Системы ближней оптической локации с шумовой синхронизацией излучения

На правах рукописи

СЕРИКОВА Мария Геннадьевна Системы ближней оптической локации с шумовой синхронизацией излучения 05.11.07 – Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург – 2013

Работа выполнена в Санкт-Петербургском национальном исследова тельском университете информационных технологий, механики и оптики.

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Лебедько Евгений Георгиевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Демин Анатолий Владимирович, НИУ ИТМО кандидат технических наук, Волков Олег Алексеевич, ОАО «ЛОМО» Ведущая организация ОАО «ГОИ им. С.И. Вавилова»

Защита диссертации состоится « 4 » июня 2013 г. в 15 ч. 30 мин. на засе дании диссертационного совета Д 212.227.01 и опти «Оптические ко-электронные приборы и комплексы» при Санкт-Петербургском националь ном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 190000, г. Санкт-Петербург, пер. Гривцова, д. 14, ауд. 314-а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИУ ИТМО.

Автореферат разослан « 29 » апреля 2013 г.

Отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах), заверенные печатью организации, просим направлять в адрес университета: 197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский пр., 49, секретарю диссертационного совета Д 212.227.01.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.227.01 В.М. Красавцев кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Под системами ближней оптической локации (СБОЛ) будем понимать такие системы, для которых временная протяженность до цели сопоставима или несколько больше длительности излучаемого сигнала (поряд ка 100 – 200 нс). К этому классу систем относятся, например, неконтактные импульсные оптические взрыватели, датчики препятствий, системы ближней навигации робототехнических комплексов. СБОЛ – бортовые приборы, к ко торым предъявляются жесткие требования по энергопотреблению при мини мальных габаритно-весовых характеристиках. Эти приборы должны работать в сложных атмосферных условиях (туман, дождь, задымление, вхождение в облачность), когда необходимо бороться с помехами обратного рассеяния при отсутствии априорной информации о характеристиках этих помех. При этом на рабочей дистанции СБОЛ (порядка 10 – 15 м) невозможно использовать временное стробирование, поскольку максимум помехи обратного рассеяния приходится на момент детектирования полезного сигнала. Кроме этого в процессе работы в широких пределах может изменяться фоноцелевая обста новка.

Известно, что вследствие инерционности приема, свойственного СБОЛ, в условиях оптимальной обработки принимаемой смеси сигнала с шумом не удается каким-либо способом получить энергетический выигрыш, используя классическую процедуру принятия решений. Использование процедуры по следовательного анализа, в определенной степени, может снизить требуемую мощность излучения, но увеличит вероятность непринятия решения, что опасно, например, для оптических взрывателей.

Применение принципа шумовой синхронизации излучения дает воз можность получить существенный энергетический выигрыш, позволяющий минимизировать энергетические или габаритно-весовые характеристики сис тем (уменьшение площади входного зрачка приемного объектива). Поэтому исследование СБОЛ с шумовой синхронизацией и обоснование возможности получения энергетического выигрыша в указанных системах является акту альной проблемой.

Подтверждением актуальности работы является согласованность тема тики с интересами технологической платформы «Фотоника», в рамках которой совершенствуются рассматриваемые в работе разнообразные опти ко-электронные системы специальных применений, например, дальномеры, бортовые системы управления движением беспилотных летательных аппара тов, планетоходов и др.

Указанные обстоятельства определяют актуальность выбора в качестве объекта исследования системы ближней оптической локации, а в качестве предмета исследования – оптимизацию энергетических характеристик системы посредством применения принципа шумовой синхронизацией излучения.

Целью работы является обоснование возможности получения энерге тического выигрыша в системах ближней оптической локации посредством применения принципа шумовой синхронизации излучения и разработка сис темотехнических решений для его реализации в сложных метеорологических условиях.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. Получение плотностей вероятности длительности интервалов между выбросами случайного процесса для нескольких уровней пересечения при различных энергетических спектрах процесса.

2. Вывод аналитических соотношений для расчета вероятностей ложной тревоги и пропуска цели в СБОЛ, функционирующих по принципу шу мовой синхронизации излучения.

3. Разработка методики энергетического расчета СБОЛ, функциони рующих по принципу шумовой синхронизации излучения, для определения минимальной величины сигнала, требуемой для обеспечения заданных веро ятностных характеристик обнаружения.

