mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2022-10-1-50-59mireabulletin-456Research ArticleСОВРЕМЕННЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫMODERN RADIO ENGINEERING AND TELECOMMUNICATION SYSTEMSМоделирование электрооптического повторителя субнаносекундных радиоимпульсовSimulation of subnanosecond radio pulse electro-optical repeaterhttps://orcid.org/0000-0002-6293-7486ШильцинА. В.ShiltsinA. V.

Шильцин Артем Викторович, аспирант кафедры конструирования и производства радиоэлектронных средств Института радиоэлектроники и информатикиScopus Author ID 57194330958

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78 

Artem V. Shiltsin, Postgraduate Student, Department of Design and Production of Radio Electronic Equipment, Institute of Radio Electronics and InformaticsScopus Author ID 57194330958

119454, Moscow, Vernadskogo pr., 78

adaptox@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-5232-5478КостинМ. С.KostinM. S.

Костин Михаил Сергеевич, д.т.н., доцент, профессор кафедры конструирования и производства радиоэлектронных средств Института радиоэлектроники и информатикиScopus Author ID 57208434671

119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78 

Mikhail S. Kostin, Dr. Sci. (Eng.), Docent, Professor, Department of Design and Production of Radio Electronic Equipment, Institute of Radio Electronics and InformaticsScopus Author ID 57208434671

119454, Moscow, Vernadskogo pr., 78

kostin_m@mirea.ruМИРЭА – Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian Federation2022280220221015059Copyright © Шильцин А.В., Костин М.С., 20222022Шильцин А.В., Костин М.С.Shiltsin A.V., Kostin M.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/456

Цели. Целью данной работы является построение и анализ программно-численной модели электрооптического повторителя радиоимпульсов, обеспечивающего восстановление импульсного радиоизображения за однократный прием в условиях воздействия аддитивных шумов с достижением субнаносекундного разрешения.Методы. Использованы численные методы схемотехнического анализа, лежащие в основе специализированных систем автоматизированного проектирования, численные методы статистической радиотехники.Результаты. Построена радиофотонная схема повторителя радиоимпульсов, реализуемая на принципе дробного мультиплексирования с обратной задержанной связью. Разработаны программные модели инфраоптических повторителей в среде Simulink (Trial Version Soft), позволяющие анализировать и исследовать эффективность метода оптической регенерации радиоимпульсов при помощи схемы дробного мультиплексирования с задержанной обратной связью. Показано, что схемы повторителей, реализуемые на принципах дробного мультиплексирования с задержанной обратной связью, способны эффективно решить научно-практическую задачу многократного зондирования объектов сверхкороткими импульсами для получения радиоизображения цели с достоверной воспроизводимостью. В ходе численного моделирования установлено, что двух- и четырехкаскадные схемы линий обратной задержки не обеспечивают надежной воспроизводимости в случае восстановления сверхкороткого импульса (СКИ) со сложным временным профилем. В то же время схема с каскадом из 8 линий задержки справляется с поставленной задачей, обеспечивая корреляционную воспроизводимость более 0.9. При этом схема электрооптического повторителя с каскадом из 16 линий задержки не дает весомого вклада в повышение точности восстановления СКИ относительно схемы с каскадом из 8 линий, поэтому последнюю можно определить в качестве оптимального решения. Предложен электрооптический метод решения радиотехнической задачи стробоскопической регистрации и восстановления сверхкоротких радиоимпульсов субнаносекундной длительности, составляющих сигнатуру радиоизображения динамических объектов для систем активного радиовидения.Выводы. Установлено, что электрооптический повторитель с 8 линиями задержки за 30 итераций способен восстановить сложный импульс, отраженный от цели с коэффициентом корреляции больше 0.9 между эталонным и восстановленным импульсом при отношении сигнал/шум не менее 9 дБ.

