to the duration T of each signal position, M adders implementing the
Сущность данного технического решения заключается в том, что радиоимпульсы подаются на линию задержки с отводами, задержка между отводами равна длительности Т каждой позиции сигнала. Выделенные сигналы суммируются по модулю два с эталонными сигналами и преобразуются в амплитудно-манипулированные (0 или 1) сигналы, которые накапливаются в сумматоре выходных сигналов инверторов.The essence of this technical solution lies in the fact that the radio pulses are fed to the delay line with taps, the delay between taps is equal to the duration T of each signal position. The selected signals are summed modulo two with the reference signals and converted into amplitude-manipulated (0 or 1) signals that accumulate in the adder of the output signals of the inverters.
Недостатками предложенного технического решения являются следующие:The disadvantages of the proposed technical solutions are the following:
- необходимость наличия в приемнике генератора эталонных сигналов, для гидроакустической аппаратуры, как правило, передатчик и приемник разнесены в пространстве;- the need for a reference signal generator in the receiver, for sonar equipment, as a rule, the transmitter and receiver are separated in space;
- трудность реализуемости линии задержки на несколько микросекунд для сигналов звуковой и ультразвуковой частоты.- the difficulty of realizing the delay line for several microseconds for signals of sound and ultrasonic frequency.
Для гидроакустических сигналов необходима линия задержки на время до нескольких сотен микросекунд, работающая в диапазоне частот от нескольких кГц до нескольких сотен кГц [1]. Задержать на время в несколько сотен микросекунд электрические сигналы позволяют акустоэлектрические линии задержки, имеющие следующие параметры [5, 6]:For hydroacoustic signals, a delay line of up to several hundred microseconds is required, operating in the frequency range from several kHz to several hundred kHz [1]. Acoustic-electric delay lines having the following parameters allow delaying electrical signals for several hundred microseconds for a time [5, 6]:
- на объемных волнах (в том числе гиперзвуковые): частотный диапазон от единиц до сотен МГц, задержка до 4 мс, потери до 70 дБ, уровень ложных сигналов до минус 26 дБ;- at body waves (including hypersonic): frequency range from units to hundreds of MHz, delay up to 4 ms, losses up to 70 dB, false signal level up to minus 26 dB;
- на поверхностных акустических волнах: частотный диапазон от единиц до сотен МГц, задержка до 200 мкс, потери до 50 дБ;- on surface acoustic waves: frequency range from units to hundreds of MHz, delay up to 200 μs, loss up to 50 dB;
- волноводные: частотный диапазон от 10 до 15 МГц, потери до 40 дБ.- waveguide: frequency range from 10 to 15 MHz, loss up to 40 dB.
То есть такие линии работают на частотах не менее 10 МГц. Для гидроакустической аппаратуры нужен более низкий диапазон частот. Кроме того потери в таких линиях задержки составляют до 40-70 дБ.That is, such lines operate at frequencies of at least 10 MHz. Sonar equipment needs a lower frequency range. In addition, losses in such delay lines are up to 40-70 dB.
Другими линиями задержки электрических сигналов на время несколько сотен мкс являются линии задержки, выполненные на интегральных микросхемах [7].Other delay lines of electrical signals for a few hundred microseconds are delay lines made on integrated circuits [7].
Аналоговые линии задержки выполняют на основе LC-линий или дискретно-аналоговых устройств, в том числе приборов типа: «пожарных цепочек», с зарядовой связью и на основе переключаемых конденсаторов.Analog delay lines are performed on the basis of LC lines or discrete-analog devices, including devices of the type: "fire chains", with charge coupling and on the basis of switched capacitors.
К недостаткам таких линий задержки можно отнести:The disadvantages of such delay lines include:
- высокая сложность, поэтому низкая надежность, так микросхема, используемая для построения линий задержки на основе коммутируемых конденсаторов, типа КР1016БР1 содержит свыше 10 тысяч интегральных элементов, средняя наработка на отказ составляет 25000 ч.;- high complexity, therefore low reliability, so the microcircuit used to build delay lines based on switched capacitors, type KR1016BR1 contains over 10 thousand integral elements, the mean time between failures is 25,000 hours;
- нелинейность фазовой характеристики.- nonlinearity of the phase characteristic.
Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому изобретению является устройство (оптимальный приемник - накопитель) представленное в [8].The closest in technical solution to the proposed invention is a device (optimal receiver - drive) presented in [8].
Структурная схема приемника - накопителя изображена на фигуре 1.The structural diagram of the receiver - drive shown in figure 1.
