Алгоритм юстировки атмосферно оптического линейного терминала

kos-leopold — Mon, 31 Oct 2016 13:12:48 +0000

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 X секунд, требуемого для n 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.

Электронный научно-практический журнал «Современные научные исследования и инновации» » Марковский случайный процесс

Алгоритм юстировки атмосферно оптического линейного терминала