4. Разработка системотехнических решений, реализующих принцип шумовой синхронизации излучения в СБОЛ.

5. Разработка способов борьбы с помехой обратного рассеяния, в том числе, при сложных метеорологических условиях.

Методы исследования Диссертация выполнена на основе теории оптико-электронных приборов, линейной фильтрации, теории случайных процессов и прикладной теории статистических решений. Экспериментальные исследования проведены ме тодом имитационного компьютерного моделирования на основе пакетов MATLAB и Mathcad.

Научная новизна работы 1. Разработан метод обнаружения сигналов в системах ближней опти ческой локации, обеспечивающий более чем 2-х кратное сокращение требуе мой энергии излучения по сравнению с классической методикой обнаружения.

2. Получены кривые плотностей вероятностей длительностей интерва лов между выбросами случайного процесса на выходе фильтров при пересе чении различных уровней с положительной и отрицательной производными для белых и окрашенных входных шумов, требуемые для расчета вероятности ложной тревоги в системах ближней оптической локации, функционирующих по принципу шумовой синхронизации излучения.

3. Разработаны методы и схемы борьбы с помехой обратного рассеяния и дробовым эффектом, вызванным этой помехой, в системах оптической ло кации при сложных метеорологических условиях посредством дифференци ального приема и пространственной селекции.

Основные результаты, выносимые на защиту 1. Метод обнаружения сигналов в системах ближней оптической лока ции, применение которого позволяет снизить требуемую энергию излучения более чем в два раза по сравнению с классической методикой обнаружения.

2. Методика энергетического расчета СБОЛ, функционирующих по принципу шумовой синхронизации излучения, для определения минимальной величины сигнала, необходимой для обеспечения заданных вероятностных характеристик обнаружения.

3. Системотехнические решения для систем ближней оптической лока ции, реализующие разработанный метод обнаружения.

4. Методы борьбы с помехой обратного рассеяния и дробовым эффектом, вызванным этой помехой, в системах как ближней, так и дальней оптической локации и системотехнические решения для их реализации.

Практическая ценность результатов работы состоит в том, что 1. Разработанный метод обнаружения сигналов, адаптивный к действию шумов на выходе приемно-усилительного тракта, позволяет реализовывать системы ближней оптической локации, в которых преодолены критические требования по энергопотреблению и габаритно-весовым характеристикам.

2. Разработанная имитационная компьютерная модель является гибким средством для изучения шумовых процессов при разработке опти ко-электронных систем различного назначения.

3. Разработанная методика расчета величины сигнала в системах ближ ней оптической локации позволяет определить величину энергетического выигрыша от применения принципа шумовой синхронизации излучения.

4. Системотехнические решения для реализации систем ближней опти ческой локации могут быть использованы в качестве основы при проектиро вании оптико-электронных приборов различного назначения.

5. Разработанные методы борьбы с помехой обратного рассеяния по зволяют эффективно устранять указанную помеху даже в сложных метеоро логических условиях.

Практическая реализация результатов работы Результаты работы отражены в 7 отчетах по НИР, проводимых коллек тивом Научно-образовательного центра оптико-электронного приборостроения НИУ ИТМО, что подтверждено актами использования материалов при вы полнении НИР, а также в учебном процессе кафедры оптико-электронных приборов и систем НИУ ИТМО.

Развитие исследований в рамках диссертационной работы поддержано премиями SPIE Scholarship 2011 и SPIE D.J. Lovell Scholarship 2012, грантом правительства г. Санкт-Петербурга 2011 г.. Вклад автора в развитие указанной тематики был отмечен дипломом 15 Всероссийского конкурса магистерских дис сертаций по «Приборостроению, Оптотехнике, Фотонике и Оптоинформатике».

Апробация работы Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсу ждались на 9 конференциях, 4 из которых международные: XXXIX, XL, XLI научные конференции НИУ ИТМО (Санкт-Петербург, Россия, 2010, 2011, 2012 гг.);

VII, VIII Всероссийские межвузовские конференции молодых уче ных (Санкт-Петербург, Россия, 2010, 2011 гг.), IX, X Международные конфе ренции «Прикладная оптика» (Санкт-Петербург, Россия, 2010, 2012 гг.);

XX Международная конференция Измерения. Информация» «Лазеры.

Россия, 2010 г.), Международная конференция (Санкт-Петербург, SPIE Optics+Photonics (г. Сан Диего, США, 2011 г.).