Приемник - накопитель содержит четырехполюсник 1 с коэффициентом передачи К1(ω) (предварительный усилитель), выход которого подключен к многоотводной линии задержки 2, n - выводов которой подключены к n безынерционным четырехполюсникам 3, выходы которых соединены с сумматором 4.The receiver-drive contains a four-
Приемник - накопитель работает следующим образом. На вход четырехполюсника 1 поступает n - позиционная последовательность радиоимпульсов.Receiver - drive works as follows. The input of the four-
Полоса пропускания четырехполюсника 1 соответствует спектру этой последовательности радиоимпульсов. Все радиоимпульсы имеют одинаковую частоту и длительность, начальные фазы радиоимпульсов (0 или π) изменяются по заданному закону.The bandwidth of the
С выхода четырехполюсника 1 последовательность радиоимпульсов направляется на вход линии задержки 2, имеющей n - выводов. Задержка сигнала, распространяющегося по линии задержки, между ее выводами равна периоду следования радиоимпульсов.From the output of the four-
Выводы линии задержки соединены с входами n безынерционных четырехполюсников 3, которые выполняют следующую функцию: пропускают импульс без изменения, если его начальная фаза равна 0, или изменяют его фазу на π, если его начальная фаза равна 180°.The conclusions of the delay line are connected to the inputs of n inertial four-
Выводы n безынерционных четырехполюсников, соединены с входом сумматора 4, который накапливает полезный сигнал. Чем длиннее последовательность радиоимпульсов, тем эффективнее работа приемника - накопителя, представляющего собой оптимальный фильтр для описанного входного сигнала.The findings of n inertial four-pole connected to the input of the
Оптимальный приемник - накопитель, описанный в [8] имеет следующие недостатки:The optimal receiver - drive described in [8] has the following disadvantages:
- сложность реализации линии задержки для сигналов гидроакустики в диапазоне частот от нескольких кГц до нескольких сотен кГц;- the difficulty of implementing a delay line for sonar signals in the frequency range from several kHz to several hundred kHz;
- с увеличением количества позиций последовательности радиоимпульсов эффективность оптимального фильтра снижается из-за увеличения потерь, вносимых линией задержки, которые могу составлять 70 и более дБ [5];- with an increase in the number of positions of the sequence of radio pulses, the efficiency of the optimal filter decreases due to an increase in losses introduced by the delay line, which can be 70 or more dB [5];
- невысокую надежность.- low reliability.
При частоте радиоимпульсов от нескольких кГц до нескольких сотен кГц, характерной для сигналов гидроакустической аппаратуры [1], время задержки между отводами линии задержки должно составлять не менее нескольких мкс.At a frequency of radio pulses from several kHz to several hundred kHz, typical for signals of hydroacoustic equipment [1], the delay time between the taps of the delay line should be at least several microseconds.
Например, при сомкнутой последовательности пяти радиоимпульсов частотой 100 кГц, минимальное время задержки между отводами линии задержки должно быть равно 30 мкс, полное время задержки 150 мкс.For example, with a closed sequence of five radio pulses with a frequency of 100 kHz, the minimum delay time between the taps of the delay line should be 30 μs, the total delay time is 150 μs.
При использовании современной компонентной базы реализуемость такой линии задержки затруднительна. Известные акустические линии задержки обеспечивающие задержку сигналов до нескольких сотен мкс работают на частотах не ниже 10 МГц и имеют значительные вносимые потери [5], известные электронные аналоговые линии задержки [7] не обеспечивают линейности фазовой характеристики, кроме того сложность построения, наличие большого количества составных частей, снижает их надежность.When using a modern component base, the feasibility of such a delay line is difficult. Known acoustic delay lines providing a signal delay of up to several hundred microseconds operate at frequencies not lower than 10 MHz and have significant insertion loss [5], known electronic analog delay lines [7] do not provide linear phase characteristics, in addition, the complexity of construction, the presence of a large number of components parts, reduces their reliability.
Предложенная конструкция оптимального приемника гидроакустических сигналов решает задачи упрощения конструкции, повышения надежности, повышения эффективности фильтрации, расширения диапазона рабочих частот до звуковых частот.The proposed design of an optimal receiver of hydroacoustic signals solves the problems of simplifying the design, increasing reliability, increasing filtering efficiency, expanding the operating frequency range to sound frequencies.
Сущность изобретения заключается в том, что в оптимальный приемник гидроакустических сигналов, содержащий полосовой усилитель, вход которого является входом оптимального фильтра, n - линий задержки, выходы которых соединены с n входами сумматора, введены передающий оптоэлектронный модуль, оптический разветвитель с конфигурацией оптических полюсов 1×n, n дополнительных линий задержки, приемный оптоэлектронный модуль, причем выход полосового усилителя соединен с входом оптического разветвителя 1×n через передающий оптоэлектронный модуль, n выходов разветвителя 1×n соединены с входами n - линий задержки, выходы которых соединены с n входами сумматора через n - дополнительных линий задержки, выход сумматора соединен с входом приемного оптоэлектронного модуля, выход которого является выходом оптимального фильтра, все линии задержки выполнены в виде отрезков оптического волокна определенной длины, а сумматор выполнен в виде оптического объединителя с конфигурацией оптических полюсов n×1.The essence of the invention lies in the fact that a transmitting optoelectronic module, an optical splitter with a configuration of 1 × optical poles, are introduced into an optimal receiver of hydroacoustic signals containing a band-pass amplifier, the input of which is the input of the optimal filter, n-delay lines, the outputs of which are connected to n inputs of the adder n, n additional delay lines, a receiving optoelectronic module, wherein the output of the strip amplifier is connected to the input of the 1 × n optical splitter through the transmitting optoelectronic module, n outputs of the 1 × n splitter are connected to the inputs of n - delay lines, the outputs of which are connected to the n inputs of the adder through n - additional delay lines, the output of the adder is connected to the input of the receiving optoelectronic module, the output of which is the output of the optimal filter, all delay lines are made in the form of pieces of optical fiber of a certain length, and the adder is made in the form of an optical combiner with the configuration of the optical poles n × 1.
Структурная схема предлагаемого оптимального приемника гидроакустических сигналов представлена на фигуре 2.The structural diagram of the proposed optimal receiver of hydroacoustic signals is presented in figure 2.
Оптимальный приемник гидроакустических сигналов состоит из следующих составных частей:The optimal receiver of hydroacoustic signals consists of the following components:
- полосового предварительного усилителя 1, полоса пропускания которого соответствует спектру n - позиционной последовательности радиоимпульсов звуковой или ультразвуковой частоты, поступающих на его вход;- a strip pre-amplifier 1, the passband of which corresponds to the spectrum of the n - positional sequence of radio pulses of sound or ultrasonic frequency supplied to its input;
- передающего оптоэлектронного модуля 3, преобразующего n - позиционную последовательность радиоимпульсов с выхода полосового усилителя 3 в оптическое излучение, интенсивность которого изменяется с частотой радиоимпульсов;- transmitting
- оптического разветвителя 5, распределяющего выходной оптический сигнал передающего оптоэлектронного модуля между n - каналами;-
- n волоконно-оптических линий задержки (ВОЛЗ) 2, представляющих собой регулярную ВОЛЗ (в соответствии с ГОСТ Р 54417 - 2011 «Компоненты волоконно-оптических систем передачи. Термины и определения» регулярной ВОЛЗ называется многополюсная ВОЛЗ, времена задержки оптических сигналов которой, составляют ряд арифметической прогрессии, многополюсная ВОЛЗ представляет собой совокупность однополюсных ВОЛЗ объединенных конструктивно);- n fiber-optic delay lines (FOL) 2, representing a regular FOL (in accordance with GOST R 54417 - 2011 "Components of fiber-optic transmission systems. Terms and definitions" of a regular FOL is called multipolar FOL, whose optical signal delay times are a series of arithmetic progression, multi-pole fiber optic link is a combination of unipolar fiber optic links integrated structurally);
- n дополнительных ВОЛЗ 6;- n
- оптического объединителя 4, объединяющего выходные оптические сигналы с линий задержки в единый оптический сигнал-
- приемного оптоэлектронного модуля 7, преобразующего единый оптический сигнал в электрический выходной сигнал, представляющий собой суммарный сигнал входной последовательности радиоимпульсов.- receiving optoelectronic module 7, converting a single optical signal into an electrical output signal, which is the total signal of the input sequence of radio pulses.
Причем:Moreover:
- коэффициент передачи оптических сигналов n - параллельных каналов передачи остается постоянным, так как потери вносимые n волоконно-оптическими линиями задержки (ВОЛЗ) 2 и 6 компенсируются за счет настраиваемых коэффициентов передачи разветвителя 5 и объединителя 4;- the transmission coefficient of the optical signals of n - parallel transmission channels remains constant, since the losses introduced by n fiber-optic delay lines (FOL) 2 and 6 are compensated by the adjustable transmission coefficients of the
- шаг арифметической прогрессии времени задержки регулярной ВОЛЗ 2 равен периоду следования Т радиоимпульсов n - позиционной последовательности радиоимпульсов;- the step of the arithmetic progression of the delay time of the regular
- величина задержки i-ой ВОЛЗ из n дополнительных ВОЛЗ 6 (i∈{1, 2, n}) зависит от начальной фазы ФМ i-ого радиоимпульса, поступающего в i-ый канал передачи, при начальной фазе радиоимпульса равной 0, величина задержки τ много меньше периода колебаний радиоимпульса t (τ<<t), при начальной фазе радиоимпульса равной 180°, величина задержки τ равна половине периода колебаний радиоимпульса (τ=t/2);- the delay value of the i-th fiber optic link from n additional fiber-optic links 6 (i∈ {1, 2, n}) depends on the initial phase of the FM of the i-th radio pulse entering the i-th transmission channel, with the initial phase of the radio pulse equal to 0, the delay value τ is much less than the oscillation period of the radio pulse t (τ << t), with the initial phase of the radio pulse equal to 180 °, the delay value τ is equal to half the oscillation period of the radio pulse (τ = t / 2);
- если на вход фильтра поступают не ФМ радиоимпульсы, то величины задержки всех дополнительных линий задержки 6 минимальны и одинаковы.- if non-FM radio pulses arrive at the filter input, then the delay values of all
Предлагаемое устройство (оптимальный приемник гидроакустических сигналов) может работать со следующими входными сигналами, используемыми в гидролокации [1]:The proposed device (the optimal receiver of hydroacoustic signals) can work with the following input signals used in sonar [1]:
- простыми сигналами, представляющими собой n - позиционную последовательность радиоимпульсов одной частоты;- simple signals representing n - a positional sequence of radio pulses of the same frequency;
- сложными сигналами, представляющими собой ФМ n - позиционную последовательность радиоимпульсов одной частоты;- complex signals representing FM n - a positional sequence of radio pulses of the same frequency;
- сложными сигналами, представляющими собой радиоимпульсы с широким спектром частот (в частности, к таким сигналам относятся сигналы, частота которых изменяется по линейному закону (ЛЧМ) и дискретные частотные сигналы (ДЧ)).- complex signals representing radio pulses with a wide spectrum of frequencies (in particular, these signals include signals whose frequency varies according to the linear law (LFM) and discrete frequency signals (DF)).
При наличии на входе простого сигнала, представляющего собой n - позиционную последовательность радиоимпульсов одной частоты, полосовой предварительный усилитель 1 должен иметь узкую полосу пропускания с центральной частотой, равной частоте радиоимпульсов.If there is a simple signal at the input, which is an n - positional sequence of radio pulses of the same frequency, the
Шаг арифметической прогрессии времени задержки регулярной ВОЛЗ 2 должен быть равен периоду следования Т радиоимпульсов. Задержка сигнала i-ой ВОЛЗ τi относительно задержки сигнала (i-1)-ой ВОЛЗ τi-1 должна быть больше на Т, где Т - период следования радиоимпульсовThe step of the arithmetic progression of the delay time of the
Дополнительные ВОЛЗ 6 должны быть закорочены или задерживать сигналы на одно и то же время.
При наличии на входе сложного сигнала, представляющего собой ФМ n - позиционную последовательность радиоимпульсов одной частоты, полосовой предварительный усилитель 1 должен иметь узкую полосу пропускания с центральной частотой, равной частоте радиоимпульсов.If there is a complex signal at the input, which is an FM n - positional sequence of radio pulses of the same frequency, the
Шаг арифметической прогрессии времени задержки регулярной ВОЛЗ 2 должен быть равен периоду следования Т радиоимпульсов, как и в случае простого сигнала.The step of the arithmetic progression of the delay time of the regular
Время задержки дополнительных ВОЛЗ 6 зависит от выбранного кода изменения фазы радиоимпульсов.The delay time of
Величина задержки i-ой ВОЛЗ (i - изменяется от 1 до n) при начальной фазе i-ого радиоимпульса равной 0, должна быть много меньше периода колебаний радиоимпульса, при начальной фазе i-ого радиоимпульса равной 180°, должна быть равна половине периода колебаний радиоимпульса.The delay value of the i-th fiber optic link (i - varies from 1 to n) with the initial phase of the i-th radio pulse equal to 0, should be much less than the oscillation period of the radio pulse, with the initial phase of the i-th radio pulse equal to 180 °, should be equal to half the oscillation period radio pulse.
При наличии на входе сложного сигнала, представляющего собой радиоимпульсы с широким спектром частот или с дискретным набором частот, ширина полосы пропускания полосового предварительного усилителя должна соответствовать спектру сигнала.If there is a complex signal at the input, which is radio pulses with a wide spectrum of frequencies or with a discrete set of frequencies, the bandwidth of the strip pre-amplifier should correspond to the signal spectrum.
Шаг арифметической прогрессии времени задержки регулярной ВОЛЗ 2 должен быть равен периоду следования Т радиоимпульсов, как и в случае простого сигнала.The step of the arithmetic progression of the delay time of the regular
Дополнительные ВОЛЗ должны быть закорочены или задерживать сигналы на одно и то же время.Additional FOCLs must be shorted or delayed at the same time.
Рассмотрим конструкцию отдельных узлов предлагаемого оптимального приемника гидроакустических сигналов.Consider the design of the individual nodes of the proposed optimal receiver of hydroacoustic signals.
Входной предварительный усилитель может быть собран на компонентной базе общего применения.The input preamplifier can be assembled on a component base for general use.
Оптоэлектронные приемные и передающие модули являются компонентами общего применения, широкая номенклатура таких модулей выпускается отечественной промышленностью.Optoelectronic receiving and transmitting modules are components of general application, a wide range of such modules is produced by domestic industry.
Производство оптических разветвителей/объединителй освоено отечественными промышленными предприятиями. Для их изготовления используется либо сварная технология (РСВ - Fused Biconical Taper) либо планарная технология (PLC - Planar Lightwave Circuit) [10]. И та и другая технологии позволяют изготавливать разветвители/объединители с заданными (настраиваемыми) коэффициентами передачи на дальнем конце.The production of optical splitters / combiners has been mastered by domestic industrial enterprises. For their manufacture, either welded technology (RSV - Fused Biconical Taper) or planar technology (PLC - Planar Lightwave Circuit) is used [10]. Both that and other technologies allow to make splitters / combiners with the set (adjusted) transmission coefficients at the far end.
Линии задержки 2 и 6 выполнены в виде отрезков оптического волокна определенной длины.
Рассмотрим параметры таких линий задержки для типового сигнала.Consider the parameters of such delay lines for a typical signal.
Пусть на вход фильтра приходит последовательность ФМ радиоимпульсов со следующими характеристиками:Let the sequence of FM radio pulses with the following characteristics come to the filter input:
- число импульсов n равно 6, n=6;- the number of pulses n is 6, n = 6;
- частота заполнения радиоимпульсов - 200 кГц;- frequency filling radio pulses - 200 kHz;
- длительность радиоимпульсов - 15 мкс (три периода);- duration of radio pulses - 15 μs (three periods);
- период следования радиоимпульсов - 20 мкс.- the period of the following radio pulses is 20 μs.
Максимальное время задержки (для n-ой линии задержки) составит τ=20⋅(n-1)=100 мкс.The maximum delay time (for the n-th delay line) is τ = 20⋅ (n-1) = 100 μs.
Примечание - Время задержки 1-й линии задержки может составлять несколько наносекунд, то есть первая линия задержки квази закорочена, время задержки 2-й линии задержки должен быть 20 мкс, второй - 40 мкс и так далее.Note - The delay time of the 1st delay line can be several nanoseconds, that is, the first delay line is quasi shorted, the delay time of the 2nd delay line should be 20 μs, the second - 40 μs, and so on.
Длина отрезка волокна для задержки сигнала на 100 мкс составитThe length of the fiber for delaying the signal by 100 μs is
где с - скорость света в вакууме, 3⋅108 м/с;where c is the speed of light in vacuum, 3⋅10 8 m / s;
τ - величина задержки;τ is the delay value;
nс - показатель преломления сердцевины волокна (для стандартного волокна nс=1,48).n with - the refractive index of the fiber core (for a standard fiber n with = 1,48).
Потери αЛЗ, вносимые такой линией задержки, в тракт передачи составятLoss α LZ introduced by such a delay line into the transmission path will be
где β - коэффициент затухания стандартного волокна на длине волны оптического излучения 1,55 мкм (β=0,18 дБ/км);where β is the attenuation coefficient of a standard fiber at a wavelength of optical radiation of 1.55 μm (β = 0.18 dB / km);
L - длина волокна, L=20,27 км.L is the fiber length, L = 20.27 km.
Потери αЛЗ составят 3,6 дБ, что намного меньше бюджета мощности современных оптоэлектронных приемо-передающих модулей, который на частоте 200 кГц составляет не менее 40 дБ.Loss of α LZ will amount to 3.6 dB, which is much less than the power budget of modern optoelectronic transceiver modules, which at a frequency of 200 kHz is at least 40 dB.
Для задержки сигнала на полупериод радиоимпульса (τ=t/2=2,5 мкс), длина отрезка волокна дополнительной линии задержки должна быть равна 506 м.To delay the signal by a half-cycle of the radio pulse (τ = t / 2 = 2.5 μs), the length of the fiber segment of the additional delay line should be 506 m.
Для обеспечения равномерности оптических мощностей в n параллельных каналах передачи, целесообразно, задать требования к коэффициентам передачи оптических разветвителей и объединителей такими, чтобы произведение коэффициента передачи разветвителя на коэффициент передачи линии задержки и на коэффициент передачи объединителя оставалось постоянным для всех каналов передачи.To ensure the uniformity of optical powers in n parallel transmission channels, it is advisable to set the requirements for the transmission coefficients of optical splitters and combiners such that the product of the splitter transmission coefficient and the delay line transmission coefficient and the combiner transmission coefficient remains constant for all transmission channels.
