Алгоритмы обнаружения источников оптического излучения
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Электроэнергетика. Электротехника
Издательство:
Южный федеральный университет
Год издания: 2019
Кол-во страниц: 232
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
ВО - Специалитет
ISBN: 978-5-9275-3201-8
Артикул: 736648.01.99
Доступ онлайн
302 ₽
В корзину
На основе обобщённого подхода к определению временных соотношений при поиске протяжённых проекций мобильных источников лазерного излучения решается задача минимизации энергетических затрат при реализации аппаратуры поиска источника непрерывного и импульсного оптического излучения в аналоговом или цифровом виде. Обосновывается структура оптимальных обнаружителей при медленных и быстрых изменениях фоновой обстановки при использовании в качестве сканирующих фотоприёмников диссекторов.
Дана методика проектирования диссекторной аппаратуры поиска и обнаружения оптического излучения. Задание предусматривает выбор и описание лазерной системы связи с аппаратурой пространственного поиска источника оптического излучения, обоснование стратегии взаимного поиска корреспондентов в режиме вхождения в связь, синтез алгоритма обнаружения сигнала, расчёт параметров аппаратуры поиска, формирование требований к узлам диссекторной аппаратуры. Приведён пример проектирования аппаратуры поиска оптического излучения с модуляцией мощности колебанием поднесущей частоты. Синтезированы устойчивые алгоритмы обнаружения лазерного излучения в условиях изменений фоновой обстановки в месте приёма. Обоснованы структуры адаптивных и робастных обнаружителей.
Учебник предназначается для студентов, обучающихся по специальности 10.05.02 Информационная безопасность телекоммуникационных систем.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Специалитет
- 10.05.02: Информационная безопасность телекоммуникационных систем
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Инженерно-технологическая академия К. Е. РУМЯНЦЕВ АЛГОРИТМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Учебник Ростов-на-Дону − Таганрог Издательство Южного федерального университета 2019
УДК 621.396.96:621.396.391.26:621.396.624 ББК 32.875я73-5 Р865 Печатается по решению кафедры информационной безопасности телекоммуникационных систем Института компьютерных технологий и информационной безопасно сти Южного федерального университета (протокол № 27 от 27 марта 2019 г.) Рецензенты: заместитель директора по научной работе Ростовского филиала Российской таможенной академии, заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Д. А. Безуглов профессор кафедры «Антенны и радиопередающие устройства» Южного федерального университета, заслуженный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор В. А. Обуховец Румянцев, К. Е. Р865 Алгоритмы обнаружения источников оптического излучения : учебник / К. Е. Румянцев ; Южный федеральный университет. Ростов-на-Дону ; Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2019. 232 с. ISBN 978-5-9275-3201-8 На основе обобщённого подхода к определению временных соотношений при поиске протяжённых проекций мобильных источников лазерного излучения решается задача минимизации энергетических затрат при реализации аппаратуры поиска источника непрерывного и импульсного оптического излучения в аналоговом или цифровом виде. Обосновывается структура оптимальных обнаружителей при медленных и быстрых изменениях фоновой обстановки при использовании в качестве сканирующих фотоприёмников диссекторов. Дана методика проектирования диссекторной аппаратуры поиска и обна ружения оптического излучения. Задание предусматривает выбор и описание лазерной системы связи с аппаратурой пространственного поиска источника оптического излучения, обоснование стратегии взаимного поиска корреспондентов в режиме вхождения в связь, синтез алгоритма