Выступления с положениями диссертации отмечены двумя дипломами за лучшие доклады:

«Анализ распределения интервалов между выбросами случайного про цесса и возможность построения систем ближней локации с шумовой син хронизацией» в рамках VII Всероссийской Межвузовской конференции мо лодых ученых;

«Шумовая синхронизация в системах ближней лазерной локации» в рамках VIII Всероссийской Межвузовской конференции молодых ученых.

Публикации По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 4 статьи в изданиях из перечня ВАК (из них 1 статья в издании, включенном в систему цитирования Scopus), 4 – в трудах международных конференций.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 85 наименований. Общий объем работы со ставляет 117 страниц, включая 62 рисунка, 1 таблицу, 1 приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы, сформулированы ее цели и задачи, научная новизна и основные результаты, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор существующих систем ближней оптической локации, принципов их построения, особенностей функциониро вания.

На основе известных теоретических положений проведен анализ энер гетических соотношений для локационных систем с наиболее распростра ненным видом фотоприемника – фотодиодом.

Показано, что для СБОЛ энергетический спектр шумов, приведенных ко входу приемной системы, является частотно зависимым с резким подъемом на высоких частотах. Как следствие, сокращение длительности импульса излу чения заданной энергии в таких системах фактически не дает энергетического выигрыша. При этом решение проблемы предложено искать в разработке принципов построения локационных систем, адаптивных к действующим на входе оптического локатора шумам. Показано, что для этого необходимо знать плотность вероятности длительности интервалов между выбросами шумового процесса. Для указанной плотности вероятности определены различные под ходы к аналитическому расчету как в общем виде, так и для частных случаев.

Во второй главе, исходя из предпосылки, что после шумового выброса на выходе линейного фильтра вероятность появления нового выброса за время длительности импульсной характеристики фильтра мала, предложен принцип шумовой синхронизации излучения. Принцип заключается в осуществлении запуска импульсного излучателя в момент пересечения шумового выброса с отрицательной производной на выходе приемно-усилительного тракта с дос таточно низким уровнем ( 1, где – среднее квадратическое значение шу ма), в то время как прием отраженного сигнала производится на интервале между выбросами выходного случайного процесса.

Показано, что при максимальной дистанции до объекта локации 10 – 15 м (что характерно, например, для неконтактных оптических взрыва телей) за счет применения принципа шумовой синхронизации момента излу чения возникает возможность сокращения требуемой энергии излучения или габаритов приемной оптической системы при сохранении заданных вероят ностных характеристик обнаружения.

Для предложенного принципа обнаружения выведены соотношения, определяющие вероятности ложной тревоги и пропуска цели, основанные на расчете плотности вероятности длительности интервалов между выбросами случайного процесса. Показано, что для достижения малых значений вероят ности ложной тревоги при достаточно большой частоте зондирующих сигна лов следует использовать двухуровневую пороговую систему с более высоким уровнем для принятия решения. Однако этот уровень оказывается сущест венно более низким, чем при классической процедуре принятия решений.

Разработана методика энергетического расчета в СБОЛ, функциони рующих по принципу шумовой синхронизации излучения, для определения минимальной величины сигнала, требуемой для обеспечения заданных веро ятностных характеристик обнаружения:

1. Нижний уровень пересечения C1 предложено определять по заданной частоте излучения, при которой среднее число пересечений этого уровня слу чайным процессом с отрицательной производной за время длительности синхроимпульса должно обеспечить эту заданную частоту зондирующих импульсов.

2. Отношение уровня принятия решения C 2 к среднему квадратическому значению шума предложено рассчитывать по заданной вероятности ложной тревоги.

В работе показано, что вероятность ложной тревоги определяется вероятностью появления шумового выброса на временном интервале, соот ветствующем временной протяженности до объекта локации T0, и при двух уровневой пороговой схеме определяется выражением 2T (T0 ) = W (, C1, C 2 )d, (1) где W (, C1, C 2 ) – плотность вероятности длительности интервалов между выбросами случайного процесса, пересекающего два различных уровня (нижний уровень C1 с отрицательной производной, а верхний C 2 – с положи тельной производной).

3. Отношение сигнала к шуму µ = S предложено рассчитывать по за данной вероятности ложного отбоя (пропуска цели).