Для возможности оперативной перестройки фильтра при изменении кода ФМ, целесообразно все волоконно-оптические компоненты соединить при помощи разъемных оптических соединителей.For the possibility of operational tuning of the filter when changing the FM code, it is advisable to connect all fiber-optic components using detachable optical connectors.
Как было показано выше, предлагаемое изобретение решает следующие задачи:As shown above, the present invention solves the following problems:
- упрощение конструкции;- simplification of the design;
- повышение надежности;- increased reliability;
- повышение эффективности фильтрации;- increasing the efficiency of filtration;
- расширение диапазона рабочих частот до звуковых частот.- expanding the range of operating frequencies to sound frequencies.
Доказательства решения поставленных задач заключаются в следующем.The evidence for solving the tasks are as follows.
Упрощение конструкции достигается за счет упрощения конструкции линий задержки. Линия задержки в предложенной конструкции - это катушка с намотанным на нее оптическим волокном, внешний диаметр волокна с буферным покрытием 245 мкм. В устройстве прототипе линия задержки - это сложное устройство на поверхностных акустических волнах, либо многокаскадное электронное устройство.Simplification of the design is achieved by simplifying the design of the delay lines. The delay line in the proposed design is a coil with optical fiber wound around it, the outer diameter of the fiber with a buffer coating of 245 microns. In the prototype device, the delay line is a complex device based on surface acoustic waves, or a multistage electronic device.
Упрощается конструкция сумматора, в предлагаемом устройстве - это волоконно-оптический компонент (оптический объединитель), изготавливаемый по отработанной технологии, в устройстве прототипе сложное многовходовое электронное устройство, обеспечивающее взаимную изоляцию входных цепей.The design of the adder is simplified, in the proposed device it is a fiber-optic component (optical combiner), manufactured according to the proven technology, in the prototype device is a complex multi-input electronic device that provides mutual isolation of input circuits.
Повышение надежности достигается тем, что в устройство введены компоненты с повышенной надежностью: оптоэлектронные приемный и передающий модули, волоконно-оптические линии задержки, оптический разветвитель и объединитель Их показатели надежности превосходят надежность используемых в прототипе многоотводной линии задержки и сумматора.Improving reliability is achieved by the fact that components with increased reliability are introduced into the device: optoelectronic receiving and transmitting modules, fiber-optic delay lines, optical splitter and combiner Their reliability indicators exceed the reliability used in the prototype multi-tap delay line and adder.
Проведем оценку надежности составных частей предложенного устройства и устройства прототипа для конкретных комплектующих изделий.We will evaluate the reliability of the components of the proposed device and the prototype device for specific components.
Рассмотрим комплект приемо-передающих оптоэлектронных модулей ПОМ-27 и ПрОМ-15, выпускаемых по ЖГДК.433769.048 ТУ.Consider a set of transceiver optoelectronic modules POM-27 and PrOM-15, manufactured by ZhGDK.433769.048 TU.
Гамма-процентная наработка до отказа (Tγ) комплекта в режимах эксплуатации, установленных в ТУ на комплект, при значении γ=90% в пределах срока службы Tсл=25 лет должна быть не менее Tγ=100000 ч.The gamma-percent operating time to failure (T γ ) of the kit in the operating modes established in the technical specifications for the kit, with a value of γ = 90% within the service life of T sl = 25 years, must be at least T γ = 100,000 h.
Интенсивность отказов оптических волокон по данным [11], составляет λ=2,33⋅10-15 (1/ч)⋅м.The failure rate of optical fibers according to [11] is λ = 2.33 2,310 -15 (1 / h) ⋅ m.
Гамма-процентная наработка до отказа (Tγ) оптических разветвителей типа ОР-БЕ010, выпускаемых по ТУ 6665-018-41085936-2006, в режимах эксплуатации, установленных в ТУ, при значении γ=90% в пределах срока службы Тсл=25 лет должна быть не менее Tγ=100000 ч.Gamma-percent MTBF (T γ ) of optical splitters of the type OR-BE010, manufactured according to TU 6665-018-41085936-2006, in the operating modes established in TU, with a value of γ = 90% within the service life of T sl = 25 years must be at least T γ = 100,000 hours
Предположим, что в устройстве прототипе применена ультразвуковая линия задержки типа ЛЗРП, выпускаемая по ОЮ0.206.020 ТУ, по данным [11], гамма-процентная наработка до отказа (Tγ) линии задержки в режимах эксплуатации, установленных в ТУ, при значении λ=95% должна быть не менее Tγ=7500 ч.Suppose that the prototype device uses an ultrasonic delay line of the LZRP type, manufactured according to ОУ0.206.020 TU, according to [11], the gamma-percent MTBF (T γ ) of the delay line in the operating modes established in the TU, with λ = 95% should be at least T γ = 7500 hours
Для сравнения, проведем пересчет представленных показателей надежности рассматриваемых составных частей предложенного устройства и устройства прототипа в интенсивности отказов. Результаты расчетов сведем в таблицу.For comparison, we will recalculate the presented reliability indicators of the components of the proposed device and the prototype device in the failure rate. The calculation results are summarized in a table.
