Анотація до роботи:

Земляний О. В. Хаотичні автоколивання в широкосмугових генераторах із затримкою та амплітудною нелінійністю. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 - радіофізика. - Інститут радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України, м. Харків, 2008 р.

У дисертаційній роботі одержали розвиток методи генерації широкосмугових хаотичних коливань в автоколивальних системах із затриманим зворотним зв’язком і амплітудною нелінійністю. Експериментально і за допомогою числових методів детально проаналізовано залежність спектрально-кореляційних властивостей хаотичних автоколивань в динамічній системі з нелінійним елементом, що реалізовує функцію асиметричного трикутного відображення, від величини параметра асиметрії.

Зважаючи на необхідність отримання складних сигналів з рівномірним спектром в широкому діапазоні частот, вивчено питання, пов’язані з отриманням рівномірної спектральної густини хаотичних автоколивань в системах із затримкою. Запропоновано метод згладжування нерівномірності спектрального складу хаотичних автоколивань в таких системах на основі введення амплітудно-залежної затримки.

З позицій вивчення автодинного ефекту в генераторі широкосмугових хаотичних автоколивань радіодіапазону розглянуто задачу оцінки впливу неузгодженого навантаження на параметри генерації.

Результати досліджень використано при створенні задаючих генераторів хаотичних коливань для радіолокаторів 3-см і 8-мм діапазонів. Продемонстровано можливість створення вимірювальної системи з широкосмуговим хаотичним сигналом, призначеної для зондування ліній передачі.

У дисертації розв’язано актуальну задачу радіофізики по розвитку методів генерації широкосмугових хаотичних коливань в автоколивальних системах із затриманим зворотним зв’язком і амплітудною нелінійністю, що виявляється у визначенні основних закономірностей поведінки таких систем в режимах генерації динамічного хаосу та застосуванні генераторів хаоса, розроблених на основи вивчених закономірностей, в радіолокаційних системах. У роботі проводилися теоретичні, числові і експериментальні дослідження нелінійної динамічної системи із затриманим зворотним зв’язком кільцевого типу з нелінійним елементом, що реалізовує функцію асиметричного трикутного відображення в режимі генерації динамічного хаосу. Вивчено спектрально-кореляційні властивості хаотичних автоколивань в такій системі, як для випадку постійної затримки, так і для випадку, коли час затримки є функцією амплітуди сигналу в системі (амплітудно-залежна затримка). Розглянуто поведінку генератора хаотичних коливань, побудованого на основі системи, що вивчається, в автодинному режимі роботи. Основні результати дисертаційної роботи полягають в наступному:

1. Одержано оцінки для форми спектру потужності хаотичних автоколивань в системі, що складається із замкнутих в кільце лінії затримки і нелінійного елементу з асиметричною передавальною характеристикою, що реалізовує функцію одновимірного трикутного відображення. Показано, що глибина нерівномірності визначається величиною параметра асиметрії, а положення максимумів спектру потужності на осі частот залежить від знаку параметра асиметрії.

2. Запропоновано спосіб згладжування нерівномірності спектру хаотичних коливань в автогенераторі з кільцевим затриманим зворотним зв’язком і амплітудною нелінійністю за допомогою спеціально введеної залежності часу затримки від миттєвої амплітуди коливань, що генеруються (амплітудно-залежна затримка). Розглянуто випадок, коли час затримки є лінійною функцією амплітуди автоколивань. В результаті аналізу числового розв’язку різницевого рівняння з відхиленням, залежним від аргументу, і схемотехнічного моделювання системи зі змінною затримкою показано можливість значного зниження нерівномірності спектру потужності в порівнянні з кільцевою системою з фіксованою затримкою.

3. Показано, що автодинний ефект в генераторі широкосмугових хаотичних автоколивань із затриманим зворотним зв’язком і асиметричним нелінійним відображенням проявляється у виникненні періодичної нерівномірності спектру потужності, частотний період якої обернено пропорційний часу затримки відбитого від навантаження сигналу, що аналогічно поведінці генераторів вузькосмугових хаотичних коливань НВЧ діапазону в автодинному режимі.

4. Встановлено умови, при яких досягається суцільна форма спектру хаотичного коливання НВЧ діапазону, одержаного методом частотної модуляції низькочастотним хаотичним сигналом. Для формування гауссової форми спектру методом частотної модуляції вузькосмуговим хаотичним сигналом необхідно працювати з великими індексами модуляції. Спектр з лоренцовою формою можна сформувати при малих індексах модуляції шляхом розширення смуги модулюючого сигналу. Управління формою спектру при хаотичній частотній модуляції зручно здійснювати, змінюючи характеристику обмежувача амплітуди модулюючого сигналу. Хороші результати дає використання плавного обмеження, оскільки при цьому спектр ЧМ сигналу може бути зроблений гладким без викидів спектральної густини на краях діапазону перестроювання.

Результати досліджень, представлених в дисертаційній роботі, використано при створенні задаючих генераторів хаотичних коливань НВЧ діапазону із заданими статистичними і спектральними властивостями вихідного сигналу для шумових радіолокаторів 3-см і 8-мм діапазонів, а також макету вимірювальної системи з широкосмуговим хаотичним сигналом, призначеної для зондування ліній передачі.

Публікації автора:

1. Лукин К. А. Сверхширокополосный шумовой рефлектометр радиодиапазона / К. А. Лукин, О. В. Земляный // Украинский метрологический журнал. – 1997. - № 2. - С. 14-18.

2. Земляный О. В. Корреляционно-спектральные свойства хаоса в нелинейной динамической системе с запаздыванием и асимметричным нелинейным отображением / О. В. Земляный, К. А. Лукин // Радиофизика и электроника : Сб. научных трудов / НАН Украины. Ин-т радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова. - Харьков, 2002. - Т. 7, № 2. - С. 406-414.

3. Земляный О. В. Фрактальная размерность аттрактора динамической системы с запаздыванием и кусочно-линейным унимодальным отображением / О. В. Земляный, К. А. Лукин // Радиоэлектроника и информатика. - 2005. - № 3(32). - С. 8-15.

4. Земляный О. В. Экспериментальное исследование генератора хаотических колебаний радиодиапазона / О. В. Земляный // Радиофизика и электроника : Сб. научных трудов / НАН Украины. Ин-т радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова. - Харьков, 2006. – Т. 11, № 2. - С. 298-304.

5. Земляный О. В. Влияние вариации задержки на хаотические режимы в системе с запаздывающей обратной связью и амплитудной нелинейностью / О. В. Земляный, К. А. Лукин // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2008. - Т. 13, № 1. - С. 14-20.

6. Lukin K. A. Ka-band Bistatic Ground Based Noise-Waveform-SAR for Short Range Applications / K. A. Lukin, A. А. Mogyla, V. P. Palamarchuk, P. L. Vyplavin, O. V. Zemlyaniy, Y. A. Shiyan, M. Zaets // Radar, Sonar & Navigation, IET. - 2008. - Vol. 2, № 4.- P. 233-243.

7. Lukin K. A. Random Waveform Generators for Noise Radar / K. A. Lukin, V. V. Kulik, O. V. Zemlyaniy // Applied Radio Electronics. - 2005. - Vol. 4, № 1. - P. 74-79.

8. Zemlyaniy O. V. Power spectrum of the millimeter wave noise oscillator with the frequency modulation / O. V. Zemlyaniy // Fourth International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Millimeter and Sub-Millimeter Waves : int. symp., 4-9 June 2001 : conf. proc. - Kharkov, Ukraine, 2001. - Vol. 2. - P. 765-767.

9. Lukin K. A. W-band Noise Radar Sensor for car collision warning systems / K. A. Lukin, A. A. Mogyla, Yu. A. Alexandrov, O. V. Zemlyaniy, T. Lukina, Yu. Shiyan // Fourth International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Millimeter and Sub-Millimeter Waves : int. symp., 4-9 June 2001 : conf. proc. - Kharkov, Ukraine, 2001. - Vol. 2. - P. 870-872.

10. Lukin K. A. Application of dynamical chaos for design of random waveform generators / K. A. Lukin, V. V. Kulyk, O. V. Zemlyaniy // First International Workshop on the Noise Radar Technology : int. conf., 18-20 Sept. 2002 : conf. proc. - Yalta, Crimea, Ukraine, 2002. - P. 127-135.

11. Lukin K. A. Frequency modulation technique for generation of millimeter wave noise signals / K. A. Lukin, V. N. Skresanov, O. V. Zemlyaniy // First International Workshop on the Noise Radar Technology : int. conf., 18-20 Sept. 2002 : conf. proc. - Yalta, Crimea, Ukraine, 2002. - P. 171-176.

12. Лукин К. А. Генератор гиперхаоса на основе системы с запаздывающей обратной связью / К. А. Лукин, О. В. Земляный // СВЧ и оптоэлектроника : междунар. конф., 19-23 сентября 2005 г. : тезисы докл. - Харьков, Украина, 2005. - Т. 5. - С. 108-111.

13. Zemlyaniy O. V. Experimental investigation of chaotic waveform generator for Ultra Wide Band Noise Radar / O. V. Zemlyaniy // International Radar Symposium : int. symp., 24-26 May 2006 : conf. proc. - Krakow, Poland, 2006. - P. 437-440.

14. Lukin K. A. Ka-band Bistatic Ground Based Noise-Waveform-SAR / K. A. Lukin, A. А. Mogyla, V. P. Palamarchuk, P. L. Vyplavin, O. V. Zemlyaniy, S. Lukin, N. Zayats // International Radar Symposium : int. symp., 21–23 May 2008 : conf. proc. - Wroclaw, Poland, 2008. - P. 147-150.

15. Lukin K. A. Reconfigurable Ground Based Noise-Waveform-SAR for Short Range Applications / K. A. Lukin, A. А. Mogyla, P. L. Vyplavin, V. P. Palamarchuk, N. K. Zaets, O. V. Zemlyaniy // 7^th European Conference on Synthetic Aperture Radar : int. conf., 2-5 June 2008 : conf. proc. - Friedrichshafen, Germany, 2008. - Vol. 3. - P. 45-48.