Методы и средства построения радиофотонных векторных анализаторов нового типа с улучшенной разрешающей способностью, чувствительностью и функциональными возможностями

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-79-10059

НазваниеМетоды и средства построения радиофотонных векторных анализаторов нового типа с улучшенной разрешающей способностью, чувствительностью и функциональными возможностями

Руководитель Кузнецов Артём Анатольевич, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" , Республика Татарстан (Татарстан)

Конкурс №85 - Конкурс 2023 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-706 - Радио- и телевизионные системы, радиолокация и связь

Ключевые слова радиофотоника, векторный анализ, модулятор Маха-Цандера, волоконная оптика, волоконные брэгговские структуры, фотоника, оптико-электронные устройства

Код ГРНТИ47.05.03

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на разработку научно-технических основ проектирования радиофотонных векторных анализаторов нового класса с улучшенными метрологическими характеристиками и расширенными функциональными возможности. Устройства данного типа предназначены для комплексной оценки характеристик фотонных устройств (фазовых, амплитудных и поляризационных). Развитие устройств радиофотоники (для задач связи, радиолокации и радиоэлектронного противодействия), совмещающих в себе как раздельно электронные и оптические тракты, так и каскады преобразования электрического сигнала в оптический и наоборот, формирует необходимость разработки более универсальных измерительных систем, позволяющих анализировать не только электронные и фотонные устройства, но и оптико-электронные с высоким спектральным разрешением в большом динамическом диапазоне. Обзор показывает, что в настоящее время данные устройства набирают популярность за рубежом, однако их характеристики не полностью удовлетворяют имеющиеся запросы - совершенствование методов измерения не успевает за усложнением самих объектов контроля. Большой задел школы радиофотоники КНИТУ-КАИ в области радиофотонных информационно-измерительных систем показывает возможность разработки конкурентоспособных радиофотонных векторных анализаторов мирового уровня, с использованием в ключевых элементах отечественной элементной базы. Разрабатываемые методы и средства построения универсальных радиофотонных векторных анализаторов обладают научной новизной в части методов получения и анализа информационной структуры зондирующего излучения с целью восстановления амплитудных, фазовых и поляризационных характеристик анализируемых устройств, способов формирования зондирующего излучения, исходя из требований по обеспечению его высокой спектральной чистоты и возможности перестройки в широком диапазоне с сохранением его структуры.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Липатников К.А., Кузнецов А.А., Проскуряков А.Д., Ибрагимов Л.Д., Кудушкин В.В. Fiber optic temperature monitoring system for high-voltage busbars and contacts Proceedings of SPIE: Optical Technologies for Telecommunications 2023 (год публикации - 2024)

2. Морозов О.Г., Аглиуллин Т.А., Сахабутдинов А.Ж., Кузнецов А.А., Валеев Б.И,. Каид М., Пономарёв Р., Нурмухаметов Д., Шмырова А., Константинов Ю. Fiber-Optic Hydraulic Sensor Based on an End-Face Fabry–Perot Interferometer with an Open Cavity Photonics, 2024, 11(1), 22 (год публикации - 2024)
10.3390/photonics11010022

3. Макаров Р., Каид М., Аль Хусейн, Валеев Б., Аглиуллин Т., Анфиногентов В., Сахабутдинов А., Microwave Photonic Interrogation Accuracy for Fiber-Optic Temperature Sensors via Artificial Neural Network Integration Optics, Optics 5(2):223-237 (год публикации - 2024)
10.3390/opt5020016

4. Каид М., Альхусейн А., Сахабутдинов А., Валеев Б., Дашков М., Белов Э., Аглиуллин Т. A Comparative Study of Tapering Methods and Transfer Characteristics in Fabry-Perot Interferometric Applications International Conference on Green Energy, Computing and Sustainable Technology, Miri Sarawak, Malaysia, 2024, pp. 1-4 (год публикации - 2024)
10.1109/GECOST60902.2024.10474762

5. Хусейн С., Каид М., Альхусейн А., Сахабутдинов А.Ж., Аглиуллин Т.А. Prospects for the Use of Fiber-Optic Sensors as Sensitive Elements for Concentration Control Prospects for the Use of Fiber-Optic Sensors as Sensitive Elements for Concentration Control (год публикации - 2023)

6. К.А. Силаков, А.А. Лустина, О.Г. Морозов, П.Е. Денисенко, Е.П. Денисенко МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОПЛЕРОВСКОГО СМЕЩЕНИЯ ЧАСТОТЫ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ РАДИОФОТОНИКИ Вестник Казанского государственного технического университета им. Туполева, Казань (год публикации - 2024)

7. Смирнов Н.Д., Липатников К.А., Кузнецов А.А. Methods for interrogating FBG and AFBS in problems of monitoring mechanical vibration parameters Proceeding of SPIE: Optical Technologies for Telecommunications 2023 (год публикации - 2024)

8. Кузнецов А.А., Чемеева Т.Е., Нуреев И.И., Липатников К.А. Combined type microwave photonic vector analyzers for a comprehensive assessment of transfer and linear characteristics Proceedings of SPIE: Optical Technologies for Telecommunications 2023 (год публикации - 2024)

9. Силантьева А.А., Сергеев А.В. О проблеме оценки динамических характеристик радиофотонных трактов Материалы XI Молодежной международной научно-технической конференции "Прикладная электродинамика, фотоника и живые системы", 11-12 апреля 2024 г., Казань (год публикации - 2024)

10. Липатников К.А., Смирнов Н.Д., Силантьева А.А.Кузнецов А.А. Измерение динамического диапазона оптических устройств / XI Молодежная международная научно-техническая конференция Материалы XI Молодежной международной научно-технической конференции "Прикладная электродинамика, фотоника и живые системы", 11-12 апреля 2024 г., Казань (год публикации - 2024)

11. Липатников К.А., Смирнов Н.Д., Силантьева А.А., Кузнецов А.А. СХЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА НА ОСНОВЕ ММЦ И АКУСТООПТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА Материалы XI Молодежной международной научно-технической конференции "Прикладная электродинамика, фотоника и живые системы", 11-12 апреля 2024 г., Казань (год публикации - 2024)

12. Кузнецов А.А., Чемеева Т.Е. Векторный анализ на принципах радиофотоники - старые подходы для решения новых задач Материалы XXI Международной научно-технической конференции «Оптические технологии в телекоммуникациях», 22-24 ноября 2023 г., изд-во КНИТУ-КАИ, Казань, Том 2, С. 261-263 (год публикации - 2023)

13. Кузнецов А.А., Масной В.А., Морозов О.Г., Нуреев И.И., Сахабутдинов А.Ж. Особенности подготовки специалистов радиофотоники для предприятий ОПК в рамках программы дополнительного профессионального образования Материалы XXV Международной научно-технической конференции «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций», 22-24 ноября 2023 г., изд-во КНИТУ-КАИ, Казань, Том 1, С. 14-17 (год публикации - 2023)

14. Макаров Р.А., Валеев Б.И., Аглиуллин Т.А. Радиофотонный контроль положения ВБР при помощи гребенки адресных частот и искусственных нейронных сетей XII Международная молодежная научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «ПРИКЛАДНАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА, ФОТОНИКА И ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ – 2025» 10-12 апреля 2025 г., Казань, Россия, Материалы конференции,, XII Международная молодежная научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «ПРИКЛАДНАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА, ФОТОНИКА И ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ – 2025» 10-12 апреля 2025 г., Казань, Россия, Материалы конференции, С. 179-180 (год публикации - 2025)

15. Макаров Р.А., Валеев Б.И., Аглиуллин Т.А. Повышение точности радиофотонного опроса для оптоволоконных датчиков температуры за счет интеграции искусственных нейронных сетей XII Международная молодежная научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «ПРИКЛАДНАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА, ФОТОНИКА И ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ – 2025» 10-12 апреля 2025 г., XII Международная молодежная научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «ПРИКЛАДНАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА, ФОТОНИКА И ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ – 2025» 10-12 апреля 2025 г., Казань, Россия, Материалы конференции, С. 181-182 (год публикации - 2025)

16. Жумаев Ф.Ш., Кузнецов А.А. Волоконно-оптическая линия передачи видеоизображения для подвижной техники XII Международная молодежная научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «ПРИКЛАДНАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА, ФОТОНИКА И ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ – 2025» 10-12 апреля 2025 г.,, XII Международная молодежная научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «ПРИКЛАДНАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА, ФОТОНИКА И ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ – 2025» 10-12 апреля 2025 г., Казань, Россия, Материалы конференции, С. 211-212 (год публикации - 2025)

17. Гарипов Т.Р., Кузнецов А.А. Модель универсального формирователя зондирующих излучений радиофотонного векторного анализатора XII Международная молодежная научно-техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «ПРИКЛАДНАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА, ФОТОНИКА И ЖИВЫЕ СИСТЕМЫ – 2025» 10-12 апреля 2025 г., Казань, Россия, Материалы конференции, С. 219-220 (год публикации - 2025)

18. Кузнецов А.А., Липатников К.А., Харитонов Д.Ю., Смирнов Н.Д. Оценка динамических характеристик оптических устройств с использованием двухпортового параллельного модулятора Маха-Цандера и акустооптического модулятора Материалы XXII Международной научно-технической конференции «Оптические технологии в телекоммуникациях» ОТТ-2024, проводившейся 06 – 08 ноября 2024 г. в ФГБОУ ВО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики», Страницы 174-175 (год публикации - 2024)

19. Морозов, Олег Г.; Сахабутдинов, Айрат Ж.; Аглиуллин, Тимур А.; Нуреев, Ильнур И.; Кузнецов, Артем А.; Мисбахов, Ринат Ш.; Мисбахов, Рустам Ш. Photonic fractal differentiator based on Moiré type addressed fiber Bragg structure Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, Том 13168, Номер статьи 1316816 (год публикации - 2024)
10.1117/12.3026651

20. Кузнецов А.А., Липатников К.А., Харитонов Д.Ю., Смирнов Н.Д. Моделирование схемы с расширенным динамическим диапазоном на основе акустооптического модулятора и модулятора Маха-Цандера Материалы XXII Международной научно-технической конференции «Оптические технологии в телекоммуникациях» ОТТ-2024, проводившейся 06 – 08 ноября 2024 г. в ФГБОУ ВО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики», Страницы 172-173 (год публикации - 2024)

21. Мария Чеснокова, Данил Нурмухаметов, Роман Пономарёв, Тимур Аглиуллин, Артём Кузнецов, Айрат Сахабутдинов, Олег Морозов, Роман Макаров Microscopic Temperature Sensor Based on End-Face Fiber-Optic Fabry–Perot Interferometer Photonics, Том 11, Выпуск 8, Номер статьи 712 (год публикации - 2024)
10.3390/photonics11080712

22. Р.Макаров, Д.Грабовецкий, Д.Матвеев, А. Сахабутдинов, О.Морозов Microwave photonic FBG interrogation using the fixed array of addressed comb and artificial neural networks Laser Physics (год публикации - 2025)
10.1088/1555-6611/adc7e3

23. Н. Д. Смирнов, К. А. Липатников, А. Ж. Сахабутдинов, Д. Ю. Харитонов Испытание модели корпуса интерферометра Фабри-Перо Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, Испытание модели корпуса интерферометра Фабри-Перо / Н. Д. Смирнов, К. А. Липатников, А. Ж. Сахабутдинов, Д. Ю. Харитонов // VII научный форум телекоммуникации: теория и технологии ТТТ-2024 : Материалы XXII Международной научно-технической конференции, Самара, 06–08 ноября 2024 года. – Самара: Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2024. – С. 41-42. (год публикации - 2024)

24. Аглиуллин Т.А., Сахабутдинов А.Ж., Кузнецов А.А., Валеев Б.И. Исследование условий возникновения резонанса Фано в комбинированных волоконных квазипериодических структурах Оптический журнал, Аглиуллин Т.А., Сахабутдинов А.Ж., Кузнецов А.А., Валеев Б.И. Исследование условий возникновения резонанса Фано в комбинированных волоконных квазипериодических структурах [на русском языке] // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 5. С. 26–37. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-05-26-37 (год публикации - 2025)
10.17586/1023-5086-2025-92-05-26-37

25. Морозов, Олег Г.; Сахабутдинов, Айрат Ж.; Аглиуллин, Тимур А.; Нуреев, Ильнур И.; Кузнецов, Артем А.; Мисбахов, Ринат Ш.; Мисбахов, Рустам Ш. Photonic differentiator of integer order based on Moiré type addressed fiber Bragg structure Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, Том 13168, Номер статьи 1316817, (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.1117/12.3026654

26. Липатников, Константин А.; Кузнецов, Артем А.; Проскуряков андрей Д..; Ибрагимов, Ленар Д.; Кадушкин, Владислав В Fiber optic temperature monitoring system for high-voltage busbars and contacts Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, Том 13168, Номер статьи 131680N (год публикации - 2024)
10.1117/12.3026571

27. Кузнецов А.А., Липатников К.А., Харитонов Д.Ю., Смирнов Н.Д. Оценка динамического диапазона оптических устройств на основе схемы с двухпортовым параллельным модулятором Маха-Цандера Материалы XXII Международной научно-технической конференции «Оптические технологии в телекоммуникациях» ОТТ-2024, проводившейся 06 – 08 ноября 2024 г. в ФГБОУ ВО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики», Страницы 180-181 (год публикации - 2024)

28. Кузнецов А.А., Липатников К.А., Силантьева А.А., Смирнов Н.Д. О проблеме оценки нелинейных и динамических характеристик оптико-электронной компонентной базы в составе радиофотонных трактов ВЕСТНИК КАЗАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ИМ. А.Н. ТУПОЛЕВА, Т. 80, № 2. – С. 140-149 (год публикации - 2024)

29. МАКАРОВ Р.А., КАИД М., АЛЬХУССЕЙН А.Н., ВАЛЕЕВ Б.И., АГЛИУЛЛИН Т.А., АНФИНОГЕНТОВ В.И., САХАБУТДИНОВ А.Ж., МОРОЗОВ О.Г. Нейросетевые алгоритмы как ключ к повышению точности радиофотонных методов опроса оптоволоконных датчиков температуры ФОТОН-ЭКСПРЕСС, Нейросетевые алгоритмы как ключ к повышению точности радиофотонных методов опроса оптоволоконных датчиков температуры / Р. А. Макаров, М. Каид, А. Н. Альхуссейн [и др.] // Фотон-экспресс. – 2024. – № 2(194). – С. 12-16. (год публикации - 2024)

30. Р. Макаров, М.Р.Т.М. Каид, А.Н. Аль Хусейн, Т.Аглиуллин, В. Анфиногентов, А.Сахабутдинов Enhancing Microwave Photonic Interrogation Accuracy for Fiber-Optic Temperature Sensors via Artificial Neural Network Integration Microwave Photonic Interrogation Accuracy for Fiber-Optic Temperature Sensors via Artificial Neural Network Integration. Optics 2024, Microwave Photonic Interrogation Accuracy for Fiber-Optic Temperature Sensors via Artificial Neural Network Integration. Optics 2024, 5, 223–237. https://doi.org/10.3390/opt5020016 (год публикации - 2024)

31. Альхуссейн, АНД; Каид, МРТМ; Аглиуллин Т.; Валеев Б.; Морозов О.; Сахабутдинов, А. Fiber Bragg Grating Sensors: Design, Applications, and Comparison with Other Sensing Technologies Sensors 2025, Alhussein, A.N.D.; Qaid, M.R.T.M.; Agliullin, T.; Valeev, B.; Morozov, O.; Sakhabutdinov, A. Fiber Bragg Grating Sensors: Design, Applications, and Comparison with Other Sensing Technologies. Sensors 2025, 25, 2289. https://doi.org/10.3390/s25072289 (год публикации - 2025)
10.3390/с25072289

32. Б.И. Валеев, Р.А. Макаров, Т.А. Аглиуллин, А.Ж. Сахабутдинов, О.Г. Морозов Суперструктурированные адресные волоконные брэгговские структуры Компьютерная оптика, Суперструктурированные адресные волоконные брэгговские структуры / Б.И. Валеев, Р.А. Макаров, Т.А. Аглиуллин, А.Ж. Сахабутдинов, О.Г. Морозов // Компьютерная оптика. – 2025. – Т. 49, № 3. – С. 399-405. – DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1529. (год публикации - 2025)
10.18287/2412-6179-CO-1529

33. Н. Д. Смирнов, К. А. Липатников, А. Ж. Сахабутдинов, Д. Ю. Харитонов Разработка модели корпуса интерферометра Фабри-Перо Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, Разработка модели корпуса интерферометра Фабри-Перо / Н. Д. Смирнов, К. А. Липатников, А. Ж. Сахабутдинов, Д. Ю. Харитонов // VII научный форум телекоммуникации: теория и технологии ТТТ-2024 : Материалы XXII Международной научно-технической конференции, Самара, 06–08 ноября 2024 года. – Самара: Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2024. – С. 72-73. (год публикации - 2024)

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Исследования второго этапа связаны с уточнением полученных ранее математических и компьютерных моделей, а также их экспериментальной апробацией. Проведена сборка, отладка и исследование лабораторного образца радиофотонного векторного анализатора, использующего как асимметричное зондирующее излучение, так и сверхузкоплосный пакет дискретных частот, что позволяет гибко выбирать наиболее эффективный метод зондирования исходя из типа исследуемого устройства (оптико-электронное, чисто оптическое или радиофотонный тракт в целом) и определяемых характеристик (частотных, линейных, динамических, спектральных или фазовых). Более развернуто полученные результаты можно описать следующим образом: – разработаны математические и компьютерные модели (в САПР Optiwave OptiSystem) асимметричного трехчастотного излучения, полученного посредством последовательно включенных амплитудного модулятора (работающего в нулевой рабочей точке, формирующего двухполосное амплитудно-модулированное излучение с подавленной несущей) и акустооптического модулятора (формирующего смещенную по частоте восстановленную несущую), что в результате формирует «синтетическое» двухтоновое излучение на выходе фотоприемника; экспериментально показано, что использованный подход позволяет на 15дБ повысить SFDR радиофотонного тракта (снивелировать нелинейные и интермодуляционные характеристики модулятора, тем самым повысить достоверность определения этих характеристик у фотоприемника), полученные результаты соответствуют теоретическим, полученным в предыдущем этапе работ по проекту; - разработаны методики и алгоритмы определения и получены выражения для вычисления характеристик радиофотонных трактов при использовании разработанных зондирующих излучений, а именно: асимметричного – для определения «электрических» (|S21|, |S11|, коэффициент гармоник, SFDR, CDR), сверхузкополосного пакета дискретных частот – для «оптических» (спектр пропускания/отражения, величина фазового набега); – разработаны функциональная и структурная схемы радиофотонного векторного анализатора, позволяющего без сложной перестройки (путем изменения режимов работы отдельных узлов) осуществлять анализ как «электрических», так и «оптических» характеристик радиофотонных трактов и их отдельных узлов с использованием соответствующих зондирующих излучений, разработана эскизная конструкторская документация (габаритный и сборочный чертежи, схема соединений, спецификация) на прототип; – разработана программа и методики испытания разработанного прототипа радиофотонного векторного анализатора в части определения следующих требований технического задания на разработку прототипа анализатора: комплектности прототипа системы, соответствия прототипа системы эскизной конструкторской документации, количественной и качественной оценки формируемых зондирующих излучений; определения частотных, линейных и динамических характеристик тестируемого устройства, определения спектральных и фазовых характеристик тестируемого устройства; – предложен ряд подходов, связанных с разработкой перспективных радиофотонных информационно-измерительных систем, в которых предложенный прототип анализатора может быть использован в качестве средства контроля спектральных характеристик высокодобротных фотонных сенсоров, в том числе со сложной спектральной структурой; предложены нейросетевые алгоритмы обработки сигналов с приборов опроса фотонных сенсоров, позволяющие повысить точность восстановления их спектральных характеристик, данные алгоритмы могут быть использованы и в разрабатываемом радиофотонном векторном анализаторе. Полученные результаты нашли отражение в опубликованных научных статьях, выступлениях на конференциях и научно-популярных лекциях, а также в трех диссертациях на соискание ученой степени кандидата наук.

Публикации