Даже без учета надежности сумматора, надежность составных частей предложенного устройства более чем в три раза превышает надежность составных частей устройства прототипа.Even without taking into account the reliability of the adder, the reliability of the components of the proposed device is more than three times higher than the reliability of the components of the prototype device.
Повышение эффективности фильтрации достигается за счет уменьшения потерь сигнала в линии задержки (потери в волоконно-оптической линии задержке на время 100 мкс составляют 3,6 дБ, потери в аналогичной по времени задержки ультразвуковой линии задержки составят около 60 дБ). Кроме того в предлагаемом устройстве возможно выравнивание амплитуд компонентных составляющих сигнала (в параллельных каналах передачи), что также повышает эффективность фильтрации.Improving the filtering efficiency is achieved by reducing the signal loss in the delay line (losses in the fiber-optic line delay for a time of 100 μs are 3.6 dB, losses in a similar delay time of the ultrasonic delay line will be about 60 dB). In addition, in the proposed device, it is possible to equalize the amplitudes of the component components of the signal (in parallel transmission channels), which also increases the filtering efficiency.
Расширение диапазона рабочих частот обеспечивается принципом действия волоконно-оптической линии задержки. Оптическое волокно практически не имеет ограничений по полосе пропускания.The extension of the operating frequency range is ensured by the principle of the fiber-optic delay line. Optical fiber has virtually no bandwidth limitations.
Диапазона рабочих частот определяется только диапазоном рабочих частот комплекта приемо-передающих модулей, который на современном этапе развития техники составляет от 0 до 20 ГГц.The operating frequency range is determined only by the operating frequency range of the set of transceiver modules, which at the present stage of technological development is from 0 to 20 GHz.
Использованная литература:References:
1. Алгоритмы обработки гидроакустических сигналов: монография / И.В. Карабанов, А.С. Миронов. - Хабаровск: Изд-во Тихоокеанского государственного университета, 2018. - 140 с.1. Algorithms for processing sonar signals: monograph / I.V. Karabanov, A.S. Mironov. - Khabarovsk: Publishing House of the Pacific State University, 2018 .-- 140 p.
2. Патент РФ 2249831 «Устройство для оптимальной фильтрации фазоманипулированных сигналов». С.Ф. Лукьянов.2. RF patent 2249831 "Device for optimal filtering of phase-shifted signals." S.F. Lukyanov.
3. Патент РФ 2332707 «Способ обработки сигнала Баркера при его обнаружении». А.В. Смирнов.3. RF patent 2332707 "Method for processing a Barker signal when it is detected." A.V. Smirnov.
4. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Высшая школа, 2000. - 462 с.4. Baskakov S.I. Radio circuits and signals. - M.: Higher School, 2000 .-- 462 p.
5. Линии задержки акустические, информация с сайта http://bourabai.ru/physics/1963.html5. Acoustic delay lines, information from the site http://bourabai.ru/physics/1963.html
6. Дмитриев В.Ф. Устройства интегральной электроники: Акусто-электроника. Основы теории, расчета и проектирования: учебное пособие / ГУАП. - СПб., 2006. - 169 с.6. Dmitriev V.F. Integrated Electronics Devices: Acousto-Electronics. Fundamentals of theory, calculation and design: study guide / SUAI. - SPb., 2006 .-- 169 p.
7. Шустов М.А., Схемотехника. 500 устройств на аналоговых микросхемах. - СПб.: Наука и Техника, 2013. - 352 с.7. Shustov MA, Circuitry. 500 devices on analog microcircuits. - St. Petersburg: Science and Technology, 2013 .-- 352 p.
8. И.С. Гоноровский Радиотехнические цепи и сигналы: учебник для вузов, 3-е издание, переработанное и дополненное. - М.: Советское радио, 1977. - 608 с.8. I.S. Gonorovsky Radio engineering circuits and signals: a textbook for high schools, 3rd edition, revised and supplemented. - M .: Soviet Radio, 1977 .-- 608 p.
9. Теория электросвязи: учебник для СПО / В.И. Нефедов, А.С. Сигов; под ред. В.И. Нефедова. - М.: Издательство Юрайт, 2016. - 495 с.9. Theory of telecommunications: a textbook for open source software / V.I. Nefedov, A.S. Sigov; under the editorship of IN AND. Nefedova. - M.: Yurayt Publishing House, 2016 .-- 495 p.
10. Цуканов В.Н., Яковлев М.Я. Волоконно-оптическая техника. Практическое руководство. - М.: Инфра-Инженерия, 2014. - 304 с.10. Tsukanov V.N., Yakovlev M.Ya. Fiber optic technology. A practical guide. - M .: Infra-Engineering, 2014 .-- 304 p.
11. Надежность электрорадиоизделий. Справочник МО РФ, 2006 г. - 641 с.11. Reliability of electrical products. Handbook of the Ministry of Defense of the Russian Federation, 2006 - 641 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020107029A RU2725160C1 (en) | 2020-02-14 | 2020-02-14 | Hydroacoustic signals optimum receiver |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020107029A RU2725160C1 (en) | 2020-02-14 | 2020-02-14 | Hydroacoustic signals optimum receiver |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2725160C1 true RU2725160C1 (en) | 2020-06-30 |
Family
ID=71510142
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020107029A RU2725160C1 (en) | 2020-02-14 | 2020-02-14 | Hydroacoustic signals optimum receiver |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2725160C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2249831C2 (en) * | 1990-12-17 | 2005-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" (ФГУП "ННИИРТ") | Device for optimal filtering of phase-manipulated signals |
US7391220B2 (en) * | 2003-09-11 | 2008-06-24 | Eurocopter | Method and device for detecting defects of electromagnetic protection for electric harnesses |
RU2332707C2 (en) * | 2006-10-02 | 2008-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет | Method for processing of barker signal when it is detected |
RU2485454C2 (en) * | 2011-06-24 | 2013-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "НЦВО-ФОТОНИКА" (ООО ИП "НЦВО-Фотоника") | Distributed fibre-optic system of vibroacoustic signals registration |
WO2015093931A2 (en) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | Zamorano Morfín Luis Rodolfo | Personalised elevated urban transport |
-
2020
- 2020-02-14 RU RU2020107029A patent/RU2725160C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2249831C2 (en) * | 1990-12-17 | 2005-04-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" (ФГУП "ННИИРТ") | Device for optimal filtering of phase-manipulated signals |
US7391220B2 (en) * | 2003-09-11 | 2008-06-24 | Eurocopter | Method and device for detecting defects of electromagnetic protection for electric harnesses |
RU2332707C2 (en) * | 2006-10-02 | 2008-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Марийский государственный технический университет | Method for processing of barker signal when it is detected |
RU2485454C2 (en) * | 2011-06-24 | 2013-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "НЦВО-ФОТОНИКА" (ООО ИП "НЦВО-Фотоника") | Distributed fibre-optic system of vibroacoustic signals registration |
WO2015093931A2 (en) * | 2013-12-18 | 2015-06-25 | Zamorano Morfín Luis Rodolfo | Personalised elevated urban transport |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jackson et al. | Optical fiber delay-line signal processing | |
Orta et al. | Synthesis of multiple-ring-resonator filters for optical systems | |
US10367584B2 (en) | Electro-mechanic-photonic delay line for analog signal processing | |
Minasian | Photonic signal processing of microwave signals | |
US4934777A (en) | Cascaded recirculating transmission line without bending loss limitations | |
RU2188512C2 (en) | Optical wavelength filter and optical demultiplexer | |
Kaalund et al. | Pole-zero diagram approach to the design of ring resonator-based filters for photonic applications | |
US4159418A (en) | Delay line encoder-decoder | |
US4997249A (en) | Variable weight fiber optic transversal filter | |
RU2725160C1 (en) | Hydroacoustic signals optimum receiver | |
JPS6243601B2 (en) | ||
Ngo | Novel realization of monotonic Butterworth-type lowpass, highpass, and bandpass optical filters using phase-modulated fiber-optic interferometers and ring resonators | |
Jackson et al. | Fiber-optic delay-line signal processors | |
Preussler et al. | Microwave-photonic filters | |
Romaniuk | Broadband buses based on multicore optical fibres | |
US6888982B2 (en) | Recursive optical delay line filter with neutralization | |
CN110703533A (en) | Optical frequency comb repetition frequency multiplier based on optical fiber ring interferometer | |
Chan et al. | High-resolution photonics-based interference suppression filter with wide passband | |
You et al. | All-optical photonic signal processors with negative coefficients | |
CN111740301A (en) | Fiber laser pulse train generation module and fiber laser | |
EP1324105B1 (en) | Control method and device for optical filter | |
Dey et al. | Enhancement of free spectral range in optical triple ring resonator: a Vernier principle approach | |
Ranjan et al. | Enhanced FSR triple ring resonator | |
RU2247473C1 (en) | High-speed digital optical signal transfer line | |
JPH05323391A (en) | Optical signal processor |