В работе показано, что вероятность пропуска цели (рисунок 1) опре деляется усеченным нормальным законом распределения и вычисляется по формуле = 0,5[1 + ((C 2 s m1 ) )], (2) где s и – максимальное значение принимаемого сигнала и среднее квад ратическое значение шумов на выходе приемно-усилительного тракта соот ( ) (1 + Ф(С )) – математическое ожи ветственно, m1 = 0,8 exp С 2 2 дание процесса на интервале 2T0, Ф(z ) – интегральная функция Лапласа.

Требуемая вероятность пропуска C2= C 2= C 2= C2= µ = s/ Рисунок 1 – Зависимость вероятности пропуска цели от отношения сигнала к шуму µ и порога С2 для СБОЛ на принципе шумовой синхронизации излучения Рассчитанная величина s является искомой минимальной величиной сигнала, требуемой для обеспечения заданных вероятностных характеристик обнаружения в СБОЛ на принципе шумовой синхронизации излучения.

С целью обеспечения более низкого значения вероятности ложной тре воги решение о наличии цели предложено принимать при фиксации несколь ких подряд (например, трех) отраженных сигналов. Как следствие, это при ведет к увеличению требуемой мощности оптического сигнала при C 2 = и C 2 = 2 лишь на 8,3% и 6,5%, соответственно. Следует при этом заметить, что принятие решения по тем же трем импульсам в классической задаче обнару жения даст незначительный энергетический выигрыш (порядка 10%).

На рисунке 2а приведена структурная схема системы ближней оптиче ской локации, реализующей принцип шумовой синхронизации излучения.

Пунктирной кривой 2 на рисунке 2б обозначен принимаемый отраженный сигнал.

Изл СЗ СС1 СГ ПУ ФП У к ИУ ПУ2 СС ШАРУ а) б) c c Сигнал на выходе ПУТ 1... t......

Синхроимпульс t Пересечение нижнего уровня t Сигнал запуска излучателя t......

Формирование импульса излучения t Пересечение верхнего уровня t Рисунок 2 – Структурная схема системы ближней оптической локации с шумовой синхронизацией излучения (а) и временные диаграммы, поясняющие ее работу (б):

Изл - излучатель, СЗ – схема запуска излучателя, СС – схема совпадений, СГ – синхрогенератор, ФП – фотоприемник, У – усилитель, ИУ – исполни тельное устройство, ПУ1 – 1-ое пороговое устройство, срабатывающее по спаду шумового выброса, ПУ2 – 2-ое пороговое устройство, срабатывающее по фронту шумового выброса, ШАРУ – схема автоматической регулировки усиления по шумам, ПУТ – приемно-усилительный тракт Таким образом, во второй главе дано теоретическое обоснование принципа шумовой синхронизации излучения, предложена методика энерге тического расчета СБОЛ, функционирующей на указанном принципе, а также приведены возможные схемы построения такой системы.

В третьей главе с помощью разработанной имитационной компью терной модели шумовых процессов, действующих на выходе ПУТ, для раз работанного во второй главе метода обнаружения сигналов были рассчитаны плотности вероятности W (, C1, C 2 ) длительности интервалов между выбро сами случайного процесса (1) при его разных энергетических спектрах.

Реализована имитация шумовых процессов, действующих на выходе согласованного ПУТ (энергетический спектр шума, приведенного ко входу ПУТ G ( ) = G, что соответствует т.н. безынерционному приему). Найденные плотности вероятности W (, C1, C 2 ) и величина ложной тревоги приведены на рисунках 3, 4.

