Автор: Размахин М.К. Русаков В.В.
Теги: электротехника электроника радиотехника статьи издательство радио и связь научно технический журнал журнал зарубежная радиоэлектроника
ISBN: 0373-2428
Год: 1988
Текст
6/1988
ISSN 0373-2428
«РАДИО И СВЯЗЬ»
ЗАРУБЕЖНАЯ
РАДИО
ЭЛЕКТРОНИКА
4/1988
ЕЖЕМЕСЯЧНЫЙ
НАУЧНО-
ТЕХНИЧЕСКИЙ
ЖУРНАЛ
ОРГАН
ВСЕСОЮЗНОГО
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЩЕСТВА
РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И СВЯЗИ
им А. С. ПОПОВА I ОСНОВАН В 1947 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Статьи
Крылов В В., Ника шов К Ю Перспективы развития техники и
технологии систем радиоэлектронной борьбы ....................... 3
Слободян С . М ., И у п и н А. Л. Лазерные навигационные систе-
мы автономных транспортных средств................... . .13
Перельройзеп Е 3 Определение взаиморасположения объек-
тов пространственных сцен в задачах автоматизированного про-
ектирования и управления движением . . . 21
Тарасюк 1О. Ф., Семеновы х В. В. Тенденции развития трена-
жеров для операторов корабельзы.х радиоэлектронных средств ВМС . 29
Дьякова Ю. I , К у р а т е в И. И., М и р о ш н и ч е н к о Т А. Твер-
дотельные лазеры с нака жой лазерными диодами ...................42
Бугае ц Е С Колесов А В,Орлов О Е,Панасенко II. В
СВЧ зондирование интегральных схем на пластине ... 56
Бекеш ко Н. А., Ковалев А. В. Радиационные системы контро-
ля багажа ........... ................... . . 63
Третья международная конференция по материалам для магнитной
записи ... .77
Григорьев В. Н. Автоматтеский oi тический контроль в произ-
водстве печатных ила г .............. . .................36
Словарь англоязычных сокращений в об асти электроники вычисли
тельной техники, информатики и связи........................... 96
Краткие сообщения
МОСКВА «РАДИО И СВЯЗЬ»
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ:
Агаджанов II А., Андреев А. С, Бакут И. А., Глинкин Л. И
Давыдовский А. И., Дулевич В. Е., Зудков П. И Земсков Г. Г.,
Кобзарев Ю. БКвиринг Г. К)., Лихарев К. К., Лощилов И. Н.,
Митяшев Б. Н Овчинников В В., Палицкий В. М., Панфилов И. П.,
Петрович А. Т., Пузырев В А Пустовойт В И., Руссак В К.,
Симаков В. В , Солнцев В А. Сретенский В. Н. Тихонов В И.,
Утямышев Р. И., Яковлев В. П
Главный редактор Размахнин Л4 К.
ВНИМАНИЮ ЧИТАТЕЛЕЙ журнала*
Редакция готовит к публикации в 1989 г. специальный
выпуск журнала, посвященный некоторым проблемам создания
искусственного интеллекта.
О содержании специального выпуска будет сообщено в
последующих номерах журнала.
Зарубежная радиоэлектроника № 6
Редактор В. В. Русаков
Корректор Т. Л Кускова
Тех редактор 3 Н. Ратникова
Сдано в набор 25.03.88 Подписано в печать 27.04 88 Формат 70X100/16
Печать офсетная Усл. псч. л. 9,10 Усл. кр-отт 18,69 Уч изд л. 12,10
Изд Afc 22640 Заказ № 784 Цена 1 руб. 40 к
Адрес редакции 101000 Москва Почтамт, а/я 693
Телефон 924-45-13
Ордена Трудового Красного Знамени Чеховский полиграфический комбинат ВО
«Союзполиграфпром» Государственного комитета СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
142300 г Чехов Московской области
С Издательство «Радио и связь», «Зарубежная радиоэлектроника», 1988
СТАТЬИ
УДК 621.37/39
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ СИСТЕМ
РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ БОРЬБЫ
Д. г. н. Крылов В. В., Никашов К. Ю.
1. ВВЕДЕНИЕ
За рубежом во все возрастающих
масштабах ведутся работы по созданию
средств радиоэлектронной борьбы (РЭБ),
основанных на новейших принципах и
технологиях [1 2].
Это определяется в первую очередь тем,
что вследствие постоянного развития систем
локации и связи, реализующих низкую
вероятность радиоперехвата, существующие
системы РЭБ оказываются ма юэффектив-
ными.
Анализ сценариев боевых действий, про-
веденных специалистами, показывает [3],
что перспективные системы связи для сни-
жения вероятности перехвата сообщений
включают в состав воздушные командные
пункты и спутниковые системы, работаю-
щие на сантиметровых и миллиметровых
волнах, и используют сложные сигналы
с расширением спектра и перескоком часто-
ты. Радиолокационные системы также ис-
пользуют режимы и сигналы, существенно
затрудняющие использование существую-
щих средств РЭБ [4]. В целом электро-
магнитная обстановка, в которой будут
работать системы РЭБ XXI века, станет
более насыщенной, сложной и постоянно
меняющейся [5] Во-первых, это связано
с уменьшением эффективной площади рас-
сеяния (ЭПР) целей, увеличением числа
целен и расширением спектра использу-
емых частот радиосистем. Во-вторых, боль-
шие сложности создаст широкое приме-
нение систем, базирующихся в космосе.
Предполагаемый [6] сценарий боевых
действий при уничтожении одиночной цели,
находящейся глубоко на территории против-
ника, включает в себя следующие этапы:
1. Стадия подготовки. На этой стадии
обеспечивается надежная связь между все-
ми уровнями командования, обновляется
разведывательная информация и корректи-
руются планы атаки. Системы типа AW ACS
обеспечивают слежение в реальном времени
за объектами противника. Наземные сред-
ства РЭБ противодействуют системам ран-
него обнаружения в каналах как РЛС, так
и систем радиосвязи. Продолжительность
этой стадии составляет от нескольких ча-
сов до нескольких дней.
2. Начальная стадия атаки. За несколько
минут до атаки с помощью пассивных
ракет уничтожается как можно большее
число объектов радиоразведки противника.
Затем производится запуск большого коли-
чества беспилотных самолетов, несущих
системы разведки, средства радиоэлектрон-
ного подавления (РЭП) и ракеты для
уничтожения РЛС противника. Наземные
средства системы РЭБ используются для до-
полнительного подавления радаров против-
ника
3 Завершающая стадия атаки. Соедине-
ние самолетов движется к цели, пытаясь
уничтожить на своем пути все объекты,
излучающие радиоволны. При этом ведется
централизованная регистрация всех источ-
ников излучения противника через радио-
сеть передачи информации, целеуказания
и управления огнем. Для эффективного
противодействия на всех стадиях боевых
действий в новых условиях потребуются
технические средства подавления с большей
излучаемой мощностью и более сложным
формированием сигналов, чем у существу-
ющих систем РЭБ Возрастание числа и
скорости самолетов и космических аппара-
тов, находящихся в районе боевых действий,
требует увеличения быстродействия средств
принятия решений и управления. Для дости-
жения необходимых характеристик без од-
новременного увеличения стоимости систем
РЭБ необходимо повысить их надежность
и обеспечить ремонтопригодность Слож-
ность системы находится в явном про-
тиворечии с ее надежностью и стоимостью,
1*
3
и разрешить его можно только увеличе-
нием уровня интеграции элементной базы
системы РЭБ, использованием новых тех
нологий и методов производства
2 РЕСУРСЫ И СТРУКТУРА СИСТЕМ РЭБ
Система РЭБ выполняет две основные
функции (обнаружение цели и принятие
контрмер) с помощью средств радиотех-
нической разведки (РР) и РЭП. Однако
в последнее время наметилась интеграция
этих средств. Так как средства РЭП ста-
новятся вес более «интеллектуальными», то
они аналогично разведывательному прием-
нику выполняют функции обработки сигна-
ла, т. е. обнаруживают, идентифицируют
сигнал, оценивают его параметры. В бу-
дущем такие функции, как прсдупрежде
ние об угрозе и активное подавление, бу-
дут выполняться одним и тем же обору-
дованием Вполне возможным считается
возложение на это оборудование и функций
наведения систем оружия В инфракрас-
ном (ИК) и оптическом диапазонах пока
используются только цели лонушки В буду-
щем на борту летательных аппаратов бу-
дут устанавливаться средства РЭП в виде
мощных источников излучения с а.мпли
тудной модуляцией для введения ошибки
по углу в ИК приемниках противника
н мощные источники света для «ослепле-
ния» оптических приемников.
В радиодианазоне современные средства
РЭП [5 7] используют архитектуру с
главным усилителем .мощности При этом
подавляющие сигналы генерируются на ма-
лой мощности, а затем усиливаются ши-
рокодиапазонным мощным усилителем па
JIISB Для существующих ЛБВ произве-
дение рабочей частоты на мощность при-
мерно одинаково и составляет |7]~
«8000 Вт ГГц (т. е. на 10 ГГц мощ-
ность 800 Вт на I ГГц 8 кВт и т д.)
Относительная ширина полосы усиливаемых
частот на уровне 3 дБ составляет до
3:1 Пиковая мощность ЛЬВ миллиметро-
вого диапазона составляет до 10 кВт на
нижних частотах диапазона и 3 кВт на
94 ГГц. Коэффициент полезного действия
этих приборов 5. 40 % а коэффициент
усиления 30. .60 дБ
Применение лавинно пролетных диодов из
арсенида галлия обеспечивает среднюю
мощность 4...5 Вт и пиковую мощность
до 60 Вт на частоте 94 ГГц Коэффи-
циент полезного действия 10.. 20 %.
Рассмотрим необходимые ресурсы средств
РЭП для подавления РЛС В [8] при
веден расчет необходимой эквивалентной
изотропно-излучаемой мощности (ЭИИМ)
для аппаратуры РЭП в зависимости от
Минимальное расстояние подавления, мм
Рис. 1. К расчету ресурсов средств РЭП
I — ЭПР=100 м2 (типично для наблюдения
самолета сбоку); 2 — ЭПР=10 м2 (типично
для наблюдения самолета в лоб); 3 — ЭПР= 1 м2;
4 — ЭПР=0,1 м2, 5 — зависимость отношения
незащищенной системой РЭБ площади к площади
обзора РЛС от минимального расстояния по-
давления
минимального расстояния подавления для
четырех различных эффективных площадей
рассеяния (ЭПР) целей (рис. 1). При
расчете полагалось, что РЛС имеет мощ-
ность 130 дВмВт и обзорную дальность
от 2 до 20 миль. Подавление РЛС пред-
полагалось при отношении помеха от пал
10 дБ. Анализ полученных кривых пока-
зывает, что, например, самолет может
быть защищен средствами РЭП с ЭИИМ
в 1 кВт на расстоянии до 6 миль от РЛС,
а ракета — на расстоянии менее 2 миль.
Эффективность работы системы РЭЬ за-
висит не только от излучаемой мощности,
но и от вида излучаемого сигнала.
В настоящее время сигналы, использу-
емые для подавления РЛС, могут быть
трех типов- непосредственно псреизлучен
ный сигнал противника, переизлученный
сигнал противника с запоминанием ею
параметров; шум Так как РЛС измеряют
расстояние до цели, скорость цели и угол
на цель (направление), то системы РЭБ
могут подавлять один из измеряемых па-
раметров или их комбинацию Гауссовский
шум является универсальным сигналом, и
он может быть применен для подавления
всех параметров сигналов РЛС. Однако
при его использовании наименее эффектив
но расходуется мощность средств РЭП и,
кроме того, противник может легко приме-
нить противорадиолокациоиные ракеты с го-
ловками пассивного самонаведения.
Более эффективное использование выход-
ной мощности достигается применением
специальных методов формирования сигна-
ла. Для подавления РЛС но каналу
дальности применяются сигналы типа «лож-
ная цель» и типа «сдвиг временного
4
окна». Сигнал первого типа реализуется
многократной ретрансляцией зондирующего
сигнала РЛС в течение одного периода.
При этом система анализа по дальности
входит в насыщение и цель не иденти-
фицируется Сигнал типа «сдвиг времен
ного окна» формируется ретрансляцией
зондирующего сигнала один раз в период,
но с плавным изменением задержки, на-
чиная с нулевого значения. Системы авто-
матизированного слежения за дальностью
при этом сопровождают южную цель.
Для подавления РЛС по каналу скорости
используется сигнал когерентный с сигна-
лами облучения РЛС, модулированный та-
ким образом, чтобы получился сигнал,
смешенный по частоте на 10. .К)4 Гц.
При этом также используется тактика
«ложной цели», когда одновременно излу
чается несколько копий сигналов с различ-
ным сдвигом по частоте/времени. Приме-
няется также тактика «сдвига частоты»,
которая заключается в плавном увели
чснии или уменьшении сдвига частоты для
сбоя системы автосонровождения.
Подавление РЛС по каналу направления
(угла) осуществляют амплитудной моду-
ляцией переизлученного сигнала с частотой
сканирования РЛС. На рис. 2, а проил-
люстрирован процесс аддитивной добавки
сигнала РЭП к отраженному сигналу с
частотой сканирования. При этом в прием-
нике РЛС образуется сигнал, интерпрети
руемый как сигнал цели, находящейся па
ином у ле сканирования.
Структура систем РЭБ сильно зависит
от реализуемой стратегии противодействия.
в) Частота
Рис 2 Сигналы подавления при различных мето-
дах управления мощностью в реальном масштабе
времени*
/ сигнал РЛС; 2 — сигнал РЭП, 3 сигнал
ошибки приема
Различают стратегии априорного противо-
действия и управления мощностью в реаль-
ном времени [8|.
В первом случае закон модуляции пе-
реизлученной несущей формируется в соот-
ветствии с априорной информацией об
объекте подавления, во втором на ос-
нове постоянно проводимого анализа сиг-
налов противника приемниками РР и про-
цессором системы РЭБ. При реализации
стратегии управления мощностью измеря-
ются частота, амплитуда, время прихода
сигнала, направление ею распространения
и поляризация. Центральный процессор
системы вырабатывает управляющее воз
действие модулятора переизлученного сиг-
нала в соответствии с принятой тактикой
подавления. Примером реализации страте
гии управления мощностью является подав-
ление канала направления РЛС. На рис. 2, б
показано, как по измерению и прогно-
зированию времени прихода зондирующего
сигнала РЛС вырабатывается импульсный
сигнал подавления, локализованный во вре-
мени Частотный анализ сигнала РЛС
позволяет сформировать необходимый час-
тотный спектр сигнала РЭП (рис. 2, в)
Ниже приведены тактики подавления и
основные методы управления мощностью
системы РЭБ [8|.
Идентификация и сортировка радаров
противника оптимизация ресурсов соб
ствснных средств РЭП: разделение сигна-
лов внутри одного и того же раднока
нала, оптимизация техники подавления для
радара данного типа.
Временное разделение радаров обеспе
чсние подавления нескольких радаров в
одном радиоканале: подавление накрываю-
щими импульсами (см рис. 2, б), по-
давление сигнала типа сдвиг временного
окна.
Определение частоты радара концент-
рация шума в узкой полосе
Определение частоты сканирования ра-
дара инверсное противосканированис;
синхронное сканирование
Управление поляризацией сигналов соб-
ственных средств РЭП — устранение потерь,
вызванных несовпадением плоскостей поля
ризаций
Управление направлением излучения —
концентрация мощности в направлении це
ли
Структура системы РЭБ также сильно
зависит от числа одновременно подавляв
мых радиосредств противника. Определя-
ющим обстоятельством здесь является спо-
соб использования главного усилителя мощ
ности; он усиливает сигналы подавления
либо поочередно для каждого из подавляе
мых объектов (режим разделения времени),
5
входные
цепи
Рис. 3 Структура системы РЭБ, использующей память СВЧ сигналов:
МК — матричный коммутатор; ШПП — широкополосный приемник; АС — анализатор спектра;
УП — узкополосный приемник; ИМЧ — измеритель мгновенной частоты, ИА — измеритель
амлитуды ЦП — центральный процессор системы; ПП СВЧ — подсистема памяти для СВЧ сигналов
либо одновременно, но затрачивает для
подавления каждого из них лишь часть
выходной мощности (режим разделения
мощности).
Первый режим выгоден при малом вре-
мени прохода луча по защищаемому объек-
ту по сравнению с периодом сканирования.
Радиосредства противника с высокой часто-
той повторения импульсов или непрерыв
ными сигналами эффективнее подавляются
в режиме разделения мощности. На рис. 3
приведена структура перспективной системы
РЭБ, включающей в себя комплекс прием-
ников многоканального типа, охватыва
ющих диапазон 2 .40 ГГц, разбитый на
поддиапазоны 2 .6, 6 .10, 10 14, 14...18,
18...26, 26.. 40 ГГц. Специальные матричные
коммутационные ИС подключают любой
СВЧ блок к различным видам приемни-
ков: детекторному с измерителем мгно-
венной частоты и амплитуды, анализато-
ру спектра, узкополосному супергетеродин-
ному с двойным преобразованием частоты
с сохранением когерентности. Выходные сиг-
налы приемников поступают на подсистему
памяти СВЧ сигналов, где в цифровом
виде записывается закон модуляции. Цент
ральный процессор анализурует выход-
ные сигналы приемников и вырабатывает
управляющие коды на аппаратуру форми-
рования сигналов РЭП. Главный усилитель
мощности выполнен в виде активной фа-
зированной антенной решетки (АФАР)
В перспективных системах РЭБ будут
использоваться вынесенные к антенне
высококачественные предварительные цепи
(в том числе и миллиметрового днапазо
на) для преобразования входного сигнала
на промежуточную частоту (ПЧ) для
дальнейшей обработки [10].
Наиболее перспективной технологией при-
емников РР для анализа спектра являет-
ся использование акустооптических процес
соров. Основным направлением здесь явля
ется применение ячеек Брэгга и интер-
феррометрических анализаторов спектра
(ИАС) на основе интерферометра Маха—
Цандера, представляющих собой оптиче-
ский супергетеродинный приемник [9].
Подробный обзор построения перспектив-
ных приемников для систем РЭБ дан в
[10].
Далее проанализированы основные на-
правления развития остальных основных
блоков систем РЭБ.
3 ПРОЦЕССОР СИГНАЛОВ
Специалистами |11| проведен анализ
прогнозируемой активности РЛС в случае
конфликта в Центральной Европе (см. таб-
лицу). Как показывают результаты расче-
тов, число импульсов излучаемых всеми
РЛС в секунду, будет достигать 29-106.
Если считать, что при обработке одного
принятого импульса процессор должен вы-
полнить 100—250 машинных инструкций,
то для обработки всех сигналов в системе
потребуется процессор с производительно-
стью 300—900 млн операций в секунду.
Некоторые специалисты полагают, что в
ближайшем будущем появятся системы
обнаружения ракет по ИК излучению,
которые будут включены в систему РЭБ.
Производительность процесса для обработ-
ки сигналов ИК подсистемы РЭБ долж
на быть еще более высокой Так, система,
обнаруживающая зенитную ракету на рас
стоянии I км, должна два раза в се
кунду сканировать экран из 6 миллионов
6
Таблица
Интенсивность работы излучающих средств
Излучатель Общее ЧИСЛО излучателей В том числе. % Число видимых излучателей Число импульсов в секунду
в пределах прямой ВИ димости активных ОДНОГО ВИДИ- МОГО излуча- теля, X Ю* общее, XiO*
Радары самолетов-
НАТО стран Варшавского До- 1250 100 50 625 15 4,7
говора 2000 100 50 1000 15 7,5
Артиллерия ПВО: 2,1
стран НАТО стран Варшавского До 4250 50 100 2125 2
говора Зенитные управляемые ра- 2650 50 100 1325 2 1,3
кеты (ЗУР) ПВО'
НАТО стран Варшавского До- 4400 50 100 2200 2 2,2
говора 19 000 50 100 4500 2 9.5
Прочие 1000 — 1000 2 2,0
Итого 34 550 — 18 000 29
Примечание: принято, что в главном илн боковом лепестке наблюдается 50 % числа видимых излучателей.
пикселей по трем цветам. Считая что каж-
дый пиксель требует обработки трех бит
информации, получаем, что скорость поступ
ления входной информации в процессор
составит 36 Мбайт/с. Полагая затраты
на обработку 1 пикселя в 130 машин
ных инструкций, приходим к необходимости
применения процессора с производитель-
ностью 1,56 млрд операций в секунду.
За счет некоторой потери гибкости в об
работке путем предварительного сжатия
информации необходимую производитель-
ность процессора можно снизить в 100 раз.
Но в любом случае бортовая система
к ЦП системы
Рис 4. Структура процессора сигналов И К и
оптического диапазонов:
1 — электрон но-оптический модуль обработки
изображений, 2 — модуль обработки, в котором
реализуются экспертные системы опознавания и
идентификации источников излучения, 3 — ОЗУ,
4 модуль арифметики с плавающей точкой,
5 — высокоскоростной интерфейс связи
РЭБ будет включать в себя суперкомпью-
тер На рис 4 показана структура та-
кого бортового процессора
4. ПОДСИСТЕМЫ ПАМЯТИ СВЧ СИГ-
НАЛОВ
Первые подсистемы памяти для СВЧ
сигналов были созданы фирмами Tasker,
Raytheon, ESD, Design Engineering Labs
и заменили ненадежные и малоэффектив
ные аналоговые линии задержки которые
к тому же оказались неприменимыми для
когерентного накопления принимаемого сиг
нала, управления его формой и переиз-
лучения
В настоящее время выработан стандарт
на ЗУ. реализуемый в изделиях, разра-
ботанных в США по программам С2/ и
Pilot Line Program [18]. На рис 5 ил-
люстрируется схема включения подсистемы
памяти СВЧ сигналов в аппаратуре РЭП.
Широкополосный входной сигнал через СВЧ
приемник подается на преобразователь в
цифровую форму. Обычно перед АЦП
производятся сжатие динамического диапа-
зона с помощью ограничителя или АРУ
и ограничение спектра. АЦП может быть
амплитудным или фазовым и работает с
частотой преобразования, ограничиваемой
только применяемой технологией ИС АЦП
Мультиплексор-демультиплексор выполняет
7
Рис 5. Схема включения подсистемы памяти
в аппаратуру РЭП
функцию преобразовании высокоскоростно-
го .малоразрядного входного потока в низ-
коскоростной многоразрядный поток и на-
оборот. Контроллер ЗУ СВЧ позволяет
использовать различные режимы заномина
пин для обеспечения различных методов
перехвата Основой подсистемы памяти яв-
ляется ЗУ промежуточной частоты, на-
зываемое ядром. Это ядро в будущем
станет, как считают специалисты, стандарт-
ным видеоблоком систем РЭБ. Характе-
ристики подсистемы памяти можно раз-
делить на две группы — точность
воспроизведения сигнала и эффективность
(возможность перепрограммирования конт-
роллера ЗУ), надежность и цена. Ти-
пичными требованиями по точности являют
ся когерентность при накоплении до
нескольких сотен герц в полосе частот
процессору
Рис. 6. Архитектура подсистемы памяти СВЧ
сигналов с расщеплением
ВСШ высокоскоростная шина, НСШ — низко
скоростная шина; ____________________— шина
данных шина управления,
- шина адреса
в несколько сотен мегагерц и уровень
побочных сигналов не более —10 40 дБ
Подсистема памяти, разрабатываемая
для перспективных систем РЭБ (рис. 6),
имеет АЦП, выполненный по схеме па-
раллельного кодирования, и представляет
собой набор компараторов выходы ко-
торых соединены с двоичным шифратором.
Трехразрядный АЦП, содержащий семь
компараторов, обеспечивает при этом уро
вень побочных сигналов по отношению
к основному до 27 дБ при уровне
входного сигнала, согласованном с дина-
мическим диапазоном
В реальной ситуации, когда согласова-
ние не выполнено, характеристики АЦП
ухудшаются. Это можно предотвратить,
используя фазовый АЦП. При этом уровень
побочных сигналов — 17 дБ для трех-
разрядного кодирования практически не
зависит от уровня входного сигнала Наряду
с этим фазовый АЦП проще, так как
состоит всего из четырех (вместо семи)
компараторов Фирма Honeywell выпускает
фазовый АЦП в интегральном исполнении
с размером кристалла 1,0X1,5 мм, из-
готовленный во технологии Pilot Line [18]
Он состоит из фазового сумматора, четырех
компараторов и двух активных выходных
сумматоров В процессе работы входной
сигнал квантуется по фазе и кодирует-
ся, затем цифровой сигнал подается на
фазовый сумматор для восстановления фор
мы сигнала.
В [12] приведены результаты тестиро
вания такого АЦП на транзисторах из
GaAs при работе с опорным сигналом
частотой 900 МГц. В худшем случае
уровень побочных сигналов не превышал
-35 дБ. Фирма TRW по контракту с
фирмой NRL разрабатывает чстырехразряд
ный фазовый АЦП с частотой дискре
тизации до 3 ГГц и восьмиразрядный
амплитудный АЦП с частотой дискретиза-
ции 1 ГГц. В 1988 г. эти АЦП долж-
ны быть сданы в составе опытного образ-
ца видеоблока системы РЭБ. Скорость
работы АЦП определяет скорость вход
ного потока ОЗУ, достигающую 1 ..2 Гбайт/с.
Для построения памяти вместо кристаллов
ЗУ с гигабитовым быстродействием с энер-
гетической точки зрения выгоднее при-
менять КМОП кристаллы и схему муль-
типлексирования демультиплексирования В
качестве примера приведем такое сравне
ние: вместо 50 Вт для ЭСЛ памяти
емкостью 200 К (запоминание сигнала
длительностью 200 мкс с частотой 500 МГц)
КМОП ЗУ потребляет около 4 Вт. Тре
бования к характеристикам мультиплексо-
ра-демультиплексора оказываются весьма
жесткими. Они удовлетворяются при при
8
менении ИС изготовленных по арсенид-
галлиевой технологии. На кристалле разме-
ром 2,ОХ2,5 мм размещается схема муль-
типлексирования восьми направлений в одно
и демультиплексирования одного направле-
ния в восемь Частота входного сигнала
при этом может быть до 2,6 ГГц. Су-
щественно снизить требования к мультиплек-
сору-демультиплексору или даже исклю-
чить его совсем должны позволить разра
батываемые в настоящее время фирмой
Honeywell по контракту с фирмой NRL
арсепид-галлиевые ЗУ. Это в первую оче-
редь, ОЗУ емкостью 4 К бит с временем
выборки I нс и потребляемой мощно-
стью 1 Вт и емкостью 16 К с временем
выборки 8 нс и потребляемой мощно
стью 2 Вт.
Соединение быстродействующих ИС в
СВЧ ОЗУ представляет большие трудно-
сти. Необходимость синхронизации требует
применения технологии микрополосковых
многослойных плат с непосредственным
монтажом кристаллов на поверхность. При
этом, кроме того, что увеличивается плот-
ность монтажа, существенно снижаются не-
однородности в соединительных линиях.
Для ЗУ СВЧ разработаны восьмислой-
ные печатные платы со структурой медь-
инвармедь с тремя навесными шинами
питания. На поверхность такой платы мон-
тируются все кристаллы блока, что обеспе-
чивает высокую надежность и компактность.
5. ФАЗИРОВАННЫЕ АНТЕННЫЕ РЕ
ШЕТКИ
Основным требованием к ФАР в систе-
мах РЭБ является широкополосность В
настоящее время разработана технология
производства ФАР с диапазоном 2...20 ГГц
[13| Не менее важной характеристикой
является ЭИИМ, которая определяет даль-
ность подавления системой РЭБ Важными
особенностями ФАР для систем РЭБ яв-
ляются- возможность создания нескольких
лучей (одного мощного игольчатого для
подавления сложной цели и нескольких
менее мощных или одного широкого луча
для подавления менее сложных, но много
численных целей), возможность управления
поляризацией Это определяет выбор ос-
новных элементов ФАР [14] из 1учающсй
структуры, ВЧ модулей, схемы формиро
вания луча, источника питания, систем
термокомпенсации, контроллера управления
лучом.
На рис. 7 изображена конструкция эле-
ментарного излучателя в форме выемки,
изготовляемого по печатной технологии.
Он представляет собой 50-омную полоско-
вую линию связи и выемку в двухсто-
Рис. 7. Широкополосный элементарный излу-
чатель для ФАР
/ диэлектрик. 2 металл- 3 — излучатель,
4 — полосковая линие; 5 — разъем
ронней печатной плате. Такие излучатели
очень технологичны, имеют хорошие диа-
грамму направленности импеданс и малые
размеры. Относительный частотный диапа
зон таких излучателей около 4:1
При 64 элементах ФАР обеспечивает
ЭИИМ не менее 60 дБм, если мощность
ВЧ модуля, питающего элементарный излу-
чатель, будет всего 1 Вт Такие модули
подключаются к излучателям по-разному,
в зависимости от схемы формирования лу-
ча и назначения ФАР
На рис. 8 приведены различные ва-
рианты схем ВЧ модулей АФАР, начиная
от простой, работающей только па пере-
дачу, до двухканальной приемопередаю-
щей с раздельным управлением фазы на
прием и излучение. Коэффициент уси-
ления модуля не должен зависеть от
частоты во всем рабочем диапазоне частот.
Основной сложностью является компенса-
ция снижения коэффициента усиления поле-
вого транзистора с увеличением частоты,
составляющего 6 дБ на октаву. Суще-
ствует четыре метода компенсации [15]
реактивными схемами, методом согласова
ния с поглощением, введением обратной
связи и распределенною усиления. Для
применения в ФАР наилучшим вариантом
является последний. Усилитель с распре-
деленным усилением представляет собой не-
сколько полевых арсенид-таллиевых тран-
зисторов, включенных параллельно между
двумя линиями бегущей волны, одна из ко
торых входная, другая — выходная.
Фирма \\ estinghouse разработала усили
тель с выходной мощностью 0,5 Вт,
относительной полосой 4-1 КПД около
К) % В связи с низким КПД встает
проблема теплоотвода, поскольку объем
модуля должен быть весьма мал. В оии-
санной в [14] ФАР системы РЭБ тенлоот
вод осуществляется с помощью охлаждае
9
Рис. 8 Варианты построения ВЧ модулей АФАР
а) модуль, работающий только на передачу: б) приемопередаюший модуль; в) приемопереда-
ющий модуль с независимой регулировкой сдвига фаз; а) модуль с общим фазовращателем
мых жидкостью пластин. На каждую пласти-
ну устанавливается по четыре сдвоенных
ВЧ модуля. В [14] приведены фотогра
фии конструкции ФАР из 24 элементов.
Управление лучом антенны осуществляет-
ся с помощью широкополосных фазовра-
щателей. Специалисты ведут разработку
плавноперестраиваемого фазовращателя
отражательного типа на аналоговом ва-
ракторном диоде. В не.м фазовый сдвиг
является функцией коэффициента отраже-
ния от емкости. Частотная зависимость
учитывается в программном обеспечении
контроллера Приведенные в [14] резуль-
таты экспериментального исследования фа-
зовращателя на двух варакторах показы-
вают высокую равномерность фазового
сдвига в диапазоне 4 .20 ГГц. На основе
таких фазовращателей сконструированы
интегральные ВЧ модули, объединенные
с печатными антеннами Ведется серийный
выпуск модулей с полосой 8 .12 ГГц,
имеющих универсальное назначение Эти
модули состоят из двух идентичных под
модулей, каждый из которых нагружен
на свою печатную антенну в форме выем-
ки. Это обесЪечивает возможность работы
с двойной.управляемой поляризацией. Каж-
дый из подмодулей имеет приемный и
передающий общий канал и раздельные
шины подачи ВЧ сигнала на каждый
подмодуль. В передающем канале -исполь-
зуется варакторный фазовращатель, за ко-
торым включены два двухкаскадных ин-
тегральных усилителя с коэффициентом уси
10
ления 20 дБ. Трехвходовый циркулятор
с временной развязкой каналов 20 дБ
обеспечивает согласование с 50-омной ли-
нией В приемном канале используется
сбалансированный малошумящий интег
ральный усилитель на арсениде галлия,
за ним включен аналогичный передающему
фазосдвигатель. Малошумящий предуси-
литель имеет коэффициент усиления 15 дБ
и уровень шума 4 дБ. Управление фазо-
вращателем и усилителем обеспечивается
встроенным драйвером. Цифровой сдвиг
фазы, синхронизация и переключение при-
ем/передача обеспечивается внешним мик-
рокомпьютером. Встроенный контроллер
преобразует цифровые коды в необходи-
мые аналоговые напряжения. Таким об-
разом, уже в настоящее время приме
нение АФАР в системах РЭБ позволяет
обеспечить уникальные характеристики по-
давления при сравнительно небольшой по
требляемой мощности. Специалисты от-
мечают, что АФАР следует применять не
только при разработке новых систем РЭБ
но и при модернизации существующих.
Стоимость АФАР согласно прогнозу будет
лежать в пределах 100 10 000 дол [14].
При этом стоимость ВЧ модулей будет
составлять 50...80 % всей стоимости систем
РЭБ Первое реальное применение твер-
дотельных АФАР в системах РЭБ ожидает
ся в конце 80-х годов. В 90-х годах
ожидается «взрыв» в технологии АФАР
и их самое широкое распространение.
6. ФИЛЬТРЫ НА СОСРЕДОТОЧЕННЫХ
ЭЛЕМЕНТАХ В СВЧ УСТРОЙСТВАХ
Особенностью технологии фильтров для
устройства современных систем РЭБ являет-
ся практически полный отказ от полосковых
печатных устройств и переход к сверхми-
ниатюрным сосредоточенным элементам
[16]. Преимущества таких фильтров состоят
в большой свободе в выборе амплитуд-
ных и фазовых характеристик. Кроме того,
сосредоточенные элементы можно разме-
щать вместе с другими компонентами (пе-
реключателями, детекторами и т. п.) в
одном многофункциональном модуле для
уменьшения размеров системы. Малая доб
ротность фильтров компенсируется при этом
возможностью гибкого синтеза различных
характеристик в широкой полосе.
Фильтр на сосредоточенных элементах
имеет высокую надежность, прекрасную
температурную стабильность, нечувствите-
лен к тряске и вибрациям.
Конденсаторами в СВЧ фильтрах яв-
ляются либо однослойные поверхности над
подложкой, либо обычные безвыводные мно-
гослойные СВЧ емкости. Индуктивностями
являются многовитковые конструкции без
сердечника или просто отрезки провода
с индуктивностью 0,1...100 нГн и рабочей
частотой 0,1. 18 ГГц. На более низких
частотах используются тороидальные ка-
тушки Компоненты устанавливаются на
подложке вместе с активными кристалла-
ми либо в отдельном корпусе (например,
типа ТО-5 или ТО 8) с металлостеклян
ными выводами.
В настоящее время выпускаются фильтры,
изготовленные по приведенной технологии:
ВЧ, НЧ, полосовой и заграждающий
фильтры с граничными частотами до 18 ГГц;
фильтры с внеполосным подавлением на
частотах до 40 ГГц не менее 20 дБ;
эллиптические фильтры в диапазоне
26...40 ГГц;
фильтры с допустимой мощностью до
105 Вт на частотах 400 МГц при темпе-
ратуре 115 °C;
согласованные по фазе с точностью 1 ° на
частоте 1 ГГц;
диплексоры (устройства согласования с
антенной в диапазоне до 22 ГГц);
фильтры с добротностью до 400 на часто-
те 4 ГГц и не менее 150 на частоте
18 ГГц;
восьмиканальные частотные разделители
сигналов.
Габариты фильтров указанных типов
12X5X3 мм.
В системах РЭБ эти фильтры примени
ются для расфильтровки входных сигналов
в многоканальных приемниках и в синте
заторах частот. Согласующие широкополос-
ные цепи выполнены на сосредоточенных
элементах. Реализация широкополосных
цепей распределенного типа оказывается не-
возможной. В [16] описано применение
сосредоточенных элементов для построения
сложного программируемого устройства
фильтрации, представляющего собой набор
псевдоделителей мощности, полосовых
фильтров и переключателей, управляемых
независимо. Основным требованием к
фильтрующим цепям такого устройства яв-
ляется обеспечение одинаковых коэффици-
ента передачи и фазового сдвига для каж-
дого фильтра. Это позволяет получить
неискаженный широкополосный сигнал при
включении всех каналов. Такой програм-
мируемый фильтр может играть роль по-
лоскового, заградительного, перестраивае-
мого узкополосного фильтра. С его помощью
можно «вырезать» помеху из спектра ши-
рокополосного сигнала. В настоящее время
создан 28-канальный фильтр S-диапазоиа
(1,7...4 ГГц) с полосой частот в одну
октаву и быстродействием 50 нс [16]
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Усилия специалистов направлены на
создание систем РЭБ с очень высокой
вероятностью перехвата и эффективным
подавлением радиосистем с любыми слож-
ными сигналами. Основным направлением
совершенствования систем РЭБ является
применение новых технологий.
Для увеличения мощности сигнала РЭП
ведутся разработки твердотельных много-
элементных АФАР. При фиксированной под-
водимой мощности ЭИИМ АФАР резко
возрастает по сравнению с обычной ан-
тенной. Применение акустооптических при
емников резко сокращает время анализа
сигналов в широком диапазоне частот,
а применение СВЧ ОЗУ позволяет полу
чить задержанную на любое время копию
с включением необходимых элементов, уве-
личивающих вероятность подавления рабо
ты радиосистемы противника
Увеличение вероятности радиоперехвата
требует применения сложных комбинаций
средств РР Поскольку ФАР имеет узкий
главный лепесток диаграммы направлен-
ности и не может . без сканирования
обеспечить прием с большого простран
ственного угла, ведется постоянное со-
вершенствование пассивных широкодиапа-
зонных антенн с широкой диаграммой
направленности. Например, в 117] описана
логопериодическая компактная антенна,
изготавливаемая по печатной технологии,
для приемников РР диапазона 4 22 ГГц.
И
Большие надежды при построении
перспективных систем РЭБ возлагаются и
на программы по созданию сверхскорост-
ных сверхбольших ИС [18], которые позво-
ляют строить быстродействующие процессо-
ры обработки сигналов и иначе подойти
к построению архитектурной части системы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Миронов М. — Зарубежное военное обо-
зрение 1984, N 12.
2. Небабин В. Г. Зарубежная радио-
электроника, 1985, N 4.
3 Glenn А В. IEEE Communications
Magazin, 1983, v. 21, N 4.
4. Лобанов H., Стефанович А Зарубеж
нос военное обозрение, 1986, N 11.
5 Moore R. A., Marinaccio R. Е. Micro
wave J . 1986, v. 29, N 2.
6 Paul 1. Westcott Microwave J , 1987,
v. 30, N 2.
7. David C Flowerz, Charlez E. Ryon
Microwave J., 1987, v. 30, N 2
8. R E. Marinaccio, D. В Bergsma
Microwave J., 1987, v. 30, N 2.
9. Chand I. C.— Microwave J., 1986, v. 29,
N 3.
10. Баландин В. С. и др.- Зарубежная
радиоэлектроника, 1987, N 2
11 Mark A Peot. Microw-ave J., 1987,
v’ 30. N 2.
12 Webber G., Culp J., Robinson H.—
Microwave J., 1986, v. 29, N 2
13. Pozar D. M„ Schaubert D. H.— Micro-
wave J., 1986, v. 29, N 3
14. Armitage J. L. Microwave J., 1986,
v. 29, N 2.
15. Narda, Western Operations. Microwa-
ve J., 1986, v. 29, N 1
16. Morgan D., Ragland R.- Microwave J.,
1986 v 29, N 2.
17. Hall P. S.Microwave J., 1986. v. 29,
N 3
18 Gelnovatch V. G. Microwave J.. 1986,
v. 29, N 4
12
УДК 681 51 504
ЛАЗЕРНЫЕ НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ АВТОНОМНЫХ
ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
К т н. Слободян С. М , к. т, н Цупин А. А
ВВЕДЕНИЕ
Оптические, в том числе лазерные, си
стемы для ориентации и наведения транс-
портных средств (ТС) по сравнению с тра
дииионными средствами навигации и уп-
равления движением ТС отличают высо-
кие точность, помехоустойчивость н надёж
кость функционирования простота экс-
плуатации. сравнительно малые габариты,
высокая степень универсальности, особен
по в сочетании с программируемыми мик-
ропроцессорными системами управления
[1 8|. Благодаря этим достоинствам по
добные системы находят в последнее вре-
мя всё более широкое применение для ори-
ентации и наведения автономных ТС, в том
числе речных и морских судов, воздушных
ТС, транспортных роботов и робокаров.
Применение оптических систем открывает
возможности скрытного наведения ТС в за-
данную зону, в том числе с помощью гео-
стационарных спутников [9].
Требования к навигации и ориентирова-
нию ТС настолько разнообразны и специ-
фичны, что можно говорить о появлении
самостоятельного направления проек-
тирования лазерных систем навигации ав-
тономных ТС
В настоящем обзоре рассматриваются
методы и принципы построения лазерных
маяков и систем ориентации наведения и
проводки ТС по заданным маршрутам Наи-
большее внимание в обзоре уделено лазер
ным системам автономной проводки вод
ных и воздушных ТС. Системы управления
наземными ТС были рассмотрены доста-
точно подробно ранее [7 8].
НАЗНАЧЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ
СИСТЕМ
Лазерные навигационные системы пред-
назначены для определения местоположе-
ния и направления движения ТС в сек-
торе или зоне ориентирования, для ограж
дения зон запретных или опасных для не
ремещения ТС, указания рекомендуемых
для движения ТС траекторий, курсов обо
значения районов н областей пространст
ва со специальным режимом перемещения
ТС, а также для прецизионной проводки ТС
через опасные зоны и «узкости» — мало-
размерные пространственные области, на
пример для вождения судов на подходах
к портам, акваториям, каналам и разво-
дящимся .мостам
Лазерные навигационные системы позво
ляют решать широкий крут задач: опре-
деление координат ТС относительно систе-
мы опорных пунктов, обеспечение точного
причаливания к судам пирсам и напели
вания ТС в заданную область или точку
пространства; определение взаимного по-
ложения ТС в пространстве, ориентация
ТС относительно определённой в простран-
стве точки; проводка ТС по криволиней-
ной траектории.
К основным требованиям, предъявляе-
мым к лазерным ..авигацнонным системам,
относятся: обеспечение более высокой точ-
ности определения положения ТС относи-
тельно оси и края транспортной магистра-
ли (кромок судового хода или оси фар
ватера — для водных судов воздушного
коридора, глиссады — для воздушных ТС);
обеспечение возможности вождения ТС
при плохих погодных условиях (дождь, ту-
ман, снег); стремление к наибольшей ав-
тономности управления ТС с целью исклю
чения влияния субъективного фактора оцен-
ки положения и направления движения ТС
повышение надёжности.
При разработке и создании автоматиче-
ских систем управления автономными ТС
необходимо принимать во внимание четыре
основные особенности: малое число сооб-
щений, передаваемых на ТС в процессе вы
волнения задачи управления, способность
системы к решению нетривиальных за-
дач; способность продолжать начавшуюся
операцию управления ТС при изменившихся
условиях. Любые разрабатываемые вариан-
ты автоматических систем управления ав
тономными ТС должны содержать два
важнейших модуля, оценки ситуаций и пла-
нирования действия ТС в реальном вре-
мени
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИПЫ
ДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНЫХ МАЯКОВ
Маяки навигационные знаки являю
щиеся ориентирами па местности, опреде-
лённым образом расположенные для ука-
13
зания направления движения ТС или обо-
значения какого-либо рубежа. В частном
случае створиые знаки расположены на
одной прямой, служащей осью створа.
Под створом понимается обозначенная в
пространстве специальными световыми при-
знаками опорная геометрическая область
(линия, полоса и т п ) заданных разме-
ров которая указывает коридор полосу
движения ТС или любого другого объекта.
Ось створа — световая полоса некоторых
размеров (ширины, высоты), проходящая
по центру створа. В плане местности или
пространства ось створа может быть пред-
ставлена прямолинейной, криволинейной
или ломаной линией.
Световым маякам наряду с достоинства-
ми (простотой обслуживания и надёж-
ностью) присущи в сложной практической
обстановке и существенные недостатки:
ограниченная видимость обычных ориен-
тиров в условиях непогоды (дымка туман,
дождь, снег) и при наличии фона, созда-
ваемого множеством точечных объектов
(огни города и других населённых нунк
тов) Более высокой дальностью действия
при сохранении спектра излучения обла-
дают лазерные маяки
Лазерные маяки, ставшие основой на
вигационных систем ориентации ТС, обес-
печивают не только точное всепогодное ука-
зание границ сектора и створа наведения,
но и позволяют автоматизировать управ-
ление ТС при одновременном повышении
точности ориентации и наведения без учас
тия оператора.
В последнее время практически все па-
тентуемые оптикоэлектронные системы уп-
равления навигацией ТС проектируются
на основе лазерных маяков, использующих
газовые твёрдотельные, жидкостные или
полупроводниковые лазеры Спектр и мощ-
ность излучения лазеров выбирается:
для ТС, управляемых оператором, с
учётом обеспечения необходимой даль-
ности действия, точности наведения и пре-
дельно допустимой плотности излучения,
не приводящих в самом благоприятном
для распространения излучения случае к
органическим нарушениям в органах зре
ния человека,
для автономных автоматических ТС с
учётом дальности, скрытности и точности
действия и помехоустойчивости наведе-
ния
Из многочисленных типов лазеров,
практически применяемых для навигации
ТС, можно выделить гелий-неоновые лазе-
ры (л — 0,63 мкм), гелий-кадмиевые (л =
—0 44 мкм) и в меньшей мере - аргоно
вые лазеры (Х=0,48 и 0,51 мкм). Это
обусловлено их высоким (более 1000 ч)
14
сроком службы, наряду с хорошей ста-
бильностью положения оси лазерного пуч-
ка и незначительной зависимостью их
параметров от условий окружающей сре-
ды.
Лазерные маяки систем навигации ТС
можно разделить по своему назначению
на несколько групп: маяки створного ти-
па, дальномеры, устройства причаливания
и пр. По способу информационного взаи-
модействия навигационной системы с из
лучением лазерного маяка можно раз
личать системы, работающие с прямым
рассеянным и многокомпонентным излуче-
ниями. По способу размещения различа
ют одиночные и групповые, совмещённые
и разнесенные маяки [10—17J.
Лазерные створы, как и обычные линей
ные створы (указатели глиссады), пред-
назначены для отображения опорного на-
правления движения ТС. Первоначально
лазерные створы использовались преиму-
щественно для визуального наведения ТС
оператором (рулевым, пилотом), наблю-
дающим пространственное положение ла-
зерного пучка и соответствующим обра
Рис. 1 К пояснению принципа действия лазер-
ного створа
1 — лазер с дефлектором; 2 — центральный
сектор; 3 4 — соответственно левый и правый
боковые сектора 5 — границы секторов, 6 —
ось транспортной магистрали; 7 — границы
транспортной магистрали В — ширина магист-
рали, Ph — допустимое отклонение транспорт
ного средства от оси магистрали, Ро — зона
опасного отклонения средства от рекомендуемой
полосы движения
зом управляющим ТС В последнее время
активно разрабатываются системы авто-
матического управления ТС на основе ла-
зерных маяков.
Принцип действия маяков совмещённого
типа основан на создании створной зоны
(рис. 1), состоящей из нескольких секто-
ров, обычно одного центрального и не
скольких боковых, с отличающимися друг
от друга характерными признаками час-
тотой модуляции, скоростью сканирова
ния лучом зоны наведения, цветом свече-
ния. При этом обеспечивается вполне оп-
ределённая ширина центрального сектора
створной зоны. Траектория перемещения
ТС должна быть такой, чтобы ТС удер-
живалось в пространстве центрального
сектора При отклонении ТС от задан
ной траектории оно попадает в зону дейст-
вия бокового сектора и под воздействием
управляющего сигнала, вырабатываемого
автоматической системой или оператором,
возвращается в зону центрального сек
тора.
Четырёхсекторный лазерный маяк для
автономной проводки ТС по направляю-
щему лучу описан в [17]. Сканированием
лазерного луча (с помощью оптико-ме-
ханического дефлектора) формируется
(рис. 2) створная зона с конечным чис
лом периодически повторяющихся поло-
жений луча. Каждому сектору соответ-
ствует своя заранее заданная частота
модуляции излучения, распознаваемая фо-
топриёмником навигационной системы, ус-
тановленной на борту ТС. Дефлектор мая-
Рис. 2 Структурная схема сканирующего лазер-
ного маяка
/ — генератор сигналов управления зеркальным
барабаном-дефлектором, 2 — двигатель-привод
дефлектора; 3 — зеркальный барабан 4 — лазер;
5 — модулятор-дефлектор линейного отклонения
лазерного луча 6; 7 — изображение четырех-
секторного поля наведения (1—IV — зоны
наведения), 8 — изображение многострочного
поля
ка выполнен в виде вращающегося ба
рабана с плоскими зеркалами, имеющими
различную угловую ориентацию.
Для проводки ТС по курсу, имеющему
несколько направлений и рядов движе-
ния, предполагается использовать лазеры,
работающие на различных длинах волн и
таким образом формирующие «цветные»
створы Фотоприёмник системы при этом
обеспечивает соответствующую заданным
рядам движения спектральную селекцию
для распознавания створов при смене
направления или ряда движения.
Для этой же цели могут быть примене-
ны маяки с большим числом боковых сек-
торов зоны створа [18, 19]. В этом слу-
чае по мере удаления ТС от опорного на
правления, определяемого центральным сек-
тором, частота модуляции лазерного луча
(сигнала) скачкообразно возрастает в со-
ответствии с порядковым номером бокового
сектора
Модулятор, «кодирующий» секторы ство-
ра, представляет собой диск с концентри-
ческими зонами, выполненными в виде че-
редующихся прозрачных и непрозрачных
радиально ориентированных полос. Фото-
приёмники ТС, например, судов устанав-
ливаются симметрично относительно оси
ТС. Сравнение сигналов на их выходах
позволяет определять величину отклоне
ния местоположения ТС относительно оси
створа. Расстояние между фотоприёмни-
ками меняется по мере изменения расстоя
ния от ТС до лазерного излучателя
Для навигации ТС с равновероятным
распределением направлений подхода к
зоне ориентации и наведения могут быть
использованы [10, 15, 20—24) лазерные
маяки с круговой или веерной диаграммой
сканирования лазерного луча Принцип
действия лазерного маяка [24], структур
ная схема которого приведена на рис. 3,
заключается в циклическом создании пос-
ледовательно во времени шестисекторного
поля наведения ТС в азимутальной плос
кости.
Катушка, установленная в магнитном по-
ле электромагнита, под воздействием на
пряжения, поступающего с генератора,
совершает колебательное движение по пи-
лообразной или синусоидальной траекто-
рии Луч лазера осуществляет при этом
сканирование пространства в вертикальной
плоскости. Угловым размером сканирова
ния можно управлять, увеличивая или
уменьшая амплитуду напряжения генера-
тора. Вращающееся зеркало закреплено
иа муфте, подключенной к генератору,
вырабатывающему последовательность ши
ротно модулированных импульсов (ШИМ-
последовательность) При вращении диска
15
Рис. 3. Лазерный маяк с электромеханическим
приводом:
I — лазер; 2 лазерный луч; 3 — зеркало,
4 шток; 5 — катушка 6 и 9 — генераторы,
7 — электромагнит 8 — электромагнитная
муфта, 10 — двигатель. II — диск; 12, 13
возвратная пружина
двигателем в моменты времени поступ-
ления импульсов генератора на электро
магнит муфты диск периодически притя
гивается, преодолевая возвратное усилие
пружины. В результате этого в течение
длительности импульса муфта поворачива
ет зеркало, а вместе с тем отклоняет и
лазерный пучок на угол, пропорциональ-
ный времени сцепления электромагнитной
муфты с вращающимся диском. По окон
чанию импульса зеркало вместе с муфтой
под воздействием пружины возвращается
в исходное состояние. Этот цикл скани
рования с переменным углом поворота
лазерного луча периодически повторяется
Принцип формирования шестнсе.ктор-
ной круговой зоны ориентирования сле-
дующий. В момент подачи с генератора
импульса наибольшей длительности лазер
ный луч из исходного нулевого положе
ния совершает полный оборот в азиму-
тальной (горизонтальной) плоскости При
уменьшении длительности импульсов в пос-
ледовательности, формируемой генерато-
ром. сектор азимутального сканирования
последовательно от цикла к циклу сужа-
ется до минимального выбранного значе-
ния. Полный цикл формирования шести
секторной зоны равен периоду следова-
ния пачек ШИМ последовательности Наи-
меньшая длительность импульса опредетя
ется минимальным размером сектора.
Принципиально возможно осуществле-
ние обратной последовательности сканнро
вания, а также сканирования в вертикаль-
ной плоскости для грубой оценки удалён-
ности ТС например судна от маяка.
Приёмное устройство, расположенное
на ТС, находящемся например, в нанбо
лее удалённом секторе, воспринимает толь-
ко одну световую вспышку за период пол
ного цикла сканирования всех зон про-
странства ориентации. При нахождении ТС
в >V-m секторе приёмное устройство за
регистрирует соответственно Л' раз появ-
ление лазерною луча в заданном секторе.
Маяк этого типа может быть пспользо
ван и для визуальной регистрации место-
положения ТС управляющим им операто-
ром
В рассмотренных выше системах исполь-
зовался одиночный маяк. В [25] описан
лазерный маяк группового типа, принцип
работы которого (рис. 4) основан па ис-
пользовании двух лазеров, разнесённых
на некоторое базовое расстояние, лучи ко-
торых перемещаются в пространстве на-
встречу друг другу. Синхронное сканиро-
вание обоих лучей взаимно однозначно оп-
ределяет пространственное положение их
относительно друг друга. Геометрическое
место точек пересечения лучей в простран-
стве образует опорную область наведения
ТС, а траектория перемещения опорной
области соответствует положению оси ство
ра. При равномерном вращении и одина-
ковых углах начальной установки лазер-
ных лучей задается прямолинейная тра
ектория движения ТС. При отклонении ТС
от оси створа лазерные лучи неодновре-
менно облучают фотонриёмник ТС, кото
рый в этом случае вырабатывает сигнал,
пропорциональный отклонению ТС от за-
данною курса С помощью подобного ти
Рис. 4 Навигационная система с двумя встречно
сканирующими лазерными лучам»
/, 2 первый и второй лазерные маяки, 3 — блок
управления сканированием 4 — ТС 5 система
управления ТС; А н Б — лазерные пучки первого
н второго маяков; В В — курс ТС; а. р углы
сканирования
16
па лазерных маяков можно задавать раз-
личные траектории движения ТС (но ду
гам окружностей и другим криволинейным
траекториям) путём изменения функцио-
нальной связи между скоростями и направ-
лениями сканирования лазерных лучей.
При вращении лазерных пучков вокруг
взаимно параллельных осей сформируют-
ся двумерные криволинейные траектории
наведения ТС, а при одновременном вра-
щении каждого из лазерных лучей вокруг
двух осей трехмерные траектории на
ведения ТС|26].
Для уточнения местоположения ТС при-
меняют [27—29] лазерные дальномеры и
локаторы. При этом используют лазеры с
модуляцией добротности, работающие на
длинах волн 0,53, 0,69, 1.06 мкм, а также
полупроводниковые лазеры с излучением в
диапазоне длин волн 0.7...0.9 мкм. Селек-
ция объектов по дальности, в том числе
и в области наведения, может осуществ-
ляться |12| пилотом-оператором, управ-
ляющим ТС с помощью информационного
видеокоптрольного устройства, выполнен
кого па основе цветного телевизионного
приёмника, на экране которого паблюдае
мые объекты окрашены в различные цвета
в зависимости от их дальности относитель-
но ориентируемого ТС.
