Зачиняев Ю.В., Горбунов А.В.
Южный
федеральный университет, Россия
В [1] предложены структура устройства и
метод формирования линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов на основе
бинарных волоконно-оптических структур (БВОС). Формирователь включает в себя
совокупность источника оптического излучения (ИОИ), передающего оптического
модуля (ПОМ), особо сконфигурированных волоконно-оптических компонентов
(волоконно-оптических разветвителей (ВОР), волоконно-оптических соединителей
(ВОС), волоконно-оптических линий задержки (ВОЛЗ), БВОС), оптического усилителя
(ОУ), приемного оптического модуля (ПРОМ), полосового фильтра (ПФ) для
выделения первой гармоники спектра, электронного усилителя (ЭУ) и фильтра низких
частот (ФНЧ) (рис. 1).
Рис.1. Структурная схема формирователя ЛЧМ-сигналов на основе БВОС
При этом
структура непосредственно БВОС включает в себя разделительные и суммирующие
направленные ответвители (НВО) и ВОЛЗ и приведена на рис.2.
Рис.2. Структурная схема БВОС
В зависимости от
величины технологического допуска при изготовления БВОС устройство позволяет
формировать ЛЧМ-сигналы длительностью от 3 до 130 нс и базой сигнала от 13 до
1200 соответственно при уровне боковых лепестков автокорреляционной функции
(АКФ) минус 13,4 дБ [1].
Для применения
исследуемого формирователя в практических целях (радиотомография, подповерхностное
зондирование) необходимым является снижение уровня боковых лепестков АКФ
сигнала с целью повышения помехоустойчивости. Одним из подходов к реализации
данного требования помимо нелинейной модуляции является амплитудное взвешивание, при котором импульсная
характеристика СФ принимает колоколобразный вид [2].
При этом следует учитывать использование
амплитудного взвешивания в согласованном фильтре помимо снижения уровня боковых
лепестков и некоторого рассогласования, т. е. ухудшения отношения сигнал/шум,
приводит к расширению главного лепестка, которое можно скомпенсировать за счет
увеличения полосы ∆f.
По
причине дискретности БВОС и использования линейно-ступенчатой модуляции в
качестве весовой функции целесообразно использовать ступенчатую дискретную
весовую функцию, описанную в [3]. Ее вид и параметры ступеней приведены на рис.
3 и в табл. 1 соответственно.
Рис. 3. Вид ступенчатой весовой функции
Табл. 1 – Параметры ступенчатой весовой функции [3]
|
Y |
Уровень
БЛ, дБ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
-20,9 |
0,5 |
0,5 |
- |
- |
- |
1 |
0,55 |
- |
- |
- |
|
3 |
-23,7 |
0,35 |
0,35 |
0,3 |
- |
- |
1 |
0,625 |
0,35 |
- |
- |
|
4 |
-27,6 |
0,25 |
0,25 |
0,25 |
0,25 |
- |
1 |
0,78 |
0,56 |
0,34 |
- |
|
5 |
-29,6 |
0,3 |
0,225 |
0,235 |
0,17 |
0,07 |
1 |
0,72 |
0,54 |
0,36 |
0,18 |
С учетом использования БВОС в исследуемом
формирователе ЛЧМ-сигналов для реализации амплитудного взвешивания в
соответствии с описанной выше ступенчатой весовой функцией достаточно ввести
коэффициенты в структуру БВОС согласно схеме, представленной на рисунке 4.
Рис. 4. Структура БВОС, оптимизированная для уменьшения уровня боковых лепестков АКФ
Значения весовых коэффициентов в
предложенной структуре БВОС определяются множеством факторов, в частности
параметрами формируемого сигнала и выбранной весовой функцией.
В качестве примера рассмотрим процесс
выбора весовых коэффициентов БВОС формирователя ЛЧМ-сигнала длительностью 
= 2,2 нс,
с девиацией 
= 4,6 ГГц и центральной частотой 
=10 ГГц. В данном случае согласно [1] формирователь включает
в себя 6 двухкаскадных БВОС, каждая из которых формирует 4 копии входного
импульса ПОМ, таким образом, общее число копий составляет 24, а длительность их
суммарной последовательности составляет 2,2 нс.
Количество ступеней Y выберем равным 4, что обеспечит подавление боковых
лепестков до уровня -27,6 дБ, что является приемлемым значением для
практического применения. Тогда согласно табл. 1 и рис. 3, длительность
четвертой ступени составляет 0,34*
, а длительность всех остальных - 0,11*
. Полученные в результате коэффициенты сведены в табл. 2.
Табл. 2 – Весовые коэффициенты БВОС
|
Коэффициент
|
Номер БВОС |
|||||
|
БВОС 1 |
БВОС 2 |
БВОС 3 |
БВОС 4 |
БВОС 5 |
БВОС 6 |
|
|
v1 |
0,5 |
0,75 |
1 |
1 |
0,75 |
0,5 |
|
v2 |
0,5 |
0,75 |
1 |
1 |
0,75 |
0,5 |
|
v3 |
0,5 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0,5 |
|
v4 |
1 |
1 |
1 |
0,75 |
0,66 |
0,5 |
Временная диаграмма сигнала на выходе ВОС с учетом
амплитудного взвешивания, его амплитудный спектр и АКФ ЛЧМ-сигнала, полученного
с учетом амплитудного взвешивания представлены на рисунке 5 (а), (б) и (в)
соответственно.
Рис. 5. Временная диаграмма сигнала на выходе ВОС с учетом амплитудного взвешивания, его амплитудный спектр и АКФ ЛЧМ-сигнала, полученного с учетом амплитудного взвешивания
Рассчитанный
в MATLAB уровень боковых лепестков АКФ составил -26,6 дБ при ширине основного
лепестка 0,22 нс по уровню -3 дБ, таким образом расширение главного лепестка не
превышает 2%.
Литература:
1. Зачиняев Ю. В., Румянцев К. Е., Кукуяшный А. В.
Формирование наносекундных ЛЧМ-радиосигналов на волоконно-оптических структурах
// Электротехнические и информационные системы и комплексы. – 2011. – T.7, №3.
– С. 32-38.
2. Дмитриев В. Ф. Устройства интегральной электроники:
Акустоэлектроника. СПб.: ГУАП, 2006. 169 с.
3.
Merrill I. Skolnik. Radar Handbook. 2d ed. McGraw-Hill, 1990. 1220 p.
ISBN-13: 978-0070579132