W(, C1, C2) lg( (T0 )), lg( (L)) а) б) T0, нс 50 100 С1 = 1, С2 = 1 С1 = 1, С2 = С1 = 1, С2 = С1 = 1, С2 = 1,5 С1 = 2, С2 = Требуемая вероятность ложной тревоги С1 = 1, С2 = С1 = 3, С2 = L, м, нс Рисунок 3 – Плотности вероятности W (, C1, C 2 ) длительности интервалов между выбросами случайного процесса (а) и площадь под графиком (б) при длитель ности импульса И = 10 7 с при безынерционном приеме lg( (T0 )), lg( (L)) W(, C1, C2) а) б) 100 150 200 T0, нс С1 = 1, С2 = и = 100 нс и = 100 нс и = 200 нс и = 200 нс Требуемая вероятность ложной тревоги, нс L, м Рисунок 4 – Плотности вероятности W (, C1, C 2 ) длительности интервалов ме жду выбросами случайного процесса (а) и площадь под графиком (б) при изме нении длительности лоцирующего импульса при безынерционном приеме Реализована имитация шумовых процессов на выходе ПУТ, осуществ ляющего оптимальную фильтрацию процесса с энергетическим спектром G ( ) = 1 + m + m 2 T 2 (т.н. инерционный прием), где T = RC ВХ – постоянная времени входной цепи, R – нагрузка фотоприемника, CВХ – емкость входной цепи, основной составляющей которой является барьерная емкость p n пе рехода фотодиода, m = G 2 G1, G1 и G2 – энергетические спектры шумов усилителя и приемного контура. Найденные плотности вероятности W (, C1, C 2 ) и величина ложной тревоги приведены на рисунке 5.

lg( (T0 )), lg( (L )) W(, C1, C2) а) б) безинерц.прием T0, нс С1 = 1, С2 = 50 100 безинерц. прием С1 = 1, С2 = С1 = 1, С2 = С1 = 1, С2 = 1, С1 = 1, С2 = С1 = 1, С2 = С1 = 1, С2 = 2, С1 = 1, С2 = 1, Требуемая вероятность ложной тревоги С1 = 1, С2 =, нс L, м Рисунок 5 – Изменение плотностей вероятности W (, C1, C 2 ) длительности ин тервалов между выбросами случайного процесса (а) и площади под графиком (б) при длительности импульса И = 10 7 с при инерционном приеме В работе показано, что обеспечение заданных вероятностных характе ристик обнаружения ( = 10 4 и = 0,01 ) (рис. 1, 3 – 5) при построении СБОЛ на принципе шумовой синхронизации достигается при величине энергии им пульса излучения не менее чем в 2 раза меньшей, чем при классическом об наружении, а в случае инерционного приема величина энергетического вы игрыша увеличивается до 3-х раз.

Таким образом, в третьей главе на основании имитационного компью терного моделирования шумовых процессов на выходе прием но-усилительного тракта подтверждена возможность получения энергетиче ского выигрыша при построении СБОЛ на принципе шумовой синхронизации.

При этом особого внимания заслуживает тот факт, что при инерционном приеме, когда получение энергетического выигрыша оказывается невозмож ным путем известного временного преобразования сигнала заданной энергии, предложенный принцип шумовой синхронизации обеспечивает энергетиче ский выигрыш даже больший, чем при безыинерционном приеме.

В четвертой главе на основе расчета мощности помехи обратного рас сеяния при различных условиях работы систем оптической локации показано, что мощность помехи может оказаться соизмерима с мощностью полезного сигнала, а в некоторых случаях ее превышать.

Для борьбы с помехой обратного рассеяния наряду с пространственной селекцией (увеличением базы между осями приемной и передающей оптиче ских систем) предлагается использовать дифференциальную схему приема (рисунки 6, 7).

Как показано на рисунке 6, при наличии цели полезный сигнал может появиться только в одном из диаметрально расположенных каналов, поскольку сигнал помехи обратного рассеяния в таких каналах взаимокомпенсируется.

Каждая пара диаметрально расположенных приемных каналов должна быть сбалансирована, т.е. иметь одинаковые передаточные функции и коэф фициенты усиления. Автоматическая регулировка усиления по шумам (ШАРУ на рисунке 7) должна быть единой для всех каналов, независимо от того, на какой из приемников падает наибольший фоновый поток. Однако шумовую составляющую помехи обратного рассеяния дифференциальным приемом скомпенсировать не удается.

P 21 (t) S пор (t)+S пр (t) 10 – 15 м P 11 (t)-P 12(t)+P 21 (t)-P 22 (t) t P 22 (t) S пр (t) S пор (t) t t P 21 (t)-P 22 (t) ФП P 21 (t)-P 22 (t)= t P 11 (t) Цель S пор (t)+S пр (t) t ФП P 12 (t) ФП S пор (t) ФП t P 11 (t)-P 12(t) S пр (t) t Рисунок 6 – Схема приемных каналов при дифференциальном приеме:

ФП11, ФП12 и ФП21, ФП22 – диаметрально расположенные фотоприемники, работающие на дифференциальные каскады ПрОС к схеме запуска излучателя ФП1 У ДК ПУ ФП2 У к ИУ ПУ ФП3 У ДК СУПУ ФП4 У ШАРУ ОС Рисунок 7 – Структурная схема приемного устройства локатора при диффе ренциальном приеме и коррекции дробового эффекта помехи обратного рас сеяния: ОС – ограничитель снизу, СУПУ – схема управления пороговым уст ройством, ДК – дифференциальный каскад, – сумматор В работе показано, что дисперсия оценки величины сигнала обратного рассеяния при дифференциальном приеме складывается из дисперсий оценок {} ~ для каждого канала и равна M 2T A = M 2T 1 + M 2T 2. При этом найдено, что дисперсия оценки для каждого канала определяется выражением:

S ( j ) 2 d S 0 ( j ) {} * ~ A = 2G1 S П ( j ) d, M 2T (3) 1 + m + mT 2 2 1 + m + mT где S 0 ( j ), S0 ( j ) – спектральная функция, нормированного по величине * лоцирующего сигнала и функция, комплексно ей сопряженная, S П ( j ) – нормированная по величине спектральная функция помехи обратного рас сеяния.

Для обеспечения заданной вероятности ложных срабатываний предло жена схема, в которой уровень срабатывания решающего устройства снижа ется при достижении постоянного напряжения на выходе схемы автоматиче ской регулировки усиления по шумам (ШАРУ) заданного уровня.

Кроме этого помеха обратного рассеяния также вносит нестационарный дробовый эффект, вследствие которого случайным образом изменяется вели чина помехи обратного рассеяния в каждом канале, что в условиях воздейст вия только темновых шумов снижает эффективность дифференциального приема. В условиях фоновой засветки при работе ШАРУ нестационарной со ставляющей можно пренебречь.

В развитие указанных системотехнических решений с целью обеспече ния низкого значения вероятности ложной тревоги разработана структурная схема СБОЛ с шумовой синхронизацией и дифференциальным приемом, в которой наличие цели определяется по трем принимаемым подряд отражен ным импульсам.

Таким образом, в четвертой главе проведен расчет мощности помехи обратного рассеяния при работе систем оптической локации и получено вы ражение для дисперсии оценки величины сигнала обратного рассеяния. На основании проведенных расчетов предложены системотехнические решения для борьбы с помехой обратного рассеяния посредством пространственной селекции и дифференциального приема. В главе также показано, что при не которых условиях работы СБОЛ для сохранения заданной вероятности ложной тревоги может применяться динамическое изменение порога решающего устройства. Это может привести к уменьшению энергетического выигрыша от применения принципа шумовой синхронизации, однако позволит сохранить заданные вероятностные характеристики обнаружения даже в сложных ме теорологических условиях.

Таким образом, в четырех главах настоящей работы последовательно доказывается, что использование принципа шумовой синхронизации излуче ния дает возможность снизить необходимую энергию сигнала более чем в 2 раза, а следовательно, минимизировать энергетические или габарит но-весовые характеристики системы (уменьшение площади входного зрачка приемного объектива) даже при работе в условиях воздействия помехи об ратного рассеяния. Развитием работы является применимость принципа шу мовой синхронизации излучения и для радиотехнических систем ближней локации.

Заключение Получены следующие основные результаты исследований:

1. Предложен принцип шумовой синхронизации излучения в СБОЛ, позволяющий проводить обнаружение сигналов на интервале между шумо выми выбросами на выходе приемно-усилительного тракта, что дает воз можность преодолеть критические требования по энергопотреблению и га баритно-весовым характеристикам.

2. Разработана имитационная компьютерная модель шумовых процессов, действующих на выходе приемно-усилительного тракта систем ближней оп тической локации, обеспечивающая вычисление плотностей вероятности длительности интервалов между выбросами случайного процесса при разных энергетических спектрах процесса;

3. Получены кривые плотностей вероятности длительности интервалов между выбросами случайного процесса для двух уровней пересечения как для «белого» входного случайного процесса, так и для процесса с частотно зави симым энергетическим спектром вида G ( ) = 1 + m + m 2 T 2.

4. Получены аналитические соотношения для расчета вероятностей ложной тревоги и пропуска цели в СБОЛ, функционирующих по принципу шумовой синхронизации излучения, с учетом вероятностных характеристик интервалов между выбросами шумовых процессов.