Objectives. The study aimed to construct and analyze a computational model of an electro-optical repeater of radio pulses, capable of reconstructing a pulsed radio image with subnanosecond resolution in a single reception under conditions of additive noise.Methods. Numerical methods of network analysis were used, which are the basis of specialized computer-aided design systems, numerical methods of statistical radio engineering.Results. A radiophotonic radio pulse repeater scheme was constructed, which is implemented based on the principle of fractional multiplexing with delayed feedback. Software simulation of infrared repeaters in the Simulink environment (Trial Version Soft) was developed, which allows for analyzing and investigating the efficiency of the optical reconstruction method of radio pulses using a fractional multiplexing with delayed feedback. It is shown that repeaters schemes, implemented on the principles of fractional multiplexing with delayed feedback, are able to effectively solve the scientific and practical problems of multiple probing of objects with ultrashort pulses (USP) for obtaining a radio image of a target with reliable reproducibility. In the course of numerical simulations, it was found that the two- and four-cascade schemes of delay lines with feedback do not provide reliable reproducibility in the case of reconstruction of an ultrashort pulse with a complex time profile. At the same time, the scheme with a cascade of 8 delay lines showed good results, providing a correlation reproducibility of more than 0.9. In this case, the scheme of an electro-optical repeater with a cascade of 16 delay lines did not make a significant contribution to increasing the accuracy of the USP reconstruction if compared to the scheme with a cascade of 8 lines; therefore, the latter can be determined as an optimal solution. An electro-optical method was proposed for solving the radio engineering problem of stroboscopic registration and reconstruction of subnanosecond radio pulses, which represent the signature of the radio image of dynamic objects for active radio imaging systems.Conclusions. It was found that an electro-optical repeater with 8 delay lines is able to recover a complex pulse reflected from a target in 30 iterations with a correlation coefficient greater than 0.9 between the reference and reconstructed pulses at a signal-to-noise ratio of at least 9 dB.

