За останнє десятиріччя (2005-2015 рр.) з ініціативи зав. від. № 17 К. О. Лукіна сформовано і успішно розвивається більше десятка напрямків наукових досліджень. Інтенсивність досліджень у цих напрямках безпосередньо залежить від наявності фінансування через міжнародні проекти, гранти, контракти та інші види науково-технічного співробітництва. Нижче коротко описані основні досягнення співробітників відділу в створених напрямках:

• Динамічний хаос в електродинамічних резонаторах з не інтегрованими межами та/ або нелінійно відбивними неоднорідностями, хаотична динаміка в квантових більярдах

Цей напрямок розроблявся переважно К.О. Лукіним та О. В. Земляним. Продовжувалося дослідження хаотичної динаміки електромагнітних полів у резонаторах з нелінійно відбивними стінками, а також в нелінійних радіофізичних системах з запізненням. Були розроблені нові методи генерації хаотичних сигналів радіо та СВЧ  діапазонів для шумових радіолокаційних і зв’язних систем. Запропоновано новий спосіб згладжування (корекції) нерівномірності спектра хаотичних коливань в кільцевому автогенераторі з введеною залежністю часу запізнювання від миттєвої амплітуди генерованих коливань (амплітудно-залежне запізнювання). Показана можливість значного зниження нерівномірності спектральної щільності потужності генерованих сигналів. Запропоновано та досліджено новий метод формування квазіортогональних хаотичних послідовностей за допомогою багатовимірних дискретних відображень, які придатні для використання в сучасних радарних і зв’язних системах (К. О. Лукін, О. В. Земляний, В. Є. Щербаков) [1-5].

• Хаотична і регулярна динаміка носіїв зарядів в багатошарових напівпровідникових структурах з лавинним множенням зарядів; нові методи генерації періодичних і випадкових коливань міліметрового та терагерцового діапазонів

У розробці напрямку брали участь К. О. Лукін, П. П. Максимов, Л. В. Юрченко. Продовжувалося дослідження динамічної нестійкості струмів в різких двопролітних p-n-переходах і поліпшення діапазонних, енергетичних і спектральних характеристик напівпровідникових генераторів на їх основі, що одержали назву лавинно-генераторних діодів (ЛГД). Були досліджені різкі двопрольотні Ge, Si і GaAs p-n-переходи з різною концентрацією домішкових атомів, напругою зворотного зсуву і часом життя неосновних носіїв. Діапазонні, енергетичні та спектральні характеристики ЛГД визначаються концентрацією домішкових атомів, розмірами областей легування, напругою зворотного зсуву і часом життя неосновних носіїв в шарі множення, що дозволяє генерувати коливання терагерцового діапазону. Виявлено ефект прямого перетворення частоти в pn-i-pn-структурах, який пов’язаний з генерацією сигналу гетеродина в самій pn-i-pn-структурі завдяки наявності позитивного зворотного зв’язку по дрейфовому току між лавинними p-n-переходами. Досліджено напівпровідникові фотоелектронні помножувачі (НФЕП) на основі напівпровідникових лавинних pn-i-pn-структур, принцип дії яких заснований на лавинно-каскадному множенні первинного фотоструму (К. О. Лукін, П. П. Максимов, Х. Сердейра) [6- 10].

Були продовжені дослідження регулярних і хаотичних коливань в сильно-нелінійних електронних і радіофізичних системах, у тому числі автоколивальних системах терагерцового діапазону, з метою пошуку нових методів генерації хаотичних сигналів для розробки компактних генераторів шуму і використання їх як джерел сигналу в шумових радарах ближнього радіусу дії. Була розроблена ефективна математична модель для розрахунку у часовому просторі складних широкосмугових автоколивань в ланцюжках сильнострумових GaN діодів Ганна з урахуванням їх нелінійної взаємодії у відкритій мікросмуговій лінії передачі з запізненням (з розподіленими резонансними лініями зворотного зв’язку), без спеціальних обмежень на рівень та форму (тобто на спектральний склад) виникаючого сигналу, з урахуванням не миттєвої реакції активних пристроїв на зовнішній вплив, що забезпечує строгий самоузгоджений розв’язок даного класу задач з використанням мінімальних обчислювальних ресурсів. На основі строгого нелінійного моделювання таких систем  у часовому просторі були знайдені такі нові ефекти, як хаотизація коливань у відкритій випромінюючій одновимірній системі без дисперсії, спонтанна генерація ланцюжків імпульсів високої частоти, нелінійне підсумовування потужності, бістабильність та ефекти гістерезису при збудженні коливань (Л. В. Юрченко, В. Б. Юрченко) [11–15].