5. Разработана методика энергетического расчета в СБОЛ, функциони рующих по принципу шумовой синхронизации излучения, для определения минимальной величины сигнала, требуемой для обеспечения заданных веро ятностных характеристик обнаружения.

6. Предложены системотехнические решения для реализации СБОЛ, функционирующих по принципу шумовой синхронизации излучения, которые могут быть использованы в качестве основы при проектировании опти ко-электронных приборов различного назначения.

7. Показано, что разработанный принцип шумовой синхронизации из лучения в СБОЛ позволяет снизить требуемую для обеспечения заданных характеристик обнаружения ( = 10-4 и = 0,01) энергию излучения более чем в 2 раза по сравнению с классической методикой обнаружения.

8. Для борьбы с помехой обратного рассеяния предложены системо технические решения, основанные на принципах пространственной селекции и дифференциального приема.

9. Проведен расчет мощности помехи обратного рассеяния при работе систем оптической локации, а также дисперсии оценки случайной состав ляющей указанной помехи на выходе дифференциальной схемы приема, в том числе и при инерционной входной цепи.

Результаты диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Лебедько Е.Г., Серикова М.Г. Анализ распределения интервалов ме жду выбросами случайного процесса и возможность построения систем ближней локации с шумовой синхронизацией // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. Выпуск 70 – СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. с. 1 – 5.

2. Лебедько Е. Г., Серикова М. Г. Анализ распределения интервалов между выбросами случайного процесса и возможность построения систем ближней оптической локации с шумовой синхронизацией // Известия ВУЗов.

Приборостроение. - 2011. - Т.54. - №5. - с.100-101.

3. Серикова М. Г., Лебедько Е. Г. Решение задачи Райса при обнаруже нии сигналов в оптической локации // Известия ВУЗов. Приборостроение. 2011. - Т.55. - №4. - с.28 -32.

4. Maria G. Serikova and Evgeny G. Lebedko, "Noise-induced outpulsing technique for energy efficiency improvement of laser radar systems", Proc. SPIE 8137, 813718 (2011).

5. Лебедько Е.Г., Серикова М.Г. Анализ распределения интервалов ме жду выбросами случайного процесса и возможность построения систем ближней лазерной локации с шумовой синхронизацией // Сборник докладов Международной конференции "Лазеры. Измерения. Информация - 2010", Т.1.

– СПб.: Изд-во СПбПУ, 2010. - с.358 – 366.

6. Лебедько Е.Г., Серикова М.Г. Шумовая синхронизация в системах ближней оптической локации // Сборник трудов IX международной конфе ренции "Прикладная оптика-2010". - Т.1, Ч.1. – с.270-274.

7. Серикова М.Г. Шумовая синхронизация в системах оптической ло кации: выигрыш по сравнению с «классической» методикой обнаружения.

//Труды X Международной конференции «Прикладная Оптика-2012» 15- октября 2012 года, секция 2 “Оптические материалы и технологии”, ГОИ. СПб.

2012. – 111 с.

8. Серикова М.Г. Анализ распределения интервалов между выбросами случайного процесса и возможность построения систем ближней локации с шумовой синхронизацией // Сборник тезисов докладов конференции молодых ученых, Выпуск 2. Труды молодых ученых. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. – с.29.

9. Серикова М.Г. Исследование возможности построения опти ко-электронной системы с шумовой синхронизацией //Аннотированный сборник научно-исследовательских выпускных квалификационных работ ма гистров СПбГУ ИТМО – СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. – 133 с.

10. Серикова М.Г. Шумовая синхронизация в системах ближней ла зерной локации // Сборник тезисов докладов конференции молодых ученых, Выпуск 2. Труды молодых ученых / Главный редактор д.т.н., проф. В.О. Ни кифоров. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2011 – 130 с.

11. Серикова М.Г. Теоретическое обоснование возможности по строения систем лазерной локации с увеличенной энергоэффективностью //Шестнадцатая Санкт-Петербургская Ассамблея молодых ученых и специа листов. Аннотации работ победителей конкурса грантов Санкт-Петербурга 2011 года для студентов, аспирантов, молодых ученых и молодых кандидатов наук. – СПб. 2011. – 110 с.

Тиражирование и брошюровка выполнены в учреждении «Университетские телекоммуникации» 197101, г. Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14.

Тел (812) 233-46-69, объем 1,0 п.л.

Тираж 100 экз.