строб-фрейм дискретизаторсверхкороткий радиоимпульсрадиоизображениеэлектрооптический повторительобратная задержанная связь c дробным мультиплексированиемstrobe-frame samplerultrashort radio pulseradio imageelectro-optical repeaterfeedback delayed communication with fractional multiplexingReferencesТимановский А.Л., Пирогов Ю.А. Сверхразрешение в системах пассивного радиовидения: монография. М.: Радиотехника; 2017. 160 с. ISBN 978-5-93108-153-3Timanovskii A.L., Pirogov Yu.A. Sverkhrazreshenie v sistemakh passivnogo radiovideniya: monografiya (Superresolution in passive radio imaging systems: Monograph). Moscow: Radiotekhnika; 2017. 160 p. (in Russ.). ISBN 978-5-93108-153-3Костин М.С., Викулов В.М., Тамбовский С.С. Формовременная динамика субнаносекундных радиоимпульсов при распространении в гетерогенных средах. Радиотехника и электроника. 2019;64(2):116−122. https://doi.org/10.1134/S0033849419020086Kostin M.S., Vikulov V.M., Tambovskii S.S. Formtemporal dynamics of subnanosecond radio pulses propagating in heterogeneous media. J. Commun. Technol. Electron. 2019;64(2):100−106. https://doi.org/10.1134/S1064226919020086 [Original Russian Text: Kostin M.S., Vikulov V.M., Tambovskii S.S. Form-temporal dynamics of subnanosecond radio pulses propagating in heterogeneous media. Radiotekhnika i elektronika. 2019;64(2):116−122 (in Russ.). https://doi.org/10.1134/S0033849419020086]Taylor J.D. Ultrawideband Radar: Applications and Design. USA: CRC Press; 2012. 536 p.Taylor J.D. Ultrawideband Radar: Applications and Design. USA: CRC Press; 2012. 536 p.Радзиевский В.Г., Трифонов П.А. Обработка сверхширокополосных сигналов и помех. М.: Радиотехника; 2009. 288 с. ISBN 978-5-88070-231-2Radzievskii V.G., Trifonov P.A. Obrabotka sverkhshirokopolosnykh signalov i pomekh (Processing of ultra-wideband signals and interference). Moscow: Radiotekhnika; 2009. 288 p. (in Russ.). ISBN 978-5-88070-231-2Лазоренко О.В., Черногор Л.Ф. Сверхширокополосные сигналы и физические процессы. 1. Основные понятия, модели и методы описания. Радиофизика и радиоастрономия. 2008;13(2):166−194.Lazorenko O.V., Chernogor L.F. The Ultra-wideband signals and physical processes. 1. Basic concepts, models and description methods. Radiofizika i radioastronomiya = Radio Physics and Radio Astronomy. 2008;13(2):166−194 (in Russ.).Дьяконов В.П. SIMULINK 5/6/7: самоучитель. М.: ДМК-Пресс; 2008. 784 с. ISBN 978-594074-423-8D’yakonov V.P. SIMULINK 5/6/7: samouchitel’ (SIMULINK 5/6/7: Self-instruction book). Moscow: DMKPress; 2008. 784 p. (in Russ.). ISBN 978-594074-423-8Gibran J., Shoushun C. A 40 nm CMOS T/H-less flash-like stroboscopic ADC with 23dB THD and >50 GHz effective resolution bandwidth. In: 2017 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). 2017. https://doi.org/10.1109/ISCAS.2017.8050486Gibran J., Shoushun C. A 40 nm CMOS T/H-less flash-like stroboscopic ADC with 23dB THD and >50 GHz effective resolution bandwidth. In: 2017 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). 2017. https://doi.org/10.1109/ISCAS.2017.8050486Шильцин А.В., Марков Д.В., Латышев К.В., Петленко Д.Б. Моделирование электрооптических повторителей субнаносекундных импульсов с обратной задержанной связью и дробным мультиплексированием. Оборонный комплекс – научно-техническому прогрессу России. 2020;2(146):51–56.Shil’tsin A.V., Markov D.V., Latyshev K.V., Petlenko D.B. Modeling of electro-optical repeaters of subnanosecond pulses with reversed retained communication and fractional multiplexing. Oboronnyi kompleks – nauchnotekhnicheskomu progressu Rossii = Defense Industry Achievements – Russian Scientific and Technical Progress. 2020;2(146):51−56 (in Russ.).Костин М.С., Бойков К.А., Котов А.Ф. Высокоточные методы циклоподобной атактовой оцифровки субнаносекундных сигналов. Радиотехника и электроника. 2019;64(2):191−194. https://doi.org/10.1134/S0033849419020104Kostin M.S., Boikov K.A., Kotov A.F. High-accuracy methods for cyclic-like aclock digitization of subnanosecond signals. J. Commun. Technol. Electron. 2019;64(2):168−171. https://doi.org/10.1134/S1064226919020104 [Original Russian Text: Kostin M.S., Boikov K.A., Kotov A.F. High-accuracy methods for cyclic-like aclock digitization of subnanosecond signals. Radiotekhnika i elektronika. 2019;64(2):191−194. https://doi.org/10.1134/S0033849419020104]Костин М.С., Воруничев Д.С. Регистрация финитных радиоизображений в сигнальном радиовидении субнаносекундного разрешения. Радиотехника и электроника. 2021;66(9):872−883. https://doi.org/10.31857/S0033849421090072Kostin M.S., Vorunichev D.S. Recording finite radio images in the subnanosecond resolution signal radio vision. J. Commun. Technol. Electron. 2021;66(9):1028–1038. https://doi.org/10.1134/S1064226921090072 [Original Russian Text: Kostin M.S., Vorunichev D.S. Recording finite radio images in the subnanosecond resolution signal radio vision. Radiotekhnika i elektronika. 2021;66(9):872−883 (in Russ.). https://doi.org/10.31857/S0033849421090072]Костин М.С., Бойков К.А., Стариковский А.И. Циклоподобная регенерация субнаносекундных радиоимпульсов. Вестник РАЕН. 2018;18(3):107−113.Kostin M.S., Boykov K.A., Starikovkiy A.I. Cyclo-similarity regeneration of subnanosecond radio pulses. Vestnik RAEN = Bulletin of Russian Academy of Natural Sciences. 2018;18(3):107−113 (in Russ.).Зайцев Д.Ф. Нанофотоника и ее применение. М.: Актеон; 2012. 445 с. ISBN 978-5-9905835-2-8Zaitsev D.F. Nanofotonika i ee primenenie (Nanophotonics and its application). Moscow: Akteon; 2012. 445 p. (in Russ.). ISBN 978-5-9905835-2-8Бейли Д., Райт Э. Волоконная оптика: теория и практика: пер. с англ. М.: КУДИЦ-ПРЕСС; 2008. 320 с.Bailey D., Wright E. Volokonnaya optika: teoriya i praktika (Fiber optics: theory and practice). Moscow: KUDINETs-PRESS; 2008. 320 p. (in Russ.). [Bailey D., Wright E. Practice Fiber Optics. Elsevier; 2003. 288 p.]

The authors declare that there are no conflicts of interest present.