УДК 621.391

АЛГОРИТМ ЮСТИРОВКИ АТМОСФЕРНО ОПТИЧЕСКОГО ЛИНЕЙНОГО ТЕРМИНАЛА

Александров Вадим Анатольевич1, Безбородова Алена Сергеевна2, Стахеев Константин Иванович3
1Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. Бонч-Бруевича, начальник отдела
2Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. Бонч-Бруевича, студент
3Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. Бонч-Бруевича, студент

Аннотация
В статье представлена история развития атмосферно оптических систем передач, представлен алгоритм поиска, обнаружения и сопровождения атмосферно оптического линейного терминала на основе Марковского случайного процесса.

Ключевые слова: атмосферная оптическая линия связи, атмосферная оптическая система передач, атмосферный оптический линейный терминал, Марковский случайный процесс


ALGORITHM OF THE ADJUSTMENT OF ATMOSPHERICALLY OPTICAL LINEAR TERMINAL

Alexandrov Vadim Anatolyevich1, Bezborodova Alyona Sergeevna2, Stakheev Konstantin Ivanovich3
1St. Petersburg State University of Telecommunications of the prof. Bonch-Bruyevich, head of department
2St. Petersburg State University of Telecommunications of the prof. Bonch-Bruyevich, student
3St. Petersburg State University of Telecommunications of the prof. Bonch-Bruyevich, student

Abstract
In article the development history atmospherically of optical systems of transmissions is provided, the search algorithm, detection and attendings of atmospherically optical linear terminal on the basis of Markov accidental process is provided.

Keywords: atmospheric optical line of communication, atmospheric optical linear terminal, atmospheric optical system of transmissions, Markov accidental process


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Александров В.А., Безбородова А.С., Стахеев К.И. Алгоритм юстировки атмосферно оптического линейного терминала // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 10 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/10/73150 (дата обращения: 23.11.2016).

В настоящее время оптические линейные тракты подразделяется на проводные (волоконно-оптические) и беспроводные (атмосферные). Атмосферно-оптический тракт состоит из двух устройств включающий в себя передатчик остронаправленного оптического излучения в инфракрасном диапазоне спектра – полупроводниковый лазер, или светодиод и приемник вышеуказанного излучения – высоко чувствительный фотодиод (ЛФД или p-i-n). Между передатчиком и приемником находится атмосфера. Основным процессом, сопровождающим распространение инфракрасного оптического излучения в атмосфере, является его селективное поглощение парами воды, углекислым газом, а также рассеяние мельчайших частиц (дым, пыль, снег, дождь, туман и т.п.)
Как известно, атмосферно оптический линейный терминал (АОЛТ) устанавливается на высотных зданиях или антенно-мачтовых устройствах (АМУ), при условии прямой видимости, которые имеют незначительный отклонения. Поэтому в атмосферно оптической линии связи (АОЛС) целесообразно предусмотреть процесс юстировки (поиска и обнаружения), которая в автоматическом режиме проводила подстройку АОЛТ. Она может быть представлен как Марковский случайный процесс.
Такой подход обусловлен тем, что события поиска и обнаружения АОЛТ зависит от вероятности ориентирования диаграмм двух терминалов в требуемом направлении от вероятности обнаружения сигналов в шумах, когда диаграммы совпадают. Следовательно, время поиска обнаружения есть случайная величина. 
В работе [1] процесс поиска АОЛТ представлен в виде Марковской цепи, которая характеризуется состояниями, между которыми существует вероятность перехода. Начальное состояние описывается произвольной направленностью диаграмм φ АОЛТ А и Б в пределах угловой неопределенности (рис 1) и терминалы сканируют в поисках друг друга. 

Рис.1 Процесс вхождения в связь (юстировки) приемо-передающей пары АОЛТ, установленной на стационарных объектах.

Если АОЛТ А обнаруживает сигнал, поиск прекращается и антенная система фиксируется в направлении принимаемого сигнала в течение секунд, требуемого для шагов принятия решения (наблюдений). Если по истечении X секунд решение об обнаружении принято, то со стороны А связь считается установленной, в противном случае А продолжает сканирование. Аналогичен процесс со стороны терминала Б.
Используя алгебраические методы исследования Марковских цепей определяется среднее число шагов, затрачиваемое на переход процесса из одного состояние в любое другое. Принимая условие идентичности АОЛТ А и Б, запишем выражение для среднего числа шагов процесса вхождения в связь (интервалов наблюдения): 

       (1)

где  - вероятность того, что телесный угол  луча объекта А(Б) находится в телесном углу зоны неопределенности (сканирования) ;

       (2)

 - вероятность обнаружения сигнала приемником А (Б) на фоне помех;
 - вероятность ложной тревоги (т.е. превышение помехами порога принятия решения о наличии сигнала). 
При пренебрежимо малой вероятности ложной тревоги среднее число шагов процесса вхождения в связь можно выразить через углы диаграммы направленности(ДН): 

       (3)

Для вычисления среднего интервала времени вхождения в связь необходимо умножить среднее число шагов  на длительность интервала наблюдения τ .
В настоящее время в системах поиска и обнаружения АОСП используются мозаичные приемники, представляющие собой группу чувствительных элементов, количество которых, может составлять до 100-200. Излучение при этом осуществляется одним лучом маяка, а прием – на всю приемную матрицу. Количество чувствительных элементов и их диаграммы направленности φ выбираются из расчета полного заполнения объема угловой неопределенности , т.е. сканирование передатчика осуществляется в пределах поля зрения мозаичных приемников.
Тогда выражение (3) можно записать в виде:

      (4)

Для описания процесса вхождения в связь, который происходил при неподвижных АМУ, переходим к процессу работы (поддержания) связи в АОЛС. 
Как было описано, процесс наведения подчинен нормальному (гауссовому) закону распределения [2], поэтому зона неопределенности обоих АОЛТ будет увеличиваться и описываться новым случайным телесным углом с плотностью вероятности с нулевыми математическими ожиданиями: 

     (5)

где  - дисперсия отклонения биссектрисы ДН по азимуту,  - дисперсия отклонения биссектрисы ДН по углу места, а вероятность попадания в новую зону неопределенности 

        (6)

Следовательно, вероятность того, что телесный угол Ω луча объекта А(Б) находиться в телесном углу новой зоны неопределенности (сканирования)  в процессе работы АОЛС будет:

       (7)

Выражение для среднего числа шагов процесса поддержания АОЛС в рабочем состоянии с заданной вероятностью ошибок:

       (8)

Следовательно, коэффициент передачи мощности оптического излучения вследствие уширения зоны неопределенности из-за смещения обоих АОЛТ будет равен 

      (9)

А вероятностный закон случайной величины  будет определяться гауссовским распределением.
На основе полученного материала можно сделать следующий вывод: предложенный алгоритм юстировки элементов АОЛС представленный в виде Марковского случайного процесса и состоящей из двух АОЛТ, позволяет значительно сократить среднее число шагов, затрачиваемое на переход процесса из одного состояние в другое. 


Библиографический список
  1. Ишанин Г.Г. Источники и приемники излучения : учеб. пособие / Г.Г. Ишанин, Э.Д. Панков. – СПб: Политехника, 1991. 86 с.
  2. Вентцель Е.С. Теория вероятностей.- М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1962.- 564с.


Все статьи автора «kos-leopold»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация