Гибридная 3D измерительная головка для высокоточных контактных и бесконтактных координатных измерений размеров изделий сложной формы Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 681.2.084

Е. В. ЛЕУН

ДО «НПО Лавочкина», Московская область, г. Химки

ГИБРИДНДЯ

ЭР ИЗМЕРИТЕЛЬНДЯ ГОЛОВКД ДЛЯ ВЫСОКОТОЧНЫХ КОНТДКТНЫХ И БЕСКОНТДКТНЫХ КООРДИНДТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ РДЗМЕРОВ ИЗДЕЛИЙ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ_

В статье ра ссматривается гибридная ЭР измерительная головка, состоящая из контактной измерительной головки каса ния с полым рубиновым сферическим н а конеч-ником радиусом гн и введенной внутрь нее разработанной бесконтактной волоконно-оптической измерительной головкой. Разработанная ЭР головка может использоваться для контактных измерений с триггерным выходным сигналом и^ ~ 1 (г—гм) и может измерять бесконтактно:

1) с линейным выходным сигналом ка к у головки отклонения;

2) со вторым триггерным выходным сигналом Ц^ ~ 1(г—гпс), где гпс — радиус пространственно-чувствительной полусферы при т^ > гн ка к у головки каса ния;

3) в режиме допускового контроля для гибридного контактно-бесконтактного способа измерений с двумя триггерными перепадами сигнала Ца1х3 ~ 1 (г—тн) — 1 (г—г^) и управляемой шириной поля допуска гд = г^—гн

В статье описаны принцип действия и узлы разработанной головки, рассчитаны основные тактико-технические характеристики, показаны технологические возможности для их реализации.

Ключевые слова: измерительная головка, головка каса ния, головка отклонения, координатная измерительная ма шина, координатные измерения.

Введение. Успешное развитие ракетно-космической техники невозможно без обеспечения высокого качества изделий и, в частности, высокоточных координатных измерений геометрических параметров изделий сложной формы широко распространенными контактными головками касания (рис. 1) на координатных измерительных машинах (КИМ). Существенной проблемой таких измерений является ограничение между стремлением к высокой точности измерений, уже достигающей значений не более Н» 1,0 ... 1,5 мкм, за счет вынужденного снижения производительности, контроля и увеличения времени измерений [1]. Для малых объектов с небольшим числом точек контроля потери времени невелики, но для больших изделий, таких как узлы космических аппаратов, например, космический радиотелескоп и/или его элементы они становятся значительными.

Один из путей преодоления этого ограничения заключается в создании и использовании высокоточных бесконтактных ЭЭ измерительных головок. И в этом направлении предприняты многочисленные попытки за рубежом и в России [1—3]. Однако к полной замене широко используемых контактных головок касания с переходом на принципиально другие бесконтактные промышленность пока не готова по разным причинам. Более перспективными можно считать гибридные ЭЭ измерительные головки с возможностями как традиционных контактных, так и бесконтактных координатных измерений за счет совмещения контактной и бесконтактной измерительных головок.

Рис. 1. Контактные головки касания

В данной статье дано описание одной из таких головок, основное внимание уделено принципам построения и достигаемым техническим характеристикам вводимой бесконтактной волоконно-оптической измерительной головки.

1. Устройство и принцип действия. Разработанная гибридная ЭЭ измерительная головка в одном из вариантов (рис. 2) состоит из контактного 1 и бесконтактного 2 (на основе низкокогерентного интерферометра, показан на рис. Э) измерителей, измерительного стержня Э в виде трубки диаметром не более 2 — 4 мм с полым сферическим рубиновым наконечником 4 диаметром ^ не более 2,5 — 7 мм. Внутри последних введен световодный элемент 5, представляющий параллельное оптическое соединение прямого 6 и спирального 7 многомодовых световодов

Рис. 3. Низкокогерентный интерферометр

с металлизированным покрытием 8 и сформированными на переднем и заднем торцах рассеивающей 9 и фокусирующих 10 микролинз.

1.1. Контактные измерения

Для контактных координатных измерений в КИМ используется механическая конструкция 3Б измерительной головки: измерительный стержень 2 со сферическим рубиновым наконечником 4. При касании рубиновым наконечником 4 поверхности изделия 11 контактным измерителем 1 электромеханически формируется триггерный выходной сигнал (рис. 4а) ивых1(гн) ~ 1(г-гн), (где гн — радиус рубинового наконечника 4) для измерения трех координат: 1х, 1у, и 1ж с соответствующим оцифровыванием точки касания.

1.2. Бесконтактные измерения

Реализация бесконтактных координатных измерений основана на сочетании двух следующих возможностей бесконтактным измерителем 2:

1) формирование с помощью прямого 6, спирального 7 многомодовых световодов, рассеивающей микролинзы 9 и рубинового наконечника 4 оптического потока с трехмерной полусферической диаграммой излучения и приема ± р2 ср;

2) создание пространственно-чувствительной координаты с заданной разностью хода Д1 для максимума контраста регистрируемой интерференционной картины низкокогерентного интерферометра, формирующей в вышеуказанном оптическом потоке за пределами рубинового наконечника 4 единственной пространственно-чувствительной полусферы радиусом гпс. При прохождении изделия через эту координату в пределах ± р2 ср амплитуда регистрируемой интерференционной картины достигает максимума (рис. 4б).

Режим бесконтактных координатных измерений гибридной 3Б измерительной головкой реализуется следующим образом. Излучение от бесконтактного измерителя 2, проходя через одномодовое волокно 12

Рис. 4. Сигналы гибридной 3Б измерительной головки, формируемые при контактных и бесконтактных измерениях

и направляясь на фокусирующую микролинзу 10, вводится в световодный элемент 5 с разделением потока пополам прямым 6 и спиральным 7 многомодо-выми световодами. Оптический поток, следующий по прямому световоду 6, сохраняет изначальное гауссово распределение по сечению с преобладанием меридиональных лучей, проходящих через ось этого световода. Далее оптический поток из этих меридиональных лучей выходит через переднюю сторону рассеивающей микролинзы 9 преимущественно вдоль его оси, формируя центральный угловой сектор трехмерной полусферической диаграммы излучения.

Оптический поток, следующий по спиральному световоду 7, также приобретает за счет его изгибов спиральную закрутку, создавая преобладание сагиттальных (косых) лучей. Внешняя металлизация 8 препятствуют выходу их наружу. К концу световод-ного элемента 5, в рассеивающей микролинзе 9 эти лучи выходят через её боковые стороны, формируя боковой угловой сектор трехмерной полусферической диаграммы излучения. Вместе с центральным угловым сектором они создают единый полусферический оптический поток в пределах ± р2 ср. Возможные неравномерности диаграммы направленности сглаживаются за счет искусственно созданной шероховатости поверхности Я1, и/или материала рассеивающей микролинзы 9.

При приближении головки к изделию 11 его поверхностью формируется поток отраженного света, состоящий из лучей, включающих самый короткий, следующий по нормали от поверхности изделия 11 к рубиновому наконечнику 4. Проходя последовательно через него, рассеивающую линзу 9, световод-ный элемент 5, одномодовое волокно 12, этот отраженный оптический поток возвращается для измерения в бесконтактный измеритель 2, в котором сформирована заданная разность хода А1 первой пары опорных интерферирующих потоков.

Вторая пара оптических измерительных потоков создается потоком, отраженным от изделия 11 и, как вариант, внешней поверхностью рубинового наконечника 4. Вблизи равенства разности хода опорных и измерительных потоков в бесконтактном измерителе 2 формируется интерференционная картина, максимум интенсивности «по огибающей» соответствует положению отражающей поверхности изделия на координате гпс. Фиксация максимума интерференционной картины позволяет в итоге сформировать триггерный сигнал иых2(г)~1(г—гпс), подобно контактным измерениям, а в диапазоне » ±5...71 возможны высокоточные измерения линейных смещений поверхности изделия 11 «по фазе».

Режим допускового контроля при контактно-бесконтактном контроле разработанной головки возможен при формировании двух триггерных выходных сигналов контактным 1 и бесконтактным 2 измерителями: иБЫхз{гн,гпс)~1(г-гн) — 1(г—гпс) с возможностью управления поля допуска гд = гпс — гн.

1.3. Бесконтактный измеритель

Работа бесконтактного измерителя 2, реализованного на основе стандартного волоконного низкокогерентного интерферометра [4 — 6], состоящего из опорного (сканирующего) и измерительного интерферометров (рис. 3), основана на применении оптического излучателя, спектральная плотность мощности которого описывается функцией Гаусса:

5 (со) =

1

д/2р(Ак

,ехр

(ю-юо)2

2(Аю)2

(1)

где ю0 — центральная длина волны источника излучения, Аю — ширина спектра источника излучения, а интенсивность интерферирующих оптических потоков, освещающих фотоприемник, будет иметь вид

I(г) = Iо ехр|

(* - Р )

2Ь

сов[к^ - Р)],

(2)

где z — разность длин плеч опорного (сканирующего) интерферометра (внутри бесконтактного измерителя 2), Р=1оп—1тм — толщина зазора между рубиновым наконечником 4 и поверхностью изделия 11 (по нормали), Ьког — длина когерентности источника излучения, к - 2тс/1, где 1 — центральная длина волны источника излучения.

Определение положения максимума аналогично измерениям «по огибающей»

А(г) = Ао ехр|

(* - Р)2

212,„„

(3)

для сигнала иопт1(г), а определение фазы заполнения соответствует измерениям «по фазе» для интерференционного сигнала - иопт2(г) и цифрового выходного кода Nф с учетом двойного хода луча (рис. 4 в, г):

N = 2канш.

,А1/1,

(4)

где кшнт — коэффициент интерполяции периода интерференционной картины.

Уравнения (3) и (4) показывают возможность работы в двух режимах измерений: «по огибающей» — с возможностью формирования триггерного выходного сигнала, «по фазе» — для высокоточных измерений с линейным выходным сигналом.

2. Основные технические характеристики. Для понимания потенциала, заложенного в разработанную 3Б измерительную головку, опишем её функции измерительного преобразования, применяя математическую функцию Хэвисайда, расчет диаметра пространственно-чувствительной полусферы йпс, разрешающей способности, массогабаритных параметров.

Итак, данная головка реализует следующие функции измерительного преобразования: для головки касания при контактном контроле (рис. 4а)

иБыЖ)-1—). (5)

при бесконтактном контроле (рис. 4д)

иБых2(Гпс)~1(Г—Гпс)-

для головки отклонения (рис. 4г): АТ(г) - фо + АФ(г)

(6)

(7)

Для измерительной головки допускового контроля при контактно-бесконтактном контроле (рис. 4е):

иБ^х3(Гн'Гпс) ~ 1(г—гн) — 1(г—гпс).

(8)

где гн, гпс — координата (радиус) поверхности рубинового наконечника 4 и пространственно-чувствительной полусферы соответственно.

Для исключения негативного воздействия на зрение человека длина волны лазерного излучения, используемого гибридной 3Б головкой, должна быть

в области ИК-излучения, т.е. невидимого человеческим глазом. Для удобства дальнейших расчетов выбрано значение 1 = 1,0 мкм. Для такого значения 1 можно пренебречь поглощением его рубиновым наконечником и появлением внешнего паразитного излучения такой же длины волны тепловой природы, т.к. для его формирования изделие должно быть нагрето почти до 1000 °С, что в реальности при проведении координатных измерений исключено.

2.1. Диаметр пространственно-чувствительной полусферы <Зпс.

Этот параметр используется при работе гибридной ЭЭ измерительной головки подобно головке касания с формированием триггерного выходного сигнала (рис. 4а). Для расчета реально достижимых значений йпс следует принять, что уровень выходного оптического сигнала I , поступающий в бесконтакт-

вых' -1 ^

ный измеритель 2, пропорционален отношению площади локального луча света 5л, отраженного от поверхности изделия, к площади всей освещенной полусферы 5пс:

Рх • крас5л 1

„ в.

5 „^

(9)

где Рх — коэффициент отражения разных материалов для выбранной длины волн X = 1 мкм, крас — коэффициент рассеяния оптического излучения, зависящий от угла падения Р и шероховатости поверхности изделия, I — уровень входного оптического сигнала (мощность излучателя).

Если принять, что минимальный диаметр отраженного от изделия луча йл < 0,5 мм с площадью 5л = р 16 мм2, а площадь освещаемой ЭБ головкой 2

, где йпс — диаметр, форми-

полусферы 5пс = р йпс

2

руемой ЭБ пространственно-чувствительной координатой полусферы, то выражение (9) для 1вх примет вид:

Рх • кр,

(10)

Рх • кр,

8 • 0,1< 0,9

• 0,89<

(11)

Подобно можно определить значение 1вхтах для стального изделия (рх = 0,6Э)с шероховатой поверхностью с максимумом диффузного рассеяния света при условии Я2 » X » 1 мкм. Значение крас может быть определено с учетом с известного закона Ламберта, вносящего поправочной коэффициент, пропорциональный совР в зависимости от угла Р между направлением света и нормалью к поверхности изделия. Но т.к. измеряется отраженный оптический поток с углом Р = 0 , то этот поправочный коэффициент стремится к 1. Если принять, что абсолютное значение при диффузном рассеянии крас не превысит 0,4, то выражение (9) примет вид:

8Ц

Рх • кр

8 • 0,1С

0,6Э • 0,4

(12)

Тогда из уравнений (12) и (1Э) можно сформировать граничные условия для расчета 1вхт1п и 1вхтах (в мВт):

I < I < I ,

вх шш вх вх тах '

(13)

Дальнейшие расчеты проделаны для двух случаев, когда контролируемые изделия изготовлены из наиболее распространенных металлов с индивидуальным значением рх: полированная чистая медь (Рх = 0,9), никель (рх = 0,7Э), полированный алюминий (рх = 0,75), хром (рх = 0,7Э), сталь (рх = 0,7Э), бронза (Рх = 0,7).

Значение I можно взять из описания устрой-

вых

ства [6], использующим подобный низкокогерентный интерферометр. В нем источником света является суперлюминесцентный диод ЛМ2-850 мощностью 0,7 мВт производства НИИ «Волга» (Саратов), работавший в паре с фотоприемником ФД-24К. Так как при контроле параметров оптических изделий в этом устройстве в измерительную схему возвращается не более15 % исходного оптического потока, то для дальнейших расчетов можно принять: ^ь^ » 0,1 мВт. С учетом этого для медных изделий с рх = 0,9 с полированной поверхностью, т.е. без диффузного рассеяния света при выполнении условия < х/6 и крас = 1, выражение (9) преобразуется к следующему виду:

которые при расчетах для минимального и максимального допустимых значений диаметров и й , равных Э мм и 7 мм соответственно, форми-

пстах' ^ ' ^ ^

руют четыре комбинации: (й . ; I . ), (й . ; I ),

^-1 ^ —IV пстт' вхтт1' > пстт' вхтах''

(й ; I . ) и (й ; I ). В соответствии с этим

> пстах вхm¡т > пстах' вхтах'

были проведены расчеты, построены две зависимости I . (й ) и I (й ) и для выбранных выше

вхm¡n\ пс' вхтахV пс' ^ 1

значений йпстПп = Э мм и йпстах= 7 мм получены четыре координаты: (Э мм; 8,0 мВт); (Э мм; 28,5 мВт); (7 мм; 4Э,6 мВт) и (7 мм; 155,Э мВт), образующие зону допустимых значений для диаметров й и й и двух

^ пстт пстах ^ -1

уровней источника излучения ^^и ^^ (рис. 5).

Как видно из этих расчетов, мощность источника излучения Iвх достигает значений 100 — 150 мВт. Современные источники излучения позволяют формировать такие потоки, преимущественно в импульсном режиме, например, при скважности импульсов О^и^К» 5 (где гпж1 — длительность импульса, гп — длительность паузы). Однако все-таки такие решения пока являются экзотическими и дальнейшее развитие подобных устройств обусловливает поиск решений с излучателями меньшей мощности, например, за счет перехода от одноканальных к многоканальным измерительным головкам, работающих с меньшими мощностями света в более узком пространственном секторе.

2.2. Разрешающая способность

Как следует из работ [4 — 6], разрешающая способность низкокогерентного интерферометра, составляющего оптическую схему разработанной гибридной ЭБ измерительной головки, определяется для двух режимов измерений: «по огибающей» и «по фазе». При измерения «по огибающей» разрешающая способность ¡о, как правило, не превышает единиц микрометров. В случае измерений «по фазе» разрешающая способность ¡ф существенно выше и определяется разрешающей способностью фазовых измерений, значение которой может быть не более десятка нанометров.

2.3. Массогабаритные параметры Максимальный вес световодного элемента с торцевыми микролинзами не превышает 10 — 50 г, а низкокогерентный интерферометр может быть вынесен за пределы головки. Поэтому влиянием веса волоконной измерительной головки на динамику движений гибридной ЭБ измерительной головки можно пренебречь.

I

вх тш

выь

I

I

I

I

вх шш

Рис. 5. Зона допустимых значений для двух значений диаметра полусферической поверхности dшcmn¡ и

и мощности источника излучения I , и I

' J вкт!п вкт!п

а б

Рис. 6. Торцевой сапфировый сферический наконечник с капиллярной трубкой диаметром 1,2 мм (а),

изготовление световодного элемента (б)

3. Практическая реализация. В разработанной гибридной 3Б измерительной головке используются выполненные на основе современных оптических технологий элементы, а именно: рубиновый полый наконечник с капилляром, световодный элемент, микрооптические элементы в виде наконечников и микролинз, созданных на торцах одно- и много-модовых волокон.

3.1 Рубиновый полый наконечник с капилляром

Рубин является ближайшим родственником сапфира (Л1203) и, несмотря на наличие примеси хрома (Сг), к нему применим почти весь современный задел по технологиям выращивания сапфировых элементов нужной формы и размеров. Так, в последнее время разработана технология получения профилированных кристаллов сапфира различного поперечного сечения с капиллярными каналами с минимальными диаметрами до 1,2 мм [7], что позволило получить сферические наконечники (рис. 6а) малых размеров с внутренними каналами.

3.2. Световодный элемент

Оригинальным решением у световодного элемента является использование спиральной закрутки одного из многомодовых световодов (рис. 6б). Этот прием был применен при создании волоконных датчиков уровня жидкости [8]. Технология создания спиральных световодных элементов различных конструкций при использовании различных волокон, в т.ч. многомодового кварц-полимерного волокна КП-200 с диаметром сердцевины 200±2 мкм с нанесенным металлизированным покрытием на основе алюминия (Л!) толщиной 15 — 50 мкм была отрабо-

тана и исследована еще в середине 80-х годов ХХ века. Температура нагрева и сплавления обычно составляла для полимерных световодов от 70 до 90 °С, для кварцевых от 1100 до 1200 °С при силе натяга от 50 до 500 г. Экспериментально отработанная технология позволяет создать закрутку световодов с числом витков, начиная от 1, с минимальным шагом скрутки, равным диаметру световода.

3.3. Микрооптические элементы на торцах одно-и многомодовых волокон

К настоящему времени существует достаточно много разных технологий изготовления наконечников на торцах одно- и многомодовых волокон для рассеивания или фокусировки излучения. В [9] представлен несимметричный полимерный наконечник (рис. 6а), изготовленный на основе полимерной технологии, с диаграммой направленности излучения и приема оптического потока более ± р2 ср (рис. 6б). При создании шероховатой поверхности на его поверхности с Я2 » 1 » 1 мкм, например, за счет травления или при добавлении рассеивающих частиц в состав наконечника при его создании, обеспечивающих дополнительное диффузное рассеяние, неравномерности диаграммы направленности могут быть существенно снижены.

Фокусирующие микролинзы (рис. 6 в, г) могут быть созданы под действием сил поверхностного натяжения при плавлении торца волокна, либо нанесенного на него фоторезиста, либо также с применением полимерных технологий [9—11].

Заключение. 1. Гибридная 3Б измерительная головка представляет собой контактную головку

л

20 мкл!

в

г

Рис. 7. Несимметричный полимерный наконечник на торце световода (а) и его диаграмма направленности излучения и приема (б), микролинзы у многомодового (в) и одномодовых (г) световодов

касания с полым рубиновым наконечником с введенной внутрь нее беконтактной волоконно-оптической головкой и формированием у нее новых функциональных возможностей для проведения бесконтактных координатных измерений:

а) с линейным изменением выходного сигнала как у головки отклонения;

б) со вторым триггерным выходным сигналом

и„.

-1(г—г ), где г

радиус полусферической

пространственно-чувствительной координаты гпс при условии гпс > гн подобное головке касания;

в) гибридным контактно-бесконтактным способом с двумя перепадами триггерного сигнала

ивыя (гн'гпс>~1(г-гн)-1(г-гпс) для допускового к°нтроля и управления шириной допуска Агд = гпс - гн .

2. Рассчитаны граничные условия для двух значений мощности источника излучения I и I

^ -1 вхтт вхшах

и двух значений диаметров полусферической пространственно-чувствительной поверхности йпстп и йПстах, равных 3 мм и 7 мм соответственно, формируют четыре координаты, комбинации значений йпс и I : (3 мм; 8,0 мВт); (3 мм; 28,5 мВт); (7 мм; 43,6 мВт) и (7 мм; 155,3 мВт). Эти четыре координаты образуют зону допустимых значений для диаметров й и й

-1 ^ -1 ^г г^г пстп пстах

и двух уровней источника излучения 1вхтП и 1вхтп.

Необходимая для работы мощность источника излучения 1вх достигает 100— 150 мВт вполне реализуема современными источниками излучения, преимущественно в импульсном режиме. Однако дальнейшее развитие подобных устройств обусловливает поиск возможностей перехода от одноканальных к многоканальным измерительным головкам, работающим в более узком пространственном секторе

и с более эффективным использованием мощности излучаемого оптического потока.

3. Реализация диаграммы направленности излучения и приема оптического потока в пределах ± р2 ср возможна за счет использования световод-ного элемента, состоящего из оптически соединенных прямого и спирального многомодовых световодов с торцевой полусферической микролинзой.

Библиографический список

1. Гапшис А. А., Каспарайтис А. Ю., Модестов М. Б. [и др.]. Координатные измерительные машины и их применение. М.: Машиностроение, 1988. 328 с.

2. Пат. 2235972 Российская Федерация, МПК С01Б9/02. Способ оптического контроля геометрических параметров изделий / Леун Е. В. № 2000121726; заявл. 14.08.00; опубл. 10.09.04.

3. Пат. 157867 Российская Федерация, МПК С01Б9/02. Бесконтактная оптическая головка для контроля геометрических параметров изделий / Леун А. Е., Юдин А. Д., Дмитриев А. О., Привезенцева И. В., Леун Е. В., Пчелкин С. Е. №2015104149; заявл. 09.02.15; опубл. 20.12.15, Бюл. № 15.

4. Ахсахалян А. А., Ахсахалян А. Д., Волков П. В. [и др.]. Перспективы применения метода тандемной низкокогерентной интерферометрии для измерения формы асферических поверхностей // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2015. № 8. С. 16-20. Б01: 10.7868/ 8020735281508003Х.

5. Волков П. В., Горюнов А. В., Лукьянов А. Ю. [и др.]. Измерение профиля поверхности протяженных асферических объектов // Нанофизика и наноэлектроника: материалы XXI Междунар. симпозиума. 2017. Т. 1. С. 379-380.

6. Пат. 2141621 Российская Федерация, МПК С01Б11/ 06, С01К21/45. Интерферометрическое устройство для измерения физических параметров прозрачных слоев (варианты) / Иванов В. В., Катин Е. В., Маркелов В. А. [и др.]. № 98102684, заявл. 04.02.1998, опубл. 20.11.1999.

7. Шикунова И. А., Курлов В. Н., Стрюков Д. О., Лощенов В. Б. Новые медицинские лазерно-волоконные приборы и инструменты на основе профилированных кристаллов сапфира // Актуальные проблемы физики конденсированного состояния. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2015. С. 31-46.

8. Пат. 2573661 Российская Федерация, МПК С01Б 23/22, С01Б 23/292. Способ измерения уровня жидкости и устройство с нерегулярной биспирально-конической световодной структурой для его реализации (варианты) / Коренев М. С. №2014111062; заявл. 24.03.14; опубл. 27.01.16, Бюл. № 3.

9. Плеханов А. И., Шелковников В. В. Оптические волокна с концевыми фотополимерными микролинзами // Российские нанотехнологии. 2006. Т. 1, № 1-2. С. 240-244.

10. Петров А. А. Лазерное формирование микролинз на базе оптических волокон: дис. ... канд. техн. наук: 05.27.03. СПб., 2005. 112 с.

11. Фокина М. И. Формирования микрооптических поверхностей на основе фотоотверждения мономерных композиций в ближнем поле световой волны: дис. ... канд. физ.-мат. наук: 01.04.05. СПб., 2012. 128 с.

ЛЕУН Евгений Владимирович, кандидат технических

наук, ведущий инженер.

Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 25.09.2017 г. © Е. В. Леун

УДК 621.391.8 г. м. СИДЕЛЬНИКОВ

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, г. Новосибирск

ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ ДЕМОДУЛЯТОРОВ СИГНАЛОВ С ФАЗОВОЙ И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ФАЗОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ В КАНАЛАХ С МНОГОЛУЧЕВОСТЬЮ

Рассматривается помехоустойчивость демодуляторов сигналов с фазовой, относительной фазовой и фазоразностной модуляцией в каналах со слабой многолучевостью при действии аддитивной гауссовской помехой. В основу анализа помехоустойчивости положено рассмотрение изменений сигнальных расстояний из-за многолучевости, где второй луч представлял совокупность многих других лучей. Подробный анализ необходим для анализа тонкой структуры многолучевого кан ала, что позволит в дальнейшем сравнивать современные системы с разнесением. Полученные вероятностные характеристики позволяют определить эффективность сигналов с КК и РР£К в каналах со слабой многолучевостью при действии аддитивной гауссовской помехи. Ключевые слова* сигнальное расстояние, линия принятия решения, вероятность ошибок, интегральная функция р аспределения вероятностей, слабая многолучевость.

1. Введение. Современные системы передачи информации позволяют обеспечить высокую помехоустойчивость в каналах с селективными замираниями, используя разнесенный прием как на передаче, так и на приеме, но при этом четко регламентируя структуру многолучевого поля [1]. Анализ помехоустойчивости сигналов с дискретной модуляцией в каналах с селективными замираниями основывался на использовании системных функций, которые были пригодны для получения средней вероятности ошибки, что не позволяло получить интегральные функции распределения [2-4].

Анализ помехоустойчивости сигналов с фазовой модуляцией приведен в [5], где в двухлучевом канале с постоянными параметрами рассчитывается вероятность ошибки на бит. Полученные результаты основывались на усредненных отношениях сигнал шум.

Расчет межсимвольной интерференции (МСИ) в двулучевом канале с дискретной многолучевостью

представлен в [6-8], где анализ проводился для задержек отраженного сигнала как меньше длительности посылки, так и значительно превышающего её. Представлены особенности образования МСИ для фазовой и фазоразностной модуляции. Как следует из [8], основное отличие достигается при задержках сопоставимых с длительностью посылки, поэтому при малых задержках необходимо рассматривать изменение сигнальных расстояний, вызванных многолучевостью, что дает точную и полную картину поведения сигналов с фазовой модуляцией. Возможен расчет помехоустойчивости, не разделяя замирания на общие и частотно-селективные. Кроме того, возможно на основе линейной алгебры сравнить помехоустойчивость фазовой, относительной фазовой и фазоразностной модуляции.

Целью данной работы является сравнительный анализ помехоустойчивости демодуляторов сигналов с фазовой модуляцией с различной структурой на