• Генерація та когерентна обробка випадкових сигналів; побудова сигнальних процесорів на основі ПЛІС (FPGA) для роботи радарних сенсорів в реальному масштабі часу

У розробці напрямку брали участь К. О. Лукін, О. В. Земляний, П. Л. Виплавін, С. К. Лукін. Розроблені методи хаотизації автоколивальних систем використовувалися для створення генераторів хаотичних коливань радіо і СВЧ діапазонів для шумових радіолокаційних і зв’язних систем. Показана можливість застосування в шумових радарних генераторах сигналів довільної форми (AWG) і FPGA, для генерації складних сигналів. К. О. Лукіним був запропонований новий метод обробки прийнятих сигналів в шумових радарах: – метод східчастих затримок. Суть методу полягає в реалізації стрибкоподібної зміни затримки випромінюваного сигналу в опорному каналі шумового радара і подальшої оцінки крос-кореляційної функції за допомогою аналогового корелятора. Це дозволяє уникнути застосування швидкодіючих аналого-цифрових перетворювачів (АЦП) або ліній затримки в опорному каналі радара і в той же час забезпечити високу розділювальну здатність по дальності і збільшити динамічний діапазон шумового радара. Розвиток методів генерації та обробки шумових сигналів дозволяє розробити і реалізувати концепцію повністю цифрового шумового радара (Software Defined Noise Radar), яка дозволяє розробляти радари з генерацією та обробкою радарних сигналів безпосередньо в FPGA, що дає принципово нові можливості при проектуванні радарів здатних швидко варіювати тип переданих сигналів і зміну їх параметрів (К. О. Лукін, О. В. Земляний, П. Л. Виплавін, С. К. Лукін) [16-20].

Крім того, у відділі розвивалися методи частотно-часового аналізу нестаціонарних випадкових сигналів на базі їх двопараметричних уявлень і алгоритми обробки таких сигналів. За підсумками цих досліджень опубліковано монографію (А. А. Могила, К. О. Лукін). [21].

• Антени з синтезуванням діаграми спрямованості і реконфігуровані антени на основі МЄМС (мікро-електро-механічна система) перемикачів

У розробці напрямку брали участь К.О. Лукін, В. П. Паламарчук, М. К. Заєц. В рамках цього напрямку досліджувалися різні варіанти запропонованих К. О. Лукіним антен нового типу – антен з синтезуванням діаграми спрямованості. Основний принцип роботи таких антен полягає в реалізації віртуальної (або реальної) антенної решітки за рахунок реального (або віртуального) переміщення випромінюючої або приймаючої фізичної антени з широкою діаграмою спрямованості і подальшого застосування методів РСА (радар з синтезуванням апертури) для синтезування діаграми спрямованості або генерації РСА зображень, в тому числі тривимірних томографічних. Розроблено кілька модифікацій запропонованих антен з синтезуванням діаграми спрямованості: спірально-щілинна скануюча антена; хвилеводно-щілинна антена; мікросмугова скануюча антена. Для шумових радарів запропоновані і нерухомі некомутовані антенні решітки із затримками між її елементами, що перевищують час когерентності використовуваних шумових сигналів, які дозволяють реалізувати крос-кореляційний розподіл сигналів, прийнятих кожним елементом в одноканальному приймачі. Запропоновані антени з синтезуванням діаграми спрямованості зручні для застосування в оглядових РЛС, в сенсорних і томографічних радарах, а також при створенні наземних РСА, призначених для моніторингу структурних змін та реєстрації перед-катастрофічних станів інженерних споруд. Крім того, на їх основі розробляється «відео камера» 4-х міліметрового діапазону для отримання 2-х мірних і 3-х мірних зображень в реальному масштабі часу (К. О. Лукін, В. П. Паламарчук, П. Л. Виплавін, М. К. Заєц, С. К. Лукін, А. О. Шелехов) [22-26].

• Шумові радарні системи

У розробці напрямку брали участь К. О. Лукін, В. М. Коновалов, А. А. Могила, П. Л. Виплавін, В. П. Паламарчук. Основна мета досліджень цього напрямку полягає у пошуку принципово нових застосувань шумових радарів і запропонованих антен нового типу. Розроблені і протестовані кілька нових шумових радарів і сенсорів міліметрового діапазону. Перш за все, слід відзначити розробку і випробування першого в світі імпульсного шумового РСА 3-см діапазону з когерентною обробкою прийнятих сигналів, який може працювати в двох режимах: режимі кругового огляду та режимі дугового РСА. Цей радар був розроблений і поставлений в DSTA, Singapore.

Антена з синтезуванням діаграми спрямованості (2008г.)	Імпульсний шумовий РСА 3-см діапазону, Сінгапур (2008г.)

Розроблено, виготовлено та випробувано перший у світі 8-мм шумовий бістатичний наземний РСА, що використовує запропоновані антени з синтезуванням діаграми спрямованості і призначений для моніторингу структурних змін в таких об’єктах, як великі будівлі, мости, телевежі, дамби, та ін., З метою реєстрації непомітних оку структурних змін і, отже, виявлення їх пред-катастрофічних станів. Запропоновані РСА можуть застосовуватися і для моніторингу транспортних зон: шосе, залізничних вузлів, морських портів, а також злітно-посадочних смуг аеропортів (К. О. Лукін, В. М. Коновалов, А. А. Могила, П. Л. Виплавін, В. П. Паламарчук) [27-30].

