Новая оптическая система может принять единичные случайные радио-сигналы, полностью "закопанные" в фоновых шумах - «Наука и технологии»

Группа инженеров-электронщиков из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработала приемник, который способен детектировать и усиливать слабые, короткие и случайные радиосигналы, почти полностью скрытые в помехах фоновых шумов. Разработанная технология закладывает основу для нового класса высокочувствительных коммуникационных приемников, исследовательского оборудования, средств радиоэлектронной борьбы, дистанционного зондирования и спектроскопии.

В области науки и техники достаточно часто возникает потребность в обнаружении слабых и коротких радиосигналов, следующих в произвольные моменты времени. Примером тому является процесс распада молекулы,, при котором в эфир излучается единичный сигнал, близкий по спектру к шумовому сигналу, и который очень тяжело выделить и усилить традиционными методами. Ведь стандартные методы, основанные на принципах корреляции, автокорреляции и преобразований Фурье, работают достаточно хорошо с периодическими сигналами, сигналами, повторяющимися многократно через определенные промежутки времени. Кроме этого, прием короткого сигнала требует использования быстродействующего детектора и усилительных цепей.

Для преодоления вышеупомянутых ограничений исследователи из Калифорнийского университета разработали приемник, работающий за счет технологии "спектрального клонирования". Он работает, копируя много раз полученный близкий к шумовому сигнал, после чего каждая из копий раскладывается на спектральные составляющие. В конце концов, эти спектральные копии комбинируются особым способом, и это позволяет определить наличие сигнала в фоновых шумах.

"Новый приемник позволяет захватить "призрачный" непериодический сигнал, позволяющий наблюдать за редкими явлениями естественного или искусственного происхождения" - рассказывает Стоджэн Рэдик (Stojan Radic), профессор Калифорнийского университета, - "В любых других случаях такие сигналы были бы для нас полностью невидимыми".

Физику, которая легла в основу принципов работы нового приемника, можно охарактеризовать понятием "временной микроскоп", который, кроме выделения полезного сигнала, может отфильтровать посторонние фоновые шумы. Этого удалось добиться за счет использования настраиваемых оптических частотных гребенок, при помощи которых и создаются одновременно спектральные "клоны" сигналов. И, чем больше таких клонов создается в недрах приемника, тем большую чувствительность имеет приемник.

"Разработанная нами технология может быть масштабирована до уровня использования огромного количества спектральных клонов одного сигнала. Нынешний опытный образец приемника оперирует сотнями таких клонов, каждый из которых имеет свои спектральные особенности" - рассказывает Стоджэн Рэдик, - "Мы смогли создать новое устройство благодаря предыдущим исследованиям в области оптических частотных гребенок, которые сами по себе практически не имеют шумов и которые, в отличие от традиционных гребенок, могут настраиваться на работу в широком спектральном диапазоне".

Одной из областей применения нового приемника могут стать защищенные коммуникации, работающие на больших расстояниях. Несущий информацию сигнал может быть "похоронен" в естественных и искусственно созданных шумах так, что уровень этого сигнала будет значительно ниже порога чувствительности обычных приемников. Зато новый приемник, создающий множество спектральных копий, без труда выделит этот сигнал, очистит его от шумов и усилит до необходимого уровня.