Алгоритм наведения ТС основан [12]
па вычислении ошибки отклонения ТС по
формуле
г и “ у (е г к )'
где е„ — координата положения ТС; е'„
дифференциальный сип ал ошибки (раз
поегь координат в н-м и (п—1)-м циклах
измерения), усредненный за время Т Раз
мер области разрешенного местонахожде-
Рис. 5 Область управления ТС для двух различ-
ных высот: с' дифференциальный сигнал
ошибки определения координаты е местопо-
ложения ТС
ния ТС (±/i) определяется системой не-
равенств
е'„ > h;
ч'п 64 < й.
где р — весовой коэффициент, характе-
ризующий изменение размеров выбранной
зоны в зависимости от координат ТС.
Пример задания области наведения ТС (по
координате местоположения и скорости её
изменения) приведён на рис. 5 Размер зо-
ны створа наведения при управлении ТС
зависит от высоты или удаленности ТС от
лазерного' маяка и динамических характе-
ристик ТС'к'ак объекта наведения.
ЛАЗЕРНЫЕ СИСТЕМЫ НАВЕДЕНИЯ
ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
ПО СЛОЖНЫМ МАРШРУТАМ
Для наведения ТС по сложным криво-
линейным маршрутам в лазерных навита
ционных системах находят применение мно-
голучсвые и однолучевые сканирующие.ла-
зерные маяки [3, 5, 17, 25, 26, 29] (рис. 6).
Два лазерных маяка устанавливаются
так, чтобы лазерные лучи совпадали в оп-
ределённой последовательности с линия-
ми, аппроксимирующими криволинейную
траекторию движения ТС (в рассматри-
ваемом случае — судна). На ТС установ-
лены разнесенные на некоторое базовое
расстояние два фотоприёмника. При входе
в навигационную зону (точка 1 ) ТС дви-
4
Рис. 6. Двухлучевая система наведения
транспортного средства по криволинейной траек-
тории
/ — точка вхождения транспортного средства
в луч первого лазерного маяка, 2 — точка начала
поворота ТС. 3 — точка завершения поворота ТС,
4 и 5 — разнесенные фотоприемники, установ-
ленные на мачте 6, 7—1, 7—2 — первый и второй
лазерные маяки; 8 — ось створа; 9 — изображе-
ние лазерных маяков в плоскости фотоприемников
в точках /, 2 и 3
17
жется по направлению определяемому
осью луча первого лазерного маяка (излу-
чение зелёного цвета, участок траектории
1— 2\ изображение Xi) При подходе ТС к
области поворота (точка 2) в поле зре-
ния фотоприёмника попадает излучение
второго лазерного маяка (излучение сине-
го цвета изображение х2). Под воздейст-
вием сигналов с блоков управления нави-
гационной системы ТС поворачивает (учас-
ток траектории движения 2—3) таким об-
разом, чтобы изображение второго маяка
находилось в центре «поля зрения» фото-
приёмника (изображение хз). Начиная с
точки 3, ТС будет двигаться в области про-
странства прилегающей к оси луча вто-
рого маяка. При необходимости провод-
ки ТС по более сложным криволинейным
маршрутам для реализш ин описанной ме
тодики необходимо coolвегствующее уве-
личение числа лазерных маяков.
Для автоматического наведения быстро
движущихся ТС, например вертолётов на
посадочную площадку [30], могут быть
совмещены лазерные лучи, различающие
ся по цвету или частоте модуляции для раз-
метки секторов наведения, или применено
сканирование зоны ориентации ТС. При
движении в зону посадки ТС удерживает-
ся системой управления в центре створа,
определяемого областью раздела совме-
щённых параллельно ориентированных ла-
зерных лучей В случае «окрашивания»
секторов зоны наведения мгновенное поло-
жение ТС в пространстве определяется с
помощью приёмников, например, матрич
ной структуры, установленных на борту ТС.
Оптические сигналы, принимаемые приём-
никами демодул ируются а решающее
устройство навигационной системы на ос-
нове значений демодулированных сигна-
лов вырабатывает сигналы управления
ТС, соответствующие по знаку и величине
направлению отклонения ТС от оси створа
В системе ориентации и наведения ТС
по оптическому (световому или лазерному)
лучу [13] предусмотрена возможность ори-
ентации ТС в трёхмерном пространстве
В этом случае луч лазера непрерывного
действия сканирует сектор наведения ТС
с помощью механического устройства,
включающего вращающееся полигональ-
ное зеркало, которое отклоняет лазерный
луч таким образом, что он создаёт в про-
странстве примыкающие Друг к другу
световые полосы. Поперечное перемеще
ние световых полос обычно осуществляет
ся с помощью качающегося плоского зер
кала.
В определённые моменты, например в
начале каждого цикла сканирования, из-
лучаются опорные импульсы лазером бо
лее высокой мощности, засвечивающие
весь сектор ориетации и наведения ТС.
Измеряя интервал времени между момен-
тами излучения опорного импульса и облу-
чения ТС сканирующим лучом с помощью
приёмной аппаратуры, установленной на
борту, ТС может определять своё место-
положение в пределах сектора ориентации
и наведения.
Вышеизложенные принципы ориентации
и наведения были положены в основу ра-
боты лазерной навигационной следящей
системы, которая достаточно эффективно
использовалась для обеспечения посадки
многоразовых транспортных космических
кораблей (МТКК) для выполнения про-
граммы Space Shuttle: Atlantic, Discovery,
Columbia, Chellinger [5]
Наведение МТКК осуществлялось в трёх-
мерной сферической системе координат.
Точностные характеристики системы, по
углу места средняя квадратическая по-
грешность не превышала 0,11°, по азиму-
ту 0,16°, по дальности 50 м. Расходимость
лазерного луча была несимметричной по
навигационным координатам; по углу мес
та порядка 1,3° и по азимуту 2° в поле
сканирования размером 14°Х14 В ближ-
ней зоне на конечном этапе управления по-
садкой ААТКК на посадочную полосу око-
ло 5 км средняя квадратическая погреш-
ность наведения не превышала 0,015°.
Дальность до МТКК определялась путём
измерения времени задержки распростра
нения лазерного импульса, отражённого
от МТКК. Управление процессом наведе-
ния МТКК на посадочную полосу осу-
ществлялось с помощью компьютера фир-
мы Hewlett Packard HP 9825 А представ-
ляющего собой матричный процессор сиг-
налов настольного типа серии 9800 Desk
top Computers.
В [29] описана система для автономно-
го определения ТС своего положения внут-
ри некоторого пространственного секто-
ра обозначенного световым или лазер-
ным пространственноограниченным пуч
ками. Работа системы наведения ТС (рис. 7)
основана на использовании лазера непре-
рывного действия, излучение которого под-
вергается воздействию акустической волны
в акустооптических дефлекторах (ячейках
Брэгга), управляющих наклоном волнового
фронта. В результате осуществляется ска-
нирование лазерным лучом по азимуту и
углу места. Полуволновая плоскопараллель-
ная пластинка вращает поляризации лазер
ного луча, проходящего через первый аку
стооптический дефлектор, и«выполняет роль
элемента оптической развязки Светодели-
тельное полупрозрачное зеркало служит
18
Рис. 7. Структурная схема системы наведения ТС
по лучу с непрерывным излучением
1 — лазер; 2 — источник питания; 3, 5 — акусто-
оптические дефлекторы; 4 — полуволновая пла-
стина; 6 — светоделитель; 7 — отражающее
поворотное зеркало; 8, 9 — первая и вторая
выходные оптические системы, 10. 11 —лазерные
лучи; 12, 13 — генераторы сигналов, 14 блок
формирования сигналов управления генератором
для разделения исходного лазерного луча
на два, синхронно распространяющихся
по двум каналам управления: 1) обзора и
поиска; 2) наведения (слежения). Опти-
ческая система первого канала имеет боль-
ший угловой размер поля, чем второго.
Лазерный луч второго канала используется
на конечном участке наведения ТС.
Принцип сканирования в обоих каналах
идентичен (рис 8). Поле зрения системы
сканируется в нечетных кадрах лазерным
лучом по траектории обычной строчной
развертки (на рисунке не показано) или
реверсивной строчной развертки. В чет-
ных кадрах направление строчного и кад-
рового сканирования меняется на ортого-
нальное. т. е. растр сканирования пово-
рачивается на 90 Полный цикл сканиро-
вания равен времени формирования двух
полей сканирования, строки в которых
взаимно ортогональны. Положение ТС од-
нозначно определяется по сигналам на
временной диаграмме (рис. 8). Смещение
ТС относительно центра поля сканирова-
ния (рис. 8, а; точки Ot и О?) приводит к
изменению периода повторения оптиче-
ских сигналов, возникающих в моменты
времени воздействия на ТС лазерного из-
лучения.
В других подобных системах дополни-
тельно излучается опорный импульс, ТС
в пределах пространственного сектора наве
дения и ориентации определяет своё положе-
ние по интервалу времени между моментами
облучения ТС каждым опорным импульсом
и последующим облучением ТС сканирую-
щим лазерным лучом или наоборот [10, 15,
20, 21].
В рассмотренной системе пет необхо-
димости в дополнительном формировании
опорного импульса, так как лазерный луч
Рис. 8. Иллюстрация принципа действия системы
со сканированием
а) структура растра; б) диаграмма сигналов
для объектов О, и Os в полях сканирования
А и В; 1, 3 — начальные положения луча;
2, 4 — конечные положения луча; Гц и /34 —
время сканирования полей, Т|)| и То: — период
следования сигналов на борту ТС; tss. Gi — время
перехода луча из поля А в поле В и наоборот
описывает такую траекторию, при кото-
рой он дважды за период сканирования
облучает одну и ту же элементарную точ
ку пространства наведения ТС. Промежу-
ток времени между двумя моментами об-
лучения ТС зависит от положения ТС внут-
ри сектора ориентации или наведения. Ла-
зерный луч в принципе может описывать
в пространстве любые траектории, отли-
чающиеся конфигурацией и направлением,
в том числе и реверсивные. Предпочти-
тельной является такая последовательная
смена траекторий, которая содержит вза
имно ортогональные картины путей пе-
ремещения сканирующего лазерного луча,
позволяющие определять положение ТС
относительно двух смежных границ сек-
торного поля ориентации.
В общем случае автономные ТС с нави
гационными системами показали большую
надёжность и гибкость в управлении
[31 33].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Интерес к лазерным автоматическим
навигационным системам по сравнению с
устройствами для визуальной навигации
ТС обусловлен наличием высокочувстви-
19
тельных фотоприёмников позволяющих,
особенно при плохих погодных условиях,
увеличивать дальность действия автома-
тической навигационной системы и сни-
жать влияние фона путём применения узко
полосных интерференционных фильтров,
а также возможностью полной автомати-
зации процесса наведения ТС.
Применение лазерных маяков особенно
перспективно при управлении автономны
ми ТС на узких транспортных артериях и
трассах. Большинство лазерных навига-
ционных систем для управления автоном-
ными ТС предназначены для работы в
ближней и средней по дальности зонах
ориентации, поэтому анализ и оценка влия
ния погодных условий на процесс управле-
ния автономными ТС практически от
сутствуют.
Перспективность применения оптоэлект
ронных следящих систем и техники искус-
ственного интеллекта для автоматических
систем управления автономными ТС оче
видна. Представляют также интерес ана-
лиз оптимальных алгоритмов управления
и синтез оптимальных структур систем
управления автономными ТС, обеспечи-
вающих достаточную помехоустойчивость
и высокую точность автоматического на-
ведения автономных ТС в заданную об-
ласть пространства.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Modern Materials Handl ng, 1983, N6.
2. Nuberg S. Schardt W Wernstotts-
technik, 1985, v. 75, N8.
3. Keirsey De a In COMPSAC’83:
IEEE Comrut. Soc 7-th Int Comput
Software and Appl. Conf., Chicago, III.,
1983, 7 11. Nov.
4. Wojewoda W.—Przeglad morski, 1983,
t 37, N4.
5. Austin M E, Harton P L. In
PLANS’82 IEEF Position Location
and Navigation, Symp. Rec., Atlantic
City, 1982, 6—9 Dec.
Моравец X. П.—ТИИЭР, 1983, т. 71,
N7
7. Комаров В Н. Заличев Н. Н , Анд-
реева Т. М Зарубежная радио-
электроника, 1982 № 3; 1983 N2.
8. Комаров В. Н , Заличев Н М Ворот
ников В. Н.— Зарубежная радио-
электроника, 1981, N4
9. Пат. 2 514 148 (Франция). МКИ G 08
G 5/00.
10. Заявка 3 313 161 (ФРГ). МКИ Н 04
К 3/00.
11. Пат. 2516662 (Франция). МКИ F 41
,1 9/12.
12. Пат. 0 037 449 (EIIB) МКИ G 05
D 1/00.
13. Пат. 0 082 045 (ЕПВ). МКИ G 01
S 3/78.
14 Пат 213 533 (ГДР). МКИ G 05 D 3/00
15. Пат. 59 16222 (Япония). МКИ G 01
S 1/70
16. Пат. 58- 42431 (Япония). МКИ F41
G 7/26.
17. Заявка 3 200 576 (ФРГ). МКИ G01
S 1/70
18. Заявка 2 258 635 (Франция). МКИ G 01
S 1/70.
19 Пат 2 262 310 (Франция) МКИ G 01
S 1 /70.
20 Пат 446 751 (Австралия) МКИ Н 01
S 1 /00.
21. Пат. 1 346 852 (Великобритания). МКИ
F21 Q3/02.
22. Пат. 371283 (Швеция). МКИ F 21
Q 3/02.
23. Пат. 132 211 (Норвегия). МКИ G 08
G 3/00.
24. Пат. 2 530 034 (Франция). МКИ G 01
S 1/70
25. Пат. 3698816 (США) МКИ G 01
S 1/44
26. Пат. 2 045 198 (Франция). МКИ G 01
S 1 /70
27. Пат. 3 649 124 (США). МКИ G 01
S 1/70.
28. Пат. 1 373 237 (Великобритания). МКИ
G01 S 1/70
29. Заявка 2 54 8 383 (Франция). МКИ
G 01 S 3/78.
30. Warwick G.— Flight Inter., 1983. v. 122.
31. Clarke M. M. Meeh Eng., 1986, v 108,
N2.
32. Proc, of the 3 rd Int. Conf, on Autoin.
Guided Veh Systems, Stockholm, 1985
15 17 Oct Kempston, 1985
33. Nitao J J Parodi A M.— In Artii"
Intell Appl. Eng Knowledge Based
Systems, Proc. 2-nd Conf , Miami Beach,
Fla 1985 11 13 Dec.
20
УДК 681.51:007.52
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЗАИМОРАСПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ
ПРОСТРАНСТВЕННЫХ СЦЕН
В ЗАДАЧАХ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И
УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ
К т. н Перельройзен Е. 3.
1. ВВЕДЕНИЕ
Научно-технический прогресс создал в на-
стоящее время искусственную среду мир
обезличенных вещей, число и ассортимент
которых быстро растет Взаимодействие с
этой средой требует для человека некоторо
го посредника, которым стали современные
роботы.
Робот должен манипулировать предмета-
ми или двигаться по определенной тра-
ектории по отношению к ним. Однако для
этого необходимы анализ ситуаций в трех
мерной внешней среде (пространственной
сцене), понимание пространственного взаи-
морасположения объектов. В реальных
ситуациях объекты входят один в другой,
имеют части, которые взаимосвязаны, но
движутся достаточно независимо; эти объ
екты могут рассматриваться в различных
ракурсах и образовывать множество комби-
наций. Отсюда необходимость оснащения
роботов системами автоматического вос-
приятия пространственных сцен Реализа-
ция процедур визуального восприятия,
посредством которых ЭВМ получают све
дения об окружающей среде, открывает
новые широкие возможности для приме-
нения ЭВМ в сфере промышленной авто
матизации Именно на этой базе создаются
интегрированные системы проектирова-
ния/производства (САПР/АСУ ТП). Кро
ме задач интегрирования процессов про-
ектирования и изготовления продукции
они позволяют выполнять задачи контроля-
диагностики, автоматизации программиро-
вания роботов и систем ЧПУ и т д.
Такая универсальность обеспечена благода-
ря единой концепции объектного модели-
рования стандартизованной технологии
обработки информации в форме объемных
или плоских геометрических образов, син-
тезируемых в виде моделей объектов.
В свою очередь, при решении задач
проектирования таких интегрированных
систем (размещение оборудования, ко
ординация взаимодействия разных видов
устройств, программирование роботов и
станков с ЧПУ) наиболее естественным
для человека является использование гео-
метрических образов и понятий, отражаю-
щих пространственное взаиморасположение
объектов деталей, оснастки, рабочего
инструмента, подвижных и неподвижных
частей роботов и т. д. Эффективность и
качество программирования роботов в еще
большей мере зависят от возможности
использования в процессе программирова-
ния наглядных характеристик пространст
венного взаиморасположения объектов в ра-
бочем пространстве робота. Эта инфор-
мация может быть сформирована средст-
вами машинной графики. При этом отпа-
дает необходимость использования реаль-
ного оборудования или его макетов, по
является возможность анализа и сопостав-
ления различных вариантов пространствен-
ной организации работы интегрированных
систем проектирования/производства.
Подвижные интеллектуальные роботы
(ИР), назначение которых состоит в вы-
полнении работ в недоступных для чело-
века областях внешней среды, нуждаются
в эффективных методах синтеза модели
окружающего их пространства и планиро-.
вания своих действий на основе этой мо-
дели.
Данная работа — обзор существующих
методов решения указанных задач.
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ КИНЕМАТИКИ
МАНИПУЛЯТОРОВ
И ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ИР
Имитационное моделирование простран-
ственных сцен предполагает испытание мо-
дели (описания пространственной сцены,
хранящегося в памяти ЭВМ) с целью
предсказания возможных изменений кар-
тины, открывающейся наблюдателю при
перемещении его относительно объектов
сцены
Объекты пространственной сцены описы-
ваются в трехмерной декартовой системе
координат, называемой объектной систе
мой координат. В зависимости от поло-
жения точки наблюдения можно получить
много образов (двумерных изображений)
одной и той же сцены. Для получения
конкретного образа необходимо задать по-
21
ложение точки наблюдения, направление
наблюдения и величину кадрового окна
Наиболее эффективным способом созда
ния образа пространственной сцены яв-
ляется построение средствами машинной
графики полутонового изображения с уда-
ленными невидимыми линиями: образ пред-
ставляет собой перспективную проекцию
сцены из произвольной точки наблюдения,
при этом элиминируются элементы обра-
за, невидимые в данный момент из точки
наблюдения из-за визуальных перекрытий
нх непрозрачными объектами сцены; мо-
дель яркости видимых поверхностей за-
висит от отражательной способности и
расположения их относительно источника
света. Построенный массив точек разной
интенсивности может быть отображен с
помощью растрового дисплея. Таким обра-
зом, при данном способе поточечное пред-
ставление поверхностей и объемов исполь
зуется как для внутренней обработки
описаний, так и при отображении [1).
Дальнейшим развитием способа является
отображение теней, отбрасываемых объек-
тами.
Удаление невидимых линий (УНЛ) поз
воляет повысить наглядность построенных
изображений, имитировать их глубину
Точное воспроизведение полутонов и теней
также содержит информацию о глубине
Задача составления алгоритмов УНЛ при
построении образов пространственных сцен
является одной из наиболее интересных в
машинной графике. Изображения, которые
удается получить с помощью этих алго-
ритмов, выглядят очень достоверно в осо-
бенности при наличии возможности пере-
дачи полутонов Единственным недостатком
практически всех алгоритмов является зна-
чительный объем вычислений, связанный с
необходимостью определения приоритетов
объектов иа видимость, зависящих от их
взаимного расположения относительно те-
кущего положения точки наблюдения. Ре-
шению данной проблемы было посвящено
много усилий. Результатом явилась «объ-
емистая коллекция» алгоритмов Робертса,
Аппеля, Лоутрелла, Галимберти, Монтана
ри, Ньюэлла, Шумакера, Уорнока Уоткинса,
Ромнн Букнайта, Энкарнако и пр. [2- 4]
Список алгоритмов УНЛ непрерывно про
должает пополняться [5].
Методы УНЛ успешно применяются для
имитационного моделирования роботов Это
позволяет визуализировать движение каж
дого робота в пространственной сцене и
сочетать аналитическое программирование
роботов с графическим программировани-
ем движений на экране дисплея. Такой
подход в основном используется при уп-
равлении группой роботов для автоматиче-
22
ского предотвращения столкновений их
друг с другом или с препятствиями при
передаче деталей, совместной работе над
деталью или узлом (обработка, сборка)
и пр. Моделирование включает формиро-
вание траектории движения без столкно-
вения с препятствиями, построение мо-
дели рабочего пространства.
Системы имитационного моделирования
являются удобным средством для исследо-
вания и автономного тестирования роботи-
зированных технологических участков и ав-
томатизированных сборочных линий [6].
Приведем далее несколько работ, вышед-
ших в последнее время по данной тематике.
В [7] рассмотрены методы обнаружения
столкновений перемещаемых роботом объек-
тов в процессе имитационного моделиро-
вания. Приведено описание трех методов
обнаружения столкновений.
В [8] исследуется проблема столкнове-
ния двух движущихся антропоморфных
манипуляторов. Предложен основанный на
топологии критерий обнаружения столкно-
вения в пространстве движущихся объек-
тов
Вопросы применения .методов машинной
графики при моделировании манипулятора
робота, состоящего из последовательно
соединенных между собой блоков (на шар-
нирных элементах) в виде клиньев рас-
сматриваются в [9]. Для моделирования
движения манипулятора используется па-
кет прикладных программ CARD.
В [10] описывается задача моделиро-
вания движения роботов с помощью гра-
фопостроителя ЭВМ В процессе модели-
рования каждая связь робота рассматри
вается в качестве графического объекта
вместе с системой координат связанной
с ними. Положение и ориентация объек-
та описываются рядом перемещающих и
вращающих преобразований системы коор-
динат.
Работа [11] посвящена применению ими-
тационного моделирования в реальном вре-
мени движения манипулятора робота в про-
цессе его проектирования. Возможность
работы в реальном времени обеспечива-
ется новой технологией графики и при-
менением быстрого алгоритма УНЛ Даль
нейшее развитие предполагает использо-
вание системы имитационного моделирова-
ния для программирования движения ро-
ботов.
Система имитационного моделирования
манипуляторов для их автоматизирован-
ного проектирования описана в [12]
Она предусматривает выполнение процедур
проектирования в диалоговом режиме
обоснованно выбираются приводы, оп-
тимизируется их расположение на мани-
пуляторе, а также размеры элементов ро-
бота. Апробация системы выполнялась
в процессе проектирования робота RHINO;
все его компоненты определяются в диало
говом режиме с помощью программы
ROMULOS
Имитационное моделирование простран-
ственных сцен и кинематики роботов-
маннпуляторов используется и для авто-
номного программирования роботов [13],
т. е. для программирования без непо-
средственного взаимодействия с роботом.
В [13] рассматривается применение си-
стемы Infographics САМ X фирмы Ferran
ti для описания и представления трех-
мерных объектов, а также способы моде-
лирования роботов PUMA. Такой подход
к программированию роботов подобен со-
ставлению программ для станков с ЧПУ
средствами САПР без реального изготов
ления деталей на станке с запоминанием
выполняемых действий.
Близкой к изложенной является работа
[14], в которой рассматриваются задачи
построения имитаторов роботов, предназна
ценных для программирования интеллек-
туальных роботов, оснащенных видеосисте
мой, без непосредственного обучения в ре
альных условиях. Имитатор должен со-
держать манипулятор и видеосистему и
обеспечивать динамическое имитационное
моделирование окружающей пространствен-
ной сцены, включая рабочие органы са-
мого робота Моделируется взаимодейст
вие видеосистемы с манипулятором, внеш
ней средой.
В [15] предлагается методика проекти-
рования робототехнических систем, позво-
ляющая рассчитать оптимальные траекто
рии движения в пространстве с учетом
заданных ограничений. Методика основана
на представлении многосвязной трехмерной
структуры пространственным графом, кото
рый проектируется на взаимно ортогональ-
ные плоскости. Совокупность проекций вы-
бирается так, чтобы оценить кинематику
движений отдельных звеньев и структуры в
целом Могут решаться задачи управления
движением структуры.
Метод графического определения пере-
сечений в задачах автоматического уклоне
иия основан на проведении ряда конт
рольных тестов с объектами-примитивами
в виде сфер, цилиндров, многогранников
и пр. (из них составляют модели робо-
тов и пространственной сиены, в которой
они работают). Алгоритм определения фак
та пересечения объемов двух роботов пре-
дусматривает проведение контрольных тес
тов в определенной последовательности (в
порядке увеличения точности установления
факта пересечения и сложности вычнсле
ний) [16]. И лишь в случае, когда ни один
из контрольных тестов не срабатывает,
необходимы тесты, основанные на УНЛ
Большое внимание уделяется и вопросам
автоматизированного определения линий
пересечения объектов в пространстве В
[17] рассматриваются два метсша опреде-
ления пересечения:
аналитическое определение уравнения ли-
нии пересечения (применим для случаев
пересечения объектов с квадратическими
и тороидальными поверхностями).
численное определение линии пересече-
ния с учетом связей, обусловтенпых при-
надлежностью линии пересечения обоим
объектам (этот метод включает последо-
вательное решение двух задач, определе-
ние одной, начальной, точки пересечения
и направления движения из нее)
В [18, 19] приведены примеры приме-
нения средств имитационного моделирова-
ния пространственных сцен при архитек-
турно-строительном проектировании. В [18]
описывается программное обеспечение
(ПО), предназначенное для моделирова-
ния подлежащих строительству архитектур
ных сооружений и их визуализации иа
фоне окружающей среды (изображение кар-
касных моделей в перспективной проекции
с УНЛ) В [19] описываются методы
визуализации результатов моделирования с
использованием машинной графики в сле-
дующих задачах: проектирование освеще-
ния для различных типов источников, прог-
нозирование затенения окон, стен и внутрен-
них частей домов, вызванного постройкой
новых зданий, прогнозирование влияния
окружающих условий на крупномасштабное
строительство. Эти методы могут быть
также использованы для имитации внеш
ней среды ИР.
3. КОМПЛЕКСНЫЕ САПР В
РОБОТОТЕХНИКЕ
В составе базового ПО систем про-
ектирования/производства имеются пакеты
программ геометрического моделирования.
Геометрическое моделирование служит для
образования ряда пространственных объ-
ектов на основе базового набора прими
тивных элементов (цилиндр, куб, клин
и пр ) Расширение набора форм дости-
гается за счет применения булевых one
раторов изменения формы путем наложе
ния. пересечения объединения и исклю-
чения примитивных элементов [20, 21]
При этом удается создать чрезвычайно
сложные формы, соответствующие наиболее
важным и сложным узлам современных
машин с определенной степенью точности
23
К настоящему времени разработано боль-
шое число систем геометрического моде-
лирования: AD-2000, BDS/GLIDE, BUILD,
СОМРАС, EUCLIDE, GEOMED, GEOMAP,
PADL, TIPS, GDP, HOSAKA, ROMELUS,
CAT, MEDUSA и др. Большинство из
этих систем ориентировано на задачи про-
ектирования в машиностроении. Эти систе
мы имеют интерактивные средства для
получения исходных программ для устройст-
ва с ЧПУ непосредственно из модели или
из компонентов, созданных во время раз-
работки модели [22, 23, 24]. Такие систе
мы используются также при построении
модели рабочего пространства робота с
последующим иерархическим сопоставлени
ем входной визуальной информации о рабо-
чем пространстве с его моделью. При
этом имеется возможность коррекции моде
ли человеком оператором при работе ЭВМ
в интерактивном режиме [25]
Геометрическое моделирование применя-
ется и для управления процессом сборки
роботом манипулятором Любой универ
сальный манипулятор состоит из механи-
ческого схвата, контролируемого по поло
жению и ориентации с помощью ЭВМ.
Если этот механизм связан также с сен-
сорными элементами для контроля силы
захвата и момента касания, то устройст
во в целом способно осуществлять слож-
ные операции сборки До недавнего време-
ни применение таких манипуляторов было
ограничено из-за сложности их программи-
рования в терминах малых углов, сдви
гов и т. д Более удобно описывать
операции сборки в терминах конечных
положений элементов их связей с другими
элементами. Такие описания на языке
высокого уровня должны транслироватьси
в машинные команды управления мани-
пулятором. Для реализации этой про
граммы пользователь должен быть в со-
стоянии описывать элементы, инструменты
и требуемые соотношения между ними.
Так, для целей механической сборки была
разработана система GDP (Geometric De-
sign Processors) [26] Основа системы
модель трехмерной среды, построенная в
виде базы данных, описывающих струк-
туры и отношения между объектами в
виде графа. Помимо автоматического фор-
мирования модели среды с помощью базы
данных GDP позволяет формировать моде
ли путем реализации процедурных пред-
ставлений агрегатов, деталей, субдеталсй
При этом пользователь перечисляет аг
регаты, указывая детали, из которых они
состоят. Пользователь должен задать гео-
метрические отношения между всеми эле-
ментами Обеспечиваются средства для
представления произвольных сложных объ-
24
ектов с помощью примитивных элементов
и операций над ними.
4 ВНУТРЕННЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
ЗНАНИЙ О ВЗАИМНОМ
РАСПОЛОЖЕНИИ И ГЕОМЕТРИИ
ПРОСТРАНСТВЕННЫХ СЦЕН В ИР
Современная робототехника различает
три поколения роботов.
Первое поколение программные робо-
ты — имеют управляемые приводы во всех
суставах, и их система управления легко
переналаживается на различные операции.
Однако после каждой переналадки они
повторяют многократно одну и ту же жест-
кую программу в строго определенной про-
изводственной среде с полностью упоря-
доченными предметами.
Второе поколение — адаптивные робо-
ты — могут в определенной степени ори-
ентироваться в частично неопределенной
производственной среде, приспосабливаясь
к ней. Для этого они снабжены датчи
ками характеристик внешней среды и
системой обработки информации, посту-
пающей от датчиков, для гибкого из
менепия программы движений в соответст-
вии с текущей ситуацией.
Третье поколение — ИР — имеют бо-
лее богатое очувствление, способны реа-
лизовывать сложные алгоритмы распозна-
вания образов пространственных сцен, ав-
томатически вырабатывать решения о своих
дальнейших действиях для выполнения
технологических операций в неопределенной
или быстро меняющейся производственной
среде.
Автономные подвижные роботы относятся
к роботам третьего поколения. Для выработ-
ки соответствия между восприятием окру-
жающей среды и действием робота необ
ходима сложная обработка информации,
которая может быть отнесена к области
искусственного интеллекта. При этом име-
ются дополнительные факторы, усложняю
щие задачу. Один из основных — обес-
печение адекватности модели окружающей
среды (рабочего пространства) [27].
Для эффективного управления движением
робота необходимо непрерывно отслеживать
в реальном масштабе времени изменяюще-
еся пространственное положение объектов.
Это возможно лишь на основе создания
подвижным роботом внутренней модели
рабочего пространства Такая модель фор-
мируется с помощью активных сенсоров
робота и способствует повышению автоном
ности подвижных роботов [28]
В [29], например, рассмотрена система
навигации подвижного робота с ультразву-
ковым дальномером В основе системы ле
жит динамически корректируемая модель
рабочего пространства. В модель включа-
ется информация, поступающая от вращаю-
щегося дальномера, тактильного датчика
робота, а также априорная глобальная
информация о рабочем пространстве В про
цессе работы навигационной системы оценка
положения робота уточняется на основе
анализа разности положений, полученных
по сенсорным данным и по модели рабо-
чего пространства. Данные, аналогичные
описанным, приведены в (30]
Важно как можно меньше времени за-
тратить на процесс формирования модели.
Поэтому в [31] рассматривается задача
поиска последовательности пространствен-
ных положений дальнометрическо!о сенсо-
ра, обеспечивающих построение полной мо
дели рабочего пространства. Для решения
этой задачи предложены алгоритмы, ис-
пользующие графовые модели, имеющие вид
неполных восьмеричных деревьев.
При построении модели рабочего про-
странства необходимо геометрически интер-
претировать изображения в перспективе.
Так, в (32] описана экспериментальная
система, способная выделять определенные
структуры в пространственной сцене по
ее изображению в перспективе Сформули
рованы три правила, позволяющие опреде-
лять пространственное положение прямых
линий и участков поверхностей, ограничен-
ных ими В качестве основного инстру-
мента используются замкнутые уравнения
обратного преобразования перспективы, по-
строенные па основе предполагаемых прост-
ранственных соотношений между объектами
пространственных сцен.
Очень важна проблема распознавания и
локализации перекрывающихся объектов
по «скудным данным» [33] необходимо
идентифицировать известный объект (из со-
вокупности визуально перекрывающихся
трехмерных объектов) и определить его
местоположение относительно видеодатчика
с использованием относительно малого чис-
ла измерений. При этом объекты моде-
лируются как многоугольники или много-
гранники, имеющие до шести степеней сво
боды относительно видеодатчиков. Задачи
такого класса зачастую решаются метода-
ми геометрического моделирования В [34]
представлены результаты работ по распо-
знаванию трехмерных объектов с исполь-
зованием методов, характерных для систем
автоматизированного геометрического про-
ектирования Предлагается несколько но
вых алгоритмов построения геометрических
моделей объектов на основе данных, по-
ступающих от различного рода далыюме
ров
Опреде юпный вклад в построение модели
рабочего пространства может внести анализ
теней трехмерных объектов с целью оп-
ределения их положения |35].
Исключительно важна форма представле
ния модели рабочего пространства в памя-
ти подвижной системы, во многом опреде-
ляющая эффективность всей работы. В [36]
информационную структуру рабочего про-
странства робота предполагается предста
вить одним восьмеричным деревом, чьи
дуги соответствуют половинному де тению
куба (представляемого узлом дерева) тре
мя координатными плоскостями. Каждый
узел может иметь пометку «свободен»,
«занят», «не определен», которая обраба-
тывается как «занят». В случае, если
пометку присвоить нельзя производится
ветвление (насколько позволяет разрешаю-
щая способность видеодатчика). При этом
модель рабочего пространства формируется
по изображениям, полученным в опреде-
ленных заранее его точках с помощью
видеодатчика, установленного па рабочем
органе
В [37] информация о рабочем прост
ранстве также поступает с видеодатчиков,
установленных непосредственно на манипу-
ляторе. Пространственная информация хра
нится в виде восьмеричного дерева, кото-
рое представляет собой граф, соответст-
вующий последовательному разбиению ра-
бочего пространства на области кубиче-
ской формы. На каждой стадии разбиения
области делятся па 8 равных частей.
Каждой области соответствует узел графа,
которому приписывается значение 0 или 1,
в зависимости от того занята эта об-
ласть или свободна Такое представление
рабочего пространства позволяет быстро
находить те зоны, в которых робот может
перемещаться.
В [38] рассматривается подход к реше
нию задач навигации и планирования пути
подвижного робота, основанный на приме-
нении гиперграфа для представления рабо
чего пространства, отведенного для функ
ционирования робота. Это пространство
структурируется как совокупность перекры-
вающихся выпуклых областей, которые
обеспечивают эффективное представление
топологических особенностей пространства
Для такой структуризации применяется
атрибутированный гиперграф; каждая вы
пуклая область идентифицируется гиперреб-
ром стены препятствий, образующей гра-
ницу области. Предполагается, что пред
ставление рабочего пространства может
быть получено путем сканирования внеш
ней среды активным сенсором или анали
за плана-чертежа помещения. При этом
близкое соответствие между глобальным
представлением и локальными данными по
25
лученными от сенсоров робота, обеспечи-
вает возможность точного определения по-
ложения робота и коррекции глобальной
модели.
Необходимо учитывать, что сенсорные
модели подвержены разного рода ошибкам.
Вместо повышения точности и достовер-
ности данных техническими средствами в
[39] предлагается разрабатывать алго-
ритмы навигации подвижного робота, явно
учитывающие эти неопределенности. Вво-
дится понятие относительной карты, в кото-
рой фиксируется не абсолютное положение
объектов в двумерной координатной систе-
ме, а лишь пространственное отношение
между ними Такую карту можно описать
графом.
5. ПЛАНИРОВАНИЕ АКТИВНОСТИ ИР
НА ОСНОВЕ ВНУТРЕННЕГО
ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАНИЙ О
ВНЕШНЕЙ СРЕДЕ
Наиболее распространенным при этом яв-
ляется представление рабочего пространст-
ва графовыми моделями: задается дискрет-
ная сеть точек на карте. Две точки
соединяются ребром тогда, и только тогда,
когда выполнено некоторое условие про-
ходимости. Таким образом получается граф
допустимых перемещений. Другим спо-
собом представления рабочего пространства
является граф видимости. При этом конту-
ры препятствий аппроксимируются много-
угольниками (многогранниками). Вершина-
ми графа служат вершины многоугольни
ков (многогранников), а также исходная
и целевая точки. Две вершины соеди-
няются ребром, если они видны одна за
другой, т. е. между ними нет препятст-
вий.
В [40], например, предлагается строить
траекторию движения робота из отрезков
срединных осей областей свободного от
препятствий пространства. При этом под-
вижный робот представляется сферой. Со
вокупность срединных осей (остов) свобод-
ного пространства рассматривается как
граф, на котором осуществляется поиск
траектории. В работе приводится алго-
ритм построения срединных осей, а также
алгоритмы оптимизации траектории движе-
ния робота по длине пути и другим пара-
метрам Апробация работы выполнена
средствами имитационного моделирования
процесса построения траекторий в прост-
ранственной сцене с синтезированными
препятствиями Указывается, что основное
время (68 %) занимает построе-ние остова.
Способ обработки карты местности в авто-
номном подвижном устройстве с целью
определения маршрута до целевой точки,
26
описанный в [41], предполагает предвари-
тельную обработку цифровой карты с по-
мощью двумерного гистерезисного фильт-
ра, определение характерных точек (мак-
симальной выпуклости препятствий, точек
излома допустимых маршрутов из-за огиба-
ний препятствий и пр.), построение взвешен
ного графа на неизбыточных характер-
ных точках, эвристический алгоритм поиска
кратчайшего пути на графе.
В [42] описывается алгоритм определе-
ния траектории, использующий представле-
ние о рабочем пространстве, основанное
на двух базовых геометрических понятиях:
обобщенных конусах и выпуклых многогран-
никах. Данный алгоритм вычисляет прост-
ранственное отношение между многоуголь-
ными препятствиями и использует их для
определения положения критических прохо-
дов в рабочем пространстве. Рабочее про-
странство затем разбивается на ряд не-
пересекающихся геометрических зон, между
которыми существуют проходы, представ-
ленные в виде обобщенных конусов и
выпуклых многоугольников. Далее, исполь-
зуя графы допустимых перемещений, алго-
ритм определяет оптимальную траекторию
движения робота между препятствиями.
Проблема построения безопасных путей
для объекта в полностью известной ста-
ционарной внешней среде с препятствиями
рассматривается и в [43] Задача ставится
следующим образом: необходимо переме-
стить из начальной в целевую точку
объект, представленный в форме много-
угольника, на плоскости, содержащей
многоугольные препятствия. Основным по
нятием является понятие конфигурацион-
ного пространства, которое разбивается на
прямоугольники. Для поиска траектории
конфигурационной точки используется алго-
ритм поиска оптимального пути на графе
Процесс поиска носит интенсивный ха-
рактер. Вначале ищется путь только через
свободные прямоугольники Если такого
пути нет, то рассматриваются частично
занятые прямоугольники, разделяемые, в
свою очередь, на более мелкие прямо-
угольники.
В отличие от упомянутых работ в [44]
ставится задача прокладки трассы в трех-
мерной среде, изменяющейся во времени,
подвижный робот должен перемещаться
вдоль фиксированного пути, избегая столк-
новения с другими подвижными препятст-
виями. Требуется определить его скорость.
Для построения профиля скоростей исполь-
зуется аппарат теории графов.
Навигационная система, описанная в
[45], использует также динамическую мо
дель рабочего пространства. Рабочее прост-
ранство делится на ряд выпуклых обла-
стей. Цепочка таких областей является
основой для прокладки трассы. Модель
рабочего пространства является перестраи-
ваемой в зависимости от информации,
поступающей из каждой обтасти от раз
личных датчиков.
В [46] задается выпуклое многоуголь-
ное тело В, которое можно преобразо
вывать произвольным образом кроме вра
щения, в двумерной области, ограниченной
набором из выпуклых многоугольных пре-
пятствий, а также его окончательная кон-
фигурация Ставится задача планирования
непрерывного беспрепятственного продви-
жения В между двумя заданными конфи-
гурациями. Для решения задачи исполь-
зуются плоские джордановские кривые.
Задача об определении столкновений мно-
гогранника с многогранными препятствия
ми рассматривается в [47]. Показано, что
описание положения многогранника как
композиции сдвига и вращения с помощью
кватернионов приводит к чисто алгебраи
ческой интерпретации всех трех типов столк-
новений: столкновения ребер, вершины с
гранью и грани с вершиной. Проекция
единичной сферы пространства кватернио-
нов на гиперплоскость позволяет ботее
эффективно представить условия столкно-
вений.
В [48] изложены результаты изучения
движения без столкновений множества
разновидностей объектов (например, от-
резков прямых, многоугольников на плоско-
сти, многогранников в трехмерном прост
ранстве). В работе изучается разделимость
множества объектов при различных до
пустимых типах движения и различных
видах разделимости: подвижная, линей-
ная нелинейная Частным случаем зада-
чи о подвижной разделимости является
так называемая задача о диване: како-
ва наибольшая площадь предмета, кото-
рый можно пронести через два коридора
единичной ширины, примыкающих один к
другому под прямым утлом?
Для решения задачи планирования дви-
жений робота с шестью степенями подвиж
ности в рабочем пространстве с пре
пятствиями в виде многогранников в [49]
используется обобщенная диаграмма Воро-
ного. Предлагается алгоритм, конструирую-
щий подмножество этой диаграммы, содер
жашее нуль и одномерные многообразия
При этом планирование движений сводится
к задаче поиска пути на графе
В [50] представлена методика планиро
вания маршрута робота с обходом пре
пятствий в трехмерном пространстве Прост-
ранственная сиена анализируется по трем
плоским ортогональным проекциями На
каждой из этих трех проекций произво
дится поиск субоптимального пути. Этот
подход предлагается для планирования
пространственных траекторий в условиях
отсутствия априорных знаний. Требуемые
ортогональные проекции можно получить с
помощью трех видеокамер, расположенных
взаимно ортогонально друг к другу.
6 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Цель данного обзора заключалась в том,
чтобы обратить внимание на сформировав-
шийся обширный класс задач, объеди-
ненных главной проблемой эффективного
определения взаиморасположения объектов
пространственных сцен относительно теку-
щего положения искусственного наблюда-
теля (подвижного робота) или положения
точки наблюдения, задаваемого некоторой
стационарной системой.
Разработка единой методики решения та-
ких задач способствовала бы созданию
все более совершенных интеллектуальных
систем, активно взаимодействующих с внеш-
ней средой и на основе этого взаимо-
действия принимающих решения о целе-
сообразном поведении для достижения по
ставленных человеком целей при постоян-
но меняющихся внешних условиях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Thomas A Computer Graphics Forum,
1986, v. 5, N 1.
2. Sutherland 1., Sproul I R Schuma-
cker R Computing Surveys, 1974, v. 6,
N I.
3. Фоли Дж., вэи Дэм А. Основы интер-
активной машинной графики Пер. с
англ. / Под ред. Ю М Баяковского.
М : Мир, 1985.
4 Гилой В. Интерактивная машинная гра-
фика: Пер с англ. / Под ред Ю М Бая
конского— М. Мир, 1981
5. Wang Е. J. Zhejiang Univ , 1986,
v. 20, N 2.
6. Pai A Pan J. In: 4th Annu. Int.
Phoenix Conf. Comput and Commun.,
Scottsdale, Ariz., 1985, 20 22 March
7 Cameron S.— In: IEEE Int. Conf Rob.
and Autom , St Louis, Mo., 1985,
25—28 March
8 Hsiao-Tsu Chang Bai-yan Shi. Com
put. Ind , 1985, v. 6, N 2.
9. Kung C.— In: Proc. Trends and Appl.:
Util Comput.. Graph. Silver Spring,
Md, 1985, 20—22 May
10 Leu M, Mahajan R In- Robots 8
Conf Proc., Detroit, Mich., 1984, 4—7
June.
11 Hebert M Hoffman R In-Proc Trends
27
and AppL: Util. Compul. Graph., Silver
Spring, Md. 1985, 20 22 May.
12. Lee K, Tortorelli D. In- IEEE Ini
Conf. Rob. and Autom., St Louis, Mo..
1985, 25 -28 March
13. Thomson C., Holt Н,— In: L'K Robotics
Res., 1984. Conf., London, 1984, 4—5
December.
14 Sakane S., Ichii M., Kakikura M.
Trans. Soc. Instrum, and Contr. Eng.,
1986, v. 22, N 2.
15. Shibata T., Sugihara K., Sugie N.
Trans. Inst. Electron, and Commun. Eng.
Jap., 1985, v. D-68, N 9.
16. Nitzan D., Agin G. Computer Graphics
and Image Processing, 1979, N 9.
17. Pfeifer H.— Comput. Aided Des., 1985,
v. 17, N 7.
18. Maver T., Purdic C., Stearn D. Com-
puter and Graphics, 1985, v. 9, N 2.
19. Nakamae E. e. a.— In: EL'ROGRAP-
UICS'84: Proc Eur. Graph. Conf, and
Exhib., Copenhagen, 1984, 12—14 Sep-
tember.
20. Herbert F. Computer and Graphics,
1985, v. 9, N 2 •
21. Williamson M.— In: CAD Model. Proc.
Int. Semin., Southampton. 1984, October.
22. Cooper B.— Ibid
23. Berry J., Boulet J.— In: Solid Model.
Comput. Theory Appl , Proc. Syrup.,
Warren, Mich., 1983, 23 25 September.
24. Geisow A.— In: CAD Model. Proc. Int.
Semin., Southampton, 1984, October.
25. Shirai Y.— Trans. Inst. Electron, and
Commun Eng. Jap., 1985, D68, N 4.
26. Wesley M. e. a. IBM Journal Research
and Development, 1980, v 24, N' 1
27. ChatHa R., Laumond J„ Prajoux R
Recherche, 1985, v. 16, N 171
28. Jullliere M.— Bureaux etudes d’automa-
tique, 1985, N 19.
29. Crowley J.- — In: IEEE Int. Conf. Rob.
and Autom., St. Louis, Mo., 1985,
25 28 March.
30. Crowley J.— In: Pattern Recognition
Proc. 7th Ini Conf., Montreal, 1984,
30 July 2 August, v. 1
31. ’Conno'ly C.— In: IEEE Int. Conf. Rob.
and Autom., St Louis, Mo., 1985, 25
28 March
32. Mtilgaonkar P., Shapiro L. In: Proc.
3rd Workshop Coinput. Visiona Represent
and Contr Bellaize, Mich., 1985, 13
16 October.
33. Grimson W. e. a.— In: IEEE Int. Conf.
Rob and Autom., St Louis, Mo, 1985,
25—28 March.
34. Bhanu B., Henderson T.— In IEEE Int.
Conf. Rob. and Autom., St Louis,
Mo., 1985, 25—28 Marc 1
35. Shafer S.— Shadows and Silhouettes in
Computer Vision Boston e. a.: Kluwer
Acad. PubL, 1985, XVIII.
36. Hong Tsai-Hong, Shneier M. IEEE
Trans., 1985, v PAMI-7, N 6.
37 Shneier M e. a. In: Pattern Recogn
Proc. 7th Int. Conf., Montreal 1984,
30 July — 2 August, v. 1.
38. Rueb K., Wong A. In: Int. Symp.
New Dir. Comput., Trondheim, 1985
39. Brooks R.— In: IF.EE Int. Conf. Rob.
and Autom St 1 ouis, Mo., 1985, 25
28 March.
40. Ruff R., Ahuja N. In: Pattern Recogn.
Proc. 7th Int. Conf., Montreal, 1984
30 July — 2 August. V. 1.
41 Gilmore J., Semeco A. In: Proc.
CVPP’85: IEEE Comput. Soc Conf
Comput Vision and Pattern Recogn.,
San Francisco, Calif, 1985, 19 23 June.
42. Kuan D. e. a.— In: 1 st Conf. Artif.
Intel!. AppL, Denver, 1984. 5 7 Decem-
ber.
43. Brooks R„ Lozano—Perez T.— IEEE
Trans., 1985, v SMC-15, XI 2.
44. Kant K-, Zucker S. In: Pattern Recogn.
Proc. 7th Int. Conf., Montreal, 1984,
30 July — 2 August V. 1
45. Crowley J.— In: 1 st Conf. Artif. Intell.
AppL, Denver, 1984, 5- 7 December
46. Kedem K. e. a.— Discrete and Comput.
Geom., 1986, v 1, XI 1.
47. Cannv J.- IEEE Trans., 1986. v.
PAM I 8. N 2.
48. Toussaint G. In- COMPINT 85:
1st Int. Conf. Comput. Aid Technol., 1985.
49. Canny J.— In: IEEE Int. Conf. Roh. and
Autom., St Lou s, Mo., 1985, 25
28 March.
50. Wong E„ Fu K. In: IEEE Int. Conf.
Rob. and Autom. St Louis, Mo., 1985,
25 28 March.
28
УДК 623 592 621 37/39 359
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТРЕНАЖЕРОВ ДЛЯ ОПЕРАТОРОВ
КОРАБЕЛЬНЫХ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ ВМС
К т н Тарасюк Ю Ф., к т н Семеновых В В
ВВЕДЕНИЕ
Как отмечается в зарубежной печати [1],
освоение современных комплексов радио-
электронных средств (РЭС), характеризую-
щихся возрастающей сложностью, требует
постоянного повышения уровня технических
знаний и практических навыков специали-
стов по обслуживанию и их боевому при
менснию.
На боевую подготовку ВМС США за пери-
од с 1986 по 1990 г. предполагается из-
расходовать свыше 1 млрд. дол. Важное
место занимает подготовка операторов с ис-
пользованием тренажеров и имитаторов,
с помощью которых в процессе обучения
создаются условия, приближенные к бое-
вым.
Современный тренажер РЭС это слож-
ная автоматизированная аппаратура, содер-
жащая как блоки реального РЭС, так и
выполненные на основе ЭВМ специальные
моделирующие устройства (имитаторы)
Она обеспечивает необходимую (в соответ-
ствии с задачами подготовки) степень по
добия условий тренажа реальной деятель-
ности операторов Задача аппаратуры
предоставить широкие возможности для эф
фективного обучения за счет моделирова-
ния разнообразных учебных задач, наличия
контроля и оценки действия обучаемых one
раторов, документирования хода трениров-
ки, возможности многократного повторения
упражнений, разбора тактических ситуаций
и действий личного состава
На тренажере отрабатываются практи
чсские навыки командного состава и опера-
торов РЭС по оценке внешней обстановки,
обнаружению и классификации целей в ус-
ловиях противодействия противника (боевое
воздействие, преднамеренные помехи) и не
преднамеренных помех с учетом гидроаку-
стических и метеорологических условий,
а также взаимодействие боевых расчетов
и экипажей. По зарубежным данным, об
учение операторов на тренажерах в бере-
говых учебных центрах обходится в 10 раз
дешевле, чем па корабле [2].
На кораблях, как правило, устанавли
ваются имитаторы сигналов и помех, кото
рые подключаются к реальному оборудова
нию и обеспечивают тренировки на боевых
постах. Специалисты ВМС США отмечают
существенное улучшение качества подготов-
ки при этом и предусматривают дальней
шее развитие корабельной тренировочной
аппаратуры, несмотря на то, что ее исполь-
зование приводит к расходованию ресурса
РЭС [1].
К созданию имитаторов и тренажеров
привлекаются многие крупные фирмы. Воен-
ные ведомства щедро финансируют раз-
работку и изготовление учебной техники.
Согласно данным фирмы Frost and Sulli-
van (США) за периоде 1984 по 1988финан
совые годы расходы на тренажеры для под-
готовки военного персонала США достигнут
11 344,9 млн. долл. Расходы за этот период
на научно-исследовательские и опытно кон-
структорские работы в области создания но
вых усовершенствованных тренажеров со
ставят 2260,7 млн. дол, в том числе в ВМС —
692,6 млн. дол [3]
Тренажеростроение в ВМС США и стран
НАТО находится на новом этапе развития,
который характеризуется тем что послед-
ние достижения в области микроэлектро
ники, вычислительной и лазерной техники,
устройств отображения и эргономики позво-
1яют существенно улучшить технико-эконо-
мические показатели учебной техники Так,
специалисты фирмы Frost and Sullivan на-
зывают следующие наиболее важные тен-
денции исследований и разработок трена
жеров и имитаторов расширение эргопоми
ческих исследований, увеличение объема ис-
пользования ЭВМ для программированного
обучения и автоматизированного проекти
рования; применение технологии изготовле-
ния авиационных имитаторов для других
тренировочных устройств, особенно для под
готовки операторов систем вооружения
развитие дисплейных систем визуализации,
смонтированных в шлеме оператора, с целью
замены громоздких систем визуализации,
используемых в настоящее время, иссле-
дования и развитие плазменных и других
систем отображения информации, улучше-
ние характеристик имитаторов и тренаже-
ров всех типов за счет расширения возмож-
ностей, включая программированное обуче
ние и моделирование типовых неисправно
стеи оборудования [4].
29
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Учебная техника создается для установ-
ки в учебных центрах, школах и на кораб-
лях. Для тренировок операторов использует-
ся оборудование, разрабатываемое для мо-
делирования работы РЭС с целью исследо-
ваний и испытаний,устанавливаемое в испы-
тательных центрах фирм [5]. В ВМС Вели
кобритании тренажерами оснащаются учеб-
ные корабли Dolfine, Driad, Cambridge, Sul-
tan, Neptyn, Vernon. Кроме того, существу
ют тренажеры и имитаторы в мобильном
исполнении, например в автомобильных
фургонах (фирма Ferranti (Великобрита-
ния), и авиатраиспортабельные (фирма
Sperry (США) [7]).
В соответствии с задачами подготовки
и типом учебного заведения в ВМС веду
щих капиталистических стран для отработки
навыков боевого применения РЭС создается
следующая учебная техника: комплексные
тренажеры (КТ) для подготовки боевых
расчетов экипажей корабля в учебных заве-
дениях; имитаторы РЭС для тактических
и комплексных тренажеров; специализиро-
ванные береговые тренажеры РЭС, кора-
бельные имитаторы сигналов целей и помех;
корабельные комплексные тренировочные
системы; программированные обучающие
системы.
В зависимости от вида РЭС выделяются
тренажеры: РЛС (РЛТ), навигационные
(НТ), гидроакустических станций — ГАС
(ТГАС) и средств радиоэлектронной борь-
бы — РЭБ (ТРЭБ). Особое место занимают
НТ, на которых отрабатываются задачи ко-
раблевождения для обеспечения безопас-
ности плавания в море. Ведущие тренажеро-
строительные фирмы, стремясь удовлетво-
рить потребности ВМС и других флотов, по-
стоянно совершенствуют НТ на основе вне-
дрения новейших достижений науки и тех-
ники. Современные НТ — это комплексы
аппаратуры на основе микропроцессорной
техники и устройств отображения инфор-
мации, моделирующие динамику движения
корабля, влияние внешних условий плава-
ния (течение, ветер, волнение моря, работа
буксиров и т. д.), работу РЛС и радионави-
гационных систем (РНС), тактическую и на-
вигационную обстановку, включающую це
ли, встречные корабли, береговую черту,
знаки навигационного оборудования и т. п.
Этот тип тренажеров наиболее широко пред-
ставлен в зарубежной печати [10, 18 — 22,
24]
Достижения микроэлектроники, способст
вующие снижению массогабаритных харак-
теристик аппаратуры, позволили фирмам-
разработчикам корабельных имитаторов по-
лучить и новое качество — многофункцио-
30
нальность или универсальность корабель-
ных имитаторов, обеспечивающее их работу
с различными РЭС как на корабле, так и
в составе береговых тренажеров. Уменьше-
ние габаритов также позволило разместить
на корабле тренажер в целом как автоном-
ную аппаратуру, например тренажер AS-
1077 фирмы Thorn-EMI [8].
Отделение Submarine Signal Division ком-
пании Raytheon (США) в течение многих
лет занимается разработкой корабельных
имитаторов для операторов ГАС. Анализи-
руя возможности корабельных имитаторов,
оно считает, что подобные системы пред-
ставляют широкие возможности для трени-
ровок специалистов. Вводя в тракт ГАС
синтезированный сигнал, который представ-
ляется оператору на индикаторных устрой-
ствах в качестве действительной цели, мож
но тренировать личный состав на реальной
аппаратуре в привычной окружающей об-
становке, в том числе и при обычной работе
ГАС в море, когда на экране ее индикато-
ра могут наблюдаться как имитируемые,
так и реальные отметки целей [9] Вместе
с тем, по сообщениям печати [1], на кораб-
лях создаются комплексные тренировочные
системы (КТС), объединяющие несколько
корабельных имитаторов различных РЭС
и обеспечивающие отработку взаимодей-
ствия всего экипажа по боевым задачам
корабля [1].
КОМПЛЕКСНЫЕ ТРЕНАЖЕРЫ (КТ)
Отработка взаимодействия экипажей над-
водных кораблей (НК) и подводных лодок
(ПЛ), операторов боевых расчетов систем
управления оружием и технических средств
производится на КТ, устанавливаемых
в учебных центрах, морских школах и на
учебных кораблях. В состав КТ входит
оборудование, представляющее командные
посты управления корабельных комплексов,
объединенные с помощью мощной вычисли-
тельной системы, а также пост руководства
обучением.
В 1983 г. фирма Cubic Corp. (США) раз-
работала и продолжает совершенствовать и
выпускать КТ типа MET (Muti-Enviromenti-
al Trainer) [10], предназначенный для под-
готовки экипажей противолодочных кораб-
лей к боевым действиям по борьбе с ПЛ
и воздушными целями с использованием
РЭС и средств РЭБ. В КТ моделируются
все важнейшие устройства и системы воору-
жения современных НК, обеспечивается воз-
можность управления кораблем, его оружи-
ем, системами обнаружения целей и наведе-
ния оружия, а также средствами РЭБ. Мо-
делирующее устройство КТ состоит из вось-
ми ЭВМ типа SEL 32/75. На посту руко-
водства обучением установлен большой
цветной индикатор на ЭЛТ. иа котором
отображаются информация, вводимая ин-
структором, и результаты отработки задач,
выполняемых обучающимися. Имитируются
волнение моря, скорость ветра, состояние
погоды, изменение глубины ПЛ и динамика
движения НК Стоимость контракта на из-
готовление КТ для учебного центра в Ор-
ландо — 50 млн дол [10].
Центр тренировочного оборудования
ВМС США разработал требования к со
ставу оборудования для КТ экипажей НК
по отработке задач противолодочной оборо-
ны (ПЛО) Комплексный тренажер должен
быть установлен в тренировочном центре
ВМС в Сан Диего и обеспечивать обучение
экипажей кораблей проектов FF, DDG, CG,
CGN. В его состав должна входить следую-
щая аппаратура: распределенная вычисли-
тельная система, система хранения инфор
мации, пульты для инструктора (ПИ), ап-
паратура управления, индикаторы РЛС,
устройство документирования, пульт, имити-
рующий систему МК-53, индикатор место-
положения имитирующий систему МК 78,
системы отображения информации [12].
По контракту стоимостью 16,1 млн. дол
фирма АА1 Corp. (США) изготовила два
КТ тина Pierside для фрегатов управляе-
мого ракетного оружия УРО типа Perry
FFG-7 [11].
На учебном корабле Driad ВМС Велико-
британии используется КТ фирмы Ferranti
[13], который позволяет проводить подго
товку экипажей различных классов кораб-
лей: легких крейсеров типа Country, эсмин-
цев типа Linder В КТ установлено 34 ЭВМ
типа FM 1600 и микропроцессоры F100I.
типа М700. Предусмотрена возможность
дальнейших доработок КТ в соответствии
с изменениями РЭС и систем управления
оружием.
В училище морской пограничной охраны
ВМС США с 1984 г действует тренажер-
ный комплекс, обеспечивающий программу
подготовки операторов на всех курсах об-
учения. Основу комплекса составляют две
ЭВМ VAX 11/750, VAX 11/7803, семь про-
цессоров Adage системы визуализации и
процессор ввода-вывода ADAC. Система ви-
зуализации типа «день — ночь» содержит
семь проекторов на ЭЛТ с углом обзора
180°. В боевом информационном центре
(БИЦ) расположены два индикатора РЛС,
стол для прокладки надводной обстановки,
аппаратура связи. В состав тренажера РЛС
входят оборудование фирмы Raytheon
(США), имитирующее цели и береговую
черту, подключенное к восьми индикаторам
РЛС типа AN/SPS 64, и система автома
тизированной радиолокационной прокладки
(САРП) типа RAYCAS-V [14].
В школе морского оружия ВМС ФРГ
г. Эккерферд в 1982 г вступил в строй
третий КТ типа AWU (Ausbildungsgerat
Waffensystern I' boot), созданный фирмой
Krupp Atlas-Elektronik (КАЕ) (ФРГ) [15].
Он предназначен для отработки операций
поражения надводных и подводных целей
с помощью систем управления оружием ПЛ
и ГАС. Центральная ЭВМ и десять процес-
соров EPP 1100 обеспечивают имитацию
боевых действий ПЛ в соединении, опера-
ций по выполнению торпедных атак и управ-
ление движением ПЛ в минном поле Стои-
мость КТ 43,5 млн. западногерманских ма-
рок. За три года эксплуатации (при работе
тренажеров 1600 ч/год) ежегодная эконо-
мия средств на подготовку операторов со-
ставляет 160 млн. марок ФРГ.
По контракту стоимостью 27,9 млн. дол
фирма Sanders Associates (США) разрабо-
тала КТ типа 14А12 для подготовки проти-
володочных расчетов НК. Ожидаемый срок
окончания работы — 1988 г. [11].
Принципиально новую разработку выпол
нила фирма Thomson-CSF (Франция), изго-
товив многоцелевой КТ SICOMORE (Simu
lateur de Centre d’Operations Modelaire et
Reconfigurable), предназначенный для под-
готовки расчетов БИЦ различных проектов
кораблей ВМС В состав КТ входят уни-
версальные пульты, моделирующие аппара-
туру БИЦ, ПИ и вычислитель. На пультах
обучаемых имеются два дисплея (графи
ческий и цифробуквенный), клавишная па-
нель управления, с помощью которых отоб-
ражается как первичная, так и обработан-
ная информация. Перед тренировкой ин
структор может выбрать тип БИЦ, который
будет моделироваться, придать каждому
пульту обучаемых различные функции,
пульт управления РЛС, ГАС или средств
РЭБ Тренировкой может быть охвачен как
расчет БИЦ в целом, так и отдельные
операторы РЭС Представители фирмы за-
являют, что пульты КТ SICOMORE будут
выпускаться в больших количествах, что
должно привести к снижению стоимости
комплекта аппаратуры для моделирования
БИЦ НК или ПЛ примерно вдвое по сравне
нию со стоимостью специальных систем
[16]
ТРЕНАЖЕРЫ РЛС (РЛТ)
Среди РЛТ наибольшее распростране
ние получили тренажеры английских фирм
Solartron, Ferranti, Racal, Redifon, Marconi
американских Sperry, Cubic, французских
Thomson CSF, LMT, западногерманской
31
КАЕ. Особенностью большинства выпускае-
мых РЛТ является обеспечение с их по-
мощью отработки навигационных задач.
С этой целью в РЛТ моделируется над-
водная обстановка, включающая подвиж-
ные морские объекты, береговую черту,
навигационные знаки, имитируются внеш-
ние условия плавания, влияющие на качест-
во радиолокационного изображения на ин
дикаторах РЛС. В тренажер вводятся ор-
ганы управления собственным кораблем,
моделируется динамика его движения, а
в вычислительном комплексе появляется
задача расчета относительных взаимных
координат всех объектов при движении.
Имитационная аппаратура обеспечивает
отображение всех объектов на индикатор
ных устройствах. Для комплексного реше-
ния задач навигации на тренировках в со-
став оборудования РЛТ входит аппаратура
РНС и систем визуализации обстановки.
Фирма Solartron, имеющая большой опыт
разработки имитаторов и РЛТ различного
назначения, выделяет две основные конфи-
гурации структурных схем (рис. 1, 2). раз-
личающихся построением моделирующего
устройства. Специализированные (проце-
дурные) тренажеры строятся на основе
однопроцессорного моделирующего устрой-
ства, а тактические — на основе много-
процессорного устройства с общей памятью,
что увеличивает вычислительные ресурсы
В тактическом тренажере воспроизводятся
только обработанные данные от РЛС, ГАС,
которые можно синтезировать в программ-
Посты обучаемых
Рис. 1 Специализированный (процедурный)
тренажер фирмы Solartron (Великобритания)
на основе однопроцессорного устройства
Рис. 2. Структурная схема тактического трена-
жера фирмы Solartron (Великобритания) на
основе мультипроцессорного моделирующего уст-
ройства с общей памятью:
1.2,3 — процессоры; 4 — блок памяти; 5 — гене-
ратор изображения Земли; 6 — электронная
морская карта
ном обеспечении, за исключением данных,
учитывающих отражения сигналов ог бе-
рега.
Имитация обнаружения бере а с учетом
эффекта затенения в реальном масштабе
времени является большой нагрузкой на
процессор. Поэтому предусмотрены специ-
альные аппаратные средства, используемые
для формирования дальности, пеленга и воз-
вышения точек берега, подключаемые к ос
новному процессору. Процессор 3 (рис. 2)
получает координаты целей из базы данных
общей памяти, вычисляет признаки обнару
жения с учетом работы генератора отра
жений от берега и записывает их обратно
в общую память. Процессор 1 в дальней
тем испо шзует эти данные для форми-
рования тактической обстановки на имити
руемой акватории [17].
Для ВМС Великобритании фирма раз-
работала РЛТ типа SY 2094. Он состоит
из пультов оператора РЛС и инструктора,
в который встроены ЭВМ DEC PDP 11/73,
цветной графический дисплей, диалоговый
терминал с 48 сенсорными кчавишами и ди-
сковое запоминающее устройство (ЗУ).
Пульт обучаемого полностью обеспечивает
тренаж оператора РЛС Основу тренажера
составляет цифровой юнератор береговой
черты DCLG. обеспечивающий разрешение
15 м В состав тренажера входит одновре-
менно до четырех пультов обучаемых. Ин-
структор имеет возможность задать пол
ностью подготовленное упражнение, распо
32
лагая 24 надводными целями. которые мо-
гут следовать с практически любыми кур
сами и скоростями. Можно также вводить
новые цели неожиданно в любой момент.
Предусмотрена запись упражнений па гиб-
кие магнитные диски. РЛТ оснащается
РИС кораблевождения: приемоиндикатора-
ми систем Decca, l.oran С, Omega, Sat-
nav, радиопеленгаторами и эхолотами [18].
В НТ S\ 2096. особенностью которого
является отработка навыков но комплекс
ному использованию информации от различ
пых источников, ее относительной ценности
при различных ситуациях как по времени,
так и но месту, применена ЭВМ DEC PDP
11/35. На пультах обучаемых вместо реаль-
ных приборов установлены графический
дисплей и аппаратура 1КАТ (Interactive
Keyboard and Terminal), содержащая ин-
терактивный клавишный терминал и устрой-
ство визуального отображения. Маркировка
клавиатуры IKAT указана в матрице прямо-
угольников, высвечиваемой на экране (’.на-
чала отображается матрица названий ими
тируемых приборов. Выбрав из нее необхо-
димый прибор, обучаемый нажимает соот-
ветствующую клавишу, подавай команду
исполнения главному процессору. При этом
на графическом дисплее появляется изо-
бражение прибора, которое затребовал
обучаемый, на экране 1RAT маркировка
клавиатуры, соответствующая органам уп-
равления прибора На i рафическом дис-
плее в изображаемом приборе (например,
Decca-2l) стрелки шкал будут показывать
текущее значение величин в соответствии
с установленным режимом его работы Ан
паратуру 1КАТ можно использовать и на
пультах инструкторов [18].
Для подготовки ПОДВОЛ1ИКОВ по контрак
ту на сумму 385 тыс ф. стрл. фирма Solar-
tron изготовила и установила на учебном
корабле аналогичный тренажер на основе
аппаратуры ST 2098, который обеспечит
тренировки операторов по использованию
РЛС па ПЛ как в надводном положении,
так и на перископной глубине Моделируют
ся параметры своих кораблей, работа РНС
и эхолота [19].
Фирма Ferranti Computer Systems раз-
работала РЛТ полностью модульного тина,
с помощью которого моделируются различ-
ные модификации РЛС, используемые как
на флоте, с и в авиации (рис. 3) [20]
Радиолокационный тренажер CREST (Com-
prehensive Radar Effects Simulator Trainer)
используется для подготовки операторов
РЛС типа 1006 (для кораблей проекта Hunt)
в составе как берегового тренажера типа
ARCTURUS |6|, так наземного типа RPGT
для операторов РЛС самолетов ВМС [21]
РЛС
5л ок отражений
Рис. 3. Типовой модуль CREST фирмы Ferranti
Computer Systems (Великобритания), применяе-
мый в тренажерах корабельных, самолетных и
береговых РЛС:
/ — интерфейс; 2 — схемы памяти; 3 — генератор
4 имитация влияния неоднородностей; 5 ими-
тация противодействия; 6 — имитация контрпро-
тиводействия; 7 видеоинформация; 8 — ими-
тация вращения антенны, 9 схема сипхрони
зации, 10 сигналы индикатора; II — имитация
гидрометеоусловий; 12 имитация рассеяния;
13 — имитация отражений от Земли
Имитируется полная радиолокационная ин-
формация с учетом отражений от мор
ской и земной поверхности влияний метео-
условий на обнаружение целей, а также
преднамеренных активных и пассивных по-
мех противника и работы схем помсхо-
защиты.
Фирма разработала устройство D 5G51
для моделирования различных типов граж-
данских и военных морских РЛС стоимостью
менее 30 тыс ф стерл обеспечивающее
подготовку операторов и проверку оборудо-
вания. Устройство на основе микропроцес-
соров 1еперирует сигналы азимута, пуска,
управления, шумы РЛС, видеосигналы от-
ражений от морской поверхности, воздуш
пых и надводных объектов Имитатор управ-
ляется от блока, имеющего клавишную па-
нель и дисплей. Предусмотрена система вы
бора с помощью подсказки «меню» для за-
дания параметров имитируемой РЛС, усло-
вий распространения, положения и траек
торий объектов. Функции устройства мож
но расширить введением видеосигналов
имитирующих отражения от дождя, обла-
ков, береговой черты, а также помеховые
эффекты, вторичные ответные радиомаяки,
самолетные ответчики [22]
Фирма Maritime Dynamics (США) разра
ботала РЛТ Mardyn предназначенный для
подготовки вахтенных офицеров ВМС и
транспортною флота. Тренажер состоит из
пультов инструктора и обучаемых операто
2 Заруб радиоэл-ка .V® 6
33
ров. С помощью четырех взаимосвязанных
микропроцессоров пульт обучаемых вос-
производит визуальную картину обстановки
с числом целей до восьми. В состав трена-
жера входят: радиолокационный индикатор
с указателями пеленга и дальности, репи-
теры, показывающие скорость, курс, ско-
рость поворота, направление, и скорость вет-
ра, положение машинного телеграфа и угол
перекладки руля. Инструктор вводит в МП
данные о ветре и приливо-отливиых тече
ниях, а также управляет курсом и скоростью
встречных судов Предусмотрен режим стоп-
кадра. Тренажер удовлетворяет всем требо-
ваниям подготовки вахтенных офицеров при
затратах, составляющих 10. .15 % от стои-
мости других подобных систем Первый
комплект тренажера был получен ВМС
США [10].
Фирма Racal-SMS Limited (Великобрита-
ния) создала и установила в Морской шко-
ле г. Warsash тренажер для РЛС типа
9000 Он содержит вычислительную подси-
стему обработки данных и электронную
подсистему имитации а также один пульт
для инструктора и четыре пульта управ-
ления своим кораблем. Система обеспечи-
вает моделирование работы корабельной
РЛС, 48 подвижных надводных целей, 500
неподвижных, РНС Decca, Loran С, Omega,
Satnav, MF/DP и эхолота [22]. Для РЛС
типа 900 этой фирмы разработан трена-
жер, расположенный в автофургоне, кото-
рый можно использовать в нескольких нави-
гационных школах [23].
Эта же фирма в Морской транспортной
школе Шанхая установила тренажер для
РЛС типа 9000, содержащий девять радио-
локационных индикаторов, четыре из кото-
рых являются индикаторами САРП. В тре-
нажере предусмотрен пакет про1рам.м дина-
мического моделирования на ЭВМ двенад-
цать типов судов от рыболовных шхун до
супертанкеров |24].
В НТ SUSAN фирмы Krupp Atlas Elek-
tronik (ФРГ), на котором операторы обуча-
ются использованию САРП совместно
с РНС, применяется радиолокационный
имитатор RASI, к которому можно подклю
чать САРП тина Sperry Cas 111, Decca
ARPA, Norcontrol/Kel\in, KAE 7600. Ими
татор может использоваться в РЛТ, обес-
печивая информацией четыре пульта обучае-
мых, управляющих собственными корабля
ми, и пульт инструктора. В пульте обучае-
мых имеется дисплей САРП одной из ука-
занных выше систем [18].
ВМС США заключили контракт с фир-
мой AAI Corp, в Балтиморе на разработку
имитатора для 48 типов общих радиолока-
ционных систем отображения GRDS (Gene-
ric Radar Display System) Тренажер
34
GRDS — это периферийное универсальное
устройство на микропроцессорной основе,
которое подключается к основной ЭВМ для
генерации на видеочастоте радиолокацион-
ной обстановки, включающей цели, помехи,
отражения от гидрометеоров и морской
поверхности, сигналы государственной при-
надлежности. Несколько устройств можно
использовать для совместных групповых уп
ражнений и учений, включающих целый
ряд судов. Контрактом стоимостью 8,1 млн.
дол предусмотрена поставка 24 устройств
GRDS в Центр боевой подготовки на Атлан-
тическом океане — Дам-Нек [12].
Французские фирмы SOGITEC/STERIА
разработали РЛТ предупреждения столкно-
вений кораблей, предназначенный для море-
ходных училищ Франции и других стран,
который содержит до шести постов или пуль-
тов обучаемых, ПИ, вычислительную си
стему на микропроцессорах S1 180 фирмы
SOG1TEC с блоками памяти емкостью 750 К
слов В РЛТ моделируются РЛС, оборудо
ванные системами САРП.
Особенностью данной разработки являет-
ся то, что в пульте обучаемых, оборудован-
ном пультом управления РЛС, блоком уп-
равления кораблем и переговорным устрой-
ством, применены макеты реальной аппара
туры, в которых с помощью МП моделируют-
ся все функции управления, а также про-
цесс работы САРП: обнаружение, онознава
ние и слежение за целями, вычисление пара-
метров для оценки опасности столкновения
Пульт инструктора содержит пульт управ-
ления РЛС, используемый для контроля
за имитацией радиолокационного и.зображе
ния, дисплей для подготовки учебных за-
даний и управления курсом кораблей-целей
во время тренировки и ввода имитирован
ных неисправностей графопостроитель, пе-
чатающее и переговорное устройства и теле-
визионную систему с большим экраном,
обеспечивающую возможность наблюдения
отдельных ситуаций группой операторов
[25]
Тренажер Compusim, предназначенный
для начальной подготовки по применению
САРП, разработан фирмой Ferranti Compu-
ter Systems (Великобритания) и установлен
в навигационных школах в Ливерпуле и
Кардиффе Тренажер позволяет отрабаты-
вать задачи с использованием различных
типов САРП. При этом обеспечиваются
моделирование дисплеев САРП, имитация
информации, свойственной данному типу
САРП, отметок целей и движения собствен-
ных кораблей. Тренажер можно использо
вать также для подготовки по управлению
кораблем В этом случае на экране дисплея
вместо синтезированного радиолокацион
ного изображения и информации САРП ото-
бражается расположение собственного ко-
рабля относительно береговых ориентиров
и фарватеров. Движение корабля моделиру-
ется точными уравнениями динамики, что
позволяет отрабатывать плавание в узко-
стях, становиться на якорную стоянку, ис-
пользуя буксиры и швартовку тросами.
Тренажер Cornpusim утвержден Мини-
стерством транспорта как отвечающий всем
требованиям IMO к оборудованию САРП
для навигационной подготовки курсантов.
В ЭВМ тренажера имитируются работа
РЛС и обстановка до 24 целей Информацию
о целях можно вводить вручную или автома-
тически Моделируются детально особен
пости данного типа САРП, обеспечиваю-
щие все функции навигационной прокладки:
вектора скорости абсолютного и относитель-
ного движения, зоны опасного маневриро-
вания, положения маркеров форматы изо-
бражения Инструктор имеет отдельный
цифробуквеиный дисплей, с которого зада-
ются необходимые данные и типовые упраж-
нения. Могут быть также введены и исправ-
ности оборудования, ошибки датчиков (лаг,
гирокомпас), данные об изменении внеш-
них условий Тренажеры можно объединять
для обеспечения отработки взаимодействия
при маневрировании нескольких кораблей.
Специалисты навигационных школ в Кар
диффе и Ливерпуле, использующие тре-
нажер Cornpusim, сделали вывод о том, что
группы обучаемых, прошедшие на нем на-
чальную подготовку, оказываются лучше
подготовленными к работе иа КТ ходового
мостика корабля, чем те, которые предвари-
тельной подготовки не проходили [19].
Наряду с созданием новых тренажеров за
рубежные фирмы выполняют работы по мо-
дернизации существующих средств. Так,
ВМС ФРГ заключили контракт стоимостью
150 тыс. ф ст. с фирмой Solartron на про-
ведение программы модернизации тренаже-
ра, моделирующего работу РЛС, поставлен
ного фирмой в 1967 г. Тогда же была выпол
неиа его первая модернизация Современ
ная программа модернизации предусматри-
вает установку нового аналогового гене-
ратора сигналов типа 2010, замену старой
ЭВМ на современную модель 11/34 фирмы
DEC. Генератор моделирует обстановку,
включающую информацию о 15 кораблях
Тренажер предназначен для подготовки
старших офицеров, выполняющих свои фун-
кции в условиях сложной навигационной
обстановки [26].
ТРЕНАЖЕРЫ ГАС (ТГАС)
Береговые гидроакустические тренажеры
созданы на основе типовой структурной
схемы Центра подводных систем ВМС США
(рис. 4) [27]. Пульт управления ГАС или
его макет подключается через блоки сопря-
жения к мини-(.микро) ЭВМ, в которых
моделируются внешняя тактическая об-
становка, условия распространения звука
в воде и процессы функционирования ГАС
Реализация этой схемы в конкретных образ-
цах различных фирм совершенствуется
по мере развития вычислительных средств,
техники отображения информации, техноло-
гии программирования и элементной базы.
Фирмой Ferranti Computer Systems (Ве-
ликобритания) разработан ряд ТГАС Так,
для подготовки операторов ГАС типа 2016
ВМС Великобритании закупили цифровой
тренажер, предназначенный для учебного
корабля Vernon в Портсмуте. Тренажер ГАС
содержит стандартные пульты ГАС 2016,
имитационную нпаратуру и два пульта ин-
структора. Имитация осуществляется с по-
мощью двух ЭВМ Argus 700 и одиннадцати
микропроцессоров Имитируются условия
обнаружения, сопровождения целей и вы
дача целеуказания оружию. Учитываются
гидроакустические характеристики среды,
влияющие на дальность действия ГАС Важ
ной особенностью тренажера является его
транспортабельность. Он размещен в двух
трейлерах, связанных между собой кабе-
лями, что позволяет проводить тренировки
гидроакустиков в маневренных базах [28|.
Эта же фирма заключила контракт стои-
Пульт
Блок управления гидроло-
индикатором катара
Рис 4 Типовая структурная схема гидро-
акустического тренажера ВМС США с двумя
ЭВМ DDP-5I6:
/ — ЭВМ с ЗУ емкостью 32 К слов по 16 бит;
2 — ЭВМ моделирования океана, 3 — ЗУ регене-
рации; 4 — устройство сопряжения, 5 — устрой-
ство обработки запросов, 6 — процессор и гене-
ратор растровых изображений; 7 — процессор
и генератор графических изображений 8 —
видеопроцессор 9 — ЭЛТ; 10 — схемы управ
ления
2*
35
мостью 1,9 млн. ф ст. на поставку ВМС
Бразилии ТГАС. Тренажер позволяет одно-
временно обучать до десяти операторов ра-
боте на различных гидролокаторах, приме-
няемых на флоте. Гибкое конструктивное
построение тренажера подходит для исполь-
зования в морских учебных заведениях,
где обучаемые должны изучать принципы
распространения звука в воде и влияние
океанических условии на обнаружение це-
лей с помощью гидролокаторов разных ти-
пов Тренажер 1 АС создан на основе рас-
пределенной микропроцессорной системы.
Предусмотрена возможность erb модерни-
зации с учетом появления новых типов гид
ролокаторов [23].
В 1986 г. для учебных кораблей Driad
и Dolfme фирма Ferranti поставила ТГАС,
позволяющий проводить анализ и классифи-
кацию гидроакустических сигналов Трена-
жер используется для подготовки операто-
ров трактов классификации целей при рабо
те. ГАС в пассивном режиме, входящих
в состав ГАК НК и ПЛ. На тренажере
может тренироваться полный расчет ГАС.
Имеется библиотека записей шумов ста раз-
личных кораблей. Инструктор может запро-
граммировать упражнение или ввести цели
вручную Одновременно можно смоделиро
вать ситуации, в которых участвуют до
шести целей, создающих шумы как в широ-
кой, так и узкой полосе частот четыре
образца различного оружия (торпеды, раке-
тоторпеды и др ) и две ложные акусти-
ческие пели Тренажер базируется на ис-
пользовании пяти ИВМ Argus 700GZ До
полнительные микроЭВМ с пакетами обу-
чающих программ можно использовать не-
зависимо или одновременно с основной ап
паратурой тренажера. Они предназначены
для начальной подготовки операторов. При
проведении разбора тренировки инструктор
может воспроизвести на дисплее любой ее
момент [21]
Этой же фирмой для обеспечения началь-
ной подготовки гидроакустиков создан
ТГАС SAINT (Sonar Analis Initial Trainer),
с помощью которого можно отрабатывать
задачи обнаружения и классификации це-
лей ио их шумам. Излучаемые кораблями
(в процессе маневрирования) сигналы за
писываются на магнитные диски и воспроиз-
водятся в течение тренировки на макете
пульта управления ГАС |11]
Но заказу ВЧС США фирмой AAI раз-
работан тренажер для обучения личного
состава ГАС типа AN/SQS-56. В состав
тренажера входят центральная моделирую
щая ЭВМ, пульт управления шесть мест
для обучаемых, и обеспечивается имитация
сложных боевых ситуаций, моделируются
шумовые и эхосигналы от НК. ПЛ торпед,
ЗЬ
звуки, издаваемые китами, дельфинами, ры
бами, креветками [7]. Эта же фирма вслед
за тренажером (шифр 21В64А 1980 г.) для
ГАК AN/BQQ-5A [9] разработала по кон
тракту на сумму 10.8 млн. дол тренажер
TSOT (Trident Sonar Operational Trainer),
который будет ноставлел ВМС США в 1988 г.
[Н].
Фирмами 1:1.SAG (Италия) и Raytheon
(США) изготовлен ТГАС MAST (Multi Ap-
plication Sonar Trainer) для подготовки гид-
роакустиков в тренировочном центре Торон
то ВМС Италии В нем моделируется рабо
та 20 типов ГАС DE 1160 (включая DE-1160,
DF. 1I60LF DE 1164, DE-1167) фирмы Rayt
heon, которые находятся на вооружении
ВМС Италии, а также имитируются гидро-
акустические условия окружающей среды
в море. Тренажеры построены на микро-
процессорах, в которых запрограммированы
упражнения для операторской подготовки
и обслуживания ГАС, а также системы ра-
диогидроакустических буев [21]
Для ремонтной подготовки снециалистов-
гидроакусгиков созданы тренажеры типов
14(13, 1-1F17, 14Е18, в которых имитирует
ся до 100 видов неисправностей |29[.
В тренажере начальной подготовки по об-
наружению и классификации целей IDCN
(Initial Detection and Classification Trai-
ner) фирмы THORN EMI Sinitec (Велико
британия) применен матитофон типа SE
7000Р, па котором записаны гидроакусти-
ческие сигналы. Имеется второй Mai цитофон
для снятия копий с эталонной ленты, кото-
рые затем используются в береговых или
корабельных тренажерах. Новые тренажеры
фирмы могут поставляться в одной тран-
спортабельной кабине, не требуя никакого
внешнего обеспечения кроме электрони
тания [21 ].
ТРЕНАЖЕРЫ СРЕДСТВ РЭБ (ТРЭБ)
Для подготовки специалистов РЭБ созда-
ется специальная учебная техника, а также
используются моделирующие и испытатель
ные стенды исследовательского назначения
Фирма АА1 в 1983 г. [30] начала поставку
ТРЭБ NEWTS (Naval Electronic Warfare
Training System) (шифр 10HI) для обуче-
ния операторов средств РЭБ, применяемых
на самолетах, ПК и ПЛ ВМС США, в школе
РЭБ в г. Пенсакола (США) Тренажеры
обеспечивают индивидуальную подготовку
операторов с учетом их психофизиологи
ческих особенностей [30].
Школа РЭБ ВМС Великобритании разме
щаемая на учебном корабле Driad, полу-
чила в 1984 г. тактический имитатор сиг
налов TASS (Tactical Signal Similator)
Он спроектирован и изготовлен фирмой
Canadion Limited (Канада) по заказу Уп-
равления корабельного вооружения и экс-
портируется в Великобританию Имитатор
TASS можно использовать для любой си-
стемы радиоэлектронной разведки (назем-
ной, морской воздушной), обеспечивая опе-
раторов средств РЭБ динамичной радио-
технической информацией об излучениях
радиолокаторов, которая близка к реальной.
Высокий уровень подобия обстановки до-
стигается за счет того, что в имитаторах
воспроизводятся характеристики сигналов
всех типов радиолокаторов, как простых,
так и сложных, с учетом мощности сигнала
РЛС, установленной на самолете, ракете или
корабле. Модульная концепция системы по-
зволяет имитировать одновременно более
300 излучающих целей. Каждая излучаю-
щая цель программируется отдельно и мо-
жет быть закреплена за движущимся
носителем. Полоса частот имитатора от 1 до
18 ГГц в пяти поддиапазонах с учетом рас-
ширения в миллиметровом и более низко
частотном поддиапазонах.
Имитатор имеет высокочастотные выходы
для подключения к приемникам систем или
для излучения в свободное пространство
с помощью мощных усилителей и антенн.
В зависимости от требований потребителя
выходы могут быть высокочастотными,
видео или цифровыми. Имеется также пор-
тативный вариант имитатора, моделирую-
щего восемь излучающих целей. Прибор
размещается в корпусе размерами 36Х 18Х
Х18дм массой 24 кг [21].
На выставке Морской Лиги в США
в 1985 г. фирма Ford Aerospace and Com
munications показала имитатор TREWS
(Training Range Electronic Warfare Simla-
tor), предназначенный для анализа проекти-
рования, разработки, а также подготовки
операторов средств РЭБ Морского центра
вооружения NWC (Naval Weapons Center)
Имитатор TREWS позволяет расширить за-
дачи подготовки специалистов ВМС в об-
ласти применения средств РЭБ. В состав
оборудования предназначенного для этой
цели, входят шумовой генератор помех
NJS-11, имитатор радиотехнических излуче-
ний, корабельная система определения мес-
тоположения, система связи и управления,
индикаторные устройства средств РЭБ,
полуавтоматические имитаторы объектов
нападения SATS [1]
Устройство для моделирования средства
РЭБ Е\\ SG (Electronic Warfare Scenaric
Generator) фирмы Software Sciences позво-
ляет имитировать работу электронных си-
стем и обучать операторов методам их бое
вого использования Внешняя радиоэлек-
тронная обстановка, задаваемая в трех-
мерной системе координат и включающая
информацию об источниках излучений, фор-
мируется в ЭВМ типа PDP-11 и VAX фирмы
DEC. Варианты обстановки можно записать
иа диск и проиграть полностью или частич-
но для работы с различными сочетаниями
приемных устройств; ЭВМ подключается
к аппаратуре через стандартные интер-
фейсы. Устройство EWSG применяется при
конструировании, испытаниях и оценке си-
стем РЭБ [31].
Фирма Sperry (США) получила заказ от
ВМС Великобритании на сумму 9 млн. дол
на проектирование и изготовление трех тре-
нажеров РЭБ для ВМС стран НАТО Они
должны использоваться в основном на НК
ВМС стран НАТО для обучения экипажей.
В ТРЭБ имитируются сигналы РЛС про-
тивника и средства подавления РЛС и си-
стем связи. На тренажере могут работать
два оператора, используя запрограммиро-
ванные в ЭВМ сценарии развития ситуаций.
Тренажеры могут транспортироваться само-
летом типа С-130 и С-141 Поставка ТРЭБ
начата фирмой в 1984 г. [7]
В ВМС Великобритании для обучения
различных специалистов разработана си-
стема на основе вычислительных устройств
под названием СВТ (Computer Based Trai-
ning). Она предназначена для представле-
ния учебного материала при проведении
единичных занятий или целых курсов об-
учения с использованием текстов, графиков,
видеоизображений и звукового сопровож-
дения. В основу разработки была положена
система TICCIT, установленная и используе-
мая в колледже Вашингтона (Northern
Virginia Community College).
Первые подобные системы PLATO и
TICCIT были изготовлены сначала на основе
аппаратуры больших вычислительных си-
стем. В новых моделях в основном использу-
ется аппаратура IBM PC на микропроцес-
сорах. Система MICRO TICCIT на микро-
процессорной основе обладает широко раз-
витыми возможностями и служит стандар-
том для оценки других систем. Программное
обеспечение включает 1 млн. команд, трудо-
емкость его изготовления составляет 500
человеко-лет. Система управления осущест-
вляет контроль за успеваемостью обучае-
мых, вырабатывает команды по изменению
плана их подготовки и содержанию курса
подготовки.
Для приближения имитируемой обстанов-
ки к реальной можно осуществлять связь
реальных пультов управления с системой
СВТ Эти пульты могут быть съемными,
как это сделано в тренажере PAPIER
(США), VOLCAN/PHALANX и в трена-
жере для системы МК92 в ВМС США, по
строенных на базе системы TICCIT. Исполь-
37
зование системы СВТ позволяет сократить
время обучения примерно на 30 % [32].
КОРАБЕЛЬНЫЕ ИМИТАТОРЫ
По утверждению зарубежной печати со-
временная имитационная аппаратура, уста-
навпинаемая на борту ПЛ и НК ВМС за-
рубежных стран, позволяет проводить тре-
нировочный процесс на достаточно высоком
уровне Так, имитатор РЛС фирмы Norden
(США) обеспечивает как проверку системы
в базе, так и подготовку операторов в море.
В имитаторе моделируются сигналы от-
меток целей, преднамеренных помех, опоз-
навания, береговых ориентиров и отраже-
ний от морской поверхности. Имитатор про-
граммируется для любой из 15 типовых мор-
ских двух или трехкоординатных РЛС [33].
Для тренировки операторов РЛС в условиях
радиоэлектронного противодействия ВМС
Швеции принят на вооружение корабель-
ный имитатор Rutger фирмы Brisson. jOh
имитирует одновременно 16 целей, причем
одна цель может быть постоянной помехой.
Имитация шумовой или тональной загради-
тельной или прицельной по частоте помехи
производится в одной полосе частот с одной
мощностью Имитируется пассивная помеха,
происходящая от облаков дипольных отра-
жателей, положение, величина, скорость
движения которых может меняться. Данный
имитатор состоит из дисплея, печатающего
устройства, мини-ЭВМ типа Alpha LS-2,
которая вычисляет все траектории движе-
ния целей, уровень мощности сигналов.
В памяти ЭВМ имитатора хранятся све-
дения о характеристиках направленности
антенны РЛС, генератора сигналов [29].
Созданный фирмой Ferranti в 1980 г. ими-
татор PART-TASK встроенный в РЛС, про-
должает поступать для оснащения кораблей
ВМС Великобритании. Имитатор имеет ши-
рокие имитационные возможности форми-
руя сигналы, отраженные от земли и мор-
ской поверхности (в зависимости от силы и
направления ветра) с учетом влияния метео-
условий, а также сигналы средств РЭБ.
При этом можно изменять частоту, длитель-
ность импульса, мощность, полосу приема
и передачи РЛС, вводить строб дальности
при сопровождении цели, осуществлять от-
стройку помех средств РЭБ. Имитатор со-
стоит из процессора сигналов дисплея,
генератора и ЭВМ, может встраиваться
как в поисковую РЛС, так и в систему
оружия [29]
Фирма Raytheon (США) изготовила се-
рию имитаторов DS 1200 для установки на
НК и ИЛ. На всех атомных ПЛ с баллисти-
ческими ракетами установлен имитатор
DS 1210, известный под шифром военной
38
поставки AN/BQR-T4, позволяющий вос-
производить реальную обстановку состоя-
ния моря и обеспечивающий тренировку
операторов в процессе нормального функ-
ционирования ГАС. Он легко адаптируется
к ГАС любого типа. Сигналы целей и дан-
ные об условиях распространения звука
в океане имитируются независимо от скла-
дывающейся тактической обстановки. Ха-
рактеристики целей и среды хранятся в ЗУ
ЭВМ, которая управляет работой схемы
генерации целей и имитатора среды. С по-
следнего поступают данные о шумах моря
собственных помехах работе ГАС, ревербе-
рации, характеристики распространения
сигналов по поверхностным, донным и вод-
ным лучам. При этом синтезированный
сигнал можно вводить в тракт основных
типов ГАС по приведенной схеме (рис. 5)
[9|
Управление морских систем ВМС США
предполагает установить на борту ряда ко-
раблей аппаратуру AN/SQQ 89 (V) для
подготовки операторов ГАС и противолодоч-
ных расчетов. В ее состав входят гене-
раторы акустических сигналов, аналоговые
и цифровые интерфейсы для связи с систе-
мой противолодочного оружия и корабель-
ной тренировочной системой. Аппаратура
обеспечит подготовку одиночных операто-
ров, боевых расчетов ГАС и всей системы
ПЛО. С ее помощью можно вести подготов-
ку по основным элементам систем ПЛО,
содержащих ГАС AN/SQS-53 B(V) AN
SQR 19 (V). AN/SQQ-D28 (V) [11]
Имитатор AS 1077 фирмы Thorn-EMI, на
холящийся на вооружении ВМС Великобри-
тании, установлен на корабле в посту гидро-
акустики. Имитируются эхосигналы от ПЛ,
которые затем вводятся в приемный тракт
ГАС При обучении операторов возможно
моделирование торпедной атаки с. вертолета
на погруженную ПЛ или атаки ее с НК на
небольших дальностях с использованием
бомбометов Мк-10 или торпед Мк-46. Кроме
того, можно моделировать пуск неуправляе
мой торпеды Мк-8 или телеуправляемой
торпеды Мк-24 с ПЛ цели Возможна запись
процесса атаки [8].
В новых гидролокаторах норвежской фир-
мы S1MRAD типа SS 240, SS 304 при-
менен разработанный в 1979 г. имитатор
XS-252, который обеспечивает формирова-
ние импульсов с характеристиками обыч-
ных эхосигналов и позволяет руководителю
подготовки управлять процессом обучения
[26]
Западногерманская фирма КАЕ поставля
ет для комплектов ГАС военного назначе
ния средства подютовки операторов на бор-
ту корабля В интегрированной ГАС SCIJ-83
предусмотрен встроенный имитатор STU
Рис. 5. Схемы ввода в типовые ГАС ВМС НАТО синтезированных сигналов имитатора (а) и пульта
управления (б):
а: 1 — цилиндрическая антенна; 2 — блок формирования характеристики направленности.
3 — процессор; 4 — индикатор; 5 — схема ввода; 6 — коническая антенна, 7 — линейная
антенна; 8 — имитатор сигналов; 9 — пульт управления;
б: / — процессор; 2 — блок памяти; 3 — блок управления синтезатором; 4 — блок памяти
программ; блоки имитации: 5 — тональных помеховых сигналов механизмов; 6 — шумов кавита-
ции; 7 — шумов обтекания; 8 шумовых помеховых сигналов механизмов; 9 — сумматор
так же как и в системе ISUS [26]. В состав
радиоэлектронного вооружения ПЛ ВМС
ФРГ проекта 206 входит имитатор гидро
локатора, позволяющий тренировать опера-
торов [34].
Новым направлением в корабельной ра-
диоэлектронной технике является создание
тренировочной системы, объединяющей все
РЭС корабля и системы управления ору-
жием с целью проведения одновременных
учений по всем задачам боевой подготовки
По планам ВМС США все корабли, пред-
полагаемые к постройке до 1990 г., будут
иметь собственные тренировочные системы
(Combat Training System). На выставке
1985 г в Вашингтоне была представлена
тренировочная система фирмы Litton
(США), которая используется на четырех
кораблях проекта DDG-993 Система CSTS
(Combat Simulation Test System) известна
под шифром AN/SSQ-91. Она позволяет
операторам всех корабельных систем рабо-
тать в обычных условиях на стоянке в базе
или в море
Элементы системы CSTS моделируют дан-
ные для основных датчиков систем управ
ления оружием и опознавания, РЛС обна-
ружения общекорабельных систем и систем
Link-4A, Link-11 Имеется связь с боевой ин
формационной управляющей системой
(БИУС) NTDS
Во время тренировок операторы находят
ся иа своих боевых постах, а система
обеспечивает моделирование реальной об-
становки. При этом схемы систем управ
ления оружием, датчики и пульты управ-
ления станциями работают в штатном режи-
ме без изменения состава корабельного
оборудования и программного обеспечения
В системе моделируются общие надводная,
подводная и воздушная обстановка. Пуль-
ты управления объединены в сеть, в которой
имеется общая база данных для представ-
ления информации о целях и сигналах уп-
равления. Узлы сети преобразуют данные
в сигналы, которые через интерфейсы по-
ступают в оборудование CSTS для генера-
ции более реальной обстановки на пультах
обучаемых с учетом временных и параметри-
ческих требований аппаратуры
Подробные сценарии учений записывают
ся на диски ЭВМ. Каждый сценарий вклю-
чает возможности имитации до 999 траекто-
рий. Реально в системе одновременно мо-
жет отображаться 64.
Систему планируется установить допол-
нительно на четырех кораблих проекта
DDG-993. В настоящем виде ее можно уста
новить на кораблях проекта CGN 38 (атом-
ный крейсер с управляемым ракетным ору-
жием (УРО) типа Virginia), LHA 1 (уни
версальный десантный корабль типа Тага-
39
va), DD 963 (эсминец типа Spruence), а так-
же с модификациями — на кораблях CG-26
(крейсер УРО типа Balk Нар), CG.XJ-36
(атомный крейсер УРО типа California) и
атомном крейсере УРО Long Rich.
По мнению специалистов ВМС США, бор-
товые системы боевой подготовки должны
создаваться по модульному принципу на ос-
нове сети микропроцессоров, объединенных
волоконно-оптическими линиями связи. Сто-
имость системы около 2,4 млн. дол [1].
Аналогичные принципы построения кора-
бельных имитационных систем опубликова-
ны фирмой Solartron. Основой новой кон-
цепции является применение распределен-
ной вычислительной сети и гибких адаптив-
ных архитектур, способных к модификации.
В оборудование, разрабатываемое фир-
мой, входит вычислительная сеть, со-
стоящая из узлов на основе одноплатных
32-разрядных микроЭВМ VAX фирмы DEC
(рис. 6). Эти ЭВМ моделируют весь процесс
и осуществляют прямой доступ к блокам
памяти системы. Предполагается примене-
ние более 10 таких узлов. Каждый из них,
в свою очередь, может быть связан с рядом
терминалов со встроенными 16-разрядными
микроЭВМ типа Motorola 68000, выполняю-
щих функции обработки информации как
для всей системы своего узла, так и для
Посты обучаемых
Дисплей
Рис. 6. Пример построения морского нави1*ацион-
ного тренажера фирма Solartron на основе
распределенной микропроцессорной сети
/ — интеллектуальный узел нави! анионных
средств; 2. 6 бток связи интеллектуальные
узлы: 3, 7 — РЛС. 4 — управления кораблем
5 синтезированных средств. 8 — синтезирован
ных схем управления корабпем 9 управления
связью. 10 — Miioiоплатная микроЭВМ VAX;
// — контроллер большого Экрана; 12 — ннди-
видгатьный графический дисплей. 13 систем-
ный диск. 14 одноплатная микроЭВМ VAX
Рис. 7. Аппаратная часть вычислительной сети
тренажера фирмы Solartron формирующая изоб-
ражение на индикаторах РЛС:
/ — генератор целей, 2 — генератор изображе
ния Земли 3 — основной интерфейс; 4
контроллер диска; 5 интеллектуальный узел
управления (процессор 68000), 6 — модуль
экранирования видимости РЛС; 7 — модуль
диаграммы направленности РЛС; 8 — видео-
генератор; 9 — модуль управления вращением
антенны; 10 генератор помех
конкретного оператора самой станции (тер-
минала) Такой подход, объединенный с ис-
пользованием скоростных общих магистра-
лей (шин), позволяет в 200 раз увеличить
скорость обработки информации. Основная
цель работы — создать компактный ими-
татор окружающей среды и боевой обста-
новки, размещаемый в кубе с ребром 60 см,
который можно встроить в БИУС. Особен-
ности структурных схем реализации этой
новой концепции при внедрении в береговых
тренажерах представлены на рис. 6, 7. [36].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основными тенденциями развития бере-
говой учебной техники для подготовки опе-
раторов РЭС ВМС зарубежных стран явля
ются: создание универсальных имитаторов и
тренажеров; сокращение объемов использо-
вания в тренажерах реальной аппаратуры
РЭС, создание простых тренажеров для на
чальной подготовки; применение вычисли-
тельных и лазерных средств и устройств
отображения информации, внедрение цвет-
ных графических дисплеев, телевизионных
мониторов и др.
Новой тенденцией в корабельных сред-
ствах подготовки является создание систем,
40
охватывающих тренировкой на боевых пос-
тах весь экипаж корабля в соответствии
с основными задачами боевой подготовки.
Аппаратура этих систем строится но модуль
пому принципу на основе встроенных в РЭС
имитаторов микропроцессорных сетей, объ-
единенных волоконно-оптическими линиями
связи.
На разработку и изготовление имитато-
ров и тренажеров выделяются значитель-
ные финансовые средства, достигающие
10 % от общей суммы затрат на заказы
РЭС ВМФ (или НИОКР ВМС). Заказы но
учебной технике выполняют десятки круп-
ных фирм разных стран. Создаются ими-
таторы и тренажеры для РЛС, ГАС, средств
РЭБ. навигационные и комплексные трена-
жеры, охватывающие все основные типы
РЭС.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Rhea J.— NATO’S SIXTEEN NATIONS,
1985, July, N 3.
2. Хабер PH В мире науки, 1986, № 9.
3. Missile/Ordnance Letter 1983, .N 691,
p. 6.
4. Navy International, 1984, April, p.
254____255
5. Interavia. Air Letter, 1984, N 10426, p. 5.
6. Фрид M. А., Невзоров В. M — Судо-
строение за рубежом, 1984, № 12.
7. International Defense Rewiew, 1979,
V. 12, N 6 p 1048; 1983, v. 16, N 4, p 481
8. Defence, 1983, v. XIV, N 5, p. 289.
9. Sea Technology, 1980, v. 21, N 10, p. 39;
1983, v 24, N 3. p. 20, 21, 23.
10 Marine Rundshau, 1983, N 10, S 476;
1985, N 3, S 21
11. Defense Industry Report, 1982, v. 12,
N 2, p. 32 33; 1984, v 14, N 21, p. 469
1985, v 15, N 11. p. 266, 1985, v. 15, N 14
p. 329
12. Aerospace Dai'ly, 1983, v. 123, N 31, p.
247; 1986, v. 139, N 58, p. 464.
13. INTODOC Aerospace and iMilitarv Equ-
ipment. 1980, N 194, p 9
14. Ruenzel N. D.— USN1P, 1986, v. 112, N 2.
15. Maier R— Wehrtechnik, 1984, v. 16, N 9.
16. Галлахер P. T.— Электроника. 1985,
№ 18, c. 7.
17. Cogman J. C.-- In: Proc, of the Summer
Computer Simulation Conf, Boston,
Mass, 1984, July 23—25.
18. Coldwell T.— Lloyd’s Ship Manager.
1984. December.
19. Safety at Sea, 1985, N 131, p. 41- 42;
1985, N 195, p. 4.
20 Hill D J.— High-Spead Surface Craft.
1982, May.
21. Maritime Defence, 1983, v. 8, N 5, p. 212;
1983, v. 8, N 10, p. 451; 1984 v 9, N 11,
p. 423; 1985, v. 10, N 2. p. 70; 1985. v. N 9,
p. 381—382.
22. MER, 1984, September, p. 16 —18; 1986,
November, p 50.
23. Marine Engineering/Log, 1984. v. 39,
N 9, p. 92; 1986, N 9, p. 361.
24. Hansa-Schiffahrt-Schiffbau-Hafen, 1986,
J 123, N 18/19 S 1558.
25. Проспект фирмы SOGITEC/STERIA.
26. Naval Forces, 1984, v. 5, N 2, p. 97;
1985, v. 6, N 3, p. 64—65; 1985. v. 6, N 5,
p. 144.
27 Лем И К Кражек А К., Клируо-
тере У. А.— Электроника, 1973, т. 46,
N 10.
28. Navy Internayional, 1983, v. 88, N 9,
p. 572—573.
29. Janes Weapon System, 1982—1983,
p 852—884.
30. IREE World EW Systems. С3 I HAND-
BOOK. 9-th Edition, 1983 1984, p. 142
(EW Communications, Inc.), Palo ALTO,
OSA
31. Interavia. Air Letter, 1984, N 10426, p. 5.
32. Graham J. H., Amiee R. D.— Navy Inter-
national, 1985, v. 90, N 1, N 3.
33 Defense Electronics, 1985, v 17. N 5,
126.
34. Buttner G.— Wehrtechnic, 1984, N 6.
35. Janes Defence Weekly, 1984, v. 2, N 33,
p. 1081
36. Scott J. D. S.— In: Proc, of the Sum-
mer Computer Simulation Conf, Boston,
Mass., 1984, July 23—25.
41
УДК 621.373.826
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЛАЗЕРЫ С НАКАЧКОЙ ЛАЗЕРНЫМИ ДИОДАМИ
Дьякова Ю Г., Куратев И И., Мирошниченко Т. А.
ВВЕДЕНИЕ
Наиболее актуальными задачами в облас-
ти лазерной техники являются повышение
КПД, снижение габаритов и массы, увеличе
ние срока службы твердотельных лазеров.
Возможности улучшения характеристик
твердотельных лазеров с традиционной лам-
повой накачкой в значительной мере исчер-
паны, и принципиальная возможность со-
здания твердотельных лазеров на качест
венно новом уровне обусловлена заменой
ламп на полупроводниковые источники
накачки.
За рубежом экспериментальные иссле-
дования по созданию твердотельных лазеров
с диодной накачкой проводятся с начала
70-х годов, но только в настоящее время в
связи с большими успехами в разработке
и промышленном выпуске высокомощных
лазерных диодов и лазерных диодных реше
ток на GaAlAs появились широкие возмож-
ности для создания компактных высокомощ-
ных и высокоэффективных твердотельных
лазеров с КНД>10 % и большим сроком
службы |1].
ЛАЗЕРНЫЕ ДИОДНЫЕ
ИСТОЧНИКИ НАКАЧКИ
В качестве источников накачки твердо-
тельных лазеров могут использоваться все
известные полупроводниковые излучатели
лазерные суперлюминесцентные и спонтан-
ные светоизлучающие диоды. По совокуп
ности характеристик наиболее перспектив-
ными среди них являются источники на ос-
нове лазерных диодов.
В отличие от ламп лазерные диоды имеют
узкую спектральную полосу излучения, по-
зволяющую обеспечить практически идеаль-
ное согласование их спектра излучения с по-
лосами поглощения активного элемента
В сочетании с высоким КПД лазерных дио
дов это позволяет в 5. 10 раз повысить КПД
твердотельных лазеров в широком диапазо-
не значений мощности (энергии) накачки
Для непрерывных АИГ: Nd-лазеров накачка
лазерным диодом по сравнению с лампо
вой позволяет более чем в 10 раз повысить
полный КПД и срок службы [2]. В таблице
представлены характеристики таких лазеров
с разными типами источников накачки.
Миниатюрность, существенно меньшая
расходимость излучения лазерных диодов по
сравнению с лампами, возможность созда-
ния диодных решеток с плоской излучаю-
щей поверхностью требуемой площади и вы-
сокой плотностью упаковки обусловили ра-
дикальное упрощение конструкции твердо-
тельных лазеров и значительное уменьшение
их массы и габаритов.
Таблица
Характеристики непрерывных АИГ- Nd-лазеров
с различными источниками накачки
Параметр Тип источника накачки
Дуговая лампа с инертным газом Вольф- рамован лампа Лазерный диод
Потребляемая мощность источни- ка накачки, кВт 2 0,5 0,001
Выходная мош кость источника накачки*, Вт 100 5 0,2
Мощность лазер ного изучения на моде ТЕМи0, Вт 8 0,2 0,06
Полный КПД, % 0,4 0.04 6
Срок службы ис- точника накачки,ч 400 100 5000
* Излучаемая в спектральном диапазоне, соответствую
щем полосам поглощения ионов Nd.
Учитывая достигнутую долговечность ла-
зерных диодов, можно заключить, что даль
нейший прогресс в области создания мощ-
ных лазерных диодов и решеток на их
основе обеспечит срок службы твердотель-
ных лазеров с накачкой лазерными диода-
ми, более чем на порядок превышающий
срок службы твердотельных лазеров с лам-
повой накачкой как в импульсном, так и не
прерывном режимах.
Источники накачки на основе лазерных
диодов обладают существенно более широ-
кими функциональными возможностями уп-
равления режимом накачки по сравнению с
ламповыми. Они позволяют в широком диа
пазоне регулировать длительность и форму
импульса накачки, стабилизировать энергию
накачки, т. е. улучшить генерационные ха-
42
рактеристики и повысить универсальность
твердотельных лазеров.
Практически во всех экспериментальных
работах по созданию твердотельных лазеров
с полупроводниковой накачкой применяются
активные материалы, легированные ионами
неодима. Для накачки неодимовых лазеров
целесообразно использовать лазерные дио-
ды и диодные решетки на основе GaAlAs-
структур. По своим кристаллохимическим
свойствам AlAs и GaAs весьма близки и
образуют непрерывный ряд твердых раство-
ров Ga, xAlxAs. Положение максимума
спектральной характеристики излучения ла-
зерного диода, соответствующее одной из
полос поглощения ионов Nd, может быть
задано в процессе эпитаксиального выра-
щивания активной области структуры.
Ведущие американские корпорации Spect-
ra Diode Labs, RCA, General Electric и
Me Donnell Douglas Astronautics целена-
правленно разрабатывают на основе
GaAl As-структур мощные лазерные диодные
решетки для накачки твердотельных лазе
ров. Spectra Diode Labs уже начала про-
мышленный выпуск решеток лазерных дио-
дов с выходной мощностью 100 мВт (мо-
дель SDL-2410) и 200 мВт (модель SDL
2410-е) в непрерывном режиме на основе
квантово-размерной структуры с фазирован-
ным излучением [3, 4] В [5] сообщается о
получении мощности 1 Вт в коммерческой
модели в режиме непрерывной генерации.
На этой же структуре достигнуты выход-
ная мощность 4 Вт в непрерывном режиме
при использовании 140-элементной решетки
на экспериментальном образце [6].
В квазинепрерывном режиме (длитель-
ность импульсов 150 мкс, частота повторе
ния 50 Гц) с помощью решетки лазерных
диодов длиной 1 см получена пиковая мощ-
ность 11 Вт [7]. Двумерные лазерные
диодные решетки перспективны для попереч-
ной накачки прямоугольного активного эле-
мента из АИГ: Nd с полным внутренним
отражением, так как обеспечивают высокую
пиковую мощность излучения. Требования к
лазерным диодным решеткам, используемым
в качестве источников накачки, менее жест-
кие по сравнению с требованиями, предъяв-
ляемыми к лазерным диодам для опти-
ческой записи и волоконно-оптических сис-
тем
В связи с этим созданы GaAlAs диодные
решетки длиной 2 мм (Л=808,5 нм) с пико-
вой мощностью 8 Вт и длительностью
импульсов 1 мкс при [=300 Гц (КПД=
=33 %) Использование этих решеток для
накачки ЛИГ:КД-лазера доведет срок его
службы до более 1012 вспышек [8].
С учетом достигнутых параметров диод-
ных решеток стала реальной возможность
создания высокоэффективных твердотель-
ных лазеров с полупроводниковой накач-
кой.
АИГ Nd-ЛАЗЕРЫ С ПРОДОЛЬНОЙ
СХЕМОЙ НАКАЧКИ
Применение лазерных диодов позволяет
эффективно использовать продольную схему
накачки и создавать неодимовые микро-
лазеры с чрезвычайно малой потребляемой
электрической мощностью и большим КПД.
В этом случае излучение накачки фокуси-
руется в малый объем активного элемента,
а параметры резонатора обеспечивают эф-
фективное согласование каустики накачки
с модой резонатора Теоретический анализ
показал, что при использовании продольной
схемы накачки эффективность преобразова
ния излучения накачки в излучение лазера
на АИГ: Nd может достигать 50 % [9, 10].
В работе [8] сообщается о создании экспе
риментального образца непрерывного одно-
модового ЛИГ: Nd-лазера с полным КПД
8%.
На рис. 1 представлена схема экспери-
ментального образца. Накачка осуществля-
лась одной лазерной диодной решеткой на
GaAlAs с выходной мощностью 220 мВт на
л=810 нм и КПД «22 % (модель SDL-
2410-С фирмы Spectra Diode Labs). Излу-
чение лазерной решетки, имеющей двух
лепестковую диаграмму направленности,
направлялось с помощью фокусирующей оп-
тики в активный элемент размерами
0 5X10 мм, находящийся в плоскосфери-
ческом резонаторе. Коэффициент отражения
выходного зеркала (R=5 см) составлял
90 % на Л=1,06 мкм.
На рис. 2 показана теоретическая зависи
мость квантовой эффективности для АИГ
Nd от мощности накачки при различных диа-
метрах пятна луча накачки. С увеличением
мощности накачки и уменьшением диаметра
пятна квантовая эффективность возрастает
Рис. 1. Схема экспериментального образца АИГ
Nd-лазера (Х=1,06 мкм) с торцевой накачкой
лазерной диодной решеткой (л= 810 нм):
1 лазерная диодная решетка. 2 фокуси
рующая оптика; 3 — высокоотражающее покры-
тие на л=1,06 мкм и просветляющее покрытие
на ?.=810 нм; 4 — активный элемент из АИГ
Nd, 5 выходное зеркало; 6 — измеритель
мощности, 7 телевизионная камера VIDICON
43
Рис. 2. Зависимость квантовой эффективности
ЛИГ Nd (л= 1,06 мкм) от поглощенной мощности
накачки дли различных диаметров пятна лазер-
ной диодной накачки (Х=810 нм)
Ранее считалось что двухлепестковая
диаграмма направленности излучения ла-
зерной диодной решетки должна пренятст
вовать эффективной работе ЛИГ: Nd-лазера
на одной моде. Однако было определено,
что для размеров пятна луча накачки,
меньших размера резонаторной моды лазер-
ного излучения, в АИГ: Nd происходит
пространственное усреднение, позволяющее
получить одномодовый режим работы. Ис-
пользование четырех диодных решеток,
имеющих различную поляризацию излуче-
ния, для накачки активного элемента с обоих
торцов может обеспечить получение выход-
ной мощности 400 мВт на л=1.06 мкм при
мощности накачки 800 мВт
и может составить 95 % при rf=50 мкм и
мощности накачки I Вт
На рис. 3 приведена зависимость выход-
ной мощности АИГ Nd-лазера от электри-
ческой потребляемой мощности лазерной ди-
одной решетки для неоптимивированной
конфигурации резонатора. Максимальная
выходная мощность достигает 80 мВт при
потребляемой мощности 1 Вт и дифферен-
циальном КПД 13,3 %, что соответствует
измеренному КПД лазерного диода ~22 %
и оптической эффективности преобразова-
ния ~37 %. При оптимизации оптики ре-
зонатора и коэффициента пропускания вы-
ходного зеркала может быть достигнута
оптическая эффективность преобразования
~50 %, что соответствует полному КПД
Н %
Рис. 3. Зависимость выходной мощности излуче-
ния АИГ Nd-лазера (>.= 1,06 мкм) от потребляе-
мой мощности лазерной диодной решетки
(/.=810 нм)
МОНОЛИТНЫЕ АИГ Nd-ЛАЗЕРЫ
Сочетание диодной накачки и монолит-
ного резонатора позволяет также значитель-
но повысить стабильность частоты излуче-
ния твердотельного лазера. Создан экспе-
риментальный образец одночастотного не-
прерывного монолитного АИГ: Nd-лазера
(л=1,06 мкм), накачиваемого лазерным ди
одо.м, с высокой стабильностью частоты
излучения (частотный сдвиг <10 кГц за
период 0,3 с), который предназначен для
использования в дистанционной доплеров-
ской анемометрии [11, 12].
На рис. 4 представлена схема монолит
пого АИГ Nd-лазера с накачкой лазерным
диодом. Резонатор состоит только из актив-
ного элемента (0 2X5 м.м) с торцами,
выполняющими роль резонаторных зеркал и
имеющих радиус кривизны 19 мм. Для повы-
шения эффективности накачки использова-
лась торцевая накачка активного элемента с
помощью GаА1 As-лазерного диода с CDH
ГОС-структурой (>.=809 нм). Торец, через
который осуществлялась накачка, имел вы-
сокоотражающее покрытие на /.= 1,064 мкм.
У другого торца активного элемента покры
тие с отражением было на /=809 нм, а
коэффициент пропускания 0,3 % на л=
Рис 4 Схема экспериментального образна
монолитного АИГ: Nd-лазера (>.= 1,06 мкм) с
накачкой лазерным диодом (/. 809 нм)-
/ — лазерный диод па GaAlAs с CDH 1 ОС
структурой, 2 линза с градиентным показа-
телем преломления; 3 — эллиптический лазерный
луч накачки 4 активный элемент из AHIzNd;
5 выходное излучение на одной аксиальной
моде ТЕМ о (А- 1,06 мкм)
44
= 1,064 мкм Выходное излучение лазерного
диода фокусировалось линзой с градиент-
ным показателем преломления, обеснечи
вающей эллиптическую форму пучка на
качки с гауссовым распределением интен-
сивности излучения Радиус перетяжки мо
ды ТЕМоо в ЛИГ: Nd-лазере равен 39,4 мкм,
расчетные радиусы перетяжки для двух эл-
липтических осей луча накачки составляют
10 4 и 37,2 мкм.
Для повышения частотной стабильности
были использованы безжидкостный метод
охлаждения на основе применения тепло-
проводных материалов, температурная ста-
билизация лазерного диода и стабилизация
тока накачки. С помощью контроля рабочей
температуры лазерного диода можно согла
совать длину волны излучения накачки с
полосами поглощения излучения в ЛИГ:
Nd. Диапазон перестройки длины волны из-
лучения лазерного диода составлял 792..
812 нм при изменении температуры от —8 до
4-50 С (средний коэффициент температур-
ной перестройки 0,35 нм/°С). Лазерный
диод работал на л=809 нм при комнатной
температуре (20. .25 °C), что соответствует
максимальному поглощению (>50 %) в
АИ1 : Nd
Получена максимальная выходная мощ-
ность в АИГ- Nd-лазере ~2 мВт при накач
ке лазерным диодом с CDH-LOC-структу-
рой и оптическим ограничением. Порог
генерации для АИГ: Nd-лазера составляет
2 3 мВт при дифференциальной эффектив
ности преобразования излучения накачки в
излучение АИГ Nd-лазсра 25 % Поскольку
дифференциальный КПД лазерного диода
равен 26 %, полный дифференциальный
КПД АИГ: Nd-лазера (отношение выходной
мощности к электрической мощности накач
кн) составляет 6,5 %. При использовании
активного элемента длиной 3 мм наблю-
далось уменьшение дифференциального
КПД АИГ- Nd-лазера. Если накачка произ
водилась лазером на красителе с макси-
мальным излучением на л=590 нм, КПД
АИГ Nd-лазера не зависел от длины актив
ного элемента. Отсюда следует, что актив-
ный элемент длиной 3 мм слишком мал для
оптической накачки лазерным диодом.
Установлено, что качество луча лазер
ного диода имеет большое значение для
накачки АИГ. Nd лазера В экспериментах
помимо лазерного GaAIAs-диода с CDH
LOC-структурой и оптическим ограничением
был использован однополосковый GaAlAs-
лазер с токовым ограничением и выходной
мощностью ^40 мВт фирмы Spectra Diode
Labs. Это лазер имеет астигматический
луч, поэтому у него размер пятна после
прохождения через одну сферическую линзу
больше, чем размер пятна лазера с CDH-
LOC-структурон. Поскольку GaAIAs-лазер
с токовым ограничением генерирует на не
скольких аксиальных модах, трудно по-
лучить одномодовый режим в ЛИГ Nd-лазе-
ре, и его дифференциальный КПД снижен
до 12 %. При мощности накачки 40 мВт
выходная мощность на Z= 1,06 мкм состави-
ла 4,4 мВт при полном КПД 1,5 %
Определен теоретический предел стабиль-
ности частоты излучения для монолитного
ЛИГ Nd-лазера с накачкой лазерным дио-
дом При выходной мощности 1 мВт теоре-
тический предел ширины линии излучения
составляет менее 1 Гц.
Выходная мощность монолитного АИГ:
Nd-лазсра с накачкой лазерным диодом в
одночастотном режиме ограничивается эф-
фектом «выжигания дырок». Например, для
активного элемента длиной 5 мм генерация
на второй аксиальной моде наступает при
выходной мощности излучения 12 мВ г а
для элемента длиной 3 мм генерация на вто-
рой аксиальной моде происходит при 8 мВт
выходной мощности, что значительно огра-
ничивает выходную мощность излучения в
одночастотном режиме.
Для решения = .ой проблемы может быть
использована кольцевая схема резонатора
монолитного непрерывного ЛИГ: Nd лазе-
ра, работающего в режиме бегущей вол-
ны, которая позволяет ликвидировать эф-
фект выжигания дырок. В кольцевом мо-
нолитном резонаторе три грани имеют пол-
ное внутреннее отражение, а четвертая вы
полняет роль выходного зеркала Для по-
лучения однонаправленного режима генера
цин бегущей волны монолитный кристал-
лический резонатор помещается в постоян
ное магнитное ноле. Разработкой такого
кольцевого лазера занимаются специалисты
Gin/ton Lab Им удалось увеличить мощ
пость излучения в таком лазере с 50 до
163 мВт при накачке аргоновым лазером
[13, 14]. Частотный сдвиг составил 3 МГц
за 1 с. При использовании лазерной диод
пой накачки стабильность излучения в коль-
цевом АИГ Nd лазере можно улучшить
Создание монолитного кольцевого АИГ:
Nd-лазера с излучением на Х=1,32 мкм и
накачкой лазерным диодом позволит полу
чить компактный, эффективный, высоко
мощный и высокостабильный источник излу-
чения для волоконно-оптических систем
связи.
Модуляция коэффициента усиления в мо-
нолитном одночастотном ЛИГ Nd лазере
с диодной накачкой дает возможность зна-
чительно повысить выходную мощность но
сравнению с выходной мощностью в непре-
рывном режиме. При использовании этого
метода создан экспериментальный образец
ЛИГ- Nd-лазера с пиковой мощностью
45
60 .мВт на одной продольной моде при
ширине излучения < 8 МГц, который явля
ется идеальным источником для инжекции
«затравочного» импульса в высокомощных
АИГ: Nd-лазерах (1=1,06 мкм) с энергией
в импульсе ~1 Дж в режиме Q-модуляиии,
применяемых в нелинейной оптике и спект-
роскопии высокого разрешения (например,
КАРС) [15].
Лазерный источник состоит из трех ком-
понентов активного элемента из АИГ: Nd
(0 3X5 мм), лазерного диода с выходной
мощностью 20 мВт (модель 1400-С фирмы
Spectra Diode Labs) и линзы с градиент-
ным показателем преломления Входной то-
рец с радиусом кривизны 15 мм имеет по-
крытие с коэффициентом пропускания
>90 % на 1=180 нм и коэффициентом от
ражения 99,9 % на 1=1,064 мкм Выходной
торец плоский и имеет покрытие с коэф-
фициентом пропускания 0,4 % на к—
= 1,064 мкм. Линза с градиентным показа-
телем преломления помещалась па рас
стоянии нескольких сотен микрон от
выходной грани лазерного диода.
Входной торец активного элемента находил-
ся на расстоянии ~17 мм от выходного
торца линзы, в результате чего получалось
эллиптическое пятно накачки с осями около
30 и 90 мкм и обеспечивалось согласование
излучения накачки с основной модой в ре-
зонаторе АИГ: Nd-лазера. Стабильность
частоты излучения АИГ: Nd-лазера поддер-
живалась контролем температуры алюмини-
евого кожуха с диаметром 12 мм, в котором
был заключен активный элемент.
Для получения стабильного одночастот-
ного режима работы была использована
модуляционно-усилительная схема возбуж-
дения (рис 5) данного источника В непре-
рывном режиме одночастотный режим реа-
лизуется только вблизи порога генерации
Рис. 5. Модуляционно-усилительная схема воз-
буждения монолитного АИГ Nd-лазера (> =
= 1 06 мкм) с накачкой лазерным диодом
а — временное изменение мощности излучения
лазерного диода; б — временное изменение
выходной мощности лазера на АИГ Nd
при выходной мощности 25 мкВт. Стабиль-
ность температуры поддерживалась в преде-
лах ±0,005 °C, что обеспечивало долговре-
менную частотную стабильность ±15 МГц.
На основании выполненных расчетов по-
казано, что возможно получение пиковой
мощности 120 мВт при использовании
данного источника накачки и небольших
изменений параметров резонатора АИГ: Nd-
лазера
Экспериментальные исследования прово-
дились при частоте повторения импульсов
100 Гц, но была также продемонстрирована
работа источника и при частоте повто-
рения импульсов 1 кГц, которая лимитиро-
валась только источником питания лазерно
го диода. Предполагается возможность до-
стижения стабильного импульс .ого режима
работы при /=200 кГц без снижения пико-
вой мощности при установлении временных
интервалов между импульсами излучения
5 мкс.
В дальнейших экспериментальных иссле
дованиях, использующих метод модуляции
коэффициента усиления, пиковая мощность
излучения лазера на АИГ- Nd с накачкой
лазерными диодами была увеличена до
850 мВт на 1=1,06 мкм при ширине линии
излучения < 8 МГц, длительности импуль-
сов 80 нс и частоте повторения импуль-
сов 7 кГц В этом случае КПД лазера
составил 4 %. [16].
Для нелинейной оптики и спектроскопии
высокого разрешения требуется использова
ние одночастотных АИГ: Nd-лазеров с мо-
дуляцией добротности В связи с этим соз-
дана простая, компактная и надежная сис
тема с инжекцией «затравочного» импуль-
са на основе монолитного одночастотного
АИГ: Nd лазера с накачкой GaAlAs-лазер-
ным диодом и ячейки Фарадея с постоянным
магнитным полем. Система предназначена
для использования в качестве задающего
генератора в коммерческих высокомощных
АИГ: .Nd-лазерах с Q-модуляцией при вне
сении только небольших изменений в их
конструкцию [17]. Разработанная система
может быть использована в АИГ: Nd-лазе
рах как с устойчивым, так и неустойчивым
резонатором.
Одночастотный режим работы в АИГ: Nd-
лазерах с Q модуляцией трудно достигается
главным образом из-за высокого коэффи-
циента усиления и связанного с ним корот-
кого времени нарастания импульсов К тому
же пространственный эффект «выжигания»
дырок дополнительно ограничивает надеж-
ную работу лазера в одномодовом режиме.
Интерферометрические методы сужения ли
нии излучения, такие как внутрирезонатор-
ные эталоны, могут быть использованы,
но короткое время нарастания Q импуль-
46
сов уменьшает их эффективность. Комбина-
ция режима активной модуляции с пассив
ной может ликвидировать эффект «выжига-
ния» дырок и обеспечить надежную работу
на одной моде, но этот метод требует точ
ного контроля температуры резонатора;
возникает также проблема долговременного
дрейфа частоты излучения. Использование
АИГ: Nd-лазера с инжекцией «затравочно-
го» импульса в режиме Q-модуляции явля-
ется удобным и надежным методом для до-
стижения одномодового режима. Инжекция
«затравочного» импульса заключается во
введении излучения одночастотного задаю-
щего генератора (обычно маломощного)
в резонатор высокомощного лазера с
Q-модуляцией во время периода нарастания
импульса Инжектируемый одночастотный
сигнал и спонтанное излучение высокомощ
ного лазера с Q модуляцией будут одновре-
менно усиливаться в его резонаторе. Если
инжектируемый сигнал имеет достаточную
мощность для достижения одночастотного
режима в резонаторе лазера с (^-модуля-
цией, то соответствующая аксиальная мода
будет насыщать среду с однородным коэф
фициентом усиления и при отсутствии эф-
фекта выжигания дырок предотвратит раз-
витие любых других аксиальных мод спон-
танного излучения.
На рис. 6 схематически показана система
с инжектируемым сигналом, состоящая из
задающего монолитного АИГ Nd-генера-
тора с накачкой GaAlAs-лазерным диодом,
ячейки Фарадея и высокомощного АИГ
Nd генератора с Q-модуляцией. Задающий
генератор производит устойчивый сигнал в
одночастотном режиме на моде ТЕМ()о.
Ячейка Фарадея обеспечивает необходимую
оптическую изоляцию между задающим ге-
нератором и генератором с Q-модуляцией,
защищает задающий генератор от возмож-
ного повреждения и предотвращает в нем
дестабилизацию обратной связи.
В задающем генераторе используется мо
нолитная структура резонатора, состоящего
из активного элемента размером 0 2X5 мм,
торцы которого были полированы и имели
радиус кривизны 19 мм Для обеспечения
максимальной эффективности накачки то-
рец, с которого она осуществлялась, имел
просветляющее покрытие на л=809 нм.
Коэффициент пропускания диэлектрическо-
го покрытия выходного торца составлял до
0,5 % на Х=1.06 мкм для достижения
низкого порога генерации. Резонатор моно-
литного АИГ: Nd-лазера механически очень
стабилен, однако частота излучения этого
лазера очень чувствительна к изменению
температуры (частотный дрейф 3,1 ГГц/°С).
Долговременная стабильность температуры
(~0,01 °C) достигается помещением лазера
Усилители на АИГ: Nd
высокомощный генератор с Q- модуляцией
Рис. 6. Схема лазерной системы с инжектируемым сигналом:
/ — удвоитель частоты на кристалле KDP 2 — активный элемент из АИГ Nd, 3 — тазерный
диод; 4 линза с градиентным показателем прелом пении; 5 — коллимирующая линза, 6 — полу-
волновая пластинка; 7 — поляризатор; 8 ячейка Фарадея; 9 — зеркало с пьезоэлектрическим
транслятором; 10 — эталон И — модулятор добротности; 12 — апертура; 13 — четвертьвол-
новая пластинка; 14 — зеркало
47
на медный теплоотвод, снабженный термо-
сопротивлениями и термистором, соединен-
ным с контроллером. Накачка осуществля-
ется GaAIAs-лазерным диодом с выходной
мощностью 20 мВт (модель SDL-1400 III
фирмы Spectra Diode Labs)
Лазерный диод монтируется па медный
теплоотвод и может на1 реваться или ох-
лаждаться с помощью термоэлектрического
модуля. Линза с градиентным показателем
преломления помещается на расстоянии
0,5 мм от внешней грани лазерного диода
и фокусирует излучение накачки на >.=
=809 им в активный элемент, который рас-
полагается на расстоянии 23 мм от линзы
с градиентным показателем преломления.
Коррекция астигматизма выходного излу-
чения не была проведена, так как это
привело бы к усложнению конструкции ла-
зера и увеличению его размеров. Общая
длина задающего генератора ~40 мм, порог
генерации ~6 мВт Одномодовый режим
работы монолитного АИГ: Nd-лазера чувст
вителен к юстировке, но относительно легко
достигается при низких уровнях накачки
В непрерывном режиме при выходной мощ-
ности АИГ: Nd-лазера > 8 мкВт одномодо-
вый режим трудно поддерживать из-за эф-
фекта пространственного выжигания дырок.
Для обеспечения соответствующей мош
пости инжектируемого сигнала в одномо-
довом режиме используется схема возбуж-
дения с модуляцией коэффициента уенле
ния. Сначала режим работы на одной про-
дольной моде достигается непрерывной на-
качкой монолитного лазера при мощности
накачки немного выше порога генерации.
Затем с помощью модуляции коэффициента
усиления происходило увеличение выходной
мощности лазерного диода до 50 мВт в те
чение нескольких микросекунд, приводящее
к излучению одною или более импульсов
релаксационного колебания в АИГ Nd.
Модуляция коэффициента усиления позво-
лила получить пиковую мощность в моно-
литном АИГ Nd-лазере > 2 мВт
Использование для накачки лазерных ди
одов и оптимизация коэффициента пропус-
кания выходного зеркала обеспечивают по
лучение более высокой пиковой мощности.
Выходное излучение задающего генератора
коллимируется линзой с фокусным расстоя-
нием 10 с.м. Расчетный диаметр моды
ТЕМоо составляет 120 мкм на выходном
торце активного элемента и ~ 3 мм — на
коллимирующей линзе.
Оптическая развязка задающего генера
тора и высокомощного лазера с. Q-моду-
ляцией обеспечивается ячейкой Фарадея с
постоянным магнитным полем, состоящей из
четырех цилиндрических брусков длиной
2,03 см из стекла Ноуа FR-5, которые рас
48
положены внутри цилиндрических магнитов
толщиной 2,03 см (сплав самария с ко-
бальтом). Для усиления максимального
фарадеевского вращения цилиндры из стек-
ла располагаются вблизи максимума маг-
нитного поля. В экспериментах ячейка
Фарадея обеспечивает максимальное вра-
щение плоскости поляризации излучения на
16° при >,= 1,06 мкм.
В качестве высокомощного ЛИГ: Nd-лазе-
ра с Q модуляцией использовалась моди-
фицированная модель MY 34 фирмы Molcc.t-
гоп (('.ILIA) с устойчивым резонатором,
который должен был обеспечивать высокое
качество луча на моде ТЕМоо- Он состоял
из плоского зеркала со 100 %-ным отраже
нием и выходного зеркала с R—5 м и коэф-
фициентом отражения 30 % на >,= 1,06 мкм.
Расстояние между зеркалами 1,2 м. Для на-
качки активного элемента размером 0 6.3Х
Х75 мм были применены две линейные
лампы-вспышки Чтобы ликвидировать эф
фект пространственного выжигания дырок,
в резонатор вводились две четвертьволно-
вые пластинки, расположенные с двух сто
рон активного элемента Пьезоэлектриче-
ский транслятор, расположенный на
100 %-ном зеркале, осуществлял юстировку
длины резонатора. Апертура в резонаторе
помогала контролировать поперечную моду.
Без инжекции затравочного импульса эта-
лон ограничивал ширину линии излучения
до 0,05 см 1 Генератор высокомощного
АИГ: Nd лазера в режиме (^модуляции
обеспечивал энергию в импульсе до 15 мДж
при f=20 Гц на >,= 1,06 мкм. Затем излу
чение проходило через три каскада усиления
и поступало в удвоитель частоты на кристал-
ле KDP На >.=0,53 мкм была получена
энергия в импульсе 120 мДж
Для увеличения долговременной стабиль-
ности системы температура охлаждения во
ды контролировалась с точностью <1 °C.
Контроль температуры активного элемента
очень важен, так как ее дрейф может
вызвать изменение резонаторных частот,
выходящее за пределы диапазона пьезо-
электрического транслятора, используемого
для активной стабилизации
Инжектируемый сигнал через ячейку Фа-
радея и выходное зеркало с 30 %-ным про
пусканием поступает в резонатор высоко-
мощного лазера Ячейка Фарадея выполни
ст две функции: 1) изолирует маломощ-
ный задающий генератор от высокомощ
кого АИГ: Nd лазера с Q-модуляцпей для
предотвращения повреждения покрытий мо
нолитного лазера; 2) изолирует генератор с
О модуляцией от усилительных каскадов,
которые могут вызвать значительное усилен
ное спонтанное излучение в генераторе.
Оптическая изоляция также имеет важное
значение для получения сглаженных во вре-
мени импульсов в режиме Q-модуляции, ког-
да работают усилители.
Время нарастания импульсов в режиме
Q-модуляции существенно зависит от степе-
ни согласования длины генератора с Q-mo-
дуляцией и частоты излучения задающего
генератора. При резонансном согласовании
получены сглаженные импульсы с наимень-
шим временем нарастания. В том случае
когда частота излучения задающего генера-
тора близка к частоте резонаторной моды
генератора с Q-модуляцисй, достигается ус-
тойчивая работа системы с инжектируемым
сигналом. При температурной стабилизации
высокомощного генератора до ~ 1 "С и ис-
пользовании метода активной стабилизации
частоты, основанного на минимизации вре-
мени нарастания Q-импульсов, устойчивый
одпомодовый режим наблюдался свыше 4 ч.
Впервые в 1986 г. фирма Lightwave
Electronics (США) стала рекламировать
Систему 100 с инжекцией «затравочного»
импульса на основе маломощного АИГ:
Nd-лазера с накачкой лазерным диодом.
Система предназначена для использования
в качестве задающего генератора в АИГ:
Nd-лазерах с электрооптиче.ской модуля-
цией добротности Области применения та-
кой системы: КАРС, источники накачки
лазеров на красителях с узкой шириной
линии излучения, импульсные усилители и
голография Система позволяет в импульс-
ных АИГ: Nd-лазерах с Q-модуляцией по-
лучить генерацию на одной аксиальной
моде без уменьшения выходной мощности
излучения
Частотная стабильность Системы 100 со
ставляет >50 МГц/ч. Опа обеспечивает вое
производимость одномодовых импульсов
>99 % и может быть использована как в
старых, так и новых моделях фирм
Quanta-Rav, Quantel Int. и Molectron
|18, 19]
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЛАЗЕРЫ
НА ДРУ1 ИХ АКТИВНЫХ СРЕДАХ
Большой интерес представляют исследо-
вания по поиску наиболее эффективных
активных сред для твердотельных лазеров
с полупроводниковой накачкой.
Создан монолитный лазер на тетрафтори-
де иттрия-лития, легированном ионами нео-
дима (\LF:Nd) с продольной накачкой
однополосковым лазерным диодом (X—
=791 нм) и излучением на длинах волн
1,047 и 1,053 мкм [20, 21]. Достоинст-
вом кристаллов YLE:Nd является то, что
произведение пт (о сечение генерацион-
ного перехода, т время жизни верхнего
лазерного уровня) для YLF:Nd в 1,5 раза
больше, чем в АИГ Nd, что позволяет
получить более низкий порог генерации
К тому же длины волн излучения лазера на
YLF:Nd (л=1,047 и 1,053 мкм) соответству-
ют максимальным коэффициентам усиления
силикатных и фосфатных стекол, что позво-
ляет успешно применять кристаллы YLF:Nd
в задающих генеря горах и устройствах с
инжектируемым сигналом для высокомощ-
ных лазерных систем на стекле с Nd.
В [21] описан активный элемент \LF:Nd
размером 0 3X4 мм. Зеркала резонатора
наносились непосредственно на сферические
торцы активного элемента с радиусами кри-
визны 1,8 см. При использовании выходного
зеркала с коэффициентом пропускания
3.1 % на Х= 1,047 мкм дифференциальная
эффективность преобразования излучения
накачки в излучение лазера на YLF:Nd
составила 38 %.
Перспективы дальнейшей миниатюриза-
ции твердотельных лазеров связывают с
применением таких высококонцентрирован-
ных материалов, как пентафосфат неодима
NdPsO4 [22], тетрафосфаты неодима лития
Li.NdP4O12 [23] и калия K.NdP4O|2 [24]
борат неодима алюминия NdAh(BO3)4 [24]
и др Содержание ионов неодима в этих
соединениях в 30...40 раз выше его опти-
мальной 1 % ной концентрации в алю
моиттриевом гранате На основе высококон-
центрированных неодимовых материалов
созданы твердотельные микролазеры с
чрезвычайно низкой пороговой мощностью
накачки Например, в микролазере на
LiNdP4Oi2c продольной накачкой излучени-
ем шзерною диола реализован одно-
часто 1ПЫЙ режим работы с мощностями
выходного излучения 2 и 0,5 мВт при по
роговых мощностях излучения накачки 0,6 и
2,7 мВт на длинах волн л= 1,05 и Х=1,32 мкм
соответственно [25].
Для измерения характеристик оптических
волокон представляют интерес перестра-
иваемые твердотельные микролазеры. При
накачке лазерным диодом микролазера па
NdPr,On получен диапазон перестройки в об-
ласти 1,3 мкм порядка нескольких наномет
ров [26]. Он может быть расширен при ис-
пользовании в качестве активной среды
стекла, легированного ионами неодима. Ди
одная накачка микролазера на стекле с
Nd обеспечила непрерывную генерацию при
комнатной температуре с дифференциалы
ной эффективностью преобразования излу-
чения накачки в лазерное излучение 11 %
[27].
Высокомощные решетки лазерных диодов
дают возможность осуществить гене-
рацию на твердотельных активных средах,
легированных другими редкоземельными
ионами (отличными от Nd) Впервые полу-
49
чена генерация на ионе Но’+ (переход
Ь -> %) при накачке решеткой лазерных
диодов с мощностью излучения 100 мВт
[28]. Использовался активный элемент
АИГ: 60 % Ег, 3 % Ти, 2 % Но длиной 10 мм.
На плоский торец активного элемента на
носилось покрытие с высоким отражением
иа л=2,1 мкм и высоким пропусканием на
л=0,785 мкм, а на сферический — покрытие
с коэффициентом отражения 99,5 % иа
Л=2,0...2,1 мкм. Активный элемент охлаж-
дался до Т=77 К, температура решетки
лазерных диодов выбиралась так, чтобы
длина волны максимума спектра излучения
накачки составляла 0,7855 мкм Получена
максимальная выходная мощность ~ 6 мВт
на л- 2 1 мкм при мощности излучения на-
качки <35 мВт. Пороговая мощность на
качки составила 4 мВт, дифференциальная
эффективность преобразования 19 %.
Рис. 7. Зависимость мощности излучения
YLF: Nd-лазера с внутрирезонаторным удвоением
частоты (>.=523,6 нм) от мощности накачки
лазерного излучения (Л=791 нм) •
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЛАЗЕРЫ
С ИЗЛУЧЕНИЕМ
В ВИДИМОМ ДИАПАЗОНЕ
Использование высокомощных решеток
лазерных диодов в продольной схеме на-
качки позволяет достичь в твердотель-
ной активной среде высоких коэффициентов
усиления (~15%). что дает возможность
помещать внутрь резонатора дополнитель-
ные узлы (затвор, нелинейный преобразо-
ватель и т. д.) для получения режимов
модулированной добротности, виутрирезо-
наторной генерации второй гармоники
(ВРГВГ), синхронизации мод
В режиме модулированной добротности
лазер на АИГ: Nd с диодной накачкой
может генерировать импульсы с энергией
—40 мкДж и пиковой мощностью ~1 кВт
[29]
Осуществление режима ВРГВГ в лазерах
с диодной накачкой позволяет создать
уникальные миниатюрные источники коге
рентного излучения в зеленой области
спектра.
На рис 7 представлены результаты по
внутрирезонаториому удвоению частоты
в одномодовом YLF:Nd-.na3epe [21, 30]
Схема экспериментального образца изобра
жена на рис 8. В качестве нелинейного
элемента был применен кристалл LiNbCh:
MgO размерами 8X3X3 мм. Получена .мак-
симальная выходная мощность 0,145 мВт
при мощности накачки 30,1 мВт и пороге
генерации -—7 мВт
Режим ВРГВГ успешно осуществлен в
микролазере на АИГ- Nd с диодной накач-
кой при использовании нелинейного элемен-
та КТ1ОРО4 [31] Создан эксперименталь
ный образец АИГ: Nd-лазера с излучением
Рис. 8. Схема экспериментального образца YLF:
Nd-лазера с внутрирезонаторным удвоением ча-
стоты (л=523,6 нм) и накачкой лазерным
диодом (л=791 нм):
1 — лазерный диод, 2 — объектив микроскопа;
Л — активный элемент из YLF:Nd; 4 — удвоитель
частоты на кристалле LiNbOuMgO; 5 — высоко-
отражающее выходное зеркало с радиусом кри-
визны 2,5 см, 6 — выходной луч с излучением
на >.=523,6 нм; 7 — термостет
на Х=0,53 мкм при накачке коммерческой
лазерной диодной решеткой с мощностью
излучения 200 мВт, который обеспечивает
выходную мощность >10 мВт в непрерыв-
ном режиме при полном КПД 1 % [32|.
При оптимизации резонатора удалось по-
лучить выходную мощность иа >.=0,53 мкм
свыше 20 мВт [29]
В перспективе появляется возможность
достижения выходной мощности несколько
сотен милливатт в АИГ: Nd-лазере (>.=
—0,53 мкм) с полным КПД ~1 % и сроком
службы 10 тыс. ч [2].
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ВОЛОКОННЫЕ
ЛАЗЕРЫ
Большой интерес представляет создание
волоконных лазеров с диодной накачкой.
Такие лазеры обладают рядом достоинств:
1. Вследствие высокой интенсивности на-
качки в малой сердцевине (^8 мкм)
одномодового кварцевого волокна, легиро-
50
ванного редкоземельными ионами, могут
быть достигнуты чрезвычайно низкие пороги
генерации 100 мкВт) и высокие коэффи-
циенты усиления.
2. Малый диаметр волокон дает возмож
ность эффективно решать тепловые пробле-
мы. присущие объемным лазерам, при вы-
сокой иитенсивности накачки.
3. Низкий порог генерации позволяет в
случае применения волоконных активных
сред осуществить генерацию на нетради-
ционных редкоземельных и переходных ио-
нах и на переходах с низкими сечениями
Создан экспериментальный образец высо-
коэффективного волоконного одномодового
лазера (1=1,088 мкм) на кварцевом стекле
с Nd3+ и непрерывной накачкой GaAlAs-
лазерным диодом [33]. В непрерывном ре-
жиме получена выходная мощность >1 мВт
при дифференциальной эффективности пре-
образования 33 % и пороговой мощности
накачки 2,6 мВт. Схема эксперименталь-
ного образца представлена на рис. 9. В экс-
периментах использовалось кварцевое во
локно длиной 3,2 м, диаметром сердечника
3,5 и числовой апертурой 0,21. Коэффициент
поглощения в волокне на длине волны на-
качки 820 нм достигал 97 %. Потери излу-
чения иа 1—1,088 мкм были незначитель-
ны (10 дБ/км). Коэффициент пропускания
входного зеркала 85 % иа 1=820 им, коэф-
фициент отражения 99,8 % на 1=1,088 мкм.
Определено, что для получения максималь
иой выходной мощности оптимальный коэф-
фициент пропускания выходного зеркала
должен быть равен ~65 %. Источником
накачки был одномодовый лазерный диод
на GaAlAs (модель HLP 1400 фирмы
Hitachi) Излучение лазерного диода с
помощью микрообъектива фокусировалось в
волокно с эффективностью ~25 %. Вы-
ходная мощность измерялась lnGaAs-де-
флектором Для получения режима Q-.моду
ляции использовался акустоонтический де
тектор. Порог генерации составил 3,7 мВт.
Длительность импульсов составила 300 им
при мощности иакачки 5,6 мВт и коэффици-
енте пропускания выходного зеркала 12 %
на 1=1,088 мкм. Частота их повторения
12 2 3 2 £6 2 7
Рис. 9. Схема экспериментального образца воло-
конного лазера на кварцевом стекле с Nd
(1 1,088 мкм) и накачкой лазерным диодом
на GaAlAs (1=820 нм)
I — лазерный диод; 2 — объектив микроскопа,
3 — входное зеркало; 4 — кварцевое волокно
с Nd 5 — акустоонтический дефлектор, 6 — вы
ходное зеркало; 7 — детектор
изменялась от одной вспышки до 4 кГц
без изменения пиковой мощности или дли-
тельности. При мощности накачки 5 мВт
наблюдалась фоновая непрерывная гене-
рация лазерного излучения, что ограничи-
вало пиковую мощность. Применение меха-
нического затвора позволило полностью ис-
ключить данную генерацию. В этом случае
при использовании выходного зеркала с
коэффициентом пропускания 65 % на 1=
= 1,088 мкм получены импульсы с пиковой
мощностью >300 мВт при длительности
500 нс и частоте повторения 400 Гц.
В многомодовом волоконном лазере
(1=1,088 мкм) в режиме Q-модуляции до-
стигнута пиковая мощность 10 Вт. Было
также показано, что одномодовый лазер
на кварцевом стекле с NdjT может обеспе-
чить перестройку длины волны излучения в
спектральном диапазоне >80 нм [33].
Перестройка длины волны излучения
(-“80 нм) в области 1=1,55 мкм была осу-
ществлена на эрбиевом волоконном лазере
[34].
Волоконные лазеры найдут широкое при-
менение в оптических системах связи, а так-
же будут использованы в качестве разно-
образных волоконных датчиков в метроло-
гии и т. д. [35].
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЛАЗЕРЫ
С ВЫСОКОЙ СРЕДНЕЙ
МОЩНОСТЬЮ
Возможности применения решеток лазер-
ных диодов в качестве источников накачки
не ограничиваются маломощными твердо-
тельными лазерами с продольной накачкой
Проводятся интенсивные исследования по
созданию диодных решеток для поперечной
накачки твердотельных лазеров с высокой
средней мощностью Селективный источник
иакачки на основе решеток лазерных диодов
в перспективе может обеспечить интенсив-
ность накачки ~1 Дж/см2мс, что прибли-
жается к интенсивности, необходимой для
эффективной импульсной накачки крупно-
масштабной лазерной среды (несколько
джоулей с квадратного сантиметра излу-
чающей поверхности) [36].
Для накачки высокоэнергетических твер-
дотельных лазеров требуется большое коли-
чество лазерных диодов Например, для
получения импульсной энергии излучения
1 Дж в АИГ: Nd-лазере необходимы бо
лее 50 тыс. лазерных диодов с эффектив-
ностью преобразования 50 % [37].
Несмотря на то, что стоимость лазерных
диодов незначительна по сравнению с лам-
пами-вспышками, использование их для на-
качки высокомощных твердотельных лазе-
51
ров может значительно повысить стоимость
источника накачки. По оценкам специа-
листов, исходивших из планируемой цены
лазерных диодов (25 дол/Вт), которая на
несколько порядков ниже рыночной цены,
создание твердотельного лазера с импульс-
ной энергией 10 Дж и частотой повто-
рения импульсов 100 Гц при средней мощ-
ности 1 кВт потребует затрат в миллионы
долларов только на разработку лазерного
диодного источника накачки В то же время
история развития полупроводниковой про
мышлеиности позволяет надеяться на то,
что рыночные цены на лазерные диоды
будут снижаться быстрее, чем планируемые.
Специалисты Lincoln Lab. получили двух
размерную решетку без механической сбор-
ки при использовании методов литографии
и повторного выращивания [1]. В такой
решетке при плотности упаковки лазерных
диодов 104/см2 выходная плотность мощ-
ности может достигать 2 кВт/см2. При
комнатной температуре КПД такой решетки
—30 %, а при низких температурах —50 %.
При использовании таких решеток для на-
качки активных элементов прямоугольной
формы с полным внутренним отражением
полный КПД твердотельных лазеров в перс-
пективе может быть более 15 % [38].
КОММЕРЧЕСКИЕ АИГ: Nd-ЛАЗЕРЫ
С ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ
И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ РАЗВИТИЯ
В 1985 г. разработка твердотельных ла-
зеров с диодной накачкой вступила в ста
дию промышленного производства. Впервые
стал выпускаться коммерческий непрерыв-
ный АИГ Nd-лазер с лазерной диодной
накачкой (модель DH 1000 фирмы Morgan
Hill Electro-Optics). Лазер обеспечивает вы-
ходную мощность от 0,5 до 1,1 Вт при
потребляемой мощности 340 Вт Масса лазе-
ра без источника питания 0,6 кг. В лазере
применяется метод охлаждения на основе
использования свойств теплопроводности.
Лазер герметизирован; он может быть мо-
дифицирован для получения выходной мощ-
ности > 5 Вт [39, 40].
Фирмы Morgan Hill Electro Optics, A-В
Lasers, Spectra-Physics, Lightwave Electro-
nics, Laser Diode Products (CHIA), Photon
Control (Великобритания) и ADLAS GmbH
(ФРГ) осуществляют выпуск АИГ Nd-ла-
зеров с диодной накачкой [41] В 1986 г
три модели этих лазеров (Microyag-1 фир-
мы Photon Control, DPY 101 фирмы ADLAS,
система 100 фирмы Lightwave Electronics)
признаны одними из десяти лучших изде-
лий квантовой электроники и оптоэлектро-
ники, представленных на конкурс журнала
Lasers & Applications. Всего на конкурс
были представлены сотни изделий [42].
Модель Microyag-1 обеспечивает высокую
яркость излучения на >.= 1,06 и 1,32 мкм в
непрерывном режиме и режиме модуляции
коэффициента усиления, а также экстре-
мально узкую линию излучения (<200 кГц)
На >.= 1,3 мкм выходная мощность состав-
ляет несколько милливатт. Эта модель пред-
назначена для применения в спектроскопии
высокого разрешения и в качестве задаю-
щего генератора с инжектируемым сигна-
лом для ЛИГ: Nd-усилителей с высоким
коэффициентом усиления. Она может быть
также использована в лазерных дальноме-
рах [42].
Модель DPY 101 С имеет очень компакт-
ный излучатель длиной 16 см (рис 10).
Размеры источника питания 107Х Ю7Х
Х200 мм Модель разработана западно-
германской фирмой ADLAS GmbH & Со KG
(в США эта модель рекламируется фирмой
A-В Lasers). Она предназначена для ис-
пользования в голографии, метрологии,
микрообработке материалов, микрохирур-
гии, а также в лазерных системах на ЛИГ:
Nd с инжектируемым сигналом. В непрерыв-
ном режиме выходная мощность составляет
40 мВт на >.= 1,06 мкм. 20 мВт на >.=
= 1,32 мкм и 5 мВт на >.=0,53 мкм [43,
44]. Это первая коммерческая модель с
излучением в видимом диапазоне. Ее харак-
теризуют высокая надежность, большой
срок службы и хорошее качество пучка
Фирма планирует выпускать модели ЛИГ:
Nd-лазеров с диодной накачкой и с более
высокой выходной мощностью.
Система 100 с инжекцией «затравочного»
импульса и частотной стабильностью
>50 МГц/ч предназначена для использо-
вания в одномодовых АИГ: Nd-лазерах с
электрооптической модуляцией добротности
для получения одночастотного режима ра-
Рис. 10. Коммерческая модель DPY 101 фирмы
ADLAS GmbH & Со
52
боты без снижения выходной мощности
[45[.
Система может применяться в КАРС-
и рамановской спектроскопии, голографии, а
также для накачки узкополосных лазеров
на красителях. Ее использование в модели
581-30 фирмы Quantel hit. (США) обеспе-
чивает получение в одночастотном режиме
энергии в импульсе 0,7 Дж на /,= 1,06 мкм
и 0,25 Дж на Л=0,53 .мкм при частоте
повторения импульсов 30 Гц, длительности
10. 11 нс. Профиль луча имеет гауссову
форму [46].
Фирма Laser Diode Products осуществля-
ет выпуск АИГ: Nd-лазера с диодной на-
качкой, работающего в непрерывном или
импульсном режиме (модель LDP 200)
[47]. Выходная мощность 200 мВт на л=
= 1,06 мкм. Лазер герметичен, портативен
и может работать от лабораторного источ-
ника питания или батареи. Размеры излуча-
теля 76X64X38 мм, масса 454 г.
Фирма Photon Control также выпускает
серию И -YAG одномодовых АИГ: Nd-лазе-
ров с диодной накачкой и излучением на
Х=1,06 и 1,3 мкм, предназначенных для
исследований в волоконной оптике. В одно-
частотном режиме лазеры позволяют дости
гать ультраузкой ширины линии излу-
чения <500 кГц как в импульсном, так и в
непрерывном режиме Выходная мощность
2 мВт на Х=1,06 мкм и 1 мВт на л=1,3 мкм
при диаметре пучка 0,75 и 0,7 мм соответст-
венно и расходимости 4 мрад. В одночастот-
ном непрерывном режиме максимальная вы-
ходная мощность 100 мкВт [48]
Фирма Spectra-Physics представила но-
вый непрерывный АИГ: Nd лазер с диодной
накачкой (модель 7900), имеющий размеры
карандаша. Излучение накачки передается
по волокну. Выходная мощность составляет
35 или 70 мВт на >.= 1,06 мкм в зависи
мости от того, один или два источника
накачки используются Размеры излучателя
так малы, что он может быть иеиосред
ственно вмонтирован в оптическую головку
для осуществления оптической записи,
скрайбирования и подгонки резисторов
[49]
Максимальная выходная мощность на
>.= 1,06 мкм в АИГ: Nd-лазсре с накачкой
лазерными диодами достигает 3 Вт
в непрерывном режиме (модель 4DP 1000)
[59]
В экспериментальном образце АИГ: Nd-
лазера с поперечной накачкой специалистам.
Me Donnell Douglas Astronautics (США)
удалось получить мощность излучения
1,8 Вт при полном КПД 2,7 %. Для накачки
использовались полоски из GaAlAs-лазер
ных диодов. Каждый полосок содержал
36 GaAlAs-лазерных диодов (/.=0,81 мкм)
и обеспечивал выходную мощность 5 Вт в
многомодовом непрерывном режиме Макси
мальная мощность накачки 15 Вт [50].
Создание фазированных высокомощных
GaAlAs-лазерных решеток с мощностью из
лучения >200 мВт позволит еще больше
повысить КПД и мощность излучения ла
зеров иа АИГ: Nd В 1986 г. фирма Laser
Diode Products (США) разработала ком-
мерческую модель фазированных лазерных
диодных решеток с выходной мощностью
0.5 Вт в непрерывном режиме Мощность
источников накачки планировалось повы-
сить в 4—5 раз [41 ].
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
В настоящее время коммерческие модели
АИГ: Nd-лазеров с диодной накачкой пред-
назначаются для использования в метроло
гии, голографии, .микрообработке, микрохи
рургии, цитометрии, дерматологии, спектро
скопии высокого разрешения, репрогра
фии, судебной экспертизе, генной инженерии
[42, 51].
Представители фирм Morgan Hill Electro-
Optics и Photon Control Ltd заявили о
перспективности применения своих моделей
для воеиной техники, в частности для даль-
нометрии. Ведутся работы по созданию мо
дулей на основе твердотельных лазеров с
диодной накачкой для космических систем
связи; сделан экспериментальный образец
модуля для волоконно-оптических систем
связи, ведутся также разработки таких ла-
зеров для лидарных и локационных систем.
Для дистанционных измерений скорости
ветра, облачности и аэрозолей в атмосфере
разработана экспериментальная локацион
ная высокомощная лазерная система с вы
сокой стабильностью излучения, в которой в
качестве задающего генератора использо
ван одночастотный АИГ Nd-лазер (л—
= 106 мкм) с диодной накачкой фирмы
Lightwave Electronic Corp. [52]. Система
обеспечивает энергию в импульсе 500 мДж
при длительности импульсов 10 .30 нс
Частотный сдвиг составил < 3 кГц за
период <10 мс и <40 кГц — за период
>3 с. За 3 с лазерный луч и отраженный
сигнал от мишени проходят расстояние
4 5 105 км На этом расстоянии ошибка час
тоты 40 кГц должна привести к ошибке в
определении скорости ветра 2 см/с.
Спектральный диапазон от 700 до
1000 нм представляет большой интерес для
исследования верхних слоев атмосферы
В нем проводятся измерения паров аэрозо
лей, массы облаков, давления и темпера
туры в верхних и нижних слоях тропосферы
В связи с этим для НАСА разрабаты
53
вается бортовая космическая лидарная
система на основе перестраиваемого твер-
дотельного лазера на AI2O3.T1 с излучением
на длинах воли 720, 760 и 940 нм и накачкой
излучением второй гармоники АИГ: Nd ла-
зера (Z=0,53 мкм), накачиваемого лазер-
ными диодами. Использование лазерной
диодной накачки в такой системе позволит
значительно увеличить КПД и срок службы
системы. Ее полный КПД составит 1 2 %
при сроке службы 1. 2 года [53].
Проводятся исследования по применению
АИГ: Nd-лазеров с диодной накачкой для
оптической связи в открытом космосе.
Специалисты Me Donnell Douglas Astro-
nautics (США) сообщили о создании экспе-
риментального образца АИГ: Nd-лазера с
накачкой лазерными диодными решетками.
Образец предназначен для использования в
лазерных линиях связи со скоростью пере
дачи информации 2 Мбит/с [54]. При мощ-
ности накачки 4,5 Вт АИГ: Nd лазер обес-
печивает среднюю пиковую мощность 55 Вт
и среднюю мощность 180 мВт (КПД>3 %).
Стабильность амплитуды излучения соста-
вила 10...12 %. Теоретические вычисления
показали возможность получения более вы
соких КПД и стабильности излучения В на
стоящее время специалисты разрабатывают
такую же систему с улучшенными харак-
теристиками.
Фирмой Aerospace Corp., работающей
иад системой космической связи Lasercom
получен новый тип лазерного передающего
модуля с раздельными блоками генерации и
усиления В этом модуле в качестве задаю-
щего генератора использован GalriAsP
лазер с модуляцией излучения при выходной
мощности от 15 до 50 мВт, а также два
лазерных усилителя на АИГ- Nd (л=
= 1,06 мкм) с накачкой лазерными диодны-
ми решетками. Лазерные усилители на АИГ:
Nd обеспечивают выходную мощность пере
дающего модуля от 0,5 до 1 Вт. Экспери-
ментальный образец передающего модуля
потребляет в 6... 10 раз меньше мощности,
чем лазерные модули монолитной структу-
ры. Другим преимуществом разработанного
лазерного передатчика является возмож
ность получения требуемого уровня выход-
ной мощности за счет модульного принципа
построения усилителей, что очень важно для
различных применений в космических сис
темах связи Специалисты Aerospace Corp
планируют разработать экспериментальный
образец миниатюрного передающего модуля
на основе АИГ: Nd-лазера с объемом до
5 см3 [55]
В 1990 г. специалисты NTT Public. Corp,
предполагают увеличить выходную мощ-
ность лазеров на АИГ. Nd с диодной
накачкой для космических систем связи до
54
2 Вт при длительности импульсов 100 пс и
частоте их повторения порядка гигагерц
156].
Для волоконно-оптической системы связи
специалистами NTT Public. Cor. (Япония)
создан передающий модуль с высокой ско
ростью передачи информации 2 Гбит/с
на основе твердотельного одиочастотного
микролазера на LiNdP40i2 (Х= 1,32 мкм) с
накачкой лазерными диодами и волновод
ного 1д\ЬОз-модулятора Планируется уве-
личить быстродействие модуля до 5 ГГц
[57|.
Специалисты Национальной лаборатории
им Лоуренса в Ливерморе отмечают также
перспективность применения высокомощных
лазерных диодных решеток для накачки
импульсных твердотельных лазеров с высо
кой средней мощностью, используемых в
системах термоядерного синтеза [53].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
За последние 2—3 года за рубежом значи
тельно увеличилась активность многих ком-
мерческих фирм, правительственных лабо-
раторий и университетов в области разра
ботки твердотельных лазеров с накачкой
лазерными диодами, связанная с промыт
ленным выпуском рядом фирм высокомощ-
ных лазерных диодов и лазерных диодных
решеток с выходной мощностью от 100 до
1000 мВт. В настоящее время на промыт
лепных образцах АИГ: Nd-лазеров получе-
ны выходные мощности от 2 мВт до
З Вг. В экспериментальном образце АИ1
Nd-лазера накачка лазерными диодами
обеспечивает получение полного КПД 8 %
при наработке на отказ 5 тыс. ч, что сущест-
венно превышает КПД (0,1 1 %) и нара
ботку (несколько сотен часов) непрерыв
них АИГ: Nd-лазеров с ламповой накачкой
Создание твердотельных лазеров с диод-
ной иакачкой является одним из перспек-
тивных направлений лазерной техники, так
как в перспективе может обеспечить получе
ние компактных высокоэффективных и высо-
костабильных источников излучения в види-
мой и ИК-области спектра с КПД от 10 до
15 % и сроком службы 10 тыс. ч для цело-
го ряда военных и гражданских приме-
нений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Holmes L.— Laser Focus / Electro-
Optics, 1985, v. 21 N 6.
2 Baer M.— Laser Focus/Electro-Optics,
1986, v. 22, N 6.
3. Lasers and Appl , 1985, v. 4, N 9, p. 146.
4 Lasers and Appl, 1985, v. 4 N 7, p. 41
5 Laser Focus/Alectro-Eptics, 1987, v 23,
N 9, p. 76.
6. Rice R.— In: Conference on Lasers and
Electrooptics, San Francisco, 1986,
9—13/V1.
7. Harnagel G L., Cross P , Scifres D.
In Conference on Lasers and Electro-
optics, San Francisco, 1986, 9—13/VI
8. Ettenberg M.— In: Proc, of the NASA
Conf., Stanford, Oct. 1984.
9. Sipes D — In: Conference on Lasers
and Electrooptics, Baltimore, 1985, 21 —
24/V
10. Sipes D.— Applied Phvsics letters, 1985,
v 47 XI 2.
11. Zhou В, Kane T., Dixon G.— Optics
letters, 1985, v. 10, N 2.
12. Lasers and Appl., 1985, v. 4, N 5, p. 50, 52.
13. Laser Focus/Elcctro-Optics, 1984, v. 20,
N 6, p. 22—28.
14. Kane T., Byer R. Optics letters, 1985,
v 10, N 2.
15. Owyung A , Hadley G , Esherick P
Optics letters, 1985, v 10, N 10.
16. Laser Focus/Electro-Optics, 1986, v. 22,
N 1, p. 30, 32.
17. Scmitt R„ Rahn L.— Applied Optics,
1986, v. 25, N 5.
18. Lasers and AppL, 1986, v. 5, N 6, p. 115.
19. Lasers and Appl., 1986, v. 5, N 6, p. 65.
20. Fan T„ Byer L.— J. Opt. Soc. Amer.,
1985, v. 2A, N 13
21 Fan T„ Dixon G , Byer L. Optics letters,
1986, v. 11, N 4.
22. Hunter H.— Proc. Soc. Photo-Opt. lust-
rum. Eng., 1979, N 164.
23. Kubodera K., Otsuka K.— IEEE J. Quan-
tum Electronics, 1979, v 15, N 9
24. Chinn S., Hong H.— Optics communica-
tions, 1975, v. 15, N 3
25. Kubodera K., Otsuka K.— Applied
Optics, 1979, v 18, N 23.
26. Telle H. R. Applied Physics. 1984, v.
35B, N 4
27. Kozlovsky W., Fan T In Conference
on Lasers and Electrooptocs, San Fran-
cisco, 1986, 9— 13/VI
28. Allen R., Esterowitz L., Goldberg L.—
In' Conference on Lasers and Electro-
optics, San Francisco, 1986, 9—13/VL
29. Baer T.— In: Conference on Lasers and
Electrooptics, San Francisco, 1986, 9
13/VL
30. Fan T. In: Conference on Lasers and
Electrooptics, San Francisco, 1986, 9—
13/VI
31. Baer T., Keirstead M.— In: Conference on
Lasers and Electrooptics, Baltimore,
1985, 21—24/V.
32. Laser Focus/Electro-Optics, 1986, v. 22,
N 1, p. 102—104
33. Janncey I., Lin J., Reeckie L. — Electro-
nics Letters, 1986, v. 22, N 4.
34. Mears R., Rukie L., Bode S Electronics
Letters, 1986, v. 22, N 3.
35. Keck B. In: Conference on Lasers
and Electrooptics, San Francisco, 1986,
9 — 13/VL
36. Эммет Дж. Л., Крупке Ф. Ф Трен-
холм Дж Б Квантовая электроника,
1983 т 10, № 1.
37. Sipes D.— In: Conference on Laser
and Electrooptics, San Francisco, 1986,
9 13/VL
38. Byer R— The Rev. Laser Eng, 1985,
v. 13, N 3.
39. Laser Focus/Electro-Optics, 1985, v. 21,
N 5, p. 191.
40. Photonics Spectra, 1985, v. 19, N 5, p 146,
148
41. Holmes L.— Laser Focus/Electro Optics,
1987, v. 21, N 1, p. 38 48.
42. Lasers and Appl., 1986, v. 5, N 12, p. 71 —
72.
43. Proc Phvs. Soc. Jap 1986, v. 41, N 10,
p A-11.
44. Physics bulletin, 1987, v. 38, N 1, p. 30.
45. Lasers and Appl.. 1986, v. 5, N 5, p. 65.
46. Laser Focus/Electro-Optics, 1986, v. 22,
N 6, p 168
47. Photonics Spectra, 1986, v. 20, N 6, p. 172.
48. Optics and Laser Technology, 1986, v. 18,
XI 5, p 238.
49. Laser Focus/Electro Optics, 1987, v. 23,
N 1, p. 94
50 Laser Focus/Electro-Optics, 1987, v. 23,
N 1, p. 6.
51 Lasers and Appl , 1986, v. 5, N 12, p. 97.
52. Kane J., Scebak D.— In: Conference on
Lasers and Electrooptics, San-Francisco,
1986, 9—13/VL
53. Holms L. - Laser Focus/Electro-Optics,
1985, v. 21, N 6.
54. Mayer R., Levy J. In: Conference on
Lasers and Electrooptics, Baltimore
55. Electro-Optics System Design, 1982,
v. 14, N 10, p. 12.
56. Katzman K. SP1E, 1981, v. 295.
57. Kubodera K., Noda J Applied Optics,
1982, v. 21, N 9.
58 Laser Focus/Flectro-Optics, 1988, v 24,
P 8
55
УДК 621 382 3:621.317 799
СВЧ-ЗОНДИРОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ НА ПЛАСТИНЕ
К. т. н. Бу гаец Е. С., Колесов А В., к т. н Орлов О Е., к. т. н Панасенко П. В
1 ВВЕДЕНИЕ
За последнее время произошел значи-
тельный сдвиг в развитии арсенид-галлие-
вой технологии, позволивший начать серий-
ный выпуск на ее основе интегральных
схем сверхвысоких частот (ИС СВЧ) раз-
личного функционального назначения. Ис-
следовательские работы в этой области и
требования производства ИС СВЧ как иа
арсениде галлия, так и на кремнии приве-
ли к необходимости СВЧ-измерений схем
непосредственно на пластине по следующим
причинам:
а) многие ИС СВЧ не могут быть про-
верены по постоянному току или на низких
частотах ввиду своего специального назна-
чения (генераторы, узкополосные усилители
СВЧ и т. д.);
б) проверка ИС СВЧ только по стати-
ческим параметрам далеко не всегда гаран-
тирует их характеристики в диапазоне СВЧ;
в) СВЧ-зоидирование ИС непосредствен-
но на пластине дает разработчикам схем
информацию, которую невозможно получить
при традиционных способах измерений,
заключающихся в тестировании ИС СВЧ,
установленных в специальных кристалле
держателях, так как трудно выявить впия-
ние паразитных элементов монтажа;
г) СВЧ-зондирование ИС на пластине
целесообразно и из экономических сообра-
жений, поскольку отбраковка ИС после
корпусирования обходится слишком дорого;
д) наконец, такой способ дает важною
информацию о технологическом процессе,
так как СВЧ-параметры ИС теперь при-
вязаны к местоположению ИС иа пластине.
Прогресс в области СВЧ-зондирования на
пластине долгое время сдерживался малы-
ми размерами тестируемых элементов,
необходимостью контактирования с обрат-
ной стороной некоторых типов схем по
земляной металлизации и паразитными па-
раметрами применяемых контактирующих
устройств. Можно выделить три основные
задачи, которые нужно было решить для
реализации СВЧ зондирования ИС иа плас
тине. Это разработка СВЧ-зондов, обеспе-
чивающих подачу и съем СВЧ-сигналов;
решение всех метрологических аспектов и
создание установки, позволяющей управ-
лять процессом зондирования, измеритель-
56
ным оборудованием и обрабатывать полу-
ченные результаты.
2 . СВЧ-ЗОНДЫ
Назначение СВЧ-зондов заключается в
подведении согласованного СВЧ-тракта
непосредственно на контактные площадки
тестируемой ИС. Первые попытки решения
этой задачи основывались на использо-
вании в качестве зондов коаксиальных ка-
белей малого диаметра или конструкций,
основанных иа коаксиальном расположении
центрального и земляного проводника из-
мерительной системы. Такие устройства не
обладают достаточной широкополосностью
и универсальностью применения, сложны в
изготовлении и эксплуатации. Предложен-
ная в [1] зондовая головка сделана на
основе микрополосковых линий, нанесенных
на сапфировой подложке. Микрополосковые
линии (МПЛ) подводились на край
отверстия, расположенного посередине под-
ложки, а на их концах закреплялись
контактные иглы из бериллиевой бронзы с
индуктивностью около 0,7 нГн. Земляные
зонды получались за счет соединения кон-
ца какой-либо микрополосковой линии с эк-
ранирующей металлизацией на обратной
стороне подложки. Толщина сапфировой
подложки зондовой головки должна быть
небольшой, чтобы ширина сигнальных поло-
сок МПЛ позволила им сблизиться на краю
отверстия без взаимодействия. Следует от-
метить, что сигнальные полоски МПЛ
не изменяются по ширине от края от
верстия до места подключения к микро
полосковому коаксиальному переходу Глав
ным недостатком такой конструкции яв 1яст
ся наличие индуктивности в земляных кон-
тактах, которая не может быть скоррек
тирована при проведении СВЧ измерений
Уменьшение паразитной индуктивности кон-
тактов зонда до 0,4 нГи [3] позволило
осуществлять СВЧ-зондирование крисгал
лов на пластине до частот порядка 4 ГГц
В диапазоне свыше 4 ГГц измерения от-
личаются низкой воспроизводимостью ре-
зультатов за счет изменяющихся по сл
чайному закону отражений сигнала от
проволочных концов зондовой головки.
Следующим шагом в создании СВЧ зон-
дирующих устройств стало применение в
качестве СВЧ-тракта от измерительных
приборов до контактны . площадок кристал-
лов 50-омной микрополосковой линии со сту-
пенчато изменяющейся шириной централь-
ного проводника от 250 до 27 мкм на рас-
стоянии около 5 мм от конца зонда. Соот-
ветственно изменялась и толщина подложки
с целью сохранения постоянства волнового
сопротивления [2]. В этой конструкции в
качестве контактов использовались золотые
шарики диаметром порядка 25 мкм. Выбрав
соответствующий угол наклона подложки с
МПЛ. ее сигнальные и земляные контак-
ты можно было привести в прямой
контакт с площадками на кристалле при
обычном расстоянии между ними, равном
100 мкм. Такой зонд имел хорошую
воспроизводимость результатов измерений.
В [2] не указывается широкополосность
такой конструкции зонда, не оговаривают-
ся его недостатки: ступенчато изменяется
толщина подложки до величины 27 мкм;
прочность такой зондовой головки невысока.
Принципиально новым подходом к проек-
тированию СВЧ-зондов было решение ис-
пользовать копланарный волновод. Впервые
эта СВЧ-передающая планарная линия
была описана в [4], где показано, что
одновременное плавное изменение ширины
сигнальной полоски и ее расстояния до
земляных полос с сохранением их отноше-
ния а/b обеспечивает постоянство волнового
сопротивления по всей длине СВЧ-тракта.
На этом принципе построены новейшие
СВЧ-зонды, описанные в работах [2, 3,
5—8], изготавливаемые американской фир-
мой Cascade Microtech
Эти зонды на основе различных модифи-
каций копланарного волновода позволяют
легко перейти от стандартных размеров
коаксиального измерительного тракта до
размеров контактных площадок кристаллов
ИС на пластине с сохранением постоянства
волнового сопротивления тракта и его СВЧ-
характеристик в диапазоне до 26 ГГц.
Фирмой Cascade Microtech к настоящему
моменту разработано несколько вариантов
конструктивного оформления зондов [8], в
которые входят одно и двухсигиальные
зонды, зонды с одним земляным контак-
том, зонды с двумя земляными контак-
тами и зонды щелевого типа для зонди-
рования полевых транзисторов со специ
альным затвором. Конструкции двух типов
СВЧ-зоидов представлены на рис 1 и 2
Зонды изображены в положении при про
ведении измерений проходных характерис-
тик. Подложка, из которой сделаны СВЧ-
зонды, представляет собой алюмооксидную
керамику толщиной 0.25 мм. Такой материал
подложки является наиболее подходящей
средой для согласования со стандартным
Рис. 1. Копланарные СВЧ зонды с одним земля-
ным контактом — вид сверху (а), сбоку (б),
снизу (в):
1 — левый СВЧ зонд; 2 - правый СВЧ зонд;
3 — проходные площадки на пластине, 4
пластина; 5 — контакты зондов
коаксиальным трактом (З.Зх 1,5 мм) и сжа-
тия размеров копланарного волновода до
100—250 мкм с сохраиением волнового
сопротивления 50 Ом. СВЧ-зоиды соединя-
ются с коаксиальным трактом с помощью
специально разработанных переходов типа
SMA. имеющих коэффициент отражения
0,02—0,03. Контакты на концах зондов
представляют собой золотые шарики [2] или
выполнены из твердого металла [7], осаж-
6 в)
Рис. 2 Копланарные СВЧ-зонды с одним земля-
ным контактом и экранирующим заземлением
вид сбоку (а), снизу (б) и разрез зонда в месте
расположения переходных отверстий (в)
/ - левый зонд; 2 — правый зонд; 3 — экраны
рующее заземление. 4 — пластина; 5 - контакты
зондов. 6 — проходные металлизированные
отверстия, 7 — сигнальный прововник копланар-
ного волновода
57
денного электрохимическим способом на уп-
ругую подкладку на подложке, обеспе-
чивающую вертикальное перемещение кон
тактов относительно друг друга в неболь
ших пределах с целью одновременного
контактирования всех необходимых линий
копланарного волновода с площадками
тестируемой ИС.
Зондовые головки устанавливаются на
усовершенствованных позиционерах, отли
чающихся повышеииой жесткостью и проч
ностью конструкции по сравнению с
традиционными устройствами позициониро-
вания игольчатых зондов для измерения
статических параметров. Это делается для
обеспечения точной установки зондов СВЧ в
нужное место на пластине и надежности
контактирования. При использовании обыч-
ных позиционеров точная установка и осо
бенио надежное контактирование СВЧ-зон-
дов с контактными площадками ИС на
пластине трудноосуществимы из-за наличия
довольно значительных крутящих моментов,
создаваемых коаксиальными кабелями,
разъемами зондов, а также самими СВЧ-
зондовыми головками с переходами [6].
При проектировании СВЧ-зоидовых голо-
вок необходимо учесть две важные проб-
лемы, приводящие к ограничению возмож-
ностей СВЧ-зондирования на пластине:
наличие индуктивности в общем проводе
и перекрестные искажения. Индуктивность
в общем проводе состоит из индуктив-
ности земляных полосок на конце зонда
и индуктивности между земляными контак
тами входного и выходного СВЧ-зондов.
Кроме того, волновое сопротивление самого
копланарного волновода по мере сужения
земляных полосок приобретает индуктивный
характер относительно 50-омного тракта
[6]. Эффект наличия индуктивности в об-
щем проводе объясняется на рис. 3 и 4
(ZLI и ZI2 эквивалентно отображают иены
туемый прибор на пластине, Z 12 является
индуктивностью общего вывода). Именно
эта индуктивность ограничивает верхний
предел по частоте зондирования для зон-
дов с короткими иглообразными контак-
Рис. 3. Упрощенная эквивалентная схема зондо-
вой головки с двухсигнальной линией
Рис. 4. Эффект индуктивности в общем проводе.
Условное изображение ИС тестируемой СВЧ-
зондами (а); эквивалентная схема отражающая
появление индуктивности в общем проводе (б)
/ — входной зонд (условно пунктиром показаны
линии копланарного волновода); 2 — места под-
ключения зондов питания 3 — выходной зонд
СВЧ; 4 — индуктивность земляного проводника,
5 — условное изображение тестируемой ИС,
6 — точки подключения двух соседних земляных
контактов
тами, равной 4 5 ГГц. Одним из простей-
ших способов борьбы с индуктивностью в
общем проводе является приварка токопро-
водящей перемычки между земляными по-
лосками копланариого волновода на краю
зонда, позволяющая соединить их по
СВЧ потенциалу. Более радикальным спо
собом борьбы с индуктивностью в общем
проводе, применяемым в новейших СВЧ-зон-
дах, является использование для создания
СВЧ-зондов на керамике копланарного
волновода с земляной экранирующей прово-
дящей поверхностью с обратной стороны
подложки (см рис 2). Такой тип копла
нариого волновода описан в [9, 10]
Задняя заземляющая металлизация обес-
печивает высококачественное СВЧ-заземле
ние а соединение с ней через сквоз
ные металлизированные отверстия в под-
ложке земляных полосок копланарного вол-
новода (см. рис. 2, в) значительно сни-
жает индуктивность заземления. Кроме то
го, наличие заземляющей металлизации
приводит к хорошему СВЧ-экранирующему
эффекту, снижающему перекрестные иска
жеиия между зондами до величин менее
20 дБ на частоте 18 ГГц и 40 дБ на
частоте 3 ГГц [6] Замыкание всех земля
ных проводников вместе производится на
58
расстоянии всего 250 мкм от конца зон-
да. Это позволяет создать зондовые го-
ловки с индуктивностью в обшем прово
де порядка 40 пГн [5] Такую индук-
тивность имеет проводник шириной 50 и
длиной всего 60 мкм.
Перекрестные искажения проявляются в
виде паразитного просачивания сигнала из
одного СВЧ-зонда в другой. Естественно,
что эти искажения увеличиваются с ростом
частоты и при уменьшении расстояния меж
ду зондами, а также зависят от импедаи-
сов, подключаемых на концах зондов. Наи-
худший случай при этом получается, если
все контакты зондов закорочены друг с
другом через какую-либо площадку, исполь-
зуемую в качестве эталонной. В [5] ис-
следовано влияние индуктивности общего
провода на перекрестные искажения в диа-
пазоне от 1 до 20 ГГц
3 . МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
Измерения вышеописанными зондовыми
головками проводятся с помощью калибро-
вок по специально разработанным эта-
лонам. Это объясняется тем, что прове-
дение откорректированных по точным эта-
лонам измерений полупроводниковых схем
является более простым метрологическим
способом, чем создание идеальных с точки
зрения наличия паразитных параметров
СВЧ-зондов, линий передач и их соедине
иий. Различного рода потери, отражения
сигнала от переходов зондов и линий
передач могут быть скорректированы при
одном важном условии, которым является
воспроизводимость результатов измерения
одного и того же объекта Вопрос воспроиз-
водимости результатов измерений является
одним из ключевых нри проведении СВЧ
зондирования на пластине. Для повышения
достоверности результата используются са-
мые разнообразные эталонные элементы на
пластине. Только при этом удается скор-
ректировать паразитные отражения и поте-
ри при измерениях
Калибровки для СВЧ-зондов проводятся с
помощью различных сосредоточенных эле-
ментов малых размеров, выполненных на
пластине. Конфигурация контактных пло-
щадок элементов и их расположение
жестко связаны с расположением и разме
рами контактов калибруемых СВЧ-зондов.
Эталонные элементы выполняются на под-
ложках из арсенида галлия, кремния и
окиси алюминия. Результаты обследо
ванных эталонных элементов на арсениде
галлия и окиси алюминия показывают их
тождественность, в то время как те же
элементы на кремнии имеют большую по
величине паразитную емкость подложки [5]
Всего было разработано девять основных
типов эталонных элементов [6]. Топология
калибровочной подложки с различными эта-
лонными элементами приведена в [5].
Элементы расположены на подложке из оки-
си алюминия такой же толщины, как и
исследуемые пластины, чтобы исключить пе-
рестройку высоты зондов. С одной стороны
подложки находятся эталоны для однопо-
люсных калибровок, с другой — для
двухполюсных. Используемые контактные
площадки эталонных элементов имеют раз-
меры 50x 50 мкм с расстоянием между
ними 100 мкм. Эталонные элементы выпол-
няются по стандартной тонкопленочной тех-
нологии.
Эталоны для проведения однополюсных
калибровок представляют собой набор пле-
ночных резисторов различной величины:
12,5, 25; 50; 100, 200 Ом — и коротко-
замыкающие площадки. Кроме того, выпол-
нен ряд вспомогательных калибровочных
элементов: гребенчатые конденсаторы и од-
новитковые пленочные катушки индуктив-
ности. Сопротивление нагрузочного 50-омно-
го резистора площадью 50 мкм2 измеряет
ся сначала по постоянному току. Значе-
ние его последовательной паразитной индук-
тивности, найденное расчетным путем, рав
но 30 пГн, а параллельная паразит-
ная емкость примерно равна 5 фФ. Корот-
козамыкаюшая площадка — это просто
слой металлизации, замыкающий наикрат-
чайшим образом (т. е. с минимально
возможной индуктивностью) сигнальный и
земляной контакты зонда при контак-
тировании. Типичные размеры короткозамы-
кателя 50+150 мкм. Для зондов с двумя и
тремя контактами на конце длина коротко-
замыкателя, конечно, иная; также должна
быть другой и 50-омная нагрузка. Для
трехконтактного зонда 50-омной нагрузкой
служит пара 100-омных резисторов, соеди-
ненных друг с другом через площадку,
с которой контактирует сигнальный кон-
такт зонда. Длина 50-омных нагрузок
выбирается равной длине короткозамыка
теля, благодаря чему эти эталоны имеют
одинаковое значение индуктивности поряд-
ка 30 пГн. Наличие же паразитной ем-
кости около 5 фФ приводит при измере-
нии к значению КСВ<1,04 на частоте
26 ГГц. Эталоном на разрыв является
сам зонд, ни с чем не контактирующий
и поднятый в воздухе над калибровоч
ной подложкой. Паразитная емкость разры-
ва копланарпого волновода на конце зон-
да определяется эмпирически путем сравне-
ния графиков коэффициентов отражения в
полярной системе координат от емкостей
и индуктивностей имеющих высокую до
бротность при различных калибровках по
59
холостому ходу или на короткое замыка-
ние Такие емкости и индуктивности рас
положены, как уже отмечаюсь, на пластине
Аналогичным образом может быть измерена
паразитная индуктивность нагрузок. Под-
робно этот вопрос рассматривается в [7].
Таким образом, может быть определена
емкость разрыва в пределах 3 фФ
Эталоны для двухполюсных калибровок
представляют собой проходные площадки
для подсоединения к ним с двух сторон
входного и выходного СВЧ-зондов, аттенюа-
торы с ослаблением на 10 и 20 дБ,
большую площадку для короткозамыкания
всех контактов двух зондов вместе и эта
лонные элементы различной более сложной
конфигурации, включая эталоны для кали-
бровок при подаче в СВЧ-тракт постоян-
ных напряжений. Кроме того, в качестве
эталона используется и активный элемент
Это полевой арсенид-галлиевый транзистор
1X300 мкм. В [7] и [5] приводится
эквивалентная схема такого транзистора
на сосредоточенных элементах. При прове-
дении как однополюсных, так и двух-
полюсных измерений используется 12 эле
ментная модель погрешностей описанная в
|11]. Эта модель включает и коррекцию
перекрестных искажений в прямом и обрат-
ном направлениях подачи сигнала на четы-
рехполюсник. Однако учет коррекции может
быть полезен, только если параметры
Si, и S22 испытуемого прибора равны
параметрам Si । и S22 используемых эталонов
на разрыв. Поэтому отмечается важность
низкого уровня перекрестных искажений.
Проходные площадки при калибровке на
проход для подготовки к измерению ИС СВЧ
представляют собой 50 омную передающую
линию, входы и выходы которой распола-
гаются в том же месте, где потом будут
расположены входы и выходы ИС СВЧ.
В работах [3] и [5] приводятся резуль
тэты обследования СВЧ-зондов на проход в
частотной и временной областях При изме
рении Si2 и S2 двух СВЧ-зондов, соединен-
ных друг с другом через эталонный аттенюа-
тор на пластине с ослаблением 10 дБ,
отклонение измеряемых параметров в диа
пазоне от 0,1 до 26 ГГц составляет ±0,1 дБ
Время нарастания переходной характерис-
тики составляет 85 пс. Скол на верши-
не порядка 15 % объясняется обычным
кабельным эффектом, характерным для
двух кабелей с длиной, обеспечивающей
задержку сигнала по 5 нс каждый Для
подтверждения этого факта в [3] и [5] при
ведены переходные характеристики измери-
тельной системы с 2 кабелями без
СВЧ-зондов.
При измерении перекрестных искажений
во временной области оба зонда замыкают
60
ся всеми своими контактами на прямоуголь-
ную площадку размерами 100X200 мкм.
Просачивание паразитного сигнала состав-
ляет 1 мВ при подаче сигнала амплиту-
дой 200 мВ для СВЧ-зондов типа
WPH-001-04 и WPH-002-04 фирмы Cascade
.Microtech. Зондовые головки типа
WPH-003-хх имеют просачивание паразит-
ного сигнача амплитудой около 10 мВ при
тех же условиях. Это способствует наличию
индуктивности в общем проводе ветичиной
около 60 пГн.
В работах [3] и [5] приведены резуль-
таты обследования методом временной им-
пульсной рефлектометрии двух зондов, за-
контактированных на проход через эталон-
ные проходные площадки. Обследование
проводилось при подаче импульсов с вре-
менем нарастания переходной характерис-
тики менее 40 пс.
В [71 особо рассматривается вопрос, свя-
занный с воспроизводимостью результатов
измерений. Очевидно, что при повторном
зондировании СВЧ-зондами одного и того
же эталонного элемента результаты изме-
рений должны повторяться с заранее
оговоренной точностью. В работе [7] пока-
зано, как влияет на результаты измерения
фазы Sii при контактировании СВЧ-зон-
дом короткозамыкающей эталонной пло
щадки расположение контактов зонда на
этой площадке.
Таким образом, наличие большого числа
разнообразных калибровочных эталонов
позволяет аттестовать измерительную сис-
тему, использующую СВЧ-зонды на копла-
нарном волноводе при проведении изме-
рений как во временной, так и в частот-
ной области Создание нового типа СВЧ-
зондов и отработка метрологических вопро-
сов, связанных со способами измерений на
основе этих зондов, позволили создать ав-
томатизированную зондовую СВЧ-установ-
ку [6|.
4 УСТАНОВКА СВЧ ЗОНДИРОВАНИЯ
Вся система СВЧ-зондирования состоит
из стойки с оборудованием для проведе-
ния СВЧ-испытаний и испытаний по посто-
янному току, непосредственно из автомати-
ческой зондовой установки и настольной
ЭВМ (рис. 5). С помощью СВЧ-переклю-
чателей в стойке производится выбор
необходимого вида измерений. На самой
зондовой установке дополнительными пере-
ключениями осуществляется выбор нужного
измерительного канала От ЭВМ запускает-
ся все оборудование, производится управ
ление СВЧ переключателями, движением
СВЧ-зондов ЭВМ также обрабатывает из-
меренные результаты Программное обеспе-
чение состоит из трех главных программ
Рис 5 Схема автоматизированной установки зондировании
Select, Implement и Results. По програм-
ме Select производится выбор типа испы
тания, устанавливаются критерии годности
схем, частотные диапазоны измерения и
напряжения питания По программе Imple-
ment производится выбор подпрограммы из
тестового набора, осуществляется точное
измерение, перемещение зондов от одного
измеряемого элемента к другому и запо-
минание измеренных данных. По программе
Results автономно анализируются резуль
таты измерений. Все данные связаны с
позиционным расположением кристаллов на
пластине, которое закладывается в програм-
му в виде первичной спецификационной
таблицы
5 ПРИМЕРЫ СВЧ ИЗМЕРЕНИЙ НА
ПЛАСТИНЕ
Для проведения СВЧ-измерений на плас-
тине с помощью вышеописанного метода и
СВЧ-зондов необходимо соответствующим
образом проектировать сами тестируемые
схемы Поэтому не все выпускаемые ИС мо-
гут быть проверены на пластине но СВЧ-
параметрам. В первую очередь возникает
проблема зондирования ИС СВЧ, содержа-
щих микрополосковые входы и выходы с
земляной металлизацией на обратной сторо-
не пластины. Очевидно, что для зонди-
рования таких схем требуется наличие
земляной металлизации рядом с централь-
ной полоской МИЛ. Земляная металлизация
должна быть кратчайшим образом соеди
нена с земляной металлизацией на обрат-
ной стороне пластины. Такую связь можно
обеспечить, например, через металлизиро
ванные отверстия. Конечно, такие схемы мо-
гут быть прозондированы на пластине по
СВЧ-параметрам, но с меныпей точностью
и в меньшем частотном диапазоне, чем схе-
мы. топология которых специально разра
ботана для осуществления СВЧ-зондирова-
ния Вторая проблема заключается в том,
что топология многих элементов и их
контактных площадок не соответствует тре
бованиям, предъявляемым к ней для прове
дения СВЧ-зондирования вышеописанным
способом [2], [7]. Основным требованием к
топологии контактных площадок тестируе-
мых ИС является наличие земляных или
вспомогательных площадок рядом с сиг-
нальными и их чередование в одном ряду
с сигнальными В середине кристалла не
должно быть никаких площадок. В [12],
[13] приведены основные данные многокон-
тактной зондовой головки с II контактами
для подведения сигнальных линий, земли и
напряжений питания. Если топология мик-
росхемы спроектирована с учетом всех
требований для проведения СВЧ-зондиро-
вания, то при использовании четырех
многоконтактных зондовых головок, распо-
ложенных с четырех сторон исследуемой
схемы, можно прозондировать ИС СВЧ,
содержащие до 44 контактных площадок,
расположенных рядами по четырем сторо-
нам кристалла Такие зондовые головки
могут быть применены для исследования
как ИС СВЧ, так и быстродействующих
цифровых ИС В [5] и [7] представлены
61
результаты измерения полевого транзистора
на арсениде галлия шириной 300 мкм с
топологией, удовлетворяющей всем требо
ваниям СВЧ-зондирования. Измерения про
водились с помощью различных модифика-
ций СВЧ-зондов в диапазоне от 0,1 до
26,5 ГГц. Отмечается хорошее совпадение
данных измерения и данных, полученных пу-
тем расчета по эквивалентной схеме. В [6]
описаны результаты обследования ИС дели
теля в диапазоне 1,5—5 ГГц. Измерения
проводились на каждом из двух ВЧ-входов
и потребовали по времени затрат порядка
3,5 мин на каждый кристалл Для полного
зондирования 160 кристаллов требуется око-
ло 9 ч. Время, которое затрачивается при
обычных способах испытаний таких схем
путем установки их в специальные кристал-
лодержатели, в два-четыре раза увеличива
ется для каждого кристалла. Здесь также
учитывается время, необходимое на выде
ление истинных результатов из измеренных
путем обработки данных, если это возмож-
но вообще. В [6] приводятся так называе-
мые распечатки результатов в виде специ-
альных карт-табл иц. На них в порядке
расположения отдельных кристаллов ИС на
пластине даны в закодированном виде ре-
зультаты СВЧ-зондирования каждого крис-
талла. Это позволяет связать характеристи
ки ИС с ее расположением на пластине.
Многократные испытания ИС СВЧ на
пластинах диаметром свыше 50 мм подтвер
дили воспроизводимость системы по S-пара-
метрам. По |S2||: ±0,1 дБ; по S2i: ±1 град
с точностью ±2 дБ и ±2 град [6]
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, СВЧ-зондирование ИС на
пластине, начатое ведущими фирмами по
разработке измерительного оборудования
Tektronix и Hewlett Packard и развиваемое в
настоящее время фирмой Cascade Microtech,
представляет собой вполне практический
способ измерения параметров ИС СВЧ,
позволяющий сократить стоимость измере-
ний, повысить скорость получения данных,
а также точность и разрешающую способ-
ность измерения параметров ИС, что было
невозможно ранее при проведении тради-
ционных измерений в коаксиальных трак
тах. Дальнейшие работы в этом направ-
лении ведутся по пути создания систем
СВЧ-зондирования параметров ИС на плас
типе позволяющих проводить подгонку и
подстройку схем СВЧ для повышения
процента выхода годной продукции.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Van Tuyl R et al. IEEE Trans
1982. v. ED-29, N 7.
2. Strd E. W, Gleason K. R - Ibid.
3. Carlton D. E., Gleason К R,
Strid E. W. - Microwave J., 1985, N 1.
4 Wen С. P. IEEE Trans., 1969, v.
MTT-12, N 12
5. Carlton D E Gleason К R,
Strid E W. MSN and ST, May 1985
6. Buck B. J., Eddison J. G Microwa-
ves and RF, March 1986
7 Strid E. W Microwave J., 1986, N 8.
8. Microwave J 1984, N 11.
9. Ghione G., Naldi C.— Electronics Letters,
1983, v. 19, N 18
10. Leong M S, Kooi P S Satya Pru-
kash A. L. — Microwave J., 1986, N 8.
11. Fitzpatrick S.- Microwave J., 1978, N 5.
12. MSN and ST, July 1986
13. Microwave J 1986, N 5
62
УДК 620 179 152
РАДИАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ БАГАЖА
К ф.-м. н. Бекешко Н А., к. т. н Ковалев А В
Одной из важных проблем, возникших
в мире в последнее десятилетие, является
создание надежных средств контроля бага-
жа и ручной клади авиапассажиров, кон-
тейнеров, транспортных средств и других
объектов больших размеров.
Приемлемое решение этой проблемы бы-
ло найдено при использовании радиацион-
ных средств контроля. Средства контроля
должны позволять обнаруживать контра
банду, недозволенные вложения при сохра-
нении радиационной безопасности обслужи-
вающего персонала и пассажиров, высо-
кой производительности и удобств обслу
живания и не оказывать воздействия на
фото-, кино и магнитную пленку, нахо-
дящиеся в объекте контроля.
Современные радиационные средства
контроля обеспечивают высокую разрешаю-
щую способность при получении качествен-
ной светотеневой картины просвечиваемо-
го объекта, гарантируют необходимую ра-
диационную безопасность как оператора,
анализирующего объект, и лиц, находящих-
ся вблизи него, так и самого объекта. Си-
стемы радиационного контроля применимы
для контроля объектов больших габаритов
и дают хороший теневой контраст при конт-
роле многих материалов, включая металлы
толщиной до 250 мм. На изображении ба-
гажа толщиной до 400 мм, содержащего
несколько слоев различных предметов, мож-
но четко наблюдать их контуры. Стати-
стические данные показывают, что квали-
фицированный оператор с высокой точно-
стью может различать и выявлять подозри-
тельные предметы, появляющиеся на экра-
не радиационных устройств.
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ и
КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ
Существует много типов систем контроля,
различающихся областями применения, точ-
ностью контроля, габаритами и степенью
сложности аппаратуры. Наибольшее приме-
нение в радиационном контроле багажа
находят радиоскопические (флуороскопиче-
ские) и сканирующие средства конт-
роля [1, 2].
Радиоскопические средства контроля
устройства, позволяющие получать инфор-
мацию о внутреннем содержании багажа
и отображающие полученную информацию
в виде светотеневых картин на выходном
рентгеновском экране или дисплее. Струк-
турная схема простейшей радиоскопической
установки состоит из источника рентгенов-
ского излучения, флуоресцирующего экра-
на и защитного стекла, предохраняющего
оператора от воздействия излучения. Та-
кие установки отличаются простотой кон-
струкции и обслуживания. Разработаны
портативные радиоскопические системы,
предназначенные для контроля багажа не-
больших 1абаритов и ручной клади Диа
пазон яркостей свечения рентгеновских
флуоресцирующих экранов составляет
Ю’.-.Ю J кд/м2. Преимущество простей-
ших систем контроля — возможность быст
рого получения информации об объекте при
его просвечивании непосредственно на ме-
сте без использования стационарных уста-
новок. Недостатки их — низкие яркости
свечения рентгеновских экранов, чувстви-
тельность и производительность, высокая
доза облучения. Поэтому простейшие ра-
диоскопические системы находят oi раничен
ное применение для контроля багажа.
Работа современных радиоскопических
систем контроля багажа основана на прин-
ципах усиления яркости светотеневых изоб
ражений, создаваемых на флуоресцирую-
щем экране усилителями яркости изобра-
жений или высокочувствительными пере-
дающими телевизионными трубками с циф-
ровой обработкой сигналов, использовани-
ем ЭВМ и получением изображений на дисп-
лее Применяемые источники рентгеновско-
го излучения работают в непрерывном и
импульсном режимах.
Принцип действия сканирующих систем
заключается в следующем. Поверхности
объекта контроля последовательно облуча-
ются рентгеновским лучом. Синхронно с
облучением осуществляется детектирование
прошедшего излучения. Сигнал с детекто-
ра усиливается, преобразуется и запомина
ется в буферной памяти (аналоговой или
цифровой) и высвечивается на экране дисп-
лея. Известно два типа сканирующих си
стем-
со сканированием узким лучом (конус
малого диаметра, карандашный луч);
высокоскоростного сканирования веер-
ным лучом
Недостатком первого типа систем явля
ется большое время контроля (1...2 мин),
63
что вызывает помехи, обусловленные дви-
жением обьекта При высокоскоростном
сканировании оптимальные результаты
можно получить комбинированием источни-
ка излучения с «веерным лучом» с линей-
кой детекторов Для получения максималь-
ного отношения сигнал помеха и большо-
го динамического диапазона параметры
каждого детектора должны подбираться,
каждый из них должен иметь свои уси-
литель. Время сканирования в этом слу-
чае составляет 3...4 с.
Метод высокоскоростного сканирования
более предпочтителен для контроля изде
лнй, толщина которых ', где р
линейный коэффициент ослабления излуче-
ния. В этом случае чувствительность си
стемы контроля приблизительно в 2 3 ра-
за выше, чем при использовании тради-
ционных методов радиационного контроля.
В высокочувствительных радиационных
средствах с помощью импульсных источ-
ников или источников излучения с веер-
ным лучом экспозиционная доза может со-
ставлять менее 0,1 мР. Система сканиро-
вания обеспечивает дозы облучения опера-
тора соответствующие дозам, которые полу-
чает авиапассажир при полете па высоте
12 км, т. е. абсолютно безопасные.
Основные принципы построения систем
радиационного контроля представлены на
рис 1 и 2. На рис. 1 дана схема копт-
Рис 1. Схема установки для контроля багажа
импульсным источником рентгеновского излу-
чения
Рис. 2. Схема установки для контроля багажа
со сканированием веерным лучом рентгенов-
ского излучения
роля на основе импульсного источника рент-
геновского излучения, а на рис. 2 — схе-
ма контроля со сканированием веерным лу
чом. При импульсном методе контроля
(рис 1) источник излучения / создает
импульс излучения продолжительностью не-
сколько миллисекунд. Рентгеновское излу-
чение проникает через объект контроля 3
(багаж, ручная кладь) и создает теневое
изображение на флуоресцирующем экране
4, которое отражается зеркалом 5 и фик-
сируется высокочувствительной телевизион-
ной камерой 6. Слабое изображение с экра
на усиливается, обрабатывается и хранит
ся в видеопамяти 7. Изображение с вы-
соким разрешением и контрастом наблю-
дается па экране телевизионного монито-
ра 8 и затем хранится в памяти до тех
пор, пока не поступит изображение дру-
гого объекта. Обычно объект контроля пе-
ремещается в зону облучения с помощью
конвейерной линии 2. Комплексная систе-
ма контроля содержит несколько идентич-
ных блоков, состоящих из источника излу-
чения конвейера экрана, телевизионной ка-
меры системы обработки сигнала и мони-
тора После установки пассажиром бага
жа на конвейерную линию оператор вклю-
чает конвейер и направляет багаж в ка-
меру контроля. На центральный пульт
управления поступают сигналы от всех бло-
ков ио порядку следования багажа. При
обнаружении подозрительных предметов
или оружия входное отверстие конвейера
закрывается до тех пор, пока не преднри-
мутся соответствующие меры безопасности
64
После проверки багажа оператор направ-
ляет его на центральный пункт сбора. Связь
между отдельным блоком системы и цент-
ральным пультом осуществляется с по-
мощью микрон[ оцессорной контрольной си
стемы. МикроЭВМ обслуживает контроль-
ные панели и мониторы, расположенные в
контрольном помещении. Каждый блок
снабжен дополнительной микроЭВМ для об-
работки поступающей информации Исполь-
зование в системах цифровой памяти и мик-
роЭВ/Л позволяет ускорить обработку по-
лучаемых изображений.
В системе со сканированием узким веер-
ным лучом (рис. 2) объект контроля 3 раз-
мещается на движущейся конвейерной лен
те 2. Узкий луч, формируемый коллимато
ром 4 в источнике излучения /, облучает
полосу объекта контроля 3. Под лентой кон-
вейера располагается линейка детекторов
5, содержащая флуоресцирующие элемен
ты, преобразующие рентгеновское излуче-
ние в видимое, и фотодиоды, регистрирую-
щие видимое излучение. Сигналы, возни
кающие на выходе фотодиодов форми-
руются и усиливаются электронным бло-
ком 6. Полное изображение объекта конт
роля создается при перемещении веерного
луча по всему объекту (при движении объ-
екта контроля). Изображение запоминает
ся, анализируется и наблюдается на экра-
не монитора 7 При работе рассмотренных
систем сканирования экспозиционная доза
примерно в 10 раз меньше, чем при исполь-
зовании устройств, работающих в непре-
рывном режиме облучения При толщине
объекта, соответствующей 10 мм стали,
использование сканирования узким веерным
лучом позволяет обнаруживать медную про
волоку диаметром 0,1 мм. Рассмотрим не
которые конкретные установки для радиа-
ционного контроля багажа.
РАДИАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ
КОНТРОЛЯ БАГАЖА
Установки для контроля багажа фирмы
Heimann [3] (ФРГ)
Фирмой Heimann разработано несколько
типов установок для контроля багажа и
ручной клади Отличительной особенностью
установок я ляется использование в них
линеек детс лоров, содержащих от 576 до
768 детекторов, а также телевизионных ка
мер на основе твердотельных элементов и
приборов с зарядовой связью, осуществляю
щих полный контроль всего объекта. Все
установки работают по методу сканирова-
ния веерным лучом.
Разрешающая способность установок при
3 Заруб, радиоэл ка № 6
эквивалентной толщине объекта 10 мм ста-
ли составляет 0,1 мм Мощность экспози-
ционной дозы вблизи установок 0,5 мР/ч
Такая мощность дозы при контроле обес-
печивает сохранение фотопленок и фотома
териалов от засветки.
В табл. 1 приведены технические харак-
теристики установок для контроля багажа
типа Hi-Scan фирмы Heimann (ФРГ)
Структурная схема микропроцессорной
системы контроля багажа тина MCCS 5070
представлена на рис. 3. Система состоит из
нескольких параллельно работающих одно-
типных устройств, состоящих из конвейер-
ной линии 2, рентгеновского аппарата /,
линейки детекторов располагаемой перпен-
дикулярно конвейерной ленте, телевизион-
ной камеры 4, блока памяти 5 и мини ЭВМ
6. Данные о содержании багажа с каж-
дого отдельного устройства поступают на
центральную мини-ЭВМ, где производится
их систематизация и обработка. Операци-
онный блок 8, содержащий монитор 9 и
пульт управления 10 служит для наблю
депия содержимого багажа. Общими для
всех устройств являются монитор 9, дис-
плей для вывода данных (их может быть
несколько) и система связи центральною
контрольного помещения с отдельными
контрольными пунктами. Между ними уста-
новлена оптическая и акустическая связь.
Система обеспечивает скрытый контроль ба-
гажа авиапассажиров. Увеличение и запо-
минание изображения обеспечивается элек-
тронными системами. Изображение обраба-
тывается и может воспроизводиться на
ближнем или удаленном мониторе и быть
записано на магнитную ленту для доку
ментирования и анализа.
Система Scanmobile фирмы ileimann
Рис. 3 Схема микропроцессорной системы контро-
ля багажа
Таблица 1
Параметры Тип установки
6040 TS О Г с S 9070 TS 9080 MCCS 5070* 5070-'!0 TS 80120TS 1108U TS
Максимальные размеры контролируемого объекта, мм: длина ширина 600 900 900 900 900 900 500. 700 700, 510 800 1100
высота 400 500 700 700 800 700 1200 800
Толщина контролируемых изделий ив стали, мм 10 6.10 6.10 10 6 1200 10 12 12 12
Пропускная способность ус- тановки, объект/ч 2400 2500 2500 2500 2500 — — —
Ширина конвейерной сис- темы, мм 610 900 900 820 900 480, 500 800 1100
Емкость цифрового ЗУ, Кбайт 300 300 300 300 300 680 300 320 320 320
Число уровней серого на экране монитора 18 16 18 18 18 16 16 18 18
Параметры рентгеновской трубки: напряжение, кВ 140 90, 140 До 140 140 До 140 130 140 140 140
угол расхождения пучка, град 60 60 46 60 43 60 60 60
Потребляемая мощность, кВА 0,8 1 1 (пик) 1 (пик) 1 (пик) 1 0,8 0,9 0,8
Масса установки, кг 700 750 1200 950 1300 1000 600 1100 1100
Габаритные размеры уста- новки, мм. длина 2000 2500 2500 2500 2.>00 2450 3100 4300 2600
ширина 790 1160 1160 1310 1160 2170 1300 2015 1480
высота 1300 1550 1750 1630 1850 1350 1000 1675 1850
Экспозиционная доза за цикл контроля, мР 0,07 0,1 0,1 0,08 0,1 0,01 0,08 0,09 0,09
* Длина объекта контроля для всех типов установок кроме MCCS 5070. предполагается неограниченной Для всех
типов установок: скорость перемещения конвейера 0.2 м/с; предел разрешения разрешают одиночную медную прово-
локу диаметром 0.1 мм число уровней оттеяков серого цифровой пнмятн 256. число элементов в линейке детектора 576 (исключе-
ние составляет система 6040 TS, для нее этот параметр равен 768)
предназначена для контроля багажа непо
средственно у самолета. Обычно она раз-
мещается на шасси дизельного автомоби-
ля «Мерседес-Бенц» и может перемещать-
ся в любое место, где необходим радиа-
ционный контроль. Система снабжена авто-
номным источником питания всех элемен-
тов (конвейер, рентгеновский аппарат и др.)
и кондиционером. В автомашине могут раз-
мещаться установки Hi Scan типов 9050,
9070 или 9080 Общая масса системы
7000 кг скорость перемещения 30 км/ч.
Мощность дизельного электрогенератора
20 кВА Габаритные размеры системы
Scanmobile 4300X2600X1900 мм
Фирмой Heimann разработана также не-
дорогая и простая флуороскопическая си-
стема для контроля багажа Screen-Box.
Изображение исследуемого объекта на
флуоресцирующем экране наблюдается ви-
зуально Источник излучения — рентгенов-
ский аппарат с воздушным охлаждением,
с катодом прямого накала и вольфрамо-
вым анодом напряжением на аноде труб-
ки 140 кВ. Размеры флуоресцирующего
экрана 700X700 мм, рабочей камеры 450Х
Х450 мм. Масса системы 450 кг, габарит-
ные размеры 855X795 и высота 1550 мм
66
Установка для контроля багажа
Rapidex фирмы International
Аеradio Limited
(Великобритания) |4|
С помощью установки Rapidex можно
определить содержание багажа при наблю-
дении на экране телевизионного монитора.
Система снабжена портативным устройст
вом для обнаружения взрывчатых веществ
на основе взятия проб воздуха. Для эксплуа-
тации ее требуется два оператора. Систе-
ма построена по схеме: источник излуче-
ния - объект флуоресцирующий экран
телевизионная система. Напряжение на
рентгеновской трубке постоянное, может из-
меняться от 70 до 140 кВ, ток до 5 мА.
Размеры контролируемого багажа 9I4X
Х610Х355 мм, питание системы 230 В,
50 Гц. Габаритные размеры системы: 2133Х
Xi 194X1194 мм, масса 700 кг. Дверь ра-
бочего отсека имеет блокировку для без-
опасной работы Мощность экспозиционной
дозы вблизи поверхности установки систе-
мы составляет 0,25...0.5 мР/ч.
Установки для контроля багажа фирмы
Helling (ФРГ) |5|
Серия установок с различным располо
жением источника рентгеновского излуче-
ния (горизонтальным или вертикальным) и
использованием флуоресцирующих экранов,
усилителей изображений и телевизионных
систем разработана фирмой Helling (ФРГ).
Напряжение на рентгеновской трубке 65 кВ,
ток 225 мкА. Уровень мощности экспози
ционной дозы в пучке 900 мР/ч.
В табл. 2 приведены основные харак-
теристики установок для контроля багажа
фирмы Helling. Отличительная особенность
установок использование флуоресцирую-
щих экранов больших размеров (по разме-
рам объектов контроля).
Система Miniscan обеспечивает возмож-
ность визуального наблюдения светотенево-
го изображения объекта.
Фирмой Helling разработан также флуо-
роскоп, состоящий из источника излучения
и флуороскопического экрана Тоггех-П раз-
мером 650X831,25 мм. Размеры контроли-
руемого объекта 325X625X650 мм, потреб-
ляемая мощность 850 Вт. Время контроля
одного объекта 10 с.
Установки для контроля багажа фирмы
Philips (ФРГ) |6|
Фирмой Philips разработаны и выпуска-
ются установки тина Dynal’luor. Модели
IV, V, VI, XV предназначены для конт-
роля багажа размером от 43X43X76 см до
81Х63Х любую длину.
Установки имеют конвейерную систему
подачи багажа. Установка модели X пред-
назначена для контроля багажа размером
30X61X69 см и не имеет конвейерной ли-
нии, работает в непрерывном режиме. Во
всех моделях в качестве преобразователей
излучения используются флуоресцирующие
экраны. Изображение на экране обозрева-
ется телевизионными камерами с передаю-
Таблица 2
11араметры Модель
Merk VI Mark VI С* Mark VII Mark X Miniscan
Максимальные размеры контролируемого объек- та, мм: длина 625 150 150
ширина 200 250 700 600 450
высота 469 450 525 250 350
Пропускная способность ус- тановки, объект/ч 500- 700 800—1200 500-700 800 1200 300- 400
Ориентация пучка рентге невского излучения I оризон Горизоп- Вертикаль- Вертикальная Вертикальная
Масса установки, кг талькая 400 1 алиная 600 пая 360 800 200
Габаритные размеры уста- новки, мм длина 2100 3300 1 100 4600 950
ширина 900 2100 750 900 750
высота 1100 1450 2250 2200 1387
* Длина объекта прсдпола1астсн неограниченной Для всех моделей установок’ предел разрешения разрешается оди-
ночная медная прово.юка диаметром 0,4* мм параметры рентгеновской трубки мал ряжен не 65 кВ. ток 2*23 мкА viol» расхож
дения пучка 40е; экспозиционная доза за цикл контроля 0.75 мР, мошноегь экспозиционной дозы в пучке 900 мР/ч. коэффициент
усиления усилителя изображения 10°; число строк телевизионной камеры .525
67
Таблица 3
Параметры Модель
IV* V* VI X XV*
Максимальные размеры контро- лируемого объекта, мм: длина ширина 680 810 760 430 690 900 660
высота 330 630 640 610 410
Пропускная способность уста- новки, объект/ч 1200 1200 900 300 800
Ширина конвейерной систе- мы, мм 1070 740 790 740
Скорость перемещения коп вейера, м/мин Параметры рентгеновской труб- ки: напряжение, кВ 9; 12; 15; 18 120 9; 12; 15, 18 120 70 (макс) 12,2 70 (макс)
ток, мА 5 5 0,5 0,5
Предел разрешения — разреши ет одиночную медную провело к у диаметром, мм 0,5 0,5 — 0.5 5
Размер флуоресцирующего эк рана, мм — — 610X610 —
Масса установки, кг 2270 2722 368; 522 200 545 570
Габаритные размеры мм: длина 4100 4100 2310 990 3050
ширина 1070 1220 790 790 1000
высота 2440 2440 1380 1380 1420
* Длина объекта контроля предполагается неограниченной.
щими трубками типа видикон или плюм-
бикон. Установки моделей VI. X, XV имеют
системы непосредственного наблюдения
объекта с экрана. В установках исполь-
зуются керамические рентгеновские трубки,
работающие в непрерывном режиме (кро-
ме модели X). В табл. 3 приводятся основ-
ные характеристики моделей Dynafluor
Системы контроля багажа фирмы
American Science and Engineering
(США |7]
Семейство систем рентгеновского конт
роля багажа и личных вещей с минималь
ным уровнем облучения, называемое Micro
Dose, разработано фирмой American Science
and Engineering. Использование современ-
ных систем цифровой обработки и хране-
ния изображений, а также новой техно-
ло1 ии позволило создать аппаратуру, обес
нечивающую получение высококачествен-
ных изображений при малых дозах облу-
чения
Основным блоком, обеспечивающим вы-
сокие функциональные характеристики си
стем, является видеодиснлей с системой
цифровой обработки и хранения изображе-
ний, позволяющий формировать изображе-
ние на экране, состоящем из 512x512 эле
ментов с 16 18 уровнями серого цвета
Такое изображение позволяет надежно раз-
личать тонкую медную проволоку. Объекты,
сильно поглощающие рентгеновское излу-
чение (пистолеты, гранаты и др.), вызы-
вают срабатывание системы автоматиче-
ского предупреждения, уровень срабатыва-
ния которой можно регулировать в зави-
симости от конкретных условий ее работы.
Детекторы, используемые в системах, поч-
ти полностью поглощают излучение. Мощ-
ность экспозиционной дозы излучения в
окружающую среду не превышает 0,1 мР/ч
на расстоянии 5 см от корпуса прибора.
Это почти в 5 раз ниже уровня излуче-
ния, установленного государственными ор-
ганизациями США.
Сканирование объекта осуществляется
узким («карандашным») лучом, что практи-
чески исключает рассеянное излучение и
обеспечивает получение четких изображе-
ний как крупных, так и мелких объектов
(типа отрезков тонкой медной проволоки).
Применение единичного детектора гаранти-
рует высокую надежность установки и про-
стоту ее обслуживания.
Система Micro Dose модели 100 пред-
назначена для быстрого просмотра бага-
жа и личных вещей авиапассажиров и по
сетителей крупных учреждений Она пред-
ставляет собой стойку, устанавливаемую
сбоку от конвейера, но которому переме
68
щается багаж. Консоль оператора и видео-
дисплей с экраном 38 см по диагонали
монтируются либо непосредственно на кор-
пусе системы, либо на расстоянии до 15 м
от нее. Ширина конвейерной ленты 48 см
(возможно применение и более широких
лент до 76 см), высота контролируемого
багажа 61 и 76 см. Система позволяет обна-
руживать медную проволоку диаметром
0,13 мм. Глубина проникновения излучения
составляет 6 мм стальной плиты, пропуск-
ная способность системы до 1500 объект./ч.
Напряжение рентгеновской трубки 90±3 кВ,
ток 5±0,5 мА. Система работает при темпе-
ратуре окружающей среды 10...40 °C и отно-
сительной влажности 20 90 %. Экспозици-
онная доза облучения одного объекта
0,01 мР. Находящаяся в багаже пленка
будет повреждена только после 350 про-
верок.
Система Micro Dose модели 50 отобра-
жает информацию на экране дисплея с экра-
ном 30,5 см по диагонали, размеры конт-
ролируемых объектов 30x64,8x68,6 см.
Разрешение системы характеризуется воз-
можностью получения четкого изображения
медной проволоки диаметром 0,16 мм. Вре-
мя проверки одного объекта 5. .6 с. Систе-
ма предназначена для проверки чемоданов,
сумок, портфелей посетителей учреждений
со специальным пропускным режимом. На-
пряжение peuri еновской трубки 70±3 кВ,
ток 1,5±0,2 мА Может использоваться
устройство автоматической подачи сигнала
тревоги при обнаружении крупных метал-
лических объектов. Проверка безопасности
системы для персонала аэропортов и авиа-
пассажиров показала, что при работе уста-
новки 2000 ч в год (непосредственная про-
верка составляет 50 % этого времени) но-
сильщик и оператор получают дозу облу-
чения менее 3 мР/год. Облучение пасса-
жира пренебрежимо мало даже по сравне
нию с той дозой облучения, которую он
получит в течение полета на самолете.
Для обнаружения скрытых в ба1аже
пластмассовых изделий (пластиковые бом-
бы, пистолеты и др.), а также наркоти-
ков и сельскохозяйственных продуктов в
последнее время (1986 г.) фирмой American
Science and Engineering разработаны две
новые модели сканирующих радиационных
систем контроля Micro Dose-Z и -ZZ [2, 7]
Отличительной особенностью этих моделей
является то, что одновременно с прошед-
шим через объект контроля рентгеновским
излучением (прямой луч) фиксируется от-
раженное (рассеянное) объектом излучение.
Сканирование объекта производится тон
ким («карандашным») лучом. Материалы,
содержащие вещества с малыми атомными
номерами z (пластмассы, сельскохозяйст
венные продукты, наркотики и др.), силь-
но рассеивают рентгеновское излучение,
поэтому они невидимы на изображениях,
получаемых при прохождении излучения (не
создают теневого изображения). Регистра-
ция рассеянного в обратном направлении
по отношению к направлению распростра-
нения тонкого рентгеновского луча излу-
чения позволяет получать изображения ма-
териалов с малыми значениями г, нахо-
дящихся в объектах контроля. Рассеянное
объектом рентгеновское излучение регист-
рируется отдельным детектором, распола-
гаемым перед объектом. В модели Z исполь-
зуются два детектора излучения, а в моде-
ли 7.7. — три детектора.
Система Micro Dose модели 7 отображает
информацию, получаемую от каждого детек-
тора на собственных дисплеях с размера-
ми экранов по диагонали 30 и 38 см. Оба
дисплея выполнены на основе твердотель-
ных элементов с числом строк 1200, со-
держат 512X512 элементов разложения и
позволяют различать 18 уровней плотности.
Напряжение на рентгеновской трубке 100
и 120 кВ Оператор наблюдает одновре-
менно два изобра,пения — на одном дисплее
теневое изображение объекта контроля, а
на другом — изображение, создаваемое рас-
сеянным рентгеновским излучением. Толщи-
на контролируемых изделий из стали 12.7 см.
Ширина конвейерной ленты 50 см (стан-
дарт), возможно применение ленты шири-
ной 75 см (по согласованию). Пропускная
способность модели до 1500 обьект./ч. Об-
щая масса модели с конвейерной систе-
мой шириной 50 см 675 кг, а шириной 75 см
741 кг Имеется цифровое устройство для
наблюдения отдельных участков изображе-
ния с двухкратным увеличением.
Система Micro Dose модели 77 представ-
ляет собой комбинацию из двух моделей 7
(в одной из них используется только один
детектор, фиксирующий рассеянное излу
чение). Рентгеновские источники распола-
гаются по разным сторонам конвейерной
системы (объекта контроля). Модель 7.7.
имеет два дисплея. На одном фиксируется
изображение, создаваемое прошедшим че-
рез объект контроля рентгеновским излу-
чением, а на другом два изображения,
создаваемые рассеянным рантгеновским из-
лучением. Основные характеристики систе-
мы модели 7.7, за исключением габаритов
и массы, аналогичны характеристикам мо-
дели 7. Масса модели 7.7. 1198 кг с кон-
вейерной системой шириной 50 см и 1225 кг
с системой шириной 75 см. Уникальная кон-
струкция дисплеев модели 7.7. позволяет
получать стереоскопическое изображение
объекта, т. е. точное положение объекта
контроля в пространстве (три координаты).
69
Другие установки
Фирма CGR (Франция) разработала ра-
диационную систему контроля багажа типа
Baggagix [8]. Система обеспечивает полу-
чение изображения хорошего качества на
телевизионном экране с числом строк в кад-
ре 675. Режим работы — импульсный, име-
ется телевизионная камера с блоком памя-
ти, что позволило снизить экспозиционную
дозу до 0,5 мР. Она снабжена конвейером,
который доставляет багаж к месту контро-
ля. Производительность контроля
600 объект /ч.
Усовершенствованная система Типа
Baggagix-25 имеет производительность
контроля до 1500 объект./ч. Система снаб-
жена двухсторонним конвейером.
Известны также рентгенотелевизионные
радиационные системы контроля, исполь-
зующие импульсные рентгеновские источ-
ники, телевизионные камеры с кремниконом
фирм Analitical Instruments Ltd. (ATL).
British Airport Authority (Великобритания)
моделей Tri-Scan-125 и Tri-Scan-200 По-
следняя модель снабжена устройством для
регулирования напряжения рентгеновской
трубки, системой управления поворотом те-
лекамеры. Используемая доза облучения не
повреждает фотопленку. Автоматическое
переключение, на дежурный режим работы
позволяет снизить потребляемую мощность
и увеличить срок службы систем
Хорошее разрешение и высокую контраст-
ность имеет установка Toshiba VITV-06
(Япония) [10], оснащенная усилителем
яркости типа RTH61-04C и телевизионной
камерой 1TV-13.
Имеется большое число патентов США,
Великобритании ФРГ, Японии, посвящен-
ных разработкам систем контроля багажа
[12—23, 251
Анализ патентной информации по систе-
мам контроля багажа показал, что основ-
ными направлениями разработок являются:
уменьшение дозы облучения на контроль
одного объекта, повышение качества изоб-
ражений, автоматизация процесса контро-
ля. Большое внимание уделяется разработ
ке средств контроля с использованием
устройств сканирования и формирования
веерного пучка, устройств управления
интенсивностью рентгеновскою излучения,
цифровым системам обработки данных, а
также конструированию линеек детекторов
ПОРТАТИВНЫЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ
Для контроля малогабаритных изделий
(чемоданы, портфели, почтовые отправле
пия, посылки и другие предметы) разра-
ботаны специальные портативные устрой-
ства контроля.
Так, установки фирмы Виску X-ray Inter-
national (США) [11 состоят из источника
рентгеновского излучения, флуороскопиче-
ского экрана и монтажного стола-пласти-
ны с приспособлениями для крепления
источника излучения и самого устройства
В некоторых установках источник и экран
размешены непосредственно в корпусе че-
модана для переноски установки.
В портативной установке модели FP фир-
мы Виску, предназначенной для обнаруже
пия контрабанды и оружия источником из
лучения служит рентгеновский аппарат
Виску miniature с массой 18 кг и разме
рами 21X16,5X20 см. Общая масса уста
новки 40,5 кг. Модель содержит автома-
тическое экспозиционное устройство, позво-
ляющее получать негативное и позитивное
изображения объекта контроля за 15 с. До
стоинства установки — возможность рабо-
ты при дневном свете и достаточная защи-
та от воздействия радиации Пропускная
способность модели до 250 объект/ч при
обслуживании двумя операторами.
Фирмой Виску разработаны также порта-
тивные установки моделей А, В и С, пред-
назначенные для контроля почтовых отправ-
лений, посылок и небольших чемоданов
В модели А флуороскопический экран и
рентгеновский аппарат монтируются на пла
стипе, а рентгеновский аппарат крепится на
специальной подставке и может переме-
щаться в горизонтальном и вертикальном
направлениях. В зазор между флуороско-
пическим экраном и аппаратом помещает-
ся объект контроля. Общая масса моде-
ли А 46.8 кг.
В модели В источник рентгеновского из
лучения и флуороскопический экран раз-
мещаются в двух чемоданах небольших га-
баритов тина «дипломат». Общая масса этой
модели 30,4 кг. Рентгеновский аппарат и
флуороскопический экран крепятся к стен-
кам чемодана.
В состав модели С входят: рентгеновская
трубка с максимальным напряжением
100 кВ и током 30 мА (допускается рабо
та при напряжениях 60 и 80 кВ) и таймер
с точностью 1/300 с Максимальная экспо-
зиция при радиографии 10 с при флюоро
графин 30 с. При напряжении на трубке
100 кВ и токе 2 мА и расстоянии от эк-
рана 30 см мощность экспозиционной
дозы составила около 0,063 мР/мин В режи-
ме просвечивания (ток 5 мА напряжение
80 кВ экспозиция 10 с) экспозиционная до
за составляла 0,82 Р, а в радиографическом
режиме (20 мА, 80 кВ, 10 с) 1,55 Р. Экви
валентная толщина свинцовой защиты в
вертикальном направлении чемодана для
70
моделей В и С составляет 1 мм, в гори-
зонтальном для модели В — 2 мм и моде-
ли С — 3,5 мм
Разработан малогабаритный вариант
рентгеновского аппарата Bucky miniature
массой 10,35 кг (модель С) с бериллиевым
окном (напряжение на трубке от 5 до 45 кВ,
ток до 20 мА). Аппарат предназначен для
исследования материалов с низким атом-
ным номером — проверки документов (иден-
тификация образцов бумаг и картона, ка-
рандашных и чернильных записей, штри-
хов и т. д.), а также наличия остатков
пороховой пыли и частиц на различных
материалах, образовавшихся в результате
выстрела.
Модель FP-A-2 Впеку .Miniature может
работать в импульсном и непрерывном ре-
жимах. Напряжение на трубке может варьи-
роваться ог 40 до НО кВ, габаритные раз-
меры аппарата 21,5X26X44 см, масса 26 кг.
При напряжении 110 кВ ток не превышает
5 мА, 100 кВ 10 мА, 80 кВ 15 мА,
60 кВ — 20 мА, 50 кВ — 25 мА и 40 кВ
30 мА. Модель снабжена электронным тай-
мером с временем выдержки 0,1 5 с.
В мобильной системе, модель PS-2N, рент-
геновский аппарат размещен на специаль-
ной передвижной стойке или на портатив-
ном штативе, которые легко разбираются и
имеют небольшую массу. Размеры стойки,
ширина 85 см. высота 163 см, длина осно-
вания 106 см.
Портативная установка типа GPA 8200
фирмы Heimann |3] состоит из следующих
элементов, рентгеновского аппарата тина
RE 80/3, флуоресцирующего экрана типа
Siemens Hclia 65/2, передающей телевизи-
онной камеры типа TV 11-22/S и телеви-
зионного монитора типа VM-090. Общая
масса установки 25 кг. Установка распо-
ложена в специальном переносном чемодане
размером 60X40X33 см, состоящем из двух
частей Флуоресцирующий экран размером
330X490 мм размещается в нижней части
чемодана. Малогабаритный рентгеновский
аппарат с напряжением 80 кВ и током
3 мА может работать непрерывно в тече-
ние 8 мин, имеет фокальное пятно 0,8Х
Х0.8 мм, расхождение пучка 35°, габа-
ритные размеры 203Х 198Х 144 мм. Аппарат
снабжен устройством дистанционного
управления на расстоянии 2,5 .м и теле-
визионным монитором с экраном 22,5 см по
диагонали и размерами 100X70X225 мм
Японской фирмой Micasa X-ray Со раз-
работан портативный рентгеновский аппа
рат Atomoscop 20 de Lux [24] размером
21X14X16 см и массой 8 кг, имеющий
широкий диапазон применений. Фокальное
пятно аппарата имеет размеры 0,8х0,8 мм,
при напряжении на трубк< 68 кВ ток состав-
ляет 15 мА, а при напряжении 70 кВ 6 мА.
Снабжен таймером с выдержкой до 2 и 10 с.
Аппарат может размещаться на специаль-
ной стойке (масса 14 кг) и портативном
штативе (масса 2,79 кг). Аппарат и шта-
тив переносятся в специальных сумках.
Портативный флуороскоп для контроля
малогабаритных упаковок предложен в
[26]. Особенность флуороскопа — масса
его приблизительно на 25 % меньше массы
аналогичных флуороскопов (например, фир-
мы Виску), стоимость его также меньше
на 15 %. Это связано с тем, что флуорес-
цирующий экран вынесен на некоторое рас-
стояние от наблюдателя, вследствие чего
уменьшены размеры защитного свинцового
стекла. Объект контроля размещен между
экраном и источником излучения. Флуорес-
цирующий экран имеет светозащитный ко-
жух, складывающийся в чемодане.
В настоящее время разработаны порта
тивпые флуороскопические системы, рабо-
тающие в реальном масштабе времени,
имеющие автономное питание, с общей мае
сой менее 4 кг, включая блок питания и
устройство защиты от излучения. В сере-
дине 70 х годов группой сотрудников NASA
разработана портативная система Ликси-
скоп (Lixiscope) модульной конструкции,
позволяющая получать высококачественные
визуальные изображения объектов при их
просвечивании [27].
Основные элементы Ликсископа: источник
излучения, сцинтиллятор или преобразова-
тель рентгеновского излучения, усилитель
изображений с микроканальной пластиной
(МКП). МКП стеклянная пластина е
микроканалами диаметром 12 мкм, покры
тыми изнутри полупроводниковым материа-
лом; имеет отношение длины канала к его
диаметру, равное 40, и расстояние меж
ду центрами каналов 14,5 мкм Диаметр
МКП от 18 до 75 мм. Преобразователь
рентгеновского излучения размещен перед
усилителем изображений. Для обеспечения
качественной передачи изображения с пре-
образователя на вход усилителя изображе-
ния используется волоконно-оптическое
устройство Схема Ликсископа приведена
на рис 4. Модульная конструкция Ликси-
скопа обеспечивает свободу выбора как
преобразователя, так и усилителя изобра
жений с различными спектральными харак-
теристиками. Применение МКП позволяет
значительно уменьшить мощность дозы
источника излучения.
Усилитель изображений с МКП имеет
на входе и выходе волоконно-оптическое
устройство с диаметром волокна менее
5 мкм Разрешающая способность усили-
теля изображений с МКП 30 пар лин./мм,
усиление света достигает 4Х Ю4 Питание
71
Рис. 4. Схема Ликсископа
1 источник гамма-излучения; 2 — объект
контроля; 3 - преобразователь гамма-излучения
4 фокон; 5 — усилитель изображения с МКП
6 — окуляр
усилителя изображений с МКП (~5 кВ)
обеспечивается с помощью двух щелочных
батарей напряжением 1,5 В.
В качестве преобразователя рентгенов
ского излучения используются стандартные
экраны (смесь Gd2O2S:Tb и La2O2S;Tb),
В первых разработках Ликсископа экран
находился в непосредственном контакте с
волоконно-оптическим входом усилителя
изображений с МКП В последних разра-
ботках экран максимально приближен к по-
верхности фокона, который передает изобра
женин с экрана на усилитель изображе-
ний с МКП также посредством хорошего
контакта.
Источник излучения — изотоп 125/ мощ-
ностью до 200 мКи размещается в капсуле
с 3-мм свинцовыми стенками
При нажатии кнопки включения питания
Ликсископа осуществляется перемещение
источника излучения в рабочее положение;
источник излучения экранируется свинцо
вой защитой Пучок излучения коллимиру-
ется и облучает только экран, что пред-
отвращает прямое облучение оператора
Контролируемый объект рассеивает излу-
чение.. Однако количество рассеянного из-
лучения невелико; в пределах зоны непо
средственно около прибора доза излучения
ниже установленной требованиями по ра-
диационной безопасности (при активности
источника 200 мКи доза облучения состав
ляет 19 мР)
Разрешающая способность флуороскопи-
ческой системы Ликсископ с изотопным
источником 12Ь/ составляет 3 пары лип./мм
Фирмой Виску выпускается шесть моде-
лей портативной системы Ликсископ (LS-
82-100, -101, -102, -103, -104) с параметра
ми: энергия источника излучения равна
27 кэВ, разрешающая способность —
3 лин. мм, масса 3,5 кг, размер поля зре
ния моделей LS-82 100, 101 и -102 — 50 см,
а моделей LS -82 103 и -104 25 см.
Радиационные системы контроля объек
тов больших размеров
В последнее время большое внимание уде-
ляется созданию систем контроля транс
72
портных средств больших контейнеров,
предназначенных для перевозки грузов мор-
ским, воздушным, железнодорожным и авто-
мобильным транспортом, на наличие в них
контрабанды и запрещенных вложений
(оружие, взрывчатые вещества, алкоголь
и др.) Такие контейнеры выполнены в виде
жестких металлических конструкций. Раз-
меры некоторых морских контейнеров 2,4X
Х2,4X12,2 м.
Для контроля транспортных средств и
грузоконтейнеров фирмой American Science
and Engineering (США) [7] разработаны
системы Micro Dose моделей 4000, 5000 и
6000. Модель 4000 предназначена для конт-
роля легковых автомобилей, модель 5000
для контроля больших транспортных
средств (автобусов и др.), а модель 6000 —
для контроля больших контейнеров Во всех
моделях используется метод сканирования
объекта веерным рентгеновским лучом.
Принцип работы систем показан на рис. 5,
где представлена схема модели 6000. Она
состоит из источника излучения /, контей-
нера 3 и приемной системы 6. Контроля
руемый контейнер 3 помещается на конвейер
10, который равномерно движется в про-
межутке между источником и приемной си-
стемой По мере перемещения контейнера
различные его части подвергаются облу-
чению веерным рентгеновским лучом Излу-
чение проходит через контейнер и ослаб-
ляется в зависимости от плотности содер
жащегося в нем вещества. Прошедший че-
рез участок контейнера поток излучения
регистрируется расположенной вертикально
линейкой детекторов 5. Перед источником
излучения и детекторами распола! аются
коллиматоры 2 и 4 выделяющие узкий веер
ный пучок излучения и ослабляющие влия-
ние рассеянного излучения. Коллиматоры —
металлические структуры, ограничивающие
размеры пучка и поле зрения детекторов
для получения так называемой «хорошей
геометрии» Источником излучения явля-
ется линейный ускоритель — Линотрон. Это
высокостабильный и надежный источник из-
лучения с широким спектром высокоэнер-
гетического рентгеновского излучения
(энергия до 16 МэВ). В приемной системе
используется линейка детекторов, имеющих
высокую эффективность преобразования
рентгеновского излучения в видимое и ма-
лую инерционность
Сигналы с каждого детектора поступают
в электронную систему 7, состоящую из
двух частей Первая часть обеспечивает пи-
тание и контроль параметров источника из-
лучения линейного ускорителя, вторая
запись и обработку процесса и результа-
тов контроля, а также получения данных
о содержании контейнера с помощью
Рис. 5. Схема системы контроля контейнеров модели 6000
ЭВМ-8. Данные выдаются в цифровой фор-
ме, изображение объекта контроля стан
дартного телевизионного формата наблю-
дается на телевизионном мониторе 9.
Основные характеристики модели 6000:
предел разрешения 6 мм, время сканирова-
ния 2 мин для контейнера длиной 12,2 м,
просвечиваемый объект — сталь толщиной
25 см, чувствительность — через лист ста
ли толщиной 25 см обнаруживается 7 см3
тринитротолуола
Модель 4000 размещается на двух авто
прицепах. В одном прицепе расположен
источник рентгеновского излучения и прием-
ная система. Контролируемый легковой
автомобиль въезжает в открытую дверь
прицепа и медленно перемещается в зоне
воздействия рентгеновского источника.
Электронная система усиления сигналов с
детектора и обработка размещена на дру
гом автоприцепе меньших размеров, снаб-
женном кондиционером.
В модели 5000 объект контроля равно-
мерно перемещается между источником и
приемной системой по платформе, создавае-
мой поворотом задней стенки прицепа в
горизонтальное положение Линейка детек-
торов располагается на вертикальной штан
ге. Вся электронная часть модели также
рамешается в отдельном прицепе.
Структурная схема комплексной системы
для контроля морских контейнеров без ска
нирования приведена на рис. 6 [15]. Кон-
тейнеры / непосредственно со склада посту
пают на конвейерную линию 15 и переме
щаются к контрольным подсистемам. Дан-
ные о содержании контейнеров, приведен-
ные в декларации груза, в цифровой фор
ме (блок 2) вводятся в компьютер 3, и
контейнеру присваивается специальный код,
записанный на магнитной ленте. Если кон-
тейнер рефрижераторного типа 14, он снача
ла подвергается исследованию с помощью
тепловизионной подсистемы 4, предназна-
ченной для обнаружения контрабанды в
тепловой изоляции контейнера. Если конт-
рабанда не обнаружена (контейнер выдер-
жал испытания годен), он далее направ
ляется в подсистему 6 анализа на запах,
где берутся пробы воздуха из различных
мест контейнера. Контейнеры рефрижера-
торного тина, не прошедшие контроль (за-
бракованные), направляются в помещение
для визуального контроля 5, а выдержав-
шие анализ на запах направляются в под-
систему 7. Контроль с помощью рентгенов-
ских лучей производится с помощью трех
типов подсистем:
для обнаружения взрывчатых веществ
(подсистема 7);
для контроля содержимого контейнера
при облучении жестким рентгеновским из-
лучением в горизонтальной плоскости (под
система 8);
для контроля тем же излучением в вер-
тикальной плоскости или в любых других
направлениях (подсистема??).
Не выдержавшие контроль контейнеры
направляются на визуальный контроль 5,
выдержавшие на склад проверенной про-
дукции 10 После проверки в подсистеме 5
контейнеры с контрабандой или запрещен-
ными изделиями поступаю! на склад кон-
фискованной продукции 11 Если уровень
излучения недостаточен для контроля в под-
системе 9, контейнер контролируется в раз-
личных положениях. Если контейнер не дол
жен подвергаться облучению рентгеновским
излучением 12, он непосредственно пода-
ется в подсистему 5 Все данные о содер
жании контейнеров 13 с каждой подсисте-
мы подаются на компьютер 2.
Рентгеновские подсистемы 8 и 9 содср
жат источник рентгеновского излучения,
создающий пучок излучения в направлении
объекта контроля, флуоресцирующий экран
73
Рис. 6. Структурная схема комплексной системы контроля морских контейнеров
и две телевизионные камеры для каплю
дении видимого изображения объекта на
экране.
На рис. 7 представлена схема размеще-
ния элементов при контроле контейнеров.
По конвейеру контролируемый контейнер 1
поступает в помещение контроля и устанав
ливается в зоне воздействия пучка излу-
чения. Источник излучения — линейный
ускоритель 2 находится в специальном от
секс 3. Напротив источника по другую сто-
рону контейнера расположен флуоресци-
рующий экран 4, закрывающий вход в отсек
5, в котором установлены два вогнутых зер
кала 6 и две телевизионные камеры 7, а
перед экраном — также два датчика 8,
регистрирующие уровень прошедшею через
контейнер рентгеновского излучения, и за
ним два фотоэлектрических датчика 9,
фиксирующих уровень видимого излуче
ния — свечения экрана. Видимое изобра
жение, создаваемое на флуоресцирующем
экране рентгеновским излучением, отража
ется от зеркал 6 и фиксируется передаю
щими телевизионными камерами 7
Оператор наблюдает теневое изображе
ние содержимого контейнера. Размер флуо
реснирующего экрана при контроле боль-
ших контейнеров должен быть 2,4X3,7 м
Датчики 10 инфракрасные приемники
служат для фиксации присутствия людей
в опасной зоне. В этом случае датчики
J’hc 7. Расположение элементов в системе
контроля контейнеров
74
Таблица 4
Параметры Тин системы
200 Г 2010* 2020 2020S 2040 2040S' 2041 204 IS
Максимальные размеры объекта контроля, м длина 5.5 3.5 6.4 6.4 12,8 12,8 18.0 18.0
ширина 2.5 2.5 2.5 2.5 2.4 2,4 2.1 2.4
высота 2 2,5 3.1 3.1 3,1 3.1 4.1 4.
Скорость перемещения кон- вейера, м/мин 1,88.3,75 1.88 3.75 1.88...3,75 1.88. .3.75 3,75 7.5 1.88..3.75 6.6 13,2 3.3. .6.6
Пропускная способность си- стемы. объект/ч 20 30 48 48 48 30 30 18
Тяп источника излучения Рентгенов- Рентгенов- Линейный 1г 192. Линейный Со-60. Линейный Со-60,
скнй аппа ский аппа ускоритель 2000 Ки ускоритель 2000 Кя ускоритель 2000 К и
Энергия излучения. кэВ рат 0 -320 рат 0- 320 0 1000 310—470— 0 2000 1170—1330 0—2000 1 170—1330
Экспозиционная доза за цикл контроля. мР. менее 100 100 50 -600 50 250 100 150 60
Продолжительность эксплуа- тации, ч/год 5500 5500 8OU0 8(ЙЮ 8000 8600 8000 8600
* Системы подвижные
автоматически отключают источник рентге-
новского излучения. Все помещения где
происходит облучение контейнеров имеют
мощную бетонную защиту.
Фирмой Schlumberger Industries (Фран
ция) разработана сканирующая система
контроля контейнеров Sycoscan 2000 [28]
Восемь типов этой системы предназначены
для контроля объектов различных габари-
тов, авиационных и морских контейнеров,
легковых и грузовых автомобилей. Исполь-
зование в системе нового типа детекторов
позволило уменьшить энергию рентгенов-
ского излучения, расширить динамический
диапазон системы до 105, достичь эффек
тивности преобразования рентгеновского из-
лучения в видимое до 30 % при энергии
420 кэВ и предела разрешения до 2 мм
Емкость ЗУ системы 8 Мбайт, что позволяет
запоминать до 150 рентгеновских изобра-
жений. В табл. 4 приведены параметры
различных типов системы Sycoscan 2000
Устройства для контроля контейнеров,
рассмотренные в [7, 13, 15, 21, 29], снаб
жены средствами для анализа сигналов,
поступающих с детекторов, с целью опре-
деления плотности вещества предметов, со-
держащихся в контейнере. При ослаблении
интенсивности проходящего излучения про
изводится отбраковка.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основными направлениями развития ра
диационных систем контроля багажа явля
ется разработка радиоскоиическнх и скани
рующих систем контроля, использующих на-
ряду с оптическими и телевизионными циф
ровыс устройства. Комбинация оптических
телевизионных и цифровых устройств позво-
ляет наиболее полно и оптимально повы
сить различимость деталей па получаемых
светотеневых картинах. Цифровые уст-
ройства позволяют осуществлять коррек-
цию получаемых изображений, варьировать
в широких пределах зависимость яркости
световых изображений от экспозиции. Соз-
дается новое поколение телевизионных си-
стем па микропроцессорах с автоматиче-
ской настройкой основных параметров конт-
роля и диагностикой неисправностей. В те-
левизионных камерах используются твердо-
тельные преобразователи иа основе прибо
ров с зарядовой связью
Важная роль придается разработке
средств автоматизации на основе вычисли
тельной техники, предназначенных для рас
шифровки информации, заключенной в све-
тотеневых картинах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Unkenbach Н., Stein К U-— Siemens
Review, 1981, v 48, N 6.
2. Sean Healy.— Air Travel J., 1987, v. 15,
№ 2.
3. Проспекты фирмы Heimann (ФРГ).
4 Проспект фирмы International Aeradio
Limited (Великобритания)
5. Проспекты фирмы Helling (ФРГ).
6. Проспекты фирмы Philips (ФРГ).
7. Проспекты фирмы American Science and
Engineering (США)
8. Проспекты фирмы CGR (Франция).
9. Проспекты фирмы Analitical Instru-
ments Ltd (Великобритания).
10. Проспекты фирмы Tochiba (Япония)
11. Проспекты фирмы Bycky X ray Inter-
national (США)
12. Пат. 4020346 (США). МКИ G 01
N 23/00
75
13. Пат. 2113823А (Великобритания). МКИ
GOIN 23/04.
14 Пат. 2549211 (ФРГ). МКИ G 01
М 11/00.
15. Пат. 4259577 (США). МКИ G 01
N 23/00.
16. Пат. 4415980 (США). МКИ G 06
Е 15/46.
17. Пат. 4366382 (США) МКИ G 01
N 23/04
18. Пат. 4454605 (США) МКИ G 01
N 23/00.
19. Пат. 4064440 (США). МКИ G 01
N 23/00
20. Пат. 105618 (ЕПВ). МКИ G 01 N 23/04.
21. Пат. 79600 (ЕПВ). МКИ G 01 N 23/04.
22. Пат. 48530 (ЕИВ). МКИ G 01 N 23/00.
23. Пат 2110053 (Великобритания). МКИ
G 01 N 23 /00
24. Проспект фирмы Micasa X ray Со (Япо-
ния)
25. Пат. 3448266 (США). МКИ G 01
N 23/00.
26. Пат. 3925675 (США) МКИ G 01
N 23/00.
27 Van Pelt В., Plevak J. Е. Nucl Instr.
a. Meth, in Phys. Research, 1986, A 242.
28. Проспекты фирмы Schlumberger Indu-
stries (Франция).
29. Пат. 4259577 (США) МКИ G 01
N 23/00.
76
УДК 681 84 083 84
ТРЕТЬЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО МАТЕРИАЛАМ ДЛЯ
МАГНИТНОЙ ЗАПИСИ
1 СОВРЕМЕННЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ И
ПРОБЛЕМЫ
В сентябре 1986 г. в Парме (Италия)
состоялась Третья Международная конфе-
ренция по материалам для магнитной за-
писи В ней приняли участие почти 250
ученых из 18 стран. Более 60 докладов
на этой конференции были опубликованы
в журнале IEEE Trans., 1987, v. MAG-23,
№ 1
Ниже приведен обзор сделанных на
конференции сообщений, отражающих сов-
ременное состояние, актуальные проблемы
и перспективы развития физики, техноло-
гии и техники магнитных носителей.
Обзор технологических достижений и
проблем был сделан во вступительной ре
чи председателя оргкомитета конференции
С. Bonnebat. Магнитные носители в насто-
ящее время весьма широко применяются
при записи звука, изображения и данных.
В последние годы большую часть выпуска
капиталистических стран (3 млрд изделий
в год, т. е. 74 % от общего коли-
чества или 40 % от общей стоимости)
составляют носители для звукозаписи По
сравнению с довольно стабильным их вы-
пуском производство магнитных лент (МЛ)
для видеозаписи (главным образом в кас-
сетах) характеризуется весьма динамич-
ным ростом. При среднегодовом выпуске
таких кассет «500 млн за период с
1982 г по 1985 г. рост их производ-
ства составил «35 %, на их долю при-
ходится уже 40 % общей стоимости маг-
нитных носителей. Еще быстрее растет вы-
пуск носителей для записи данных Годо-
вой прирост выпуска гибких магнитных
дисков (МД) достигает 40 % при годовом
производстве около 1 млрд. ед. на сумму
0,7 млрд. дол. Выпуск жестких МД состав-
ляет «20 млн шт. в год на сумму
500 млн. дол при темпах роста 30 % в
год.
Отмечается бурный рост производства
принципиально новых типов носителей
оптических, запись/воспроизведение на ко-
торых ведется с помощью лазера Пер
вые оптические цифровые компакт-диски,
тиражируемые методом штамповки и позво-
ляющие лишь воспроизводить записанную
ранее звуковую программу, появились в
1982 г, а в 1985 г. их было прода-
но уже 50 млн шт на сумму 200 млн дол
Выпуск оптических дисков, допускающих
однократную запись и многократное вос-
произведение с помощью лазера, пока срав-
нительно невелик — 50 тыс. шт. в 1985 г.
Предполагается, что серийный выпуск
реверсивных магнитооптических (МО) дис-
ков для многоразовой записи начнется
в ближайшее время.
Из основных технологических достижений
последних лет можно отметить следую-
щие.
а. Создание МЛ шириной 8 мм для
портативной видеоаппаратуры с рабочим
слоем из пассивированных частиц Fe,
позволяющих заметно увеличить плотность
записи. Ожидается, что с использованием
такого слоя могут быть разработаны но-
вые МД для цифровой звукозаписи и гиб-
кие МД для видеозаписи.
б. Разработка нового поколения кассет
с МЛ стандартной ширины (12,7 мм)
для 18-дорожечного формата записи дан-
ных (накопитель IBM 3480), позволяющих
повысить как плотность записи, так и
надежность накопителя
в. Получение высококоэрцитивного ко-
бальтированного порошка для гибких МД
Сформированные из него рабочие слои
имеют меныпую (0,5...! мкм вместо 2 мкм)
толщину, что при коэрцитивной силе Н =
=650...700 Э позволяет достичь емкости
диска 1...2 Мбайт.
г. Работа по созданию миниатюрных
жестких МД винчестерского типа для пер-
сональных ЭВМ В технологии получения
тонкопленочных рабочих слоев для таких
МД наблюдается тенденция к замене ме-
тодов химического осаждения методами
вакуумного напыления Одной из серьезных
проблем остается изготовление основы
жестких МД с малой плотностью дефек
тов.
В последние годы были предложены
некоторые новые принципы записи/воспро-
изведелепия и методы создания носителей.
Среди тех, которые доказали свою перспек-
тивность, можно отметить следующие.
а. Магнитная запись с перпендикулярным
намагничиванием (МЗПН). Интересно, что
в первых работах по магнитной записи,
относящихся еще к концу прошлого века,
обсуждались принципы и методы именно
МЗПН. Современные работы в этом направ
лении были начаты в 1975 г. в универси
тете Тохоку (Япония) Их логическим
77
продолжением явились исследования по за
писи на неориентированных (изотропных)
носителях.
Основное преимущество МЗПН-носите-
лей — повышенная эффективность воспро-
изведения при высокой плотности записи.
Предельно достижимая плотность записи
для таких носителей составляет 4000
6000 переходов/мм в то время как при
записи с продольным намагничиванием этот
показатель »500, 1000 и 3000 переходов/мм
соответственно для частиц y-Fe2O3, Со-
-у-Ре20з и феррита бария
Наиболее подходящими для МЗПН яв
ляются носители с тонкопленочными слоями
Со Сг или с частицами феррита бария.
Однако для М3 ПН-носителя из Со—Сг
(гибкие и жесткие МД) остаются нере-
шенными проблемы износа рабочего слоя
и магнитной головки при очень малом за-
зоре между ними необходимом для реа
лизации потенциальных возможностей спо-
соба. Для носителей с частицами феррита
бария не преодолены трудности перпен
дикулярной ориентации частиц в процессе
формирования рабочего слоя.
б. Электронно-лучевая полимеризация
рабочих слоев МЛ и гибких МД. Это
весьма эффективный способ для умеиь
шения шероховатости поверхности порош-
ковых носителей и повышения их изно-
состойкости.
в. Использование так называемых опти
ческих дисков (ОД) для однократной записи
и многократного воспроизведения. Запись
на ОД осуществляют модулированным ла-
зерным излучением. Под воздействием ла
верных импульсов на дорожках ОД форми
руются необратимые микроскопические из
менения оптических характеристик рабочего
слоя. Записанные сигналы воспроизводят,
облучая дорожку ОД маломощным немо
дулированным лазерным излучением, ре
гистрируя модуляцию отраженного от ОД
луча Недавние прогнозы быстрого роста
производства таких ОД оказались слишком
оптимистичными: к концу 1985 г. в
эксплуатации находилось только »10 тыс.
накопителей на ОД (для сравнения
ежедневный мировой выпуск устройств на
жестких и гибких МД составляет 15 тыс.
и 50 тыс. соответственно). Сдерживаю
щими факторами распространения накопи
телей на ОД являются как различные фи-
зические механизмы записи, используемые
разными фирмами, что затрудняет совмести
мость их устройств друг с другом, так
и нерешенные вопросы стандартизации и
сопряжения ОД с выпускаемой аппарату-
рой. Кроме того, необходимо повышение
надежности оптических накопителей, отсле-
живающих дорожку записи шириной
»1 мкм
На ближайшие годы наиболее вероят-
ными направлениями исследований в об-
ласти носителей информации можно счи-
тать следующие.
а. Создание носителей с высокими зна-
чениями Н. и остаточной намагничен-
ностью Jr для записи с линейной плот
ностью до 3000 4000 нереходов/мм.
б. Разработка специальных МЛ для циф
ровой записи звука и изображения с малой
вероятностью выпадений сигнала и высокой
плотностью записи.
в. Создание реверсивных МО носителей
для лазерной записи. Переход от лабо-
раторных образцов к серийному выпуску
МО дисков требует совершенствования как
основы дисков, так и защитных покры
тий рабочих слоев. Необходимо обеспечить
также стандартизацию размеров МО дисков
и их совместимость с аппаратурой, пред
назначенной для работы с ОД
г. Разработка винчестерских дисков на
пластиковых подложках Интерес к этой
проблеме связан с высокой стоимостью
изготовления алюминиевых основ для
жестких МД.
2 ПОРОШКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ
МАГНИТНЫХ НОСИТЕЛЕЙ
Оксид железа Впервые синтезиро-
ванные еще в 1934 г игольчатые части
цы у-1;е2Оз до сих пор весьма широ
ко используются в качестве магнитного
материала для носителей записи. Основной
их недостаток несовершенство формы,
проявляющееся в наличии внутренних пор,
дендритов и других дефектов, что приво-
дит к ухудшению магнитных и техноло-
гических характеристик материала. Влияние
отклонения формы этих частиц от идеаль-
ной (цилиндрической или эллиптической)
на свойства носителей рассмотрены в работе
L. Wenbo. Показано, в частности, что
изменение До удельной поверхности может
служить количественным критерием совер
шенствг! формы частиц. Экспериментальное
измерение величины о проводилось мето-
дом контроля поглощения масла поверх-
ностью частиц. Было исследовано 33 об-
разца порошков y-Fe2O3 различных фирм
и найдено, что величина Нс максималь
па тогда, когда А<т/<т^5 %. Получено также
эмпирическое соотношение между Нс и ко-
личеством пор п (диаметр d«10 нм) в
частице: Н = (390 —8,8,г) Э Чем больше
До/о, тем хуже ориентируемость частиц
в магнитном лаке и меньше коэффициент
нрямоугольности петли гистерезиса ансамб
ля частиц.
78
В другой работе (R. J. Pollard) за
счет модификации технологического процес-
са получены однородные частицы у-ЕоеОз,
практически свободные от пор и дендри-
тов и близкие по форме к идеальным
эллипсоидам. Исследование этих частиц
мессбауэровским методом показало, что
частицы нс имеют характерного для них
поверхностного слоя с нарушенными маг
нитными свойствами. Однако, несмотря на
это, в работе не было обнаружено за-
метных улучшений магнитных свойств
частиц, существенных для совершенствова
ния рабочих характеристик носителя. Экспе-
риментальное воздействие на частицы силь-
ным магнитным полем (до 50 кЭ) по-
казало, что неполная ориентируемость их
вызвана не столько поверхностными, сколь
ко объемными эффектами частиц.
Оксид железа, модифициро-
ванный кобальтом. Чтобы удовлет
ворить современным требованиям к высоко
плотной магнитной записи, носители долж
ны иметь большую коэрцитивность, чем
у чистых оксидов Ре (/7г=300...350 Э)
Замена в частицах у-РеаОз нескольких
процентов ионов Fe ионами Со позволяет
увеличить И на 300. .1000 Э при поверх-
ностном или на 1 ..2 кЭ при объемном
обогащении (.о Однако, как отмечается
авторами ряда работ, для таких частиц
характерна худшая диспергируемость, а
также меньшая однородность и темпера-
турная стабильность порошков В одной
из работ (A Eiling) проведено сравни
тельное исследование стабильности магнит-
ных характеристик порошков Со-у-1'еаО»,
обогащенных как по поверхности, так и в
объеме Найдено, что для обоих типов
порошков наблюдается уменьшение Н, с
ростом температуры от 200 до 400 К,
причем при 7=300 К для объемно-мо-
дифицированных частиц указанная зави-
&Н
симость выражена сильнее ЮЭ/К)
чем для поверхностно-модифицированных
(-1 Э/К).
A. Corradi отмечает, чго выдержка
носителей с рабочими слоями из Co-у I е2Оз
во внешнем магнитном ноле напряжен-
ностью «3 кЭ при 7=373 К приводит
к необратимому уменьшению Нс на 2...4 %
для поверхностно модифицированных и на
12.. 15 % для объемно модифицированных
порошков. Носители последнего тина имеют
худшие параметры по показателям «копир-
эффект» и «стирасмость», чем первые или
примерно эквивалентные им по основным
магнитным характеристикам носители с
СгО2 Механизм упомянутых выше измене
ний, по-видп.мому, связан с миграцией ионов
Со в частицах, которая сильнее выражена
в обьемно модифицированных образцах.
С целью стабилизации свойств порошков
фирмой Magnox Inc (( 111А) был разрабо-
тан процесс получения поверхностно моди
фицированпых частиц Co-y-leoOj, обеспечи-
вающий создание на их поверхности спе-
циальной фазы, в решетке которой ионы
Со жестко фиксированы. В результате уда-
лось получить носитель с рекордной среди
серийных образцов тсрмостабильностью
(1...2 Э/’С) и исключить необратимые из-
менения Н, до 7«400 К.
Термостабильнос! ь Со-у-1-’е2()з можно по-
высить также легированием Zn (A. Rousset).
Добавка «5 % Zn несколько снижает вели-
чину 11, частиц, но заметно улучшает их
температурные характеристики. Очевидно,
механизм влияния ионов Zn связан с кова-
лентным характером связи Zn т—О2 , пре-
пятствующей миграции ионов Со. Для таких
частиц становится возможным последую-
щий отжиг, позволяющий повысить как
И,, так и J, носителя. Об использовании с
такой же целью отжига сообщается в рабо
те I Подольского Процесс, происходящий
в атмосфере азота при 7=523 673 К, по-
вышает Нс кобальтированпых частиц до
800... 1400 Э при остаточной индукции
«1360 Гс
Двуокись хрома. Частицы СгСб бы-
ли синтезированы в 60-х годах. Это первые
частицы, у которых значение Н оказалось
существенно большим, чем у у Ге2Оз. Новые
порошки позволили заметно улучшить ра
бочие характеристики носителей За про-
шедшие годы удалось увеличить Н, частиц
СгО2 с 400 до 650 Э, а удельную поверх-
ность о с 15 до 25. .35 м2/г Частицы
СгО2 отличаются однородностью размеров
и формы, отсутствием пор и дендритов, что
определяет их хорошую ориентируемость и
высокие значения магнитных параметров.
Для повышения однородности распреде-
ления частиц по размерам СгО2 фирма
Е 1 du Pont de Nemours (США) модифи
пировала метод введения добавок БЬ2Оз
в процессе окисления Сг2О.з (Т Crandall)
Оценка однородности получаемых частиц
проводилась как путем измерения распре-
деления полей перемагничивания, так и
кон।роля рабочих характеристик экспери
ментальных МЛ для звукозаписи. По срав
нению со стандартными серийными МЛ эк-
спериментальные образцы обеспечивают на
1,5 дБ меньший уровень шумов, на 2,5 дБ
меныпий уровень помех, вызываемых копир-
эффектом Новые МЛ превосходят серийные
носители с частицами СгО2 и Со-у-1‘е2О.< и
по чувствительности, н по максимальному
уровню записи
В работе G. Bottom исследовалась воз
можпость стабилизации температурных ха
79
рактеристик порошков СгО2 с помощью ле-
гирования Ее и Sb, предотвращающего хи
мическую деградацию поверхности частиц.
Отмечена необходимость тщательного под-
бора как условий легирования, так и режи-
ма последующего отжига, с тем чтобы, обес-
печив стабилизацию, не вызвать необрати-
мых ухудшений магнитных характеристик
порошков. Легированием определенными
элементами эти характеристики можно рез-
ко менять. Так, введение в СгО2 5 % атомов
1г приводит к увеличению значения Нс при-
мерно на порядок (Е. Wohlfarth). Такие
порошки отличаются малыми размерами ча-
стиц и более слабым магнитным взаимо-
действием последних.
Одной из основных характеристик носи-
теля является остаточная намагниченность
Jr, определяющая уровень воспроизводи-
мого сигнала. Для сравнительно крупных
частиц СгО2 (длина 1=3.. 10 мкм, </=1
3 мкм) при /"«300 К удельный магнитный
момент (УММ), пропорциональный J,, со-
ставляет при насыщении «100 Гс-см3/г
Современные частицы с гораздо меньшими
размерами (/=0,2...0,4 мкм, </=0,02...
0,04 мкм) имеют УММ «80 Гс-см3/г. Как
показал Р. Panuwattanawong, такое умень-
шение величины УММ мелких частиц свя
зано с наличием среди них заметного ко-
личества (до 20 %) очень мелких (/=0,1..
0,2 мкм, <7=0,01 0,02 мкм) частиц, кото-
рые при комнатной температуре уже явля-
ются супе.рпарамагнитпыми и не дают вкла-
да в Jr носителя.
Частицы чистых металлов. При-
влекательность использования чистых ме-
таллов вместо оксидов в рабочих слоях но-
сителей состоит в том, что металлы позво
ляют расширить диапазон изменений основ-
ных магнитных параметров Нс и Jr. Однако
основной недостаток частиц из чистых ме-
таллов обусловлен их высокой химической
активностью, приводящей к коррозии и реак-
ции со связующим. Один из путей стабили-
зации свойств металлических частиц связан
с формированием их в защитной матрице.
Так, N Tsuya сообщает о создании рабо-
чего слоя жесткого МД из игольчатых
частиц Ее. На алюминиевой основе диска
анодированием формируется пленка А12Оз с
регулярной структурой гексагональных яче-
ек, в центре которых имеются мелкие поры,
ориентированные перпендикулярно поверх
пости основы. Методом электроосаждения
поры заполняются чистым Fe. Диаметр их
можно регулировать травлением в пределах
18...90 нм, управляя величинами Нс и Jr
носителя в весьма широком диапазоне. На
экспериментальном МД с такими частицами
получена плотность записи до 2000 перехо
дов/мм. Отмечается высокая износостой
кость рабочего слоя (>1000 ч прогона и
>30 000 циклов «старт/стоп») при сохра-
нении рабочих характеристик.
Магнитные характеристики металличе
ских частиц можно также варьировать с по-
мощью технологических приемов. Так, по-
вышение температуры воздуха от 300 дс
500 °C при восстановлении частиц гепатита
(а-Ре2Оз) до чистого Fe приводит к увели-
чению Нс от 180 до 1400 Э (Т. Sucyoshi).
Для носителей из чистого Со, осаждаемого
из CoSO4, отмечается зависимость положе-
ния с-оси гексагональной ячейки от значе-
ния р//-фактора (/. Croll). При рН^А <spcb
параллельна плоскости пленки, а при рН=
=4...6,5 — перпендикулярна ей.
Феррит бария и другие части
ц ы. Частицы феррита бария считаются
весьма перспективными для создания носи
тслей высокоплотной записи Частицы,
имеющие обычно форму дисков, довольно
однородны по размерам (</=0,03...0,06 мкм,
/1=0,02...0,03 мкм) Для них характерно
наличие двух конкурирующих типов анизо-
тропии формы и кристаллографии, при
чем последняя, перпендикулярная плоско-
сти частиц, является доминирующей. Это
обстоятельство позволяет использовать но
сители с частицами Ва, если магнитные
моменты частиц сориентированы перпенди-
кулярно плоскости рабочего слоя, для
МЗПН. По основным магнитным характе-
ристикам эти частицы сходны с металли-
ческими и кобальтированными частицами
Хотя величина J, последних и ниже, но
форма частно феррита бария позволяет
обеспечить их высокую концентрацию в маг-
нитном лаке и достичь высокой отдачи но-
сителей при воспроизведении сигнала. Как
правило, частицы феррита бария имеют
слишком высокую для практических целей
величину /7С«3 кЭ. Однако, как сообщает
F. Haberey, изменением формы частиц ле-
гированием их Ti или Со можно снизить зна
ченис Нс до приемлемой величины 500.,
1300 Э.
В работе D. Speliotis отмечается харак
терная особенность частиц феррита бария —
положительный температурный коэффици-
ент Нс, равный Л" — (1 . 7). ю
пс d I
град-1 По представленным в работе дан
иым, носители с частицами феррита бария
обеспечивают более высокую плотность
записи (2300...3200 переходов/мм), чем МЛ
с металлическими или кобальтированными
частицами (1600 и 1400 персходов/мм соот-
ветственно) Одновременно отмечается
сложность диспергирования частиц феррита
бария в связующем
На конференции были представлены ра-
боты по магнитным частицам некоторых
80
нетрадиционных типов. Так, R. Ardiaca ис-
следовал частицы феррита стронция и пока
зал, что по своим структурным и магнит-
ным свойствам они сходны с частицами
феррита бария. Высокой кристаллографиче-
ской анизотропией обладают и такие веще-
ства, как NdzFenB и УгВецВ. В Higgins
отмечает, что их коэрцитивность можно
менять в широких пределах (0,3... 13 кЭ),
варьируя режим обработки. Частичная за-
мена атомов Fe атомами Сг позволяет по-
высить стойкость частиц к окислению, обес
пенив стабильность, достаточную для прак-
тического применения. Интересно, что знак
температурной зависимости величины Нс он
ределяется редкоземельным элементом, вхо-
дящим в состав соединения. Для NdjFei-iB
она отрицательная, для YzFeuB положи
тельная. Это позволяет, подбирая комби
нацию редкоземельных элементов, синте.зи
ровать материал с высокой температурной
стабильностью.
3. ПОРОШКОВЫЕ МАГНИТНЫЕ
НОСИТЕЛИ
Физикомеханические харак
теристи ки. Рабочие характеристики маг-
нитных носителей в сильной степени он
ределяются совершенством основы для МЛ,
одним из важнейших параметров которой
является шероховатость обеих поверхно-
стей. Согласно Н. Dallmann допустимая вы
сота средней шероховатости /?„ зависит от
назначения МЛ Магнитные ленты дтя зву-
козаписи при толщине основы 11 мкм могут
иметь /?„=0,05...0,12 мкм. Более строгие тре
бовання предъявляются к основе МЛ для
записи данных: Ru—0,02 ..0,06 мкм Для на-
копителя IBM 1480 разработана новая МЛ
с рабочим слоем из СгО2, нанесенным на
основу фирмы Hoechst (ФРГ) с /?п=
=0,022 мкм. Еще меньшей шероховатостью
должны обладать МЛ для видеозаписи:
Ra=0,015...0,030 мкм при допустимой по-
верхностной плотности дефектов протяжен
постью >1 мкм не более 0,1 см-2 О ме-
няется, что перспективные МЛ для высоко
плотной записи (цифровая звукозапись, ви-
деозапись на 8-мм МЛ с металлическими
частицами) потребуют основы еще более
высокого качества: /?о$С0,005 мкм со сторо-
ны рабочего слоя и «0,02 мкм с тыльной
стороны.
Вопросу снижения шероховатостей путем
прокатки поверхности (каландрирования)
рабочих слоев МЛ посвящена работа
J. Brondijk. Сообщается, что результат ка-
ландрирования зависит в основном от исход
ной поверхности носителя. При этом слабее
всего поддаются выравниванию выступы
сравнительно большой (>50 мкм) протя
4 Заруб, радноэл ка № 6
женности в плоскости МЛ. Установлено,
что с помощью каландрирования можно
получить поверхность с /?«^0,004 мкм в ла
бораторных и ^0,006 мкм в опытно-про-
мышленных условиях. Оптимальным ка-
ландрированием удается уменьшить вели-
чину модуляционного шума на «8 дБ и по-
высить отношение сигнал/шум прн записи
цветного изображения на 2...3 дБ.
В двух работах исследуются другие ме-
ханические свойства МЛ. Так, R. Schaake
описал автоматизированную установку для
измерения деформации М Т при растяже-
нии. Применение микрокомпьютера позво-
лило не только сократить время и повысить
точность измерений, по и определить упру-
гие свойства собственно рабочего слоя.
В сообщении Р. Knin отмечается, что на
механические харак(ерисгнки магнитного
лака (деформации, напряжения и пр.) за
метное влияние оказывают агломераты ча-
стиц (СгО2 пли у-1-'с2О:)). образующиеся
в результате их сильного взаимодействии.
Локальная структура. Большое
влияние на характеристики носителей (осо-
бенно шумовые) оказывает распределение
магнитных частиц но размерам. Так, с целью
исследования геометрии частиц в суспензии
порошков у-Ее20з, CrOj и CoZn-феррита, по
сообщению М. Azarian, был использован
просвечивающий электронный микроскоп.
Усредненные параметры частиц приведены
в таблице. Сравнительная оценка потен-
циальных шумовых характеристик носите
лей показывает безусловную предпоч титель-
ность CoZn-феррита в силу наименьших
размеров его частиц
Метод просвечивающей электронной ми-
кроскопии с успехом применим также для
наблюдения частиц немагнитных включе-
ний, специально добавляемых в рабочий
слой для оптимизации механических свойств
носители (A. Staals). При толщине просве-
чиваемых образцов 100 им и энергии элек-
тронного луча 60 кэВ удается зарегистрп-
ровать такие включения и методом рентге-
новского микроанализа определить их хи-
мический состав.
Теоретическую работу D. Berkov посвя-
тил расчету влияния диполь-днпольного
взаимодействия однодоменных магнитных
Таблица
Размер частиц
Гии частиц Диаметр, им Длина, нм Объем 1U* нм4
у Fe?O3 СгО-> 58 360 190
37 213 27.6
CoZn феррит 14 18 0,23
81
частиц в рабочем слое порошкового носи-
теля. В ней показано, что с ростом кон
центрацни взаимодействующих частиц
уменьшается прямоугольность петли гисте-
резиса.
Магнитные характеристики. Ис-
следование анизотропии магнитных частиц в
рабочем слое МЛ и их ориентации экспери-
ментально проведено с помощью торсион-
ного магнитометра в работе S Нооп Ори
гиналыюсть методики заключается в том,
что измерения проводились в сравнительно
небольшом угловом цикле поворота образ-
ца («10°) Получены карты распределе-
ния ориентации частиц СгО2 и Со-у-Ес2О%
а также полей их анизотропии. G. Spratt
применил вибрационный магнитометр для
анализа распределения полей перемагничи
вапия (РПП) частиц и связи РПП с дина-
микой процесса перемагничивания. В диапа-
зоне 7’=77...3О5 К для ансамбля частиц
СгО2 получены характеристики изотсрми
ческою намагничивания и перемагничива
ния в постоянном и переменном полях Раз-
личия между этими характеристиками сви-
детельствуют о важной роли, которую в
процессах перемагничивания играет магнит-
ная вязкость. Это следует учитывать при
анализе процесса записи ВЧ сигналов, когда
эффективная величина Нс заметно отлича-
ется от «статического» значения
Для современной аппаратуры характер-
на тенденция к уменьшению ширины до-
рожки записи и расстояния между дорож
ками При этом возрастает роль процес-
сов записи/воспроизведепия, при которых
задействованы области носителя, примы-
кающие к геометрическим границам дорож-
ки. Для исследования этих процессов
D. Heim использовал крупномасштабную
модель «головка — лента» (ширина рабо-
чего зазора магнитной головки 6 мм, рас-
стояние до поверхности носителя 2 мм)
Роль носителя выполнял металлический
лист толщиной 25 мкм с //,=240 Э и J г—
= 713 Гс, а конфигурация магнитных отпе-
чатков анализировалась с помощью датчика
Холла диаметром I мм. Показано, что вну-
три границ дорожки линия магнитного
штриха не является прямой, параллельной
рабочему зазору головки У краев дорожки
штрих отклонен в сторону, противополож
ную направлению движения головки относи-
тельно носителя Это происходит в зоне,
где заметную величину имеет компонента
поля головки, параллельная плоскости но
сителя и перпендикулярная дорожке.
Процессы намагничивания и
записи Теоретическому анализу процес-
сов намагничивания ансамбля частиц по
священы сообщения J Knowles и R Chan-
trell. В первой работе сравниваются ха-
82
рактеристики процессов идеального и ква
зиидеалыюго намагничивания для ансамбля
частиц у-Ре2Оз с нерегулярной морфологи
ей и кристаллографической анизотропией.
Различие амплитудных характеристик обоих
процессов заключается в том. что для
«идеального» случая характеристика моно-
тонно растет с увеличением амплитуды ВЧ
подмагничивания, а в «квазиидеальном» —
имеет максимум при амплитуде ВЧ подмаг-
ничивания, равной 0,7 /< (7, — намагни
ченность насыщения). R Chantrell в каче-
стве модели взял невзаимодействующие ча-
стицы Со с одинаковой константой ани-
зотропии. Для частиц различной формы и
ориентации (сферически неориентирован-
ные, плоские ориентированные и неориен-
тированные) им получены кривые намагни-
чивания и характеристики РПП Показа
но, в частности, что одноосная ориентация
увеличивает эффективную величину Нс.
Расчетная работа J. Zhu касается анали-
за сравнительных возможностей нспользо
вания обычной кольцевой и тонкопленочной
однополюсной магнитных головок (МГ) для
Л13ПН Рассчитаны конфигурации перехо-
дов намагничивания, амплитудно-частотных
характеристик воспроизведения, величины
контактных потерь для МГ обоих типов.
Сообщается, что при контактной МЗПН
обе Ml дают практически одинаковые и
вполне удовлетворительные результаты
В случае бесконтактной записи тонкопле-
ночная МГ в силу более резкого перехода
намагниченности, меньших потерь, более
высокой эффективности воспроизведения
оказывается предпочтительнее. Однако надо
иметь в виду, что при такой записи маг-
нитное поле над полюсом тонкопленочной
МГ должно быть не. менее чем на порядок
выше //, носителя.
Ш умовые характеристики.В тео-
ретической работе М Геагоп провел иссле-
дование процесса размагничивания ансамб-
ля игольчатых частиц убывающим пере-
менным полем. Особенность использован-
ной автором модели заключается в учете
динамического взаимодействия частиц в
процессе размагничивания Временные
флуктуации поля взаимодействия частиц
при наложении на размагничивающее поле
вызывают неконтролируемое перемагничи
ванне некоторых частиц, повышая в итоге
уровень шума размагниченного носителя.
Результаты расчетов приводят к несколько
неожиданному выводу: для уменьшения шу
ма следует увеличивать скорость убывания
переменного размагничивающего поля, по-
скольку укорочение цикла размагничивания
позволяет частично скомпенсировать воз
действие «флуктуационного» механизма.
Экспериментальное исследование модуля-
ционпых шумов (МШ) серийных МЛ раз-
личных типов провел J. Coutellier. С по-
мощью простой методики им найдено рас-
пределение МШ по глубине рабочего слоя
МЛ. В диапазоне больших длин волн записи
(Х==0,3...4 мм) МШ превышают шум раз-
магниченной МЛ па 5...20 дБ, а при ?.=3...
400 мкм — на 2...5 дБ. Если в первом слу-
чае это обусловлено неоднородностью тол-
щины' рабочего слоя, то во втором — не-
однородностью концентрации магнитного
порошка в нем. Несмотря па сходство
спектров, не обнаружена корреляция меж-
ду шумами обоих типов.
Заметное увеличение отношения сигнал-
шум получено добавлением «20 % частиц
феррита бария в МЛ с частицами Со-у-
Ее20з (Т. Yashiro) Введение этих 1астиц
приводит к появлению перпендикулярной
плоскости МЛ компоненты намагниченно-
сти, роль которой по мере увеличения ча-
стоты сигнала растет В результате при
записи / воспроизведении кольцевой МГ
отдача носителя на частотах /2:4 МГц уве-
личивается на xi дБ, а отношение сигнал-
шум на «0 5 дБ Отмечается что, хотя
при введении частиц феррита бария МЛ
становятся несколько более шероховатыми,
прочность и износостойкость их рабочего
слоя возрастает и уменьшается частота вы-
падений сигнала.
4 НОСИТЕЛИ ДЛЯ МЗПН
Помимо упомянутых выше ориентирован
ных частиц феррита бария для МЗПН ис-
пользуются, как правило, металлические
тонкие пленки, получаемые вакуумным па
пылением. Наиболее перспективными среди
них считаются пленки из сплава СоСг, обла-
дающие ярко выраженной перпендикуляр-
ной магнитной анизотропией. Ожидается,
что в ближайшие годы будет начат серий-
ный выпуск носителей МЗПН
Mai н и т н ы с свойства С о С г - и л е-
нок. Важной характеристикой среды для
МЗПН является величина //, определяю-
щая предельную плотность записи ^Иссле
дованию влияния технологических условий
получения пленок СоСг па эту величину
посвящена работа Y Niimura. Показано,
что определенное сочетание этих условий
(давление аргона в камере, скорость осаж-
дения) позволяет получать пленки с Н до
1800 Э прн малой величине Нс,— I 10 250 Э
Известно что неоднородности структуры
пленок по толщине, можно исследовать,
сравнивая их объемные и поверхностные
свойства Как правило, первые определяют
с помощью вибрационного магнитометра,
вторые па магнитооптическом керров-
ском гистерпографе. В своей работе К Непь
4*
mes получил зависимости объемной (Нсе) и
поверхностной (Н ,) величин от толщины
пленки d=20...4000 нм. Было подтвержде-
но предположение о существовании на по-
верхности CoCr-пленки клинообразных до-
менов обратной намагниченности, прони-
кающих в пленку на глубину «0,1 мкм и
снижающих эффективность процессов вос-
произведения.
В качестве основы для опытных МД с
рабочим слоем из СоСг обычно используют
монокристаллический Si, полированное
стекло или металл. J Bernards исследовал
магнитные свойства и характеристики запи
си пленок СоСг, напыленных на гибкую ос-
нову из недорогого полиэтилентерефталата.
имеющего невысокую термостойкость. Най-
дено. что образцы полученные при 7'=30...
40 °C и 50. .90 °C, обнаруживают различный
характер изменения Ис.. и Hcs с толщиной
пленки d=50...1200 нм, а также различную
морфологию характерной для таких пленок
«столбчатой» структуры. Для диапазона
низких температур характерна слабая за-
висимость этих величин от d, а для высоких
они имеют максимум при d 300 нм.
Процессы перемагничивания в
С о С г - пленках. Для понимания процес-
са перемагничивания СоСг-пленок исключи-
тельно важны исследования доменов. Изу
чая эту проблему, W Кгаап истодом изме-
рения деполяризации нейтронов определил
эффективные размеры доменов для пленок
с d=0,3...5 мкм Установлено существова-
ние доменов обратной намагниченности на
поверхhocih пленки, исчезающих при умень-
шении d до некоторой критической величи-
ны: «125 нм для ВЧ распыления и 0,8.
1,1 мкм для магнетронного распыления.
Различные модели перемагничивания пле-
нок (движения доменных стенок, коге-
рентного вращения, некогерентного вра
щения различных типов) даю, качественно
отличающиеся зависимости потерь на пере-
магничивание L от утла Q между нормалью
к пленке и внешним полем Это обстоя-
тельство было использовано в работе
К. Ouchi для исследования процесса пере-
магничивания пленок СоСг Измеренные по
петлям гистерезиса функции L(Q) позво-
лили различить слой с перпендикулярной
анизотропией толщиной всего 13 им, обра
зуюшийся па структурном переходном слое
вдвое большей толщины с планарной на-
магниченностью Показано, что топкие слои
с высокой величиной Н г (>1000 Э) пере
магничинаются когерентным вращением,
тогда как в случае пленок с меныпим зна-
чением HtJ_ более применима модель неко-
герентного вращения (вихревая мода)
Прямое наблюдение доменной структуры
и процесса перемагничивания нередко воз
83
можно при использовании магнитооптиче-
ских эффектов Однако для пленок СоСг
такие наблюдения чрезвычайно затруднены
из-за невысокого керровского контраста
изображения н значительной дефектности
пленок. И все же эти трудности пре-
одолел в работе J. Lodder. который, ис-
пользуя керровский микроскоп с цифровой
обработкой изображения и разрешелием
0,2 мкм, установил связь магнитных свойств
пленок СоС.г, их морфологии и доменной
структуры В то же время было отмечено,
что пока невозможно полностью объяснить
механизмы наблюдаемых процессов пере-
магничивания, для чего, по-видимому, по
требуется сочетание электронно-микроско-
пических и магнитооптических методов на-
блюдения.
Моделирование магнитных
свойств пленок СоСг Вопрос о при-
роде //, в пленках СоСг — один из основ-
ных как с физической, так и с прикладной
точки зрения Как недавно было показано,
на границах зерен столбчатой структуры в
этих пленках происходит выпадение фазы,
обогащенной Сг и имеющей меньшую на
магпиченность, чем остальной объем плен
ки. Проанализировав эти эксперименталь-
ные данные, W. Andra провел па ЭВМ чис-
ленные расчеты микромагнитпон модели,
учитывающей распределение концентрации
Сг в пленке. Сделан вывод, что экспери-
ментально наблюдаемые значения // , по-ви
димому, обусловлены смещением доменных
стенок при низкой концентрации Сг
(< 19 ат. %) и некогерентным вращением
(изгибиая мода) при большем содержании
Сг в пленке.
Микроскопическую модель для машин-
ного расчета гистерезисных свойств иле
нок СоСг предложил Y Nakamura. Огра
начинаясь рассмотрением пленок, состоя-
щих из однодоменных кристаллитов с одно-
осной магнитной анизотропией, он устано
вил, что перемагничивание каждого кри-
сталлита описывается вихревым пекогерент-
11ЫМ вращением намагниченности.
Двухслойные носители д л н
М3 ПН. Применение магпитомягкого под-
слоя совместно с рабочим слоем СоСг по-
зволяет реализовать все преимущества од
пополюсной магнитной головки по сравне-
нию с кольцевой Подслой, выполняя роль
второго полюса головки дает возможность
резко снизить ток записи. Исследованию
взаимодействия подслоя из пермаллоя
(NiE'e) и пленки СоСг методом ферромаг
питного резонанса посвящена работа
М Siam Оказалось, что, если не считать не
которого повышения //< подслоя это взаимо-
действие практически не сказывается на
магнитных характеристиках носителя
84
Вместо обычно применяемого пермаллоя
A. Fukizawa предложил использовать в ка-
честве подслоя пленку из чистого Fe,
имеющего более высокую величину /«. Та-
кая пленка, наносимая посредством ВЧ рас-
пыления. имеет Нс— 3,5 Э и магнитную
индукцию, равную 21,5 кГс. Однако повы-
шенная дисперсия кристаллографических
осей пленки Fe ухудшает магнитные свой-
ства рабочего слоя из СоСг.
Промышленное получение но-
сителя с СоСг рабочим слоем.
На конференции сообщено о возможности
промышленного производства носителей для
МЗПН фирмой Leybold — Heraeus GMBH
(ФРГ). Так, R. Ludwig рассказал об уста
повке промышленного тина для получения
слоев СоС.г толщиной 0,25 мкм на полн-
имидной основе толщиной 75 мкм со еле
дующими параметрами: полем анизотропии
Г/а±>3,5 кЭ, //.[>900 Э, //,„<190 Э и
/,>420 Гс.
Еще в двух работах сообщается об от-
дельных основных узлах этой установки.
В первой описана напылительная вакуум-
ная камера, в которой происходит нанесе-
ние рабочего слоя с обеих сторон подложки
(М Маут). Производительность ее I
2 м/мин при ширине основы 1 м и толщине
рабочего слоя 0,5 мкм Размеры камеры
3,1X2 3X2,1 м. Во второй (R Knkla) рас-
сказывается о высокоскоростном магнетро-
не постоянного тока типа IPT/F, специаль
но разработанном для распыления ферро-
магнитных материалов. Важной особен
постно этого магнетрона является равно-
мерный износ мишеней, что позволяет резко
повысить их срок службы.
Носители для термомагнитной записи и
магнитооптического воспроизведения Ре
версивпая термомагнитная запись, осуще-
ствляемая с помощью лазера на МО но-
сители для последующего воспроизведения
таким же лазером, последнее достиже-
ние в области физики и техники маг
нптной записи. Обладая всеми прей
муществами последней, этот вид записи
позволяет достичь плотности записи инфор-
мации до 4- 10я бпт/см2 и более, поэтому
именно он считается наиболее перспектив
ным для применения в накопителях ЭВМ.
Однако прн разработке МО носителей при
ходится сталкиваться с проблемой дегра-
дации их свойств со временем. Это является
серьезным препятствием па пути к практи
ческому применению таких перспективных
сред МО записи, как топкие аморфные
пленки состава редкоземельный металл —
переходный металл (РЗМ ПМ) Процес-
сы ускоренного старения пленок ТЬЕс тол
щинон 50 нм при 100 °C на воздухе иссле-
довал С Wright. Им было показано, что
деградация магнитных свойств таких иле
нок может быть объяснена процессами
диффузии, приводящими к локальным изме-
нениям химического состава пленки (обед-
нению ТЬ аморфной матрицы) и кристал-
лизации Fe. Нанесение защитных покрытий
сразу после напыления пленок позволяет
полностью исключить процессы их старения.
Исходя из требований к магнитным свой-
ствам пленок РЗМ ПМ М. Kryder пред-
ложил алгоритм «конструирования» рабоче-
го слоя МО носителя, основанный на
обобщении обширного экспериментального
материала по исследованию пленок состава
GdTbFeCo. Показано, как путем выбора со-
става и условий получения пленок удается
оптимизировать рабочий слой МО носителя
по всем основным параметрам.
Новым направлением исследования пле-
нок РЗМ — ПМ являются эксперименты
по получению слоев с модулированным по
толщине химическим составом. Так, Н. Ya-
mamoto получил и исследовал пленки с пе-
риодом модуляции 0,2... 100 нм и глубиной
модуляции 1 .2 ат % Со. Найдено, что при
определенном критическом периоде моду-
ляции резко растет константа перпен-
дикулярной анизотропии и Нс пленок. Этот
эффект объясняется в рамках модели пар
ного упорядочения
5. ТРЬНИЕ И ИЗНОС В СИСТЕМЕ
МАГНИТНАЯ ГОЛОВКА — НОСИТЕЛЬ
Несколько работ посвящено проблеме
увеличения ресурса работы в системах
МГ поверхность носителя информации.
В двух из них исследуется влияние сма
зывающих агентов (лубрикантов) на коэф
фициепты трения и прилипания МГ к жест-
кому МД, а также на их износостойкость.
В работе М Barlow испытывались три типа
фторполимерных лубрикантов линей
ные, разветвленные и содержащие конце-
вые реакционные группы Показано, что
наилучшие результаты по износостойкости
а также по статическим и динамическим
коэффициентам трения обеспечивают двух-
слойные покрытия поверхности МД лубри-
кантами, причем первым на МД наносится
фторполимер, содержащий реакционные
группы. При толщине покрытия не более
10 нм достигнута износостойкость, обес
печивающая 10° циклов «старт/стоп» В дру
гом сообщении (A. Scarati) исследовались
трибологические свойства нейтральных и
содержащих функциональные группы пер
фторполиэфиров Лубрикант наносился на
жесткий МД методом погружения В стен-
довых испытаниях определены зависимости
коэффициентов трения МГ с покрытым
лубрикантом МД от толщины лубриканта и
показано, что для каждого его типа суще-
ствует оптимальная толщина покрытия.
Оценены скорости «ухода» лубрикантов раз-
личного типа с поверхности МД из-за дей-
ствия центробежных сил при вращении дис-
ка Влияние лубрикантов на износостой-
кость исследовано методом иглы на МД.
Но результатам экспериментов по несколь-
ким классам соединений и различным тинам
поверхностей МД сделаны выводы о наибо-
лее существенных свойствах системы лубри-
кант — МД, влияющих па износ послед-
него
Еще в двух работах исследуется износо-
стойкость гибких носителей. В одной из них
дан анализ механизмов износа МЛ и МД,
изучено влияние па износ лубрикантов при
разных способах введения носителей в си-
стему, а также предложен метод ускорен-
ных испытаний их на износостойкость
(G. Steinberg). В другой работе исследован
механизм износа МГ, работающей в паре с
видеолентой на основе Cr()2 (R. Shaake,
Н. Huisman) Найдено, что износ увеличи-
вается с ростом твердости покрытия МЛ.
Введение же мягкого порошка ZnO в рабо-
чий слой МЛ позволяет регулировать износ
в пределах 0,5 1 мкм на 1000 ч работы
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Используемые уже более 50 лет магнит-
ные носители, по-вндимому, еще долго ос-
танутся одними из основных, применяемых
в перспективных системах памяти Наряду
с появлением новых классов носителей идет
непрерывное совершенствование давно из
вестных материалов, что говорит об их да
леко не исчерпанных возможностях. Так,
интенсивно исследуются и разрабатываются
носители для МЗПН, серийное производство
которых ожидается в ближайшие годы.
Наиболее перспективными считаются МО
носители для реверсивной лазерной записи,
однако их появление па рынке сдержи-
вается технологическими трудностями. И все
же не подлежит сомнению тот факт, что из
материалов следующей. Четвертой Между-
народной конференции по материалах! для
магнитной записи, которая намечена на
1989 г и по традиции состоится в одном из
городов Италии, нам предстоит узнать не-
мало нового и интересного.
Введенский Б. С., Еленский В Г ,
Кавалеров В Г.. Николаев Е. Н
85
УДК 621.382:621.396
АВТОМАТИЧЕСКИЙ ОПТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ В ПРОИЗВОДСТВЕ
ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
К. г н Григорьев В Н.
I ВВЕДЕНИЕ
В течение последних 20 лет и особенно
в последнее десятилетие широко обсужда-
лась проблема автоматизации оптического
контроля печатных плат [1 --4, 12]. Практи
чески во всех справочниках по вопросам
анализа изображений в качестве иллюстра-
ций приведено несколько алгоритмов конт
роля печатных плат. Во всех случаях
алгоритмы позволяли обнаружить дефекты
на платах. Однако в течение этих лет не
было создано ни одной установки визуаль-
ного контроля для использования ее в се-
рийном производстве. Возможно, изготови-
тели печатных плат ле испытывали острой
необходимости в автоматизации операций
контроля, посколькч визуальный просмотр
рисунка слоев обеспечивал требуемые ка-
чество и скорость контроля.
Однако в последнее время ситуация
изменилась. Широкое внедрение в аппарату-
ру новой элементной базы, в частности
БИС и СБИС, переход к монтажу на по-
верхности схем, приведо к повышению
плотности размещения и снижению ширины
проводников печатных плат увеличению
размеров плат и числа нх слоев.
Размеры многослойных печатных плат
(МПП) возросли в несколько раз и в на-
стоящее время достигли 450X600 мм.
Ширина проводников снизилась с 1 до
0,125 мм; прогнотируется, что к 1990 г. про
водникн будут иметь ширину 0,05 мм Число
слоев МПП увеличилось с 4 до 6—10
созданы гак же 30-слойные МПП [5]. Плот
ность компоновки достигла 200 проводников
и 400 отверстии на площади 60X100 мм2
(3 проводника и 7 отверстий на 1 см2),
и в ближайшем будущем ожидается появле
ние МПП с числом проводников и отверстий
600 и 2000 соответственно (6 ].
Уменьшение ширины проводников и про-
межутков между ними резко увеличило
площадь поверхности, подлежащей контро-
лю. Так. 10 кратное уменьшение ширины
проводников увеличивает площадь коитро
лируемой поверхности в 100 раз Визуаль-
ный контроль проводников на поверхности
МПП осуществляется с помощью оптиче
ских устройств с определенным увеличе
нием Так для проводников шириной 0,5 мм
достаточно трехкратного увеличения, при
ширине 0,05 мм требуется 30-кратное уве-
личение, что ведет к возрастанию площади
контроля в 10 тыс. раз
В МПП весьма высоки требования к до
стоверности контроля рисунка слоев Так,
слои с 10 %-й вероятностью появления де-
фекта приводят к 65 %-й вероятности его
появления в 10-слойной печатной плате [7].
Все это привело к резкому снижению
производительности и достоверности ви-
зуального контроля, возрастанию его сто-
имости. В настоящее время до 15 % пер
сопала, занятого в производстве МПП, осу-
ществляют контроль рисунка слоев таких
плат.
Первыми па изменившуюся ситуацию от-
кликнулись ведущие фирмы-производители
РЭА IBM (США), Hitachi (Япония), Xerox
(Великобритания), Westinghouse (США)
[8]. Они спроектировали и изготовили для
нужд собственного производства системы
автоматического оптического контроля
(АОК) слоев МПП и фотошаблонов Эти
системы ориентированы на решение отдель-
ных частных задач контроля МПП, не об
ладади гибкостью и универсальностью,
имели относительно низкую производитель-
ность, были дороги Прогрессу в области
автоматизации оптического контроля спо-
собствовали появление новых устройств
преобразования и сканирования изображе-
ния, в частности приборов с зарядной
связью (ПЗС), создание малогабаритных
быстродействующих ЭВМ и микропроцес-
соров, разработка совершенных алгоритмов
анализа изображений.
В результате в 1983 г. появилась пер-
вая коммерческая система АОК — Vision
104 фирмы Optrotech (Израиль) [19]. Начи-
ная с этого времени, о разработке систем
АОК заявило сразу несколько различных
фирм К настоящему времени разработано
свыше 10 таких систем.
СТРУКТУРА
КОММЕРЧЕСКИХ СИСТЕМ
АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПТИЧЕСКОГО
КОНТРОЛЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Разработанные системы АОК (рис. 1)
состоят из оптикоэлектронного блока.
86
Рис 1. Обобщенная структурная схема систе-
мы АОК
предназначенного ддя восприятия и преоб-
разования изображения контролируемого
объекта (печатной платы) и системы ана
лиза видеоинформации, необходимой для
распознавания, классификации и регистра-
ции обнаруженных дефектов в объекте кон
троля /.
В состав оптико-электронного блока вхо-
дят: оптическая система 3, датчик изобра-
жения (приемник световой энергии) 4,
осветительная система 2, двухкоординатпый
стол 8, блок обработки видеосигнала 5,
осуществляющий его усиление, квантование
и нормирование. Объединенные конструк-
тивно, оптическая система, приемник изоб-
ражения и блок обработки видеосигнала
представляют собой видеокамеру //.
В состав системы анализа видеоинфор-
мации входят: видеопроцессор 6 (система
из нескольких, работающих параллельно,
быстродействующих процессов), управляю-
щая ЭВМ 7 н устройства регистрации н
отображения информации (печатающее
устройство 9, дисплеи 10)
3. ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ
БЛОК СИСТЕМЫ АОК
В разработанных системах АОК приме-
няются два способа сканирования поверх-
ности плат:
лучом лазера, отклоняемого вращающей-
ся многогранной призмой (по строкам) и
перемещением объекта (по кадру);
с помощью линейки ПЗС по строкам и
перемещением объекта по кадру.
Структурная схема лазерной системы ска
нирования приведена на рис. 2
В системе используется гелий-неоновый
(Z=0,623 мкм) или кадмии гелиевый (а=
=0,325 мкм) лазеры с мощностью до 1 мВт
и фотодиодные датчики для регистрации
отраженного от поверхности платы лазер-
ного излучения. Диаметр луча лазера, спро-
ецированного на поверхность платы, не
превышает 20 мкм. Скорость сканирования
Рис 2. Структурная схема лазерного сканиру-
ющего устройства [10]
/ — объект контроля; 2 - многогранная призма,
3, 5, 7 — линзы; 4 — осветитель; 6 — датчик;
8 — расширитель; 9 — лазер; 10 — двух-
координатный стол
достигает (2. .5) • К)6 элементов разложения
в секунду, разрешающая способность
20-103 точек/линию.
Недостаток системы — сложность обес-
печения точности работы сканера. Много-
гранная зеркальная призма должна быть
изготовлена из термостабильного материала
с высокой точностью Так, описанная в
[11] 25 гранпая призма изготовлена из
бериллия, пен юскосгность каждой грани
составляет 0,1.. 0,2 мкм, угловое положение
граней около 2 угл. с. Частота скани-
рования несколько килогерц. Такие системы
весьма .topoi и
На этом принципе построены следующие
установки АОК Senlyre Сах is фирмы
Vastra I’rolunda (Швеция) [13], Inspector/
Verifier фирмы Lincoln Laser (США) [14],
ОРТ1 111 s.9000 фирмы Huges Aircraft
(США) 115].
?)ти фирмы при выборе способа сканиро-
вания исходили нс столько нз соображе
ний оптимальности способа, сколько нз име-
ющихся в их распоряжении технических
средств и накопленного опыта в области
применения этих средств для целей нераз-
рушающего контроля. Технические характе-
ристики этих систем приведены в таблице.
Структурная схема системы АОК с элек-
тронным сканированием приведена на рис 3.
Приборы с зарядовой связью нашли
широкое применение в промышленных уста
новках АОК В большинстве разработанных
систем используется именно этот способ
сканирования изображения 11рименнют ли-
нейные ЦЗС с числом элементов 512, 1024
и 2048 Элементы имеют размеры от 7x7 до
25X25 мкм Частота вывода информации
составляет 10 20 МГц, в отдельных случаях
87
Модель, год выпуска Фирма, страна Устройство сканирования. X/Y Приемное устройство Размер рабочего поля, мм
Synervision 2000, 1985 Visionetics Corp., США Линейка ПЗС Стол ПЗС с размерами элементов 6, 12, 18, 25 мкм —
Synervision 2300, — — 450x600
Vision 104, 1983 Optrotech Inc.. Израиль Линейка ПЗС Стол ПЗС __
Vision 105 — — —
VS-100 ремонтная станция Стол Стол Видикон —
P SEE DI Г - МСО International, США Линейка ПЗС Стол с линейным двигателем ПЗС 450X600
System 85 ( anibridge Robotic Systems, США Линейка ПЗС Стол 18 камер на ПЗС 450X600
Foresigil 18,5
Circuit Board Inspection Machine Automated Engineering Corp., США Линейка ПЗС ПЗС ПЗС —
Semyre Cavis Vasfra Flolunda. Швеция Лазер Л a тер ФЭУ —
Orbot PC-20, 1984 Orbot System, Израиль Линейка ПЗС Стол ПЗС 600X600
Orbot PC 30, 1985 То же То же —
Orbot PC-1000, .линия из трех станций То же То же —
Orbot PT-700, контроль фотошаблонов — — —
Orbot. ремонтная станция ('тол Стол-- • — —
1985 Hitachi Япония Линейка ПЗС Стол — ПЗС —
— IBM, США — 600х 700
88
Таблица
Средства автоматизации контроля Параметры контроля Маркировка Индикация дефектов Источник ннформа ЦК и
Программные Аппаратные Разре- шающая спо собность, мкм Быстро- действие см2/с
Проектные нормы и сравнение с эталоном — 25 80 Чернилами на плате На цветном дисплее [14]
То же — 350 [25]
Проектные нормы — — — На плате На ТВ экране [BI
Проектные нормы и сравнение с данными САПР Чернилами на плате [81
— — — — —
Сравнение с данными САПР Память 512 кбит 200 Мбайт на диске 12 — — [14]
То же 12 135 । |19[
То же — — — , । [141
Проектные нормы — — 1 [171
ЭВМ 20 85 Чернилами На дисплее [23]
— — 7,5 30 Световым пятном и на экране дисплея [51
— — — |5|
1роектные нормы и срав некие с данными САПР 7.5-30 [141
— 7,5 30 — [14]
IBM PC — — [141
Сравнение с эталоном — Чернилами на плате I Ц
Проек1ные нормы — 122|
89
Модель, год выпуска Фирма страна Устройство скапиро взния, А'/У 11риемное устройство Размер рабочего поля, мм
OPTI — III s 9000. 1985 Huges Aircraft. CUI A Лазер Лазер .Чннейка pin-диодов 450Х 700
Inspector 2020 Lincoln Laser Comp, CHIA УФ лазер УФ лазер 450X000
Verifier 1010 — Видеокамера —
Maltimedia-19 AOI System CHIA Линейка ПЗС Стол 19 камер на ПЗС 450X600
MOP 4000, 1985 Mama, ФРГ Линейка фото- диодов Стол Фотодиоды 400X600
достигает 33 МГц [14]. Типичные линейки
ПЗС типа CCD 133 и G£D 143 фирмы
Fairchaild (США) [16] имеют следующие
параметры число элементов разложения
1024 и 2048 соответственно, размер элемента
13X13 мкм, частота вывода информации
20 МГц, чувствительность 5 В/лк-с, спек-
тральная чувствительность на уровне 0,1
составляет 0,4... 1 мкм, динамический диапа
зон 5000, уровень шумов — 2 мВ (пик—
пик).
Для повышения быстройдействия в систе
мах АОК используют несколько линеек ПЗС
Разрешающую способность системы адап-
тируют к объекту контроля, используя
Рис. 3. Структурная схема сканатора на ПЗС
|17|
/ — объект контроля; 2 — объектив; 3 — де-
тектор (линейка ПЗС); 4 — диафрагма; 5 -
осветитель 6, 7 линзы; 8 — двухкоордипат-
ный стол
90
ПЗС с. различной площадью чувствитель
ных элементов.
В разработанных системах используют
линейные ПЗС (поскольку они более удоб
ны по сравнению с матричными) для из-
мерения параметров рисунка МГП1 — шири-
ны проводников, диаметра контактных пло-
щадок, переходных отверстий и т. д.
К оптической системе установки предъяв-
ляются достаточно жесткие требования но
1 инейной разрешающей способности и абер-
рациям. Применение обычных фотографи-
ческих объектов нерационально вследствие
их низкой (40 .50 липий/мм) разрешающей
способности. Используются объективы-ре-
продукторы с разрешающей способностью
100...200 линий/мм, высокой планарностью
изображения и степенью увеличения око-
ло 1 В этом случае удается полностью реа-
лизовать разрешающую способность линей-
ки 113С без потери быстродействия оптико-
механической системы. Используя, дву-
кратное увеличение, можно в два раза
повысить разрешающую способность уста
повки, однако при этом возрастает площадь
контролируемой поверхности, что при неиз-
менной частоте вывода информации вызы-
вает увеличение времени контроля.
Важной частью оптико-механического уз-
ла установки является осветительная систе-
ма. Основными задачами этой системы яв
ляются создание более контрастного изобра
жения контролируемого объекта и выделе-
ние малых неоднородностей структуры про-
водников. По аналогии с оптическими
микроскопами в системах АОК используется
Окончание таблицы
Средства автоматизации контроля Параметры контроля Маркировка Индикация дефектов Источник инфор- мации
Программные Аппаратные Разре- шающая способ ность, мкм Быстро действие см2/с
То же 26 параллельных видео- процессоров — — Ц5]
То же 25 30 — [14. 19]
— — —
То же 25 12 60 30 — [14, 19]
Проектные нормы и сравнение с данными САПР Видеопроцессор, намять 150 Мбайт на гибких дисках — — ]21|
освещение по методу «светлого» гы и «тем-
ного» поля. В первом случае источник
света и приемник располагают таким об-
разом, что в приемник попадает свет, зер-
кально отраженный от поверхности медного
печатного проводника. Проводники при та-
ком освещении имеют значительно большую
яркость по сравнению с диффузно отража-
ющим материалом подложки печатной пла-
ты, при этом наблюдают светлые проводники
на фоне темной подложки
Недостаток этого способа освещения —
большое число ложных дефектов, обуслов-
ленных загрязненгем поверхности медной
фольги пятнами, частичным окислением, а
также сложностью контроля оксидирован-
ных и облужепных проводников и провод-
ников с гальванически осажденным покры-
тием олово свинец.
При освещении по методу «темного»
поля отраженный от поверхности провод-
ников свет проходит мимо фотоприемного
устройства При этом наблюдается картина
из темных проводников на светлом фоне
диффузно отражающей подложки. Этот
метод освещения широко используется при
анализе рис\нка печатных плат, поскольку
в этом случае не оказывают влияние изме-
нения в отражательной способности про-
водников.
В отдельных случаях находит применение
нижняя подсветка печатной платы, в част-
ности, при измерении диаметров монтаж-
ных и переходных отверстий Нижнее осве
щение в разработанных системах исполь-
зуется редко, поскольку эти системы рассчи-
таны на универсальное применение,— могут
контролировать слои как на прозрачном, так
и на непрозрачном основании (например,
проводники на керамической плате), а так-
же слои с двусторонним рисунком, при
этом будут видны одновременно рисунки
верхнего и нижнего слоев, что неприем-
лемо с точки зрения достоверности контроля.
Свет к контролируемому участку печатной
платы подводится проецированием с по-
мощью системы лппз [17], либо с помощью
стеклянного световода [9] Освещается круг
с диаметром, равным длине строки сканиро-
вания, либо прямоугольный участок (напри-
мер, 20Х100 мм2) при использовании не-
скольких, поставленных в ряд линеек ПЗС.
В качестве источников света применяют
мощные ртутные или ксеноновые лампы
высокого давления, что обусловлено пара-
метрами приемника излучения (линейки
ПЗС) по чувствительности и быстродейст-
вию.
Сканирование по кадру осуществляют с
помощью двухкоординатного стола с микро
процессорным управлением. Применяют
быстродействующие стоты с линейными дви-
гателями на воздушных опорах [14], кото-
рые обеспечивают высокую (до 200 мм/с)
скорость перемещения объекта контроля и
точный (до 2 мкм) отсчет координат пере
мещения.
Важным параметром, оказывающим зна-
чительное влияние на структуру оптико
механической части системы АОК, является
ее быстродействие Расчеты показывают,
что использование системы АОК в серийном
91
производстве является эффективным, если
время контроля одного слоя МПП разме-
ром 450X600 мм при ширине проводников
0,2 мм и плотности компоновки до трех
проводников на канал (расстояние .между
двумя отверстиями, удаленными на шаг
координатной сетки) не превышает 2 мм.
В разработанных системах (см. таблицу)
типичная скорость просмотра изображения
составляет 60 см2/с при разрешении 25 мкм
и 30 см2/с при разрешении 12 мкм, при
этом плата размером 450X600 мм анализи-
руется за 45 и 90 с соответственно. Такое
достаточно высокое быстродействие при
современном уровне технологии приемников
на ПЗС при одноканальном восприятии ин-
формации недостижимо. Поэтому в реализо-
ванных системах используется несколько
(до 19) параллельно работающих камер
на ПЗС [ 14), что усложняет систему контро-
ля и повышает ее стоимость.
Однако потребителей значительно больше
интересует нс высокая первоначальная сто-
имость системы, а ее быстрая окупаемость,
что достигается повышением производитель-
ности контроля.
4 МЕТОДЫ АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЯ
В СИСТЕМАХ АОК
Основой работы любой системы АОК яв-
ляется алгоритм контроля
Из большого числа разработанных алго-
ритмов в системах АОК наибольшее рас-
пространение получили алгоритмы [8], ос
кованные на сравнении с эталоном (refe
гепсе comparison algorithm) и на использо-
вании проектных норм (design rules al-
gorithm)
Исторически первым был использован
метод сравнения с эталоном |8|. Это обус-
ловлено тем, что пе,рвые системы АОК были
разработаны для контроля фотошаблонов,
применяемых при изготовлении микросхем,
которые характеризуются малыми размера-
ми (10X10 мм), высокой точностью изго-
товления (погрешность менее 1 мкм) жест-
кой, термосгабильной подложки (стекло)
и стабильностью характеристик материала
рисунка (хром, окись железа) Сравнение
производилось либо непосредственно с об-
разцовым (золотым) фотошаблоном сип
хронным сканированием, либо с данными
САПР на изготовление фотошаблонов
Попытки прямого переноса этого метода
для контроля печатных плат столкнулись с
серьезными трудностями, одна из которых
заключается в возникновении значшельного
числа ложных тревог. Это обусловлено
относительно низкими механическими ха
рактеристиками подложки печатных плат,
невысокой точностью изготовления печат-
92
ных проводников (по сравнению с фото-
шаблонами), неровными (шероховатыми)
краями проводников, значительными разме-
рами печатных плат Наличие ложных тре
вог значительно снижает один из важ-
нейших параметров системы АОК — ее
производительность.
Другим недостатком метода прямого
сравнения является большой объем памяти,
необходимой для хранения данных о пара-
метрах эталонной платы даже при их сжа-
тии Так, для платы 450x600 мм*
при размерах чувствительного элемента
I3X13 мкм число элементов разложения
составляет 1,6-109. Кроме того, в случае
применения реальной эталонной платы воз-
никают трудности с ее позиционировани-
ем относительно контролируемой платы
Сложность устранения перечисленных не-
юстатков заставило разработчиков систем
АОК обратиться к другим, не столь чувстви-
тельным алгоритмам контроля, одним из ко-
торых является алгоритм, основанный на
использовании проектных норм [18].
Работа алгоритма проектных норм осно
вана на сравнении размеров элементов
печатного монтажа (проводников), контакт-
ных площадок, монтажных и переходных
отверстий с их минимальными значениями
с учетом предельных отклонений (допусков)
на них. Метод не требует эталонной платы,
не привязан к рисунку печатного монтажа,
имеет малую чувствительность к нестабиль-
ности размеров элементов монтажа и, как
следствие, обладает низким уровнем ложных
тревог.
Существуют два подхода в использовании
данного алгоритма аппаратный (hardware)
и программный (software) В первом случае
имеется несколько масок (операторов),
которые быстро прикладываются к контро-
лируемой поверхности снизу вверх и слева
направо Если маска в определенном месте
совпадает с изображением по определенным
признакам, то фиксируется наличие элемен-
та. Если маска чувствительна к определен
ным типам дефектов, то дефект будет за-
регистрирован. Например.если маска пред-
назначена для обнаружения прокола в про
воднике (отверстия небольшого диаметра в
фольге) и если внутри области медной фоль
ги имеется участок подложки, то фиксиру-
ется дефект К сожалению, такой подход
приводит часто к регистрации «необычных»
дефектов, причем различные маски могут
выдавать данные о различных типах дефек
тов.
При другом, программном, подходе осу-
ществляется анализ топологии печатной
платы с помощью простого расчетного кри-
терия Например в соответствии с этим
алгоритмом измеряется ширина участка ли
нии. Если ширина окажется малой, то де-
лается вывод, что имеется проводник. При
таком подходе возникают сложности при
оценке круглых элементов рисунка, таких
как контактные площадки. При просмотре
площадки верхняя и нижняя линии сечения
(лежащие вблизи окружности) будут очень
короткими, что вызывает трудности в рас
познавании этих элементов. Разработки при
этом используют изощренные способы для
предотвращения ложных тревог.
Программный подход имеет по сравнению
с. аппаратным меньшее быстродействие.
Недостатком метода проектных норм яв-
ляется его неспособность выявлять дефекты
больших размеров. Например, если размеры
перемычки между проводниками будут рав
ны ширине проводника, то такая перемычка
зарегистрирована не будет, система воспри-
мет се как часть рисунка печатной платы
На рис. 4 проведено сравнение свойств
систем, построенных по методу проектных
норм и методу сравнения с эталоном.
Метод проектных норм позволяет регист-
рировать дефекты малых размеров, не пре-
вышающие размеры элементов рисунка пе-
чатной платы.
Метод сравнения с эталоном с запоми-
нанием изображения позволяет выявлять
дефекты средних и больших размеров, в
частности, проверять рисунок печатной пла-
ты на соответствие эталону. Дефекты ма-
лых размеров не выявляются вследствие
высокой чувствительности алгоритма к шу-
мам изображения.
Рис 4 Сравнение свойств алгоритмов проектных
норм и сравнения с эталоном [8| •
/ — метоц проектных норм, II метод срав
пения с эталоном с регистрацией изображения,
/// — метод проектных норм 4-метод сравнения
с эталоном без регистрации изображения
IV метод проектных норм-|-метод сравнения
с эталоном / — ограничение, обусловленное
разрешающей способностью оптической системы,
ограничение, обусловленной размерами
элементов рисунка печатной платы 3 ограни
чения вследствие шумов изображения
Совместное применение метода проектных
норм и метода сравнения с эталоном без
запоминания изображения имеет «мертвую»
зону (2—3) в области соотношения размер
дефекта — размер элемента, близкого к
единице
Обнаружить дефекты во всем диапазоне
размеров топологии МПП можно при сов-
местном использовании метода проектных
норм и метода сравнения с эталоном с за
поминанием изображения.
В разработанных системах АОК исполь-
зуются все перечисленные методы анализа
изображения и выявления дефектов (см.
таблицу).
5. ОЦЕНКИ РАБОТЫ АЛГОРИТМОВ
КОНТРОЛЯ ПРОПУСКИ И ЛОЖНЫЕ
ТРЕВОГИ
В соответствии с рекомендациями Инсти-
тута печатных плат |7] отношение числа
пропущенных дефектов к общему числу
дефектов, реально существующих на плате,
не должно превышать 0,5 %, т е. допуска-
ется пропуск одного из 200 дефектов.
Отношение числа ложных тревог к суммар
ному количеству ложных тревог и обнару-
женных дефектов должно быть менее 5 %.
Это достаточно жесткие требования, для
выполнения которых разработчики АОК ис-
пользуют такие специальные меры, как
выделение проводников на фоне подложки
подбором вита и способа освещения, вы-
бор nopoia квантования сигна ia, снижение
уровня шумов изображения, фильтрацию
изображения.
Алгоритм порога квантования обеспечи-
вает уровень, па котором происходит бина-
ризация видеосигнала. Алгоритм должен
быть гибким, адаптивным, т. е. легко при
спосабливаться к изменяющимся яркости и
контрастности изображения В отдельных
случаях рационально использовать серую
шкалу При этом для каждого элемента
разложения измеряется его яркость и воз-
никает необходимость иметь алгоритм мно-
гоуровневого квантования При рассмотре-
нии различных типов установок АОК сведе-
ний об алгоритмах снижения уровня шумов,
дискриминации изображения и его фильтра-
ции не приводится.
6. ВИДЫ ОБНАРУЖИВАЕМЫХ
ДЕФЕКТОВ |5|
С помощью АОК можно обнаружить
дефекты на различных стадиях изготовле
ния печатных плат
При изготовлении фотошаблонов выявля
ются систематические отклонения ширины
93
линий от номинала и местные царапины,
проколы или загрязнения поверхности
После нанесения фоторезиста контроли-
руются систематические отклонения шири-
ны линий от номинала, местные откло-
нения ширины линий или расстояний между
ними, обрывы проколы, вырывы, короткие
замыкания, отсутствие резиста на отдель-
ных участках поверхности плазмы, откло-
нение минимального диаметра контактных
площадок от номинала
После проведения операции травления
осуществляется контроль как рисунка слоев
на наличие систематических отклонении ши-
рины линий и расстояний между ними от
номинала, местных отклонений в ширине
линий, так и качества проводников (наличие
грубых (рваных) краев, вырывов и выемок
па их краях, топких (волосяных) обрывов
и коротких замыканий)
После оплавления покрытия проводники
проверяются на наличие обрывов, тонких
(волосяных) коротких замыканий, а также
контролируется их ширина
7. ОПИСАНИЕ
ТИПИЧНЫХ РАЗРАБОТАННЫХ
СИСТЕМ АОК
Система Vision 105 фирмы Optrotcch (Из-
раиль) [14]
Автоматическая быстродействующая сис-
тема для контроля рисунка слоев МП11
Работа системы основана на комбинации
метода проектных норм и метода сравне-
ния с данными САПР Можно выявлять
как малые, так и большие дефекты. Зна
чительно снижен уровень ложных трево! пу-
тем усложнения блока восприятия изобра
жения, что обеспечивает точное распозна-
вание реальных дефектов и приемлемых
аномалий поверхности, таких как неровнос-
ти, царапины, легкое окисление. Анализ то-
пологии каждой платы сопровождается кон
трольным файлом, в состав которого входит
информация о проверяемых параметрах,
местах, не подлежащих анализу, и псевдо-
дефектах. Эта информация вызывается из
базы данных в соответствии с номером
контролируемой платы. Увеличение, осве-
щение и фокусировка настраиваются авто
матически с помощью ЭВМ II тэта проверя-
ется па подвижном столе, дефекты марки
руются чернилами для последующей про-
верки оператором
Система VS 100 фирмы Optrotech [14]
представляет собой контрольно ремонтную
станцию, работающую совместно с системой
Vision 105. В соответствии с данными,
полученными от этой системы, с помощью
ТВ камеры просматриваются все обнару-
женные дефекты. Плата устанавливается на
94
двухкоординатном столе и последовательно,
от дефекта к дефекту, перемещается под
камерой. Решение о забраковке платы или
ее ремонте принимает человек-оператор по
результатам просмотра ее изображения на
ТВ экране.
Система Inspector/Verifier фирмы Lincoln
Laser Comp. (США) [14].
В состав системы входят установка конт-
роля типа Inspector 2020 и ремонтная стан-
ция типа Verifier 1010.
В установке контроля поверхность печат-
ной платы сканируется остросфокусирован
ным лучом кадмий-гелиевого лазера с дли-
ной волны >.=0,325 мкм, под действием ко
торого подложка печатной платы начинает
флуоресцировать Использование явления
флуоресценции позволяет получить высоко-
контрастное изображение проводников на
фоне подложки, снизить число ложных тре
вог, обусловленных оксидированием поверх-
ности, нанесением на поверхность различ-
ных покрытий, а также ее загрязнением.
Используется принцип проектных норм.
С помошью системы можно обнаружить
отклонения от номинальных размеров про
водников и расстояний между ними, КЗ
перемычки, обрывы, проколы Дефекты за-
носятся в намять ЭВМ (на гибкие диски)
В ремонтной станции типа Verifier 1010
плата с обнаруженными дефектами уста
навливается на двухкоординатный стол
освещается источником с короткой длиной
волны и проверяется камерой с высоким
пространственным разрешением. Оператор
наблюдает дефектную область на экране
дисплея и принимает решение о принятии,
забраковке или ремонте платы.
Система P-SEL фирмы D1T-A1CO Interna-
tional (США) [14]
В этой системе изображение платы ска-
нируется с помощью линейки ПЗС с числом
элементов 2048. Используется метод сравнс
ния с данными САПР, хранящимися в па
мяти ЭВМ Система может обнаруживать
дефекты, которые не воспринимают устрой-
ства, работающие по методу проектных
норм, нарушение рисунка, потеря отдель-
ных элементов и т. д. Освещение — ксено-
новыми лампами высокого давления. Плата
перемешается с помощью двухкоординатно-
го стола с линейными двигателями и воз-
душной подвеской
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Restrik R. С. SPIE Seminar Proc.,
1977, v. 116.
2 Nakashima М„ Fujihara К , Inagari T
SPIE Seminar Proc , 1979, v. 182
3 Jarnis J F IEEE Trans., 1982,
v. PAM1-2, N 1.
4. Chin R. T., Harlow C. A. IEEE Trans.,
1982, v. PAMI-4, N 6.
5. Gilutz H. Electronic Packaging and
Production 1985, v. 25. N 9.
6. Electronic Test, 1985, N 6 p. 103
7 Thibadeau R Fridman M Electri/
Optics, 1983, \ 29, N 12.
8 Labinger R.— Electri/Onics. 1985, v. 31,
N 6.
9. Electronic Business, 1983. v 9, N 10,
p 123.
10 Bin-Nun E.— Electronic Packaging and
Production, 1984. v 24, \ 4
11 Yamamoto M. Hitachi Review, 1979,
\ 2
12 Буль В А, Голиков Ю П. Зарубеж-
ная радиоэлектроника, 1985, № 3
13 Toute electron, 1985, N 509, р 9.
14 Evaluation Engineering, 1986, v. 25, XI 9,
p. 110—125
15. Evaluation Engineering. 1985, v. 24. N 2,
p. 120.
16. Батраков А С Плисов С JI — Зару
бежиая радиоэлектроника, 1986, N 1
17. Bible R. E„ Bible R E Electri/
Onics, 1986. v. 32, N 1.
18. Thibadeau R„ Fridman M. Electri/
Onics, 1983, v. 29, N 13.
19. Evaluation Engineering, v. 24, N 4,
p. 26, 28, 31—32, 35-36.
20. Circuits Manufacturing, 1986, v. 26, XI 5,
p. 34.
21. Circuits Manufacturing, 1985, v. 2S, N 6,
p. 24.
22. Mandeville J. R.1BM Journal of Research
and Development, 1985. v. 29. N 1
23. Electronic Weekly, N 1289, p. 24
24. Проспект фирмы Mania (ФРГ), 1986.
25. Electri/Onics, 1987, v. 33, N 4, p. 17.
95
СЛОВАРЬ АНГЛОЯЗЫЧНЫХ СОКРАЩЕНИИ
В ОБЛАСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ,
ИНФОРМАТИКИ И СВЯЗИ
।
I indication индикация, отображение iniorrnatiori информация instruction команда, инструкция ntrinsic собственный внутренний, t рисутий ionic иониь и
IA integrated adapter интегральный адаптер international alphabet международный алфавит interrupt allowed (bit) бит разрешения прерывания instrumentation amplifier измерительный усилитель
IAC initial alignment control контроль начального совмещения, контроль начальной ориен- тации
JACK IACP service acknowledgement signal сервисный сигнал подтверждения International Association of Computer Programmers Международная ассоциации программистов ЭВМ
IACS integrated armament control system комплексная система управления вооружением integrated avionics control system комплексная система бортового оборудования и управ леиия inertially-referenced, altitude control system инерциальная система ориентации
IAD IAE ion-assisted deposition термическое напыление с одновременным ионным облучением information analysis and evaluation анализ и оценка информации infrared astronomy Explorer ИСЗ «Эксплорер» для астрономических исследований в ИК диапазоне
IAEC IAES International Atomic Energy Commission Международная комиссия по атомной энергии ion-induced Auger electron spectroscopy электронная Оже-спектроскопия с ионным воз-
LAG IAL буждением instruction address generator генератор адресов команд inclined active layer наклонная активная область instrument approach and landing заход на посадку и приземление по приборам
IAI.S investment analysis language язык программирования для решения финансовых задач improved acoustic locator system усовершенствованная акустическая Локационная систе- МД
IAM IAO interactive algebraic manipulation интерактивная обработка алгебраических выражений internal automation operation проведение работ по внутренней автоматизации (фирмы, предприятия)
LAP IAR I.ASR IAS 11.D ion angular distribution угловое распределение ионов integrated array processor встроенный матричный процессор interchangeability and replaceabilily взаимозаменяемость н возможность замены interrupt address storage register penicip адресов в ЗУ для прерывания команд International Association of Science and Technology for Developmer l Международная ассоциация научно-технического прогресса науки и технологии для развития (человече- ства )
IAL’ inbound acquisition unit блок сбора поступающих данных interface adapter unit блок адаптера интерфейса
IAVRS International Audio-Visual Resource Service Международная служба но аудновизуаль
IB IBAE IBC ным средствам ion beam ионный пучок ion beam assisted etching ионно лучевое (безмасочвое) травление integrated block controller интегрированный блок контроллера interdigitated back contact встречно-штыревой тыловой контакт (солнечного элемента)
IВ CEA ion beam coating покрытие, формируемое ионно-лучевым методом injected beam crossed field amplifier усилительная электронная лампа СВЧ со скрещен ными полями с инжектированным пучком
IBC.XJ IB D 1BED 1BEE IBFSf identification beacon опознавательный маяк ion beam deposition ионно лучевое напыление ion beam enhanced deposition осаждение с ионно лучевой стимуляцией ion beam enhanced etching усиленное, ионным облучением травление ion bombardment enhanced selective etching усиленное ионной бомбардировкой селектив ное травление
Дополнения и исправления Основной текст см «Зарубежная радиоэлектроника», 198-1 1987 гг
96
IB I ion beam implantation ионно-лучевая имплантация
ion beam induced образованный под воздействием (стимулированный) ионной бомбарди-
ровки
IBID international bibliographic description международное библиографическое описание
IB IE ion beam inhibited etching ослабленное ионным облучением давление
IBI-ICC Intergovernmental Bureau for Informatics International Computational Centre Меж-
правительственное бюро по информатике — Международный вычислительный центр
IBI. input buffer limit предел входных буферов
IB MOS ion beam metal oxide semiconductor MOI 1-структура. полученная методом ионной
нмплантацин
IBS fon-backscattering spectroscopy спектроскопия обратпорассеяпных ионов
ion beam sputtering ионно-лучевое распыление
in-band signalling передача сигналов управлений и сигнализации в полосе частот,
в которой передаютси информационные ст налы
IBSCA ion beam spectro-cheinical analysis ионно лучевой спекгрохимпчеекий анализ
IBSM ion-beam scanning method метод ионно лучевого сканирования
1BW impulse bandwidth ширина полосы частот импульса
IC image converter преобразователь изображения
incoming call входящий вызов, входящее сообщение
insert character введенный символ
installed capacity установленная мощность
instruction cardinality мощность команды
insulating compound изолирующий компаунд
interface control управление интерфейсом
item count счетчик событий (позиций, элементов)
IGA integrated communications adapter интегрированный (встроенный) связной адаптер
intercomputer adapter адаптер каналов связи между ЭВМ
ICAD interactive computer-aided design диалоговое автоматизированное проектирование,
интерактивная САПР
ICAI integrated computer-aided instruction интегрированная система автоматизированного
обучения
ICAM integrated computer-aided manufacturing интсчральпая система автоматизированного
управления производством; производство ИС с управлением от ЭВМ
ICAS independent collision avoidance system автономная система предотвращения столкновений
International Computer Access Service Международная служба доступа к вычислитель-
ным системам
ICC incoming trunk circuit входящий соединительный капал
information centre computer ЭВМ информационного центра
initial condition control управление установкой в начальном состоянии
instrumentation control center центр управления вычислительно измерительным комплек-
сом
inter-CPU communications система обмена (данными) между процессорами
internal conversion coefficient коэффициенч внутренней конверсии
ICE. integrated cooling lor electronics встроенная аппаратура охлаждения для электронных
приборов
intermediate cable equalizer промежуточный корректор в кабельной линии
ICES internal conversion electron spectroscopy спектроскопия электронов внутренней конверсии
ICE interactive communication feature интерактивное коммуникационное средство, средства
диалоговой связи
ICI initial configuration item первоначальная компоновка изделия
1CISS impact collision ion scattering spectroscopy ионно-рассеивательная спектроскопия в режи-
ме ударных столкновении
ICM ion current meter измеритель ионного тока
ICOT Institute for New Generation Computer lechnology Институт по технологическим пробле-
мам ЭВМ новых поколений (Япония)
ICP International Classification of Pantents Международная классификация патентов
International Computer Program Международная программа разработки ЭВМ
ICPI. integrated circuit procedural language язык автоматизированного проектирования СБИС,
созданный фирмой ПР на базе языка LISP, аналогичен языку DPL MIT
ICR ion cyclotron resonance ионныи циклотронный резонанс
ICRI ion cyclotron range of frequency частотный диапазон ионного циклотронного резонанса
ICRH юп cyclotron resonance heating ратогрев (плазмы) методом ионного циклотронного
резонанса
ICS in-channel select (filter) новый динамический фильтр внутриканальной селекции
integrated communications subsystem интегрированная подсистема связи
integrated control system комплексная система управления
intercommunication system система внутренней связи
Intornatidnal Computing Symposium Международный симпозиум по вычислительной
технике
97
ICT image converter tube электронно-оптический преобразователь изображения
ICTP International Centre for Theoretical Physics Международный центр исследований по
теоретической физике (Италия)
ICTS isothermal capacitance transient spectroscopy изотермическая емкостная нестационарная
спектроскопия
ICU instrument control unit блок управления приборами на борту ИСЗ (на основе микро-
процессоров)
integrated control unit встроенный блок управления
intercluttor visibility- наблюдаемость целей между участками с мешающими отражениями
interlace coupler unit согласующее устройство. блок подключения интерфейса
ICVD ion beam chemical vapor deposition иоино-лучевое осаждение из паровой фазы
ICW initializing command word командное слово инициализации
ID identity идентичность, тождественность
intermediate description промежуточное описание
intrusion detector датчик охранной сигнализации
I&D information and documentation информация и документация
I/D instruction/data команды/данные
IDA integrated digital avionics комплекс бортового цифрового радиоэлектронного оборудова
ния
integrated disk adapter интегрированный адаптер магнитных дисков
ionospheric dispersion analysis анализ ионосферной дисперсии
IDAC instant data access control управление немедленным доступом к данным
IDAMS integrated data analysis and management system интегральная система анализа данных
и управления
IDAS information display automatic draftii g system система отображения информации и авто-
матической подготовки чертежей
integrated design automation system интегрированная система автоматического про-
ектирования сверхбыстродействующих ИС
IDB information data base информационная база данных
IDC impregnated dispenser cathode распределительный импрегпироваппый катод
Information and Documentation Centre Центр информации и документации (Швеция)
IDD internal onal direct dialling прямой набор в международной сети
IDE inter-disciplinary enquire междисциплинарный запрос
IDEA inductive data exploration and analysis индуктивное исследование и анализ данных
interactive data entry access интерактивный доступ для ввода данных
IDEAS interactive database easy accessing system интерактивная система простого доступа
к базе данных (Япония)
IDEEA information and data exchange experimental activi les проект экспериментальных работ
но разработке средств коммутации данных и информации
IDEM interactive data entry network интерактивный капал (сеть) ввода данных
IDEP International Data Exchange Program Международная программа обмена данными
IDF inverse document frequency обратная частота встречаемости документов
IDHT instrument data handling and telemetry система обработки данных от приборов на борту
ИСЗ и передачи их с борта ИСЗ по каналам телеметрии
IDIS intrusion detection and identification system система обнаружения проникновения нару
жителей и их идентификации
IDIS. IDIS Intel database information system информационная система на основе базы данных
фирмы Intel
IDL interactive design language интерактивный язык проектирования; язык программирова-
ния для интерактивных систем проектирования
IDM intelligent database machine «разумная» машина базы данных (периферийный процессор-
сателлит)
IDMS/R integrated data base management system/relational комплексная система управления
реляционной базой данных
IDS information display system система визуального отображения информации
information dissemination service служба распространения информации
input data sequencer устройство задания последовательности входных данных
integrated display simulator имитатор комплексных средств индикации
integrated display system hhtci рнрованная система визуального отображения
intruder detection system система обнаружения нарушителей
IDSE international data switch ng exchanges станции коммутации международных систем
передачи данных
IDTV improved definition television телевидение с улучшенными характеристиками (за счет
новых камер с обработкой изображения при передаче и обработки в телевизионном
приемнике)
IEA instruments, electronics and automation приборы, электроника и средства автоматиза-
ции
integrated electronics assembly комплект электронного оборудования
IEC information exchange center центр обмена информацией
98
IED ion energy distribution энергетическое распределение ионов
IEE ion induced electron emission ионно электронная эмиссия
IEF instruction execution function функция выполнения команд
IEI integrated etalon interference (laser) эталонный лазер co встроенным интерферометром
IEiMM incidence energy modulation method метод модуляции падающего излучения
1FS ion electron spectroscopy ионно-электронная спектроскопия
IE inverted file инвертированный массив
IFA infrared flash annealing импульсный ИК отжиг
integrated file adapter интегрированный адаптер массива
1FB input FIFO buffer входной буфер обратного магазинного типа
1FCS in-flight checkout system система технической проверки в процессе полета
IED instantaneous frequency discriminator дискриминатор мгновенных частот
IFEP integrated front-end processor интегрированный буферный процессор
IFL inter facility link соединительная линия между объектами большого полигона или системы
типа TPDSS
II LS infrared fault location system ИК система обнаружения места повреждения
IFO interfone внутренняя связь, самолетное переговорное устройство
IFR instantaneous frequency (indicating) receivers приемники с индикацией мгновенной часто-
ты принимаемого сигнала
IFRU interference rejection unit блок подавления помех
1GC Institute for Graphics Communications Институт проблем передачи графической инфор-
мации (изображении)
IGI.S initial graphics exchange specificat ons стандарт (формат) обмена между графическими
терминалами и элементами сети
IGIC International Centre for Government Information Международный центр правительствен
ной информации
IGR insulated-gate rectifier тиристор с изолированным затвором
IGT intelligent graphics terminal интеллектуальный графический терминал
IHC indirectly heated cathode катод косвенного накала
II I’ intelligent interface интеллектуальный интерфейс
IIASA International Institute for Applied Systems Analysis Международный институт приклад-
ного системного анализа (Австрия)
IID ion-induced desorption десорбция, индуцированная ионной бомбардировкой
IIIL isolated integrated injection logic И2,П-схемы с изолированными элементами
1IJ ion implanted junction переход, полученный ионной имплантацией
IINMOS, 1'NMOS ion-implanted n-type metal—oxide—semiconductor п МОП ИС, изготовленная
методом ионной имплантации
HPLASA ion implanted planar mesa diode планарный, полученный методом ионной имплантации
IIP.MOS, 12PMOS ion-implanted p-type metal oxide semiconductor p-МОП ИС, изготовленная
методом ионной имплантации
IIR ion impact induced radiation излучение, индуцированное ионной бомбардировкой
IIRBV IaRBV intensifier intensifier return beam vidicon видикон с возвращаемым лучом н двумя
каскадами ЭОП
IIS interactive information system интерактивная информационная система
IISi-MBE ion-implantation silicon molecular beam epitaxy молекулярно-пучковая эпитаксия и ион
пая имплантация кремния
ПХЕ ion-induced X-ray emission (спектроскопия) иоппо-иидуцированного рентгеновского излу
чения
211 double ion implantation двойная ионная имплантация
IJAJ intentional jitter anti jamming unit блок подавления помех за счет преднамеренного
смещения рабочей частоты РЛС
IJJ U intentional jitter jamming unit блок создания помех за счет преднамеренного смещения
частоты
IKBS intelligent know ledge based system интеллектуальная система на основе базы знаний
II, ion laser ионный лазер
ILA iterative logiv array итеративная логическая матрица
ILL illumination освещение, освещенность
ILM inlorrnation logic machine информационно-логическая вычислительная машина
ILNA, iLNA Intel local network architecture сетевая архитектура фирмы Intel
ILP intermediate language processor промежуточный языковый процессор
ILS in line system конвейерная система
interactive logic simulator интерактивная программа логического моделирования
ionization loss spectroscopy спектроскопия ионизационных потерь
ILSD instrument-level self-diagnostic самодиагностика на уровне прибора
IM image изображение
independent mode независимый режим
initialization mode режим инициализации
ion milling ионное фрезерование
IMA input message acknowledgement подтверждение получения входного сообщения
99
IMAID integrated image analysis and image database management system интегрированная
система анализа и обработки изображений и снимков с ИСЗ
IMARS information management and retrieval system система управления и поиска информации
IMC integrated maintenance concept концепция комплексного обслуживания
1МСС integrated mission control center объединенный центр управления космическими полетами
IMDS integrated image database system система обработки космических снимков и карт
IMDTC international multiple destination television connection Международный центр распре,теле
ння телевизионных программ
IMFC international meteorological figure code международный цифровой метеорологический кад
l.MFRAD integrated multiple frequency radar комплексная многочастотная РЛС
IMI International Management Institute Международный институт проблем управления
IM1D infrared miniaturized intrusion detector малогабаритный UK датчик охранной сигнали-
зации
IMIS Integrated Motorist Information System Международная система информации водителей
IMITAC image input to automatic computer система автоматического ввода изображений в ЭВМ
IML initial machine loading начальная загрузка ЭВМ
interactive maintenance language язык ведения (массива) в интерактивном режиме
IM.M integrated maintenance management управление комплексным обслуживанием
IMMX, iMMX Intel multibus message exchange средства обмена сообщениями no шине Multibus
фирмы Intel
LMOS interactive multiprogramming operating system интерактивная мультипрограммная one
рационная система
I MOS induced inversion layer metal oxide sem conductor МОП-структура с индуцированным
инверсионным слоем
IMP interface message processor узел коммутации в сетях с пакетной коммутацией; сопря-
гающий процессор сообщений
IMPA ion microprobe analysis ионный микроанализ
IMPL implementation language язык реализации
initial microprogram load начальная загрузка микропрограмм
LMPTS improved programmer test station испытаюльная станция с улучшенным устройством
программного управления
IMR interrupt mask register регистр маски прерывания
IMS instructional management system система управления обучением
ion mobility spectroscopy спектроскопия мобильности ионов
IM SI international mobile station identity международная система идентификации мобильных
станций
IMSP integrated mass storage processor интегрированный процессор ЗУ большой емкости
IMS/VS information management system/virtual storage информационная управляющая система/
виртуальная память
unprotected system software незащищенное программное обеспечение системы
mfograin network access protocol стандартный протокол доступа к информационной
сети Infoswitch с коммутацией пакетов
IMX
INAP
INC
INCIRS
INCR
IN DAT
INDATA
INDREG
1NDTR
1 NET
INFIRS
INFO
increment приращение, переход на следующую команду
International Communication Information Retrieval System
ИПС no международной евши
interrupt control register регистр управления прерываниями
intermediate data technology средства промежуточной обработки данных
industrial information
inductance regulator
ind cator transmitter
information network
institutional network
service служба промышленной информации
индукционный регулятор
индикатор передатчик
информационная сеть
сеть связи между учреждениями с небольшим числом узлов
inverted file information retrieval ИПС с инвертированными массивами
information field информационное поле
information network and file organization информационная сеть и организация файлов
INFORMS information organization reporting and management system система информации, орга
низации, оповещения и управления
INFRANET экспериментальная беспроволочная микровещательная сеть в ИК диапазоне
ING intense neutron generator мощный генератор нейтронов
INL internal noise level уровень внутренних шумов
INMC international network management center центр управления международной сетью
INMS ionized neutral mass-spectrometry масс-спектрометрия ионизированных атомов
INOP inoperative неработоспособный, неработающий
INP inert nitrogen protection защита азотом
inhibit presentation запрет представления
integrated network processor интегрированный сетеной процессор
intelligent network processor программируемый (интеллектуальный) сетевой процессор
INR interference to noise ratio отношение иомеха/шум
INR, INREQ information request
INTA interrupt acknowledge
запрос информации
подтверждение прерывания
100
INTASS Intel assembler кросс-ассемблер для программирования микропроцессора Intel 8080
INTCO international code of signals международный код сигналов
INTERPERS interactive personnel system интерактивная персональная система
I NV inverse обратный, противоположный
inverter инвертор, преобразователь
1NWATE integrated waveguide technology технология инвертированных волноводов
IOA International Omega Association Международная ассоциация no системе «Омега»
IOC intercell ohmic contact межэлементный омический контакт
invalid operation code неверный код операции
initial operational capability начальные функциональные возможности
1ОСВ input/output command byte байт команды ввода/вывода
ЮСГ. input-output control element модуль управления вводом/выводом
IOD input-output definition определение ввода/вывода
input-output driver драйвер (формирователь, интерфейс) ввода/вывода
1OF input/output front end периферийное устройство ввода/вывода
IOLA input/output link adapter адаптер канала ввода/вывода
1OI.C input/output link controller контроллер канала ввода/вывода
ЮМР input/output microprocessor микропроцессор ввода/вывода
1OPG input/output processor group группа процессоров ввода/вывода
I/OPSC input/output program state control управление состоянием программ ввода/вывода
IOR input/output read чтение каналов ввода/вывода
IOS IOSS input/output subsystem подсистема ввода/вывода
ЮТС International Omega Technical Commission Международная техническая комиссия по
системам «Омега»
ЮХ
IOU
IP
1РА
1PADAE
IPAT
IPB
IPBX
IPC
input/output executive стандартная исполнительная программа ввода/вывода
input/output write запись каналов ввода/вывода
image processor процессор обработки изображений
interpersonal меж персональный
interrupt pointer регистр указатель прерываний
interrupt processor процессор прерываний
ion plating ионное нанесение покрытий
ISDN access point порт доступа к интегральной сети
ISDN interworking unit port порт доступа к блоку межсетевого обмена сети с интегра
иней услуг
information processing architecture архитектура системы обработки информации
input/output address bus шина адресов порта ввода/вывода
integrated photodetection assembles интегрированный фотодетекюр
integrated printer adapter интегрированный адашер печатающего устройства
integrated passive, action detection acquisition equipment комплексная аппаратура пассив-
ною поиска и обнаружения
ion plating and allied techniques ионное нанесение покрытий и связанные с ним технологии
integrated processor board встроенная плата процессора
international private branch exchange учрежденческая АТС с выходом на международ-
ные каналы
imperfection photoconductivity примесная фоюироводимость
individual phase control нофазное управление
integral personal computer портативный многоцелевой персональный компьютер со встро-
енным ЗУ большого обьема и развитой перифериен
HHiei ральпый периферийный канал
связь между процессорами
телевизионная система, работающая в режиме счета фото
IPCS
нов
integrated peripheral channel
in ter processor communication
image photon counting system
interactive problem control system интерактивная система проблемного управления
IPD individual potential demand индивидуальное потенциальное требование
IPDC International Programme for the Development of Communications Международная
программа по развитию связи
1PDN international public data network международная сеть передачи данных общего назпа
чения
IPE, 1PLS inverse photoenussion spectroscopy обращенная фотоэмиссиоипая спектроскопия
IPG input pattern generator 1енератор входных тестовых воздействий
IPL unital program load (er) начальная загрузка (загрузчик) программ
interrupt line линия прерывания, канал прерывания
ion projection lithography ионная проекционная литография
1PL1 internet private line interface устройство обеспечения межсетевого обмена данными
(но частным каналам)
IP1 S instant program locating system устройслво автоматического поиска видеофрагментов
1PM input/output port memory data bus шина данных памяти порта ввода/пывода
interference prediction model модель для предварительной оценки помеховой обстановки
101
internal polarization modulation внутренняя поляризационная модуляция
interpersonal messaging обмен сообщениями между сотрудниками организации
IP MS interpersonal messaging system система обмена сообщениями между сотрудниками орга-
низации
IPP imaging photopolarimeter фотополяриметр для обработки изображений
international phototelegraph position станция международной фототелеграфной связи
IPPF instruction preprocessing function функция предварительной обработки команд
IPPV impulse pay-per-view передача импульсных сигналов для заказов и выбора программ
в платном телевидении
IPS ion induced photon emission spectroscopy ионно-фотонная спектроскопия
ion projection system ионный прожектор
IPSC Intel personal supercomputer персональная супер-ЭВМ фирмы Intel
IPSC iPSC Intel parallel scientific computer ЭВМ фирмы Intel с параллельной обработкой для
научных расчетов
IPST International Practical Scale of Temperature Международная практическая шкала темпе
ратуры
1РТ intelligent peripheral troubleshooter программа диагностики многофункциональных пери-
ферийных устройств ЭВМ с помощью экспертных оценок
IQC International Quality Center Международный центр качества
IQE internal quantum efficiency внутренняя квантовая эффективность
IR informal report неформальный отчет
infrared radiation радиация ИК диапазона
instrument reading считывание показаний измерительного прибора
interrupt register регистр прерываний
1RAH infrared active homing активное ИК наведение
IRAM indexed random access method индексный метод произвольного доступа
integrated random access memory ЗУПВ в интегральном исполнении
IRAP inspection and repair as programmed плановые осмотр и ремонт
IRC incrementally related carrier распределение частот в многоканальных кабельных систе-
мах телевидения, причем каждая несущая синхронизована по фазе с одной из набора опор-
ных частот
Information Resource Centre Центр по информационным ресурсам
Information Retrieval Center Центр поиска информации
International Record Carriers Международная служба передачи документальной инфор-
мации; категория компаний в США, которым предоставлено право организации между
народных сетей связи
International Reference Centre Международный справочный центр
IRC1D IR charge injection device приемник ИК изображений на ПЗС
IRCON IR detector приемник ИК изображений
IRD instruction register decoder дешифратор регистра команд
1RDB information retrieval data bank банк данных ИПС
IRF. international research and evaluation международные исследования u оценки
IREB intense relativistic electron beam интенсивный ре ятивистский электронный пучок
1RET interrupt return возврат после прерывания
1RFIS International Research Forum in Information Sciences ' Международный форум по иссле-
дованиям в области информатики
IRG infrared guidance ИК система наведения
IRI internal reflection interference (laser) лазерный диод с внутренней интерференцией
IRIS infrared imaging seeker ИК головка самонаведения
infrared intruder system ИК система охранной сигнализации
instant response information system информационная система с быстрой выдачей ответа
integrated reconnaisance intelligence system интегрированная система разведки
IRL index retrieval language индексный поисковый язык
1RLS infrared line scanning sensor ИК приемник с линейным сканированием
1RMR infrared microradiometry микрорадиометрия ИК излучения
IRNDT infrared non destructive testing ИК методы нераярушающих испытаний
IRPM infrared physical measurement физические измерения параметров ИК излучения
IRQ interworking service request identifier идентификатор запроса межсетевого обмена
IR quenching ИК гашение эффекта
interrupt request запрос прерывания
IRQC infrared quantum counter счетчик фотонов, чувствительный в ИК области спектра
IRR infrared radiometer ИК радиометр
1RRS infrared reflection spectroscopy спектроскопия отражения ИК излучения
IRS International Referral System Международная справочная система
inter-reflection spectroscopy спектроскопия полного внутреннего отражения
IRTA infrared rapid thermal annealing быстрый ИК термический отжиг
1RTM infrared thermal mapper (experiment) эксперимент по термографированию в ИК лучах
IRV international reference version международный эталон
1RVR instrumented assesment and reporting приборная оценка и подготовка сообщения
102
IRW inverted rib waveguide волновод в виде обращенного ребра
IS indexed sequential индексно-последовательный
information science информатика
information services информационные службы
ionization spectroscopy ионизационная спектроскопия
ion source источник нонов
input stimulus входные сигналы (возбуждения) input strobe строб ввода
instrumentation system измерительная система
intelligence system разведывательная система
interference suppressor устройство подавления помех
intergalactic space межгалактическое пространство
interplanetary space межпланетное пространство
ISI (US) information блоков separator one (unit separator) раздел ител ь и нформа ни и 1, разделитель
IS2 (RS) information записей separator two (record separator) разделитель информации 2, разделитель
1S3 (GS) information групп separator three (group separator) разделитель информации 3, разделитель
IS4 (FS) information файлов separator four (file separator) разделитель информации 4, разделитель
ISA information systems and automation информационные системы и автоматизация
interactive state analyzer диалоговый анализатор состояний
ISAP information sort and predict сортировка информации и предсказание
ISC integrated storage control встроенный блок управления ЗУ, управление интегриро-
ванным ЗУ
international switching center
integrate sample and dump
международный коммутационный центр
встроенный блок выборки и распечатки
IS&D
ISDN UPmtegrated services digital network, usef part аппаратура пользователя интегрированной
сети связи (сети с интеграцией услуг)
ISDS iconic/syrnbolic data structure матрично-символическая структура данных
integrated ship design system комплексная система проектирования судов
ISE integrated state estimation интегрированная оценка состояния
l&SE installation and service engineering инжиниринговые услуги по установке и обслуживанию
1SFTC International Symposium on Fault-Tolerance Comput ng Международный симпозиум no
толерантным вычислительным процессам и системам
ISHiM International Society for Hybrid Microcircuits Международное общество гибридных
микросхем
1SIR I iternational Symposium on Industrial Robots Международный симпозиум no про-
мышленным роботам
ISIS individual service information system информационная система индивидуального об-
служивания
integrated set of information systems интегрированный комплекс информационных
систем
Intel system implementation supervisor супервизор генерации (реализации) системы
фирмы Intel
intelligent scheduling and information system интеллектуальная система планирования
и обработки информации
internal scientific information system внутренняя система распространения научной
информации
ISIT integrated system for information access and telecommunication интегральная си
стема доступа к информации и системам связи
1SK t isert storage key ввести ключ памяти
ISL information system language язык программирования для информационных систем
initial system loading начальная системная загрузка
injection Schottky logic И’Л схемы с диодами Шотки
instructional systems language язык программирования для автоматизированных систем
обучения
intersystem link межсистемная линия связи
inverted super lattice обращенная сунеррешетка
ISM insulator—semiconductor- metal структура диэлектрик—полупроводник—металл
1SMC international switching maintenance center центр технического обслуживания междуна
родных телефонных сетей
ISMS interactive semantic modelling system интерактивная семантическая моделирующая
система
ISO isoplanar нзонланарная структур а, технология
ISOFET isolated polisilicon oxide gate field-effect transistor полевой транзистор с полнкри-
сталлическим затвором и окисной изоляцией
ISONET International Standard Organization Network сеть Международной организации по
стандартизации
103
ISO-TOP isolated transistor-outline package транзисторный корпус из электроизоляционного
1SOVPI
ISO Z
ISP
ISPC
материала
isothermal vapor phase epitaxy изотермическая парофазная эпитаксия
lso-Z isoplanar Z (process) изопланарная Z-технология
image signal processor процессор для обработки изображений
interactive session protocol протокол диалогового сеанса
international signalling point code
international sound program centre
международный центр подготовки и распределения
1SPD
ISPEC
ISP I
I SRC
ISRN
1SRS
ISS
радиопрограмм
international sound program circuit международный канал передачи звуковых программ
intensified silicon photodiode array кремниевая фотодиодная матрица с предусилителем
insulation specification спецификация изоляции
International System of Patent Information Международная система патентной ин-
формации
International Standard Recording Code Международный стандартный регистрационный
код
International Standard Recording Number Международный стандартный регистрациоп
ный номер
information storage and retrieval systems система хранения и поиска информации. ИПС
information search system (service) система (служба) информационного поиска
information storage system информационное ЗУ
integrated storage system интегрированное ЗУ, интегрированная система хранения
ISSA
ISSS
1ST
1STAR
1STAS
ISTIS
ISTT
ISO
документов
intensified self-scanned array самоска пирующая матрица с предварительным усилением
integrated software support system комплексная система поддержки средств матобес-
печения
information science and technology информатика, научные и технологические проб
лемы информатики
integrated system test комплексная проверка системы
image, storage, translation and reproduction формирование изображения, хранение,
преобразование и воспроизведение изображений
integrated surveillance and target acquisition system комплексная система разведки и
обнаружения целей
International Scientific and technical Information System Международная система
научно-технической информации (стран членов СЭВ)
Institute of Computer Science and Technology Институт вычислительной техники США
information services and use информационные службы и их использование
instruction-stream unit блок обработки потоков команд
interface switching unit блок коммутации интерфейса
ISW ion switch ионный переключатель
ISWG-DO Intersession working group (IMCO) Differential Omega Группа по системам
«Дифференциальная Омега» от Международной морской консульта i явной организации
IT inactivity test проверка неработающего устройства
information technology информационная техника
instrument transformer измерительный трансформатор
interline transfer ПЗС с межстрочным (или строчно-кодовым) переносом
। n ter roga tor -1 r a n s pon der за п росч ик-ответчик
ITB intermediate text block промежуточный блок текста
internal transfer bus внутренняя обменная шина
ITC induced thermocurrent индуцированный термоток
integrated terminal controller интегрированный контроллер термина ia
international television circuit международный канал изображения
international transit center международный транзитный центр
ionic thermocurrent ионный термоток
1TCCD interline transfer charge coupled device (imager) ПЗС-преобразователь изображения
с межстрочным переносом
ITDM intelligent time division multiplexer устройство временного уплотнения (на базе микро
процессора) со встроенным управляющим микропроцессором
1TDS isothermal desorption spectroscopy изотермическая десорбционная спектроскопия
ГГЕ information transfer event акт (событие) передачи информации
inverse time clement элемент с обращаемой временной характеристикой
ITEM integrated test and maintenance (system) комплексная система испытаний и тех-
нического обе л у ж и ва 11 и я
1TEWS integrated tactical electronic warfare system объединенная тактическая система радио
ajc'Kipoiiiiofi борьбы
1TF interactive terminal facility интерактивный терминал, средства диалогового общения
ITG integrated twin-guide (laser) лазерный диод со сдвоенным волноводом в интегральном
исполнении
104
iterative test generator программа синтеза тестов для нейтрального процессора с
памятью по итеративной модели
ГПС isothermal transient ionic current метод изотермического переходного ионного тока
ITI- instantaneous traffic level мгновенный уровень трафика число вызовов на данный мо-
мент времени
inverse time limit предельное значение обратного отсчета времени
1ТМ impedance test module модуль тестирования импедаисов
implantation through metal имплантация через слой металла
ITOS interact ve terminal operating system интерактивная терминальная операционная система
ITP international television program международная телевизионная программа
1TPS integrated teleprocessing system интегрированная система дистанционной обработки
ITS inelastic tunnelling spectroscopy спектроскопия неупругого туннелирования
insulation test specification технические требования при проверке изоляции
integrated tracking system интегрированная система сопровождения
invitation to send приглашение к передаче сообщений
ITT interval testing technique метод испытательных строк
1ТТЛР interactive testability analysis program интерактивная программа расчета показателей
тестопригодиостн
ITTD injection transit time diode инжекционно-пролетный диод
1ТХ interactive transaction executive диалоговый диспетчер обработки транзакций
IL' interworking unit блок межсетевой связи
1URP Integrated unit processor интегрированный процессор обработки эталонных записей
Il.iS llitertial I pper Stage транспортный буксир в системе «Шаттл»
IOSIN Inter-University Science Information Network Межуниверситетская сеть научной инфор
мании (Япония)
1UT item under test проверяемый узел, объект диагностики
IV intermediate voltage промежуточное напряжение
1VB interface vector bus векторная шина интерфейса
IV Г) ton and vapor deposition термическое напыление с одновременным ионным облучением
IVIS interactive video information system диалоговая видеоинформационная система
IVMI ,1 inertial velocity measurement unit инерциальный блок измерения скорости
l\ R integrated voltage regulator встроенный регулятор напряжения
IVS interactive virtual system интерактивная виртуальная система
1W В instruction word buffer буферное устройство для слов команды
IWF interworking functions функции межсетевого обмена
1VVP Interim Working Party Временная рабочая группа
IWP, 1VVPO International Word Processing Organization Международная организация по об
работке leKCTOB
IXC interexchange channel межстанционный канал
IXS ion-excitation X ray spectroscopy спектроскопия ионно-возбужденного рентгеновского
излучения
J
JA.A Japan Aeronautic Association Японская ассоциация аэропантпки
JACKPOT Joint Airborne Communication Center and Command Post Объединенная самолетная
система связи и управления
JADB Joint Air Defense Board Объединенный комитет ПВО
JAEC Japan Atomic Energy Commission Японская комиссия no атомной энергии
JAMPACK jamming package станция активных помех
JAP( Joint Air Photographic Center объединенный центр обработки аэрофотоснимков
JAP1B Joint Air Photographic Intelligence Board Объединенный комитет аэрофоторазведки
АРК. Joint Air Photographic Intelligence Center Объединенный центр аэрофоторазведки
JARIC Joint Air Reconnaisance Intelligence Center Объединенный центр анализа данных
воздушной разведки
JAS Japan Audio Society Японское общество звукотехники
JASDA Julie automatic sonic data analyzer автоматический анализатор данных гидроакусти-
ческого противолодочного буя «Джули»
JASG joint advanced study group объединенная группа перспективных исследований
JATCRU Joint Air Traffic Control Radar Unit объединенное подразделение УВД с использова-
нием РЯС
JCB Joint Communication Board Обз.единеиный совет по связи
justification control bit бит управления выравниванием
JCC Joint Communication Center Объединенный ucinp связи
Joint Coinupter Conference Объединенная конференция по вычислительной технике
JCEC Joint Communications Electronics Committee Объединенный комитет но связи и электро
нике
JCF.T Joint Council on Educational Television Объединенный совет no учебному телевидению
JCI joint communications instruction инструкция по совместному использованию средств
связи
105
JCL job command language язык управления заданиями
JCP job control program программа, записанная на языке управления заданиями
JCS Japanese Communications Satellite японский связной ИСЗ
JCT, JCTN junction соединение, спай, переход
JD joint dictionary совместный словарь
JECC Japan Electronic Computer Center Японский центр вычислительной техники
JECS job entry control services службы контроля за вводом заданий
JEMC Joint Engineering Management Conference Обтл>диненная конференция по проблемам
управления в промышленности
JEOS Japanese Earth Observation Satellite японский ИСЗ для наблюдений за земной по-
верхностью
JEP jump to external port переход на порт внешнего устройства
JEPS job entry peripheral services периферийные службы ввода задании
JERC Joint Electronic Research Committee Объединенный научно исследовательский комитет
по электронике
JES job entry subsystem подсистема ввода заданий
job entry system система ввода заданий
JETDS joint electronics-type designation system единая система обозначений для электронных
приборов
JETEC Joint Electron Tube Engineering Council Объели пенный технический совет по элект-
ронным лампам
JE1S job executive and transport satellite периферийная система выполнения заданий и
пересылки данных
J/FAP Joint Frequency Allocation Panel Обьединенная рабочая группа по распределению
радиочастот
JFL Joint Frequency List сводный список (распределения) радиочастот
JFP Joint Frequency Panel Объединенная рабочая группа (распределения) радиочастот
JICMOS junction-insulated complementary metal -oxide—semiconductor КМОП ИС с изоляцией
р п-переходом
ЛЕ joint intelligence estimation совместная оценка разведывательных данных
J1FDATS joint in-flight data transmission system система первичной обработки и передачи
полученной в полете разведывательной информации
JIFTS joint in-flight transmission system объединенная система передачи информации с борта
летательного аппарата па Землю
JIPDEC Japan Information Processing Development Center Японский исследовательский центр по
разработке средств обработки информации
JIRA Japan Industrial Robot Association Японская ассоциация промышленных роботов
JIT just-in time (manufacturing or software) комплекс необходимых средств управления и
программного обеспечения, обеспечивающий стабильный процесс производства с подачей
необходимых материалов и выполнением производственно-технологических процессов в
необходимый момент времени и в необходимых количествах (позволяет отказаться от
складирования сырья и готовой продукции, упорядочивает и оптимизирует процесс Про
изводства)
JIWP joint interim working group совместная временная рабочая группа
JLR junction loudness rating уровень громкости в канале
JMA Japan Microphotography Association Японская ассоциация микрофотографии
JMP jump to next address input переход на ввод (входы) следующего адреса
JMSA Japanese Maritime Safety Agency Японское агентство безопасности мореплавания
JMSAC Joint Meteorological Satellite Advisory Comm ttee Объединенный консультативный коми
тет по метеорологическим ИСЗ
JND just notable difference дифференциальный порог, едва заметное различие
JNI.D just noticeable luminance difference едва заметное различие в яркости яркостный порог
JNSC Joint Navigational Satellite Committee Обьеднненный комитет по навигационным ИСЗ
JOC joint operations center объединенный оперативный центр, центр совместных действий
JOIS Japan Information Centre for Science and Feclinology Online Information System инте-
рактивная информационная система Японского центра научно-технической информации
JOL job organization language язык организации заданий
JOP Jupiter orbiter probe юпитерианский орбитальный космический зонд
JOVI Jupiter orbiting vehicle for exploration орбитальный космический аппарат для иссле
дований Юпитера
JPB Joint Planning Board Объединенный совет по планированию
JPET Joint Project Evaluation Team Объединенная группа по оценке проектов
JR jump relative передача управления по относительному адресу
JRC Joint Research Center Объединенный исследовательский центр (Комиссии европейских
сообществ)
JRDB joint research and development board обьеднненный комитет no НИОКР
JRLA Japan Radioisotope Association Японская ассоциация изотопов
JRWG Joint Reliability Working Group Объединенная рабочая группа по надежности
JS jam strobe стробирование помех
106
J/S jam— to signal (ratio) отношение помеха/сигнал
JSC Japan Science Council Научный совет Японии
joint security control system комплексная система обеспечения безопасности
JSE Japan Science Foundation Японский научный фонд
JSR jump to subroutine переход на подпрограмму
JTL Josephson tunneling logic логические схемы на туннельных переходах Дзожефсона
JUSE Union of Japanese Scientists and Engineers Союз ученых и инженеров Японии
JWG joint working group объединенная рабочая группа
К
KAD knowledge-assisted design система автоматизированного проектирования с использова
нием баз знаний, содержащих алгоритмы и технологическую информацию, и элементов
искусственного интеллекта
KAMDIDATS Kansas Digital Image Data System Система обработки цифровых изображений с
ИСЗ Канзаского университета
KAPSE kernel Ada programming support environment ядро системы программирования на языке
Ада
KARL Karlsruhe architectural and register transfer language язык описания схем на структур-
ном уровне регистровых передач
K-ASC knowledge availability system center Центр систем доступа к базам знаний (США)
КВ knowledge base база знаний
КВМ knowledge base management управление базой знаний
KBMS knowledge base management system система управления базами знаний
KBP keyboard processor клавишный процессор, процессор клавишной панели
KDE4 Kurzweil omnifront data entry machine (читающая) машина Курцвейла для ввода в
ЭВМ многошрифтовых данных
KDR keyboard data recorder регистратор данных с клавиатурой
KDS key to diskette запись с клавиатуры на дискеты
KEG key gap ключевой промежуток
KEPROMkeyed access electrically programmable read only memory ППЗУ с доступом по ключу
для защиты от нелегального копирования и неавторизироваиного использования
KF Kalman filter фильтр Кидмана
KGU known good unit заведомо исправный блок (используется в качестве эта тона при авто-
матизированном контроле блоков)
КН know how необходимый опыт, сумма необходимых технологических знаний для реализа-
ции проекта или использования патента
KIFIS Kollsman integrated flight instrumentation system комплексная система пилотажных
приборов фирмы Kollstnan
КП’ knowledge information processing обработка знаний
К1.ОС К (1024) lines of code 1024 строки программного кода
KMON keyboard monitor монитор клавиатуры
KORSTIC Korea Scientific and Technological Information Center Центр научно-технической
информации Южной Кореи
KPSSB keyed pilot single sideband метод передачи информации на ОБП с переключаемым
пилот-сигналом
KRIPES К resolved inverse photoemission spectroscopy обращенная фотоэмиссионная спектро
сколия с разрешением но тангенциальному моменту
KRT cathode-ray tube элек!ровно лучевая ipy-бка
KSA Ki-band single access с однократным доступом в диапазоне Ku
KSAM key field sequentia access method метод последовательного доступа по ключевым полям
KSOS kernelized secure operating system операционная система защиты информации с ядром
безопасности
KVAHM kilovolt-ampere hour meter счетчик КВА-часов
KVAM kilovolt ampere meter кидовольтамнерметр
KVCP kilovolt constant potential постоянный потенциал в кВ
KVDC kilovolt direct current напряжение постоянного тока в киловольтах
KVVADE keyword as a dictionary entry ключевое слово как ввод (вход) в словарь
KWE kilowatts of electrical energy электрическая мощность в киловаттах
KYBD keyboard клавишная панель
KYBDCLR keyboard clearance освобождение кнопок клавиатуры
Н
ПА horn antenna рупорная антенна
ПАААТ height of transmission antenna above average terrain высота иершгающей антенны над
средним уровнем земли
HAG hoiKonlal aperture correction (corrector) горизонтальная апертурная коррекция (кор-
ректор )
IIADR Hughes air defense radar РЛС для ПВО фирмы Hughes
107
HAG home address gap промежуток собственного адреса
HAL height above landing относительная высота над поверхностью приземления
HALO high-altitude large optics программа исследований перспективной спутниковой системы
раннего обнаружения с использованием крупногабаритных оптических конструкций
HALSIM hardware logic simulator устройство моделирования аппаратных средств с использова
нием логических схем
НАМ hierarhical access method иерархический метод доступа
HAMA handoff assignment multiple access многостанционный доступ с передаваемым за-
креплением
HAMOTS high-accuracy multiple object tracking system высокоточная система одновременного
сопровождения нескольких целей
НАМТ human-aided machine translation машинный перевод с помощью человека (редактора,
переводчика)
HANDLE hierarchical network description language язык описания иерархических сетей (схем)
HANS high altitude navigation system высотная навигационная система
НАР high-altitude platform высотная исследовательская платформа
HAPD heterostructure avalanche photodiode лавинный фотодиод иа основе гетероструктуры
HAR highway advisory radio дорожное консультативное радио
HARA high-altitude radar altimeter радиовысотомер для больших высот
HARP high altitude radiosonde probes высотные радиозонды
Hitachi arithmetic processor арифметический процессор фирмы Hitachi
HAS high address select выбрать старший адрес
high-altitude satellite высотный ИСЗ
HASP high-altitude space platform высотная космическая исследовательская платформа
Houston automatic spooling priority system хьюстонская система приоритетной бу-
феризации ввода/вывода для 1ВМ/360
HASPS hardened array solar power system система защищенных панелей солнечных элементов
HASQ hardware-assisted software queue устанавливаемая аппаратурой очередь программ
HATG hybrid automatic test generator система автоматического построения тестов для гибрид
ных схем
HATS hybrid automatic test set стенд для автоматических испытаний гибридных микросхем
HAWKEY система дальнего радиолокационного обнаружения ВМС США
HAZ heat affected zone зона нагрева
НВ handbook справочник
heavy hole band зона тяжелых дырок
horizontal Bridgeman (method) горизонтальный метод Бриджмена
Н-В hexadecimal -to—binary преобразование шестнадцатиричных данных в двоичные
ИВА hierarchical bits architecture иерархическая архитектура шин
HBD hereinbefore described вышеописанный
HBIP high performance bipolar process технология изготовления высококачественных биполяр-
ных ИС
HBN hazard beacon заградительный маяк
HBRO Harvard Business Review On-line ИНС Гарвардского университета, включающая
полные тексты статей
HBS home bus system сеть распределения информации и команд управления в пределах
жилища
НС heuristic concepts эвристический подход
high capacity высокая емкость, высокая пропускная способность, большая грузоподъем
и ость
hollow cathode полый катод
Н/С hand carry ручной ввод
HCF host command facility командный процессор главной ЭВМ (пакет программ)
HCL hollow cathode laser лазер с полым катодом
HCMOS hybrid complementary metal oxide semiconductor гибридная КМОП-структура
HCN hierarchical computer network иерархическая сеть ЭВМ (вычислительная сеть)
heterogeneous computer network вычислительная сеть, включающая разнородные ЭВМ
homogeneous computer network вычислительная сеть, включающая однородные ЭВМ
НСР heterojunction-contact photoconductor фоторезистор с гетеропереходом в области кон
такта
host communication processor базовый коммуникационный процессор
HCR hardware check routine программа проверки аппаратных средств
HCS hydrological communications satellite ИСЗ для ретрансляции гидрологической информа-
ции
Н D hexadecimal to decimal преобразование шестнадцатиричных данных в десятичные
HDB high density bipolar (coding) биполярное кодирование с высокой плотностью
HDC hard disk controller контроллер накопителя на жестких дисках
high duty cycle интенсивный рабочий цикл
HDDTR high density digital tape recorder цифровой видеомагнитофон с высокой плотностью
записи
HDDTS high speed digital data transmission system высокоскоростная система передачи цифро
вых данных
108
HDEP high definition electronic production универсальная электрокииематографнческая систе- ма для производства и последующей обработки высококачественных фильмов н теле- низнонных программ
HDG HD1F heading курс, заголовок high speed data transmission interface интерфейс быстродействующей системы пере- дачи данных
HDR HDS HDT HDTM HDU НЕ high data rate (устройство, система) с высокой скоростью передачи данных half duplex system полудуплексная система hexadecimal debugging tool средства отладки в шестнадцатиричном формате half-duplex transmission module передающий блок полудуплексной системы hard disk unit накопитель на жестких магнитных дисках heat exchange (г) теплообмен (ник) heteroepitaxy гетероэнитакеня
HEAPS hot electron горячий электрон high-energy electron appearance potential spectroscopy спектроскопия потенциала появ- ления быстрых Оже-электронов
HECL high-performance emitter-coupled logic высококачественные логические схемы с эмизтер- ными связями, высококачественная эмнттерно-связанная логика
IIEIB НЕ 1С HEL HELIOS HELP НЕМ MEMOS НЕМ W НЕР high energy ion beam пучок нонов высокой энергии Hall effect integrated circllir ИС па приборах с эффектом Холла high-energy laser мощный лазер hot electron layer ion source ионный источник co слоем горячих электронов high energy laser program программа создания мощных лазеров heat exchanger method метод теплообменника hot electron metal oxide—semiconductor MOI 1-структура с разогревом электронов hybrid electromagnetic wave гибридная электромагнитная волна heterogeneous element processor процессор на однородных элементах homogeneous element processor мультипроцессорная система параллельного типа на
HERS HES НЕТ HF 1I1/CS HFEP НЕР ВЕРА HFR разнородных элементах hardware error recovery system система исправления аппаратных ошибок heteroepitaxial system гетероэннтаксиальная система hot electron transistor транзистор на горячих электронах hazard free с исключением риска сбоя human factor in computer systems человеческий фактор в информатике host front end processor специализированный процессор обмена данными в сети ARPA host/front-end processor протокол «главная ЭВМ/ процессор адаптер» hibrid focal plane array гибридная фокальная матрица (приемник изображения) high frequency range ВЧ диапазон height-finder radar РЛС. определяющая высоту объекта
III и HFVBiG hand-free unit блок без ручных регулировок high focus voltage bipotential gun биопотенциальная электронная пушка с высоким
HF/VPE HG HGF фокусирующим напряжением hydrogen fluoride vapour phase etching травление в парах HF I fall generator генератор на эффекте Холла horizontal gradient freeze (method) метод кристаллизации в горизонтальном градиенте
HGT Н1В HICAT HICS температуры high group transmit heavy ion beam пучок тяжелых ионон high capacitance trench структура с разделигельными канавками высокой емкости hierarchical information control system система управления иерархически организован- ной информацией
HID high intensity discharge (damps) мощный разряд (устройство для гашения)
HIDEMAP hierarchical design manipulator контроллер-манипулятор баз данных иерархическою
проектирования
HIF hybrid interface гибридный интерфейс
H1LAC heavy ion linear accelerator линейный ускоритель тяжелых ионов
ill LO high low переход в виде снльнолегированного слоя на слаболегированной подложке
HI-1 О SAM APD high low separated absorption-multiplication avalanche photodiode лавинный
фотодиод с разделением областей поглощения и умножения со ступенчатым уровнем
легирования в области лавинного умножения
111MIC hybrid microcircuit гибридная микросхема
HIMNOS.lii.MNOS high-performance metal — nitride— oxide— semiconductor высококачествен-
ная МНОП-структура
HIMOS, Hi.MOS high-performance metall — oxide — semiconductor высококачественная МОП
структура
IliOVlS проект юрода, полностью охваченного многоцелевой кабельной сетью (Япония)
Н1РО hierarchy input process output иерархическое представление ввод данных
обработка вывод результатов
HI РОТ high potential высокий потенциал
HIPOTT high potential test испытания при высоком напряжении
HIPOX, HiPOX high pressure oxidation оксидирование при высоком давлении
109
HIRES heavy-ion Rutherford back scattering spectroscopy спектроскопия обратного резерфор-
довского рассеяния тяжелых ионов
HIREL. HiREL high reliability' высокая надежность
HIROB hierarchical robot высокоуровневый иерархический язык управления роботами
HISSDAY high-speed semiconductor device analysis система экспресс-апализа полупроводни-
ковых приборов
HIT high density integration (technology) технология БИС с высокой плотностью элементов
high-density isolation (technology) технология изоляции ИС с высокой плотностью
элементов
HITT heterojunction integrated transit-time интегральный лавинно пролетный гетеродиод
HIVT high voltage высокое напряжение
HL hole-trap label обозначение дырочной ловушки
HLC high level center центр коммутации пакетов и сообщений высокого уровня в сетях
типа S1TA
HLDA hold acknowledge подтверждение фиксации
HLDLC high level date link control управление каналом связи высокого уровня
HLE high-low emitter изотипиый эмиттерный переход
HLF high layer functions функции высокого уровня
HLJ high-low junction изотипный переход между слоями с различной степенью легирования
(п~п или р+р)
HLN high level network сеть высокого уровня
HLO-PAL half-line offset — phase alternation line система I1A.T с полустрочным офсетом
IILT high — to — low transition изотипный переход, изменение сигнала от «I» до «О»
НМ, НМС hybrid microcircuit гибридная микросхема
HMCG signalling link congestion перегрузка линии сигнализации
HMDC message discrimination распознавание сообщений
HMDT message distribution распределение сообщений
HMOS horizontal switching metal — oxide — semiconductor ключевой, с горизонтальной
структурой (МОП-транзистор)
HMR homer приводная радиостанция
HMS hours, minutes, seconds часы, минуты, секунды
НМ hyperbolic navigation гиперболическая навигация
HMA Hitachi network architecture архитектура сети фирмы Hitachi
HOMOCVD homogenuous chemical vapour deposition однородное химическое осаждение из па
ровой фазы
HOP highlight overload protection защита от световых перегрузок («кометная» коррекция)
hybrid operating program гибридная рабочая программа
HORDIS hot reflex discharge ion source сильноточный ионный источник на основе отража-
тельного разряда с накаленным катодом
НРА horn-parabola antenna рупорно-параболическая антенна
НРСМ hybrid pulse code modulation смешанная кодово-импульсная модуляция
HPD head position detector детектор положения видеоголовки
НРБ highest priority first первым (обслуживается) с наивысшим приоритетом
HP-Ge, Si high purity Ge, Si Ge, Si высокой чистоты
HPI. holographic photolithography голографическая фотолитография
HPLC high-pressure liquid chromatography жидкостная хроматография при высоких давлениях
HPLPA horizontally polarized logperiodic antenna логопериодическая антенна с горизонталь
ной поляризацией
HP ML Hewlett Packard multimeter language язык программирования мультиметров фирмы
Hewlett Packard
HPR high power radar мощная РЛС
HPRP high power radar post РЛС большой мощности
HPT head per track головка на дорожку
heterojunction phototransistor фототранзистор с гетеропереходом
HPWORD пакет прикладных программ для обработки текстов фирмы Hewlett-Packard
HQPSK hard filtered quadrature phase shift keying квадратурная фазовая манипуляция
с узкополосной фильтрацией
HQTV high quality television телевидение высокого качества
HR high resolution высокое разрешение
human reliability надежность человека (как звена системы управления)
HRC harmonically related carriers гармонически связанные несущие (в кабельных сетях)
horizontal redundancy check горизонтальный контроль с помощью избыточных кодов
HRCL header reading control library словарь ключевых слов для компиляции заголовков
HRD high resolution display дисплей с высоким разрешением
HRDL hypothetical reference digital link гипотетическая эталонная цифровая линия передачи
HRDP hypothetical reference digital path гипотетический эталонный цифровой тракт
HRDS hypothetical reference digital section гипотетическая эталонная часть цифровой системы
HREELS, HRELS high resolution electron energy loss spectroscopy спектроскопия потерь энер-
гии электронов с высоким разрешением
HREM high resolution electron microscopy электронная микроскопия с высоким разрешением
ПО
HRI horizontal reference line горизонтальная опорная (эталонная) линия
HRMR human readable, machine readable (текст) читаемый и машиной, и человеком
HRO heteroepitaxial ridge-overgrown гетероэпитаксиальпый (лазерный диод) с реберным
контактом поверх изолирующего слоя
HRQ hold request запрос фиксации
HRS high resolution spectrometer спектрометр с высоким разрешением
HRT high-resolution timer таймер с высоким разрешением
HRX hypothetical reference connection гипотетическое эталонное соединение
JIS heat sink теплоотвод
hierarchically structured с иерархической структурой, иерархически структурированный
hierarchical structure иерархическая структура
HSD high speed data (link, channel) высокоскоростной (канал, линия) передачи данных
high speed displacement высокоскоростной сдвиг
honestly significant difference очень заметное различие, существенная разница
HSDMS highly secure database management system СУБД, обеспечивающая надежную защиту
информации в базах и банках данных с помощью программных средств
HSE hierarchical state estimation иерархическая оценка состояния больших систем
HSEL high speed selector channel быстродействующий селекторный капал
HSGT high speed ground transport скоростной наземный транспорт
HS1 high-speed integration быстродействующая ИС
HSJ half-sided junction модель поверхности с обедненным слоем, рассматриваемая как
половина перехода
HSK housekeeping действия но обслуживанию, служебный, вспомогательный
HSL hierarchical specification language язык иерархических спецификаций
HSI A high-speed line adapter быстродействующий линейный адаптер
HSLSI high speed large scale integration быстродействующая БИС
IISLSIC high speed large scale integrated circu t быстродействующая БИС
HSR high speed reclosing быстродействующее автоматическое повторное включение
HSRC hypothetical signalling reference connection гипотетическое эталонное соединение
в линии сигнализации
HSR1OP high speed rapid access data (drum) input output processor быстродействующий про-
цессор ввода/вывода с нспользованием барабанов с быстрой выборкой данных
HSRO high-speed repetitive operations быстро выполняемые повторные операции
HSS hierarchy service system система иерархического обслуживания
high speed scanning высокоскоростное сканирование
high speed storage быстродействующее ЗУ
HST hypersonic transport гиперзвуковой транспорт
HSTS high speed text system быстродействующая система обработки текстов
НТ heterostructure transistor гетеротранзистор
high temperature (annealing) высокотемпературный (отжиг)
H CVD high temperature chemical vapour deposition высокотемпературный процесс химического
осаждения из паровой фазы
HTD hand target designator ручной целеуказатель
НИС hypothetical typical information center гипотетический типичный информационный центр
НТМ hypothesis testing model модель для проверки гипотез
НТО high temperature oxidation высокотемпературное оксидирование
HIP histori trend processor система обработки данных о тенденциях развития техники
НТК hard — to — reach труднодостижимый
HTTL high-power transistor-transistor logic мощные транзистор транзисторные логиче-
ские схемы
HUD head up-display система индикации на лобовом стекле
HUI FLE hybrid unlatching flip-flop logic element триггерные схемы на логических элементах
с гальванической связью
HVEE high voltage electron exposure высоковольтная система электронного экспонирования
Н\ HMD holographic visor helmet mounted display голографический дисплей, монтируемый
на шлеме
HV MOST high-voltage metal oxide— semiconductor transistor высоковольтный МОП-транзистор
HVP high video path высококачественный видеотракт
HVR high voltage regulator регулятор высокого напряжения
HVSEM high voltage scanning electron microscopy (с) высоковольтная растровая электронная
микроскопия (микроскоп)
HVT high voltage высокое напряжение
high voltage threshold высокое пороювое напряжение
H\TR helical-scan video tape recorder видеомагнитофон с наклонно-строчной записью
HWE hot wall evaporation испарение (напыление) в нагретой трубке
HWF, HWFE hot-vvall-flash evaporation метод мгновенного испарения в нагретой трубке
HWHH half width at half height полуширина пмпуЛьса па половине амплитуды
HW1M система распознавания речи с использованием метода линейного предсказания фирмы
BBN, США
HZMP horizontal impulse импульс строчной развертки
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
В НИИ прикладной микроэлектроники
(MARI) в Гетеборге разрабатывается пер-
вый шведский транзистор с высокой под-
вижностью электронов (НЕМТ) на основе
GaAs В разработке участвуют Халмерский
технологический институт и фирме) Ericsson
Radio. На первом этапе работ созданы
опытные образцы транзисторов с крутиз-
ной 140 мС/.мм, длиной затвора 1,5 мкм,
коэффициентом шума 1,3 дБ и максималь-
ным коэффициентом усиления 14,4 дБ на ча
стоте 3,6 ГГц. Поставлена задача умень-
шения длины затвора до 0 5 мкм (мето-
дом молекулярно-лучевой эпитаксии), а так
же создания НЕМТ иа основе гетерострук-
тур GaAs/AlGaAS. Кроме того, исследуется
возможность использования для НЕМТ тех
нологнческого процесса химического осаж-
дения из паровой фазы металлоорганиче-
ских соединений.
Eltekn actuel elektron (Швеция), 1987
№ 20. 14 17
Учеными французского Национального
центра научных исследований и Универ
ситета им. Поля Сабатье выполнены
сравнительные исследования фазовых
шумов в генераторах X диапазона на по-
левых транзисторах с затвором металл
полупроводник и транзисторах с высокой
подвижностью электронов НЕМТ. стабили
зированных объемным резонатором с нагру-
женной добротностью 2000 на частоте 9 ГГц.
Полученные результаты показывают, что
генераторы на полевых транзисторах при
прочих равных условиях имеют меньшии
уровень фазовых шумов Современные при
боры типа НЕМТ не пригодны для при
менения в малошумящих СВЧ генера-
торах из-за большого уровня НЧ шу-
мов, связанных с генерационно рекомбина-
ционными явлениями в 10-кГц диапазоне и
заметного преобразования «вверх» этих шу-
мов — в диапазон СВЧ Однако совер
шенствование технологии НЕМТ, по мнению
исследователей, позволит снизить низко
частотные шумы и их преобразования
«вверх».
"IEEE hit. Microwave Symp Dig..
Las Vegas, Nev, Juneg-11. 1987. Vol 2”.
New York, N. Y , 1987, p 557 560
Сотрудниками Нанкинского технологиче
ского института (КНР) разработаны мик-
рополосковые генераторы Ганна с диэлект-
рическим резонатором работающие на вто-
рой гармонике в 8-мм диапазоне волн
Конструктивно генератор выполнен в гиб-
ридно-интегральном исполнении вместе с
волноводно-микрополосковым переходом на
подложке размером 50X25X0,254 мм из ма-
териала Duroid на которой размещен кор
пусированный диод Ганна типа WT-55 Нан-
кинского НИИ твердотельных приборов
Изготовлены макеты генераторов, пред-
назначенных для использования в каче-
стве гетеродинов для систем миллиметро-
вого диапазона, с выходными частотами
35,17 и 31,31 ГГц, мощностями соот-
ветственно 13 и 10 мВт, величинами кру-
тизны электронной перестройки 100 и
200 кГц/B и диапазоном механической
перестройки частоты 500 Ml и В первом
генераторе применен диэлектрический ре-
зонатор из керамики (ArSn)TiO4 с пена-
груженной добротностью порядка 4 000, во
втором — из керамики Ba (Zn, 3Nb2 ,)03
Ba(Znl,3Ta2.1)O., с ненагруженной доброт-
ностью 6000.
Указывается на возможность разработки
подобного генератора, работающего на
третьей гармонике, для коротковолновой
части диапазона ММВ.
"IEEE MTT-S hit Microwave Symp. Dig..
Las Vegas, Nev. June 9-11. 1987 Vol. 2",
New York N Y., 1987. p. 677—680.
Фирмой Avanlek (США) разработаны
генераторы управляемые напряжением
(ГУН), в диапазонах 12...15 и 15,..18 ГГц.
В генераторах применяются кремниевые би
полярные транзисторы с максимальной ча
стотой более 30 ГГц и кремниевые вы-
сокодобротные варакторы с «резким» р-п
переходом. Особенностью новых генерато-
ров является быстрое установление часто-
ты при перестройке (за 2 мкс с точностью
+ 1 МГц от заданной частоты).
Минимальная выходная мощность ГУН
диапазона 12 . 15 ГГц составляет 6 дБм, в
диапазоне 15... 18 ГГц — 3 дБм В интер-
вале температур от —54 до 75 °C дрейф ча
стоты нс превышает соответственно 240 и
355 МГц Фазовые шумы ГУН на частоте
16 ГГц составили —93 дБ/Гц на расстоянии
100 кГц от несущей. Измерения фазовых
шумов проводились с помощью-дискрими-
натора частоты с линией задержки.
IEEE hit Microwave Symp
Dig.. Las Vegas, Nev.,
June 9 11 1987 V 2,
New York, N. Y., 1987, p 579—581
112
ПРАВИЛА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБЗОРОВ
1. Обзоры составляются по материалам работ иностранных специалистов,
опубликованным в основном за последние 3 4 года.
3. Предварительно в редакцию представляется развернутый план обзора
и список основных используемых работ.
3. Объем обзора, как правило, не должен превышать 35 машинописных
страниц текста, 10 иллюстраций и 50 наименований списка литературы.
Превышение объема должно быть согласовано с редакцией.
4. Рукопись представляется в одном (первом) экземпляре, отпечатанном
на стандартной машинке с крупным шрифтом через два интервала с обще-
принятыми полями. Формулы должны быть крупно и разборчиво впи-
саны темными чернилами и размечены.
Названия фирм, систем, устройств, а также фамилии авторов (иностран-
ных специалистов) следует приводить на языке оригинала.
5. Иллюстрации выполняются тушью или чернилами на белой бумаге или
в виде фото и представляются в двух экземплярах.
6. Подрисуночные подписи представлются также в двух экземплярах, от-
дельно от рисунков.
7. Список первоисточников (литературы), использованных при написании
обзора, должен быть отпечатан на языке оригинала (на русском язы-
ке — переведенные издания, в частности ТИИЭР и Электроника, а
также отечественные издания на основе зарубежных публикаций).
Примеры оформления ссылок на статью в иностранном журнале, статью в
сборнике трудов конференции или симпозиума, на непереведенную кни-
гу иностранного автора, патент, статью в переводном журнале, пере-
веденную книгу, отечественное издание на основе зарубежных публикаций:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
25. Edson A. R. IEEE., 1985, v. АР-8, N 3.
26. Kawai К., Shltanl S. - In: Proc. IEEE Int. Conf, on Communications, Philadelphia. 1982,
19 21/VI.
27. Katzan H. Jr. Computer Data Security — Van Nostrand Reinhold Co., New York, 1983.
28. Пат. 59—19344 (Япония). МКИ G 09 G 3/00.
29. Лайнбек Ю П.— Электроника, 1983, т. 56, № 20.
30. Поверхностные акустические волны: Пер. с англ. / Под ред. А. Олииера.— М, 1981,
с. 390.
31. Иностранная техника и экономика средств связи, 1981, № 17, с. 24
При наличии в ссылке на статью в журнале фамилии автора номера
страниц (журнала) можно не указывать.
8. Единицы измерения в тексте и в формулах должны быть выдержаны
в СИ
9. Текстовая часть рукописи должна удовлетворять требования ГОСТ 7.3- 77.
10. Рукописи, не удовлетворяющие указанным требованиям, редакцией не
принимаются.
11. К рукописи прилагаются сведения об авторах с указанием адресов и
телефонов.
Цена 1 р. 40 к.
70325