обнаружения сигнала, расчёт параметров аппаратуры поиска, формирование требований к узлам диссекторной аппаратуры. Приведён пример проектирования аппаратуры поиска оптического излучения с модуляцией мощности колебанием поднесущей частоты. Синтезированы устойчивые алгоритмы обнаружения лазерного излучения в условиях изменений фоновой обстановки в месте приёма. Обоснованы структуры адаптивных и робастных обнаружителей. Учебник предназначается для студентов, обучающихся по специальности 10.05.02 Информационная безопасность телекоммуникационных систем. УДК 621.396.96:621.396.391.26:621.396.624 ББК 32.875я73-5 ISBN 978-5-9275-3201-8 Южный федеральный университет, 2019 Румянцев К. Е., 2019 © Оформление. Макет. Издательство Южного федерального университета, 2019
ПРЕДИСЛОВИЕ Учебник содержит систематическое изложение второй части дисци плины «Квантовая связь и криптография», первая часть которой изложена в [1]. Учебник написан в соответствии с требованиями образовательного стандарта высшего образования Южного федерального университета (ОС ВО ЮФУ) по специальности 10.05.02 Информационная безопасность телекоммуникационных систем, утверждённого приказом Южного федерального университета «Об утверждении образовательного стандарта Южного федерального университета по направлению подготовки 10.05.02 Информационная безопасность телекоммуникационных систем» от 24 июля 2017 г. № 229-ОД. В учебнике изложен материал, посвящённый проблеме синтеза и ана лиза алгоритмов обнаружение оптических сигналов в условиях сложной помеховой обстановки. Изучение учебника должно обеспечить подготовку студента к реше нию следующих профессиональных задач: − применять стандартные методы и модели к решению теоретико вероятностных задач и стандартных задач математической статистики; − использовать методы дискретной математики при решении задач; − применять на практике знание законов общей физики и оптики; − оценивать численные значения величин; − синтезировать алгоритмы обнаружения оптических сигналов в условиях сложной помеховой обстановки; − проводить анализ эффективности систем поиска оптических сиг налов; − оценивать технические возможности и вырабатывать рекоменда ции по построению систем поиска и обнаружения оптических сигналов. При изучении учебника должны использоваться знания и навыки, по лученные студентами в дисциплинах: Математика. Математический анализ: функции одной и нескольких переменных; числовые ряды и их свойства. Численное интегрирование и дифференцирование. Случайные величины, распределения случайных ве 1 Румянцев К.Е. Стратегия и аппаратура поиска источников оптического излуче ния: учебник. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2018. 267 с.
Предисловие 4 личин и их числовые характеристики. Элементы математической статистики. Физика. Знания основных законов оптики. Умения использовать за коны оптики для анализа процессов, происходящих в оптоэлектронных устройствах. Навыки анализа процессов, происходящих в оптоэлектронных устройствах. Электротехника, электроника и схемотехника. Усилительные схемы. Применение операционных усилителей. Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. Триггеры; регистры; счётчики; сумматоры. Теория электрической связи. Сигналы и помехи, их математические модели. Основы теории модуляции и детектирования. Основы теории оптимального приёма. Теория помехоустойчивости систем передачи сообщений. Основы цифровой обработки сигналов. Оптические телекоммуникационные системы и сети. Фотодетек тирование сигналов; фотодетекторы; шумы фотодетекторов. Модуляция оптических сигналов. Компоненты оптических линий связи. Цель учебника состоит в формировании знаний для обеспечения информационной безопасности телекоммуникационных систем и сетей посредством синтеза алгоритмов обнаружение оптических сигналов в процессе установления связи между разнесёнными и мобильными корреспондентами в условиях сложной помеховой обстановки. Изучение учебника обеспечивает подготовку в области эксперимен тально-исследовательской деятельности для построения и анализа фотоприёмного канала системы поиска и обнаружения источников оптического излучения. В области проектной деятельности освоение материала учебника формирует навыки проектирования системы поиска и обнаружения источников сигналов.