Шумовий бістатичний наземний РСА 8-мм діапазону

Розроблено метод заглушення бокових пелюсток крос-кореляційної функції для локаторів ближньої дії з псевдо-шумовими сигналами, призначених для виявлення малорухомих об’єктів за оптично непрозорими середовищами. Для цих же локаторів розроблено метод когерентної компенсації потужних заважаючих відбитків від місцевих нерухомих предметів. Розроблено метод обробки відбитого від нерухомої людини сигналу, що отримав доплерівський зсув за рахунок його фізіологічної активності на інтервалі декількох періодів його дихання (К. О. Лукін, В. М. Коновалов) [31-32].

• Радарна томографія та радіометрія на основі шумових наземних РСА з поділом каналів у часі

У розробці напрямку брали участь К. О. Лукін, П. Л. Виплавін, В. В. Кудряшов, В. П. Паламарчук, С. К. Лукін. Формування томографічних і радіометричних зображень на основі антен з синтезованою діаграмою спрямованості і радарної концепції МІМО (multiple input, multiple output – багатоканальний прийом, багатоканальна передача) було запропоновано К. О. Лукіним і активно розвивалося співробітниками відділу. Розроблено методи формування 2- і 3-мірних когерентних зображень в мм діапазоні хвиль за допомогою МІМО шумового РСА з тимчасовим поділом каналів. Проведено експерименти в лабораторних і польових умовах з отримання 2- і 3-мірних когерентних зображень, які дозволяють генерувати радіоголограми і радіотомограмми, відповідно.

Команда, що розробила наземну шумову MIMO РСА для радарної томографії: стоять – П.Л.Виплавін, К.О.Лукін, В.В.Кудряшов, В.П.Паламарчук; сидить – С.К.Лукін

За допомогою розробленого наземного шумового РСА 8-мм діапазону проведено серію вимірювань на території заповідника Софія Київська з метою вимірювання зміщень в будівлі дзвіниці. Отримано когерентні радіозображенння і диференціальні інтерферограми собору, зафіксовано стабільність його інтер’єру і зовнішньої поверхні дзвіниці, коли температура навколишнього середовища постійна. Виявлено зміщення приблизно 0,1 мм при прогріванні металевих елементів будівлі під час сходу сонця з інструментальною похибкою вимірювання не гірше 0,03 мм.

Отримання радіоголограм дзвіниці та внутрішніх приміщень Собору Софія Київська за допомогою наземного шумового РСА 8-мм діапазону (2008р.)

Досліджено вплив довготривалої стабільності зондувального сигналу на точність диференційно-інтерферометричних вимірювань за допомогою такого РСА. Дослідження дозволило отримати похибку вимірювань зсуву об’єкта не гірше 10 мкм при відношенні сигнал-шум 45 дБ у відсутності атмосферних перешкод. Отриманий результат узгоджується з теоретичним критерієм Крамера-Рао для максимально досяжної точності фазових вимірювань. Запропоновано метод поліпшення якості РСА зображень шляхом компенсації сигналів прийнятих через бокові пелюстки [33- 36].

У 2013 р для демонстрації можливостей наземних шумових РСА, було виконано експерименти з отримання радіозображень об’єктів складної форми. Вимірювання проводились спільно із співробітниками Харківського Університету Повітряних Сил (ХУПС) ім. І. Кожедуба під керівництвом д.т.н. К. С. Васюти.

Співробітники відділу нелінійної динаміки електронних систем ІРЄ НАНУ ім. О Я. Усикова та Харківського Університету Повітряних Сил (ХУПС) ім. І. Кожедуба на випробуваннях РСА 8-мм діапазону (2013 р.)

У ході вимірювань використовувався наземний шумовий РСА 8-мм діапазону на основі антен з синтезованою діаграмою спрямованості для моностатічної і MIMO-конфігурацій. У польових умовах були отримані РСА і томографічні зображення різних зразків військової техніки [37].

Фотографія (ліворуч) і РСА зображення (праворуч) зразків наземної військової техніки та літака СУ-27 українських ВПС

Ці запропоновані антени з синтезованою діаграмою спрямованості стали основою РСА радіометра, розробленого для формування радіометричних зображень у площині довжина-азимут. Даний напрямок було запропоновано К. О. Лукіним і розвинуто В. В. Кудряшовим, В. П. Паламарчуком, П. Л. Виплавіним і С. К. Лукіним. Отримано алгоритми формування радіометричних РСА зображень з однією і двома антенами з синтезуванням діаграми спрямованості і вперше експериментально отримