В. А. НЕБАВСКИЙ
Научный руководитель – Р. С. СТАРИКОВ, д. ф.-м. н.
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАДИОФОТОННОЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ СИГНАЛА, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЙ РАСТЯЖЕНИЕ СИГНАЛА ПО ВРЕМЕНИ
В работе представлены результаты математического моделирования процесса растяжения сигнала за счёт дисперсии групповой скорости.
Целью данной работы является моделирование системы обработки сигналов, основанной на процессе растяжения сигнала по времени за счёт дисперсии групповой скорости в оптоволокне. На основе такого принципа возможно построение различных систем обработки информации, в частности аналого-цифровых преобразователей, что является перспективной и практически важной задачей [1-4]. В этом случае применение растяжения сигнала обеспечивает снижение требований к скорости проведения дискретизации, что позволяет построить «быстрый» аналого-цифровой преобразователь (АЦП) на основе имеющихся «медленных», то есть сделать возможным выполнение преобразования коротких и/или быстрых сигналов с использованием АЦП с малой частотой выборки.
Принцип действия системы с оптическим растяжением иллюстрируется рис.1. Суперконтинуум генерирует широкополосный оптический импульс, который при прохождении первой диспергирующей среды растягивается так, что его спектральные компоненты следуют друг за другом. Далее полученный оптический ЛЧМ-импульс модулируется по интенсивности входным радиосигналом при помощи модулятора света (как правило используется модулятор Маха-Цандера). Проходя вторую диспергирующую среду сигнал растягивается по времени с коэффициентом растяжения, определяющимся отношением дисперсии 1й и 2й диспергирующих сред: М=1+D2/D1. Растянутый сигнал принимается на фотодиоде и обрабатывается АЦП.
Рис.1. Схема обработки сигналов в радиофотонной системе измерения с оптическим растяжением: СК – суперконтинуум, Д1 - оптоволокно с дисперсией, М – модулятор, Д2 - оптоволокно с дисперсией, ФД – фотодиод, АЦП - аналого-цифровой преобразователь
Для моделирования системы создано программное обеспечение, реализующее математические модели её элементов для которых были введены различные варьируемые параметры, в том числе:
· ширина спектра суперконтинуума
· шумы суперконтинуума
· дисперсионные характеристики волоконных элементов,
· модуляционная характеристика модулятора,
· АЧХ модулятора,
· чувствительность фотодетектора,
· АЧХ фотодетектора,
· шумы фотодетектора,
· эффективное число бит АЦП.
В качестве рабочего оптического диапазона выбран стандартный 1,5мкм диапазон. Учёт перечисленных параметров позволяет показать их влияние на отношение сигнал/шум на выходе рассматриваемой системы, а значит охарактеризовать выполняемое ей аналого-цифровое преобразование.
Список литературы
1. Caputi W. “Stretch: a time-transformation technique” // IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst., vAES-7, 269-278 (1971)
2. Valley G. “Photonic analog-to-digital converters” // Opt. Expr., v.15, 1955-1982 (2007)
3. Fard A., Gupta S., Jalali B. “Photonic time-stretch digitizer and its extension to real-time spectroscopy and imaging” // Laser Photon. Rev., v.7, 207-263 (2013)
4. «Фотонные АЦП» // Успехи современной радиоэлектроники, 2015, №2, стр.3-39 (2015)