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ RIN − Relative Intensity Noise, относительный шум мощности АД − амплитудный дискриминатор АРОИ − амплитудное распределение однофотонных импульсов АРУ − автоматическая регулировка усиления АЦП − аналого-цифровой преобразователь АЧХ − амплитудно-частотная характеристика БФОШ − блок формирования оценки ошибки БФПУ − блок формирования порогового уровня БЭП − блок элементов памяти ВЭУ − вторично-электронный умножитель ГТИ − генератор тактовых импульсов ГУН − генератор, управляемый напряжением ДКО − детектор комплексной огибающей ИК − инфракрасный ИМС − интегральная микросхема ИСЗ − искусственный спутник Земли ИТТ − импульс темнового тока ЛФД − лавинный фотодиод ММ − модуляция мощности ОЗУ − оперативное запоминающее устройство ОЛС − оптическая линия связи ОФИ − однофотонный импульс ПЗС − прибор с зарядовой связью ПФ − полосовой фильтр СВЧ − сверхвысокая частота СКО − среднеквадратическое отклонение ТТЛ − транзисторно-транзисторная логика УПЧ − усилитель поднесущей частоты ФАПЧ − фазовая автоматическая подстройка частоты ФНЧ − фильтр нижних частот ФОС − фокусирующе-отклоняющая система ФЭ − фотоэлектрон ФЭП − фотоэмиссионный прибор ФЭУ − фотоэлектронный умножитель ЦАП − цифроаналоговый преобразователь
СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ − полоса пропускания светофильтра b´Q − линейные углы контролируемого поля 𝑖темн.т ̅̅̅̅̅̅̅̅ − среднее значение темнового тока диссектора 𝑘д ̅̅̅ − среднее число вторичных электронов с динода ℎОФИ(𝑡) − функция, описывающая форму однофотонного импульса ℎ𝑃𝑙 − постоянная Планка 𝑃с − мощность электрического сигнала 𝑞ДКО − отношение сигнал/шум по мощности на выходе ДКО 𝑞ПФ − отношение сигнал/шум по мощности на выходе ПФ 𝑈с𝑚 − амплитуда колебания поднесущей частоты 𝜏𝑧 − время на просмотр z элементов в контролируемом поле Штепл.ш − коэффициент тепловых шумов Шумн − коэффициент шума ВЭУ диссектора ℵампл.ш(𝑡) − случайная составляющая амплитудного шума источника сигнального излучения на выходе фотодетектора ℵдр.ш.ф(𝑡) − случайная составляющая фонового излучения на выходе фотодетектора ℵдр.ш.𝑐(𝑡) − случайная составляющая сигнального излучения на вы ходе фотодетектора ℵтемн.т(𝑡) − случайная составляющая темнового тока фотодетектора ℵтепл.ш(𝑡) − случайная составляющая теплового шума нагрузки 𝐷пр.ант − диаметр приёмной антенны 𝐺умн − средний коэффициент умножения заряда в ВЭУ 𝐻0 − гипотеза об отсутствии полезного излучения 𝐻1 − гипотеза о наличии полезного излучения 𝐼дел − ток делителя диссектора 𝐼дис − ток коллектора диссектора 𝐾𝜎 − отношение дисперсий шумового процесса на выходе ПФ при наличии и отсутствии оптического излучения 𝐾дис(𝑓) − амплитудно-частотная характеристика диссектора 𝐾ПФ0 − резонансный коэффициент передачи ПФ 𝐾УПЧ0 − резонансный коэффициент передачи УПЧ 𝐾эл(𝑥, 𝑦) − коэффициент перехвата энергии элементом
Список основных обозначений 7 𝑁д − число динодов дисссектора 𝑁𝜆 − спектральная плотность энергетической яркости фона 𝑃опт − мощность оптического излучения в месте приёма 𝑃опт.ист − принимаемая мощность источника излучения 𝑃опт.ср − средняя мощность оптического излучения 𝑃опт.ф − принимаемая мощность фонового излучения 𝑃опт.эл − средняя мощность, перехватываемая фотоэлементом 𝑃опт.𝑚 амплитуда модуляции мощности оптического излучения 𝑃опт0 − мощность немодулированного оптического излучения 𝑅н − активная составляющая сопротивления нагрузки 𝑇п − период поднесущего колебания 𝑈д − междинодная разность потенциалов 𝑈ОФИ𝑚 − амплитуда ОФИ 𝑈с(𝑡) − детерминированная составляющая сигнала фотодетек тора 𝑈с.𝑚 − амплитуда колебаний поднесущей частоты 𝑈ф(𝑡) − детерминированная составляющая фонового излучения на выходе фотодетектора 𝑈ф(𝑡) − детерминированная составляющая фонового излучения на выходе фотодетектора 𝑈𝑐(𝑡) − детерминированная составляющая сигнального излуче ния на выходе фотодетектора 𝑎𝑥 × 𝑎𝑦 − угловые размеры элемента разложения 𝑒эл − заряд электрона 𝑓ИТТ − частота генерации ИТТ 𝑓ОФИ.с − частота счёта ОФИ сигнального излучения 𝑓ОФИ.ф − частота счёта ОФИ фонового излучения 𝑓п − частота поднесущего колебания 𝑖ОФИ(𝑡) − форма ОФИ тока 𝑘Б − постоянная Больцмана 𝑘д − число вторичных эмитируемых электронов с динода 𝑚ММ − коэффициент модуляции мощности 𝑚эл − масса электрона 𝑛ампл.ш(𝑡) − амплитудный шум на выходе полосового фильтра 𝑛др.ш.ф(𝑡) − дробовый шум фонового излучения на выходе ПФ
Список основных обозначений 8 𝑛др.ш.𝑐(𝑡) − дробовый шум сигнала на выходе полосового фильтра 𝑛темн.т(𝑡) − шум темнового тока фотодетектора на выходе ПФ 𝑛тепл.ш(𝑡) − тепловой шум на выходе полосового фильтра 𝑝лт − вероятность ложных тревог 𝑝обн − вероятность обнаружения сигнала 𝑝пр − вероятность пропуска сигнала 𝑞сч − отношение сигнал/шум в режиме счёта фотонов 𝑞ток − отношение сигнал/шум в токовом режиме 𝑟эфф − эффективный радиус кружка рассеяния 𝑢ОФИ(𝑡) − форма ОФИ напряжения 𝑢ПФ(𝑡) − процесс на выходе полосового фильтра 𝑢ш – отсчёт напряжения на выходе ПФ 𝑢𝑐(𝑡) − напряжение полезного сигнала на выходе ПФ 𝑣р.стр − скорость электронной развёртки по строке 𝑣ц − скорость перемещения цели 𝑣ш.р.к − угловая скорость шаговой развёртки по кадру 𝑣ш.р.стр − угловая скорость перехода к обзору соседнего элемента 𝑣эл, 𝑣стр, 𝑣к − угловые скорости перемещения изображения источника 𝑧эл, 𝑧стр, 𝑧к − число элементов в строке, строк в кадре и кадров в поле 𝛯дис(𝑡) − процесс на выходе фотодетектора 𝛱дис − полоса пропускания диссектора по уровню 0,707 𝛱пр − полоса пропускания приёмной аппаратуры 𝛱ПФ − полоса пропускания ПФ 𝛱эфф.ш − эффективная шумовая полоса пропускания диссектора 𝛷п − фаза поднесущего колебания 𝛾к − угловой размер кадра 𝛿эл, 𝛿стр, 𝛿к − перекрытия между элементами, строками и кадрами 𝛿эл0, 𝛿стр0, 𝛿к0 − статические перекрытия между элементами, строками и кадрами 𝛿эл𝑣, 𝛿стр𝑣, 𝛿к𝑣 − динамические перекрытия между элементами, строками и кадрами 𝜀фк − токовая чувствительность фотокатода 𝜀эл, 𝜀стр, 𝜀к − коэффициенты, учитывающие затраты на переход к про смотру соседних элементов, строк и кадров
Список основных обозначений
9
𝜂фк
− квантовая эффективность фотокатода
𝜅эл0, 𝜅стр0, 𝜅к0 − коэффициенты, учитывающие изменения времени
наблюдения элемента, строки или кадра из-за статических составляющих перекрытий
𝜅эл𝑣, 𝜅стр𝑣, 𝜅к𝑣 − коэффициенты, учитывающие изменения в требуемом
времени наблюдения кадра, строки или элемента из-за
динамических составляющих перекрытий
𝜅𝑟
− множитель, учитывающий потери излучения за счёт раз
мытости электронного изображения источника
𝜆опт
− длина волны оптического излучения
𝜎2
− дисперсия случайной величины
𝜏д
− среднее время на пролёт электронами между динодами
𝜏эл, 𝜏стр, 𝜏к
− время наблюдения элемента, строки и кадра
𝜏эл0, 𝜏стр0, 𝜏к0 − время наблюдения элемента, строки и кадра при поиске
неподвижного источника излучения
E
− напряжение огибающей
Кд
− коэффициент передачи линейного детектора
Т
− абсолютная температура, К
ℵ(𝑡)
− случайная составляющая на выходе фотодетектора
𝐷{x}
− дисперсия случайной величины x
𝑀{x}
− математическое ожидание случайной величины x
𝑈(𝑡)
− детерминированная составляющая на выходе фотодетек
тора
𝑤(x)
− плотность распределения вероятности случайной вели
чины
𝜎
− среднеквадратическое отклонение случайной величины
Доступ онлайн
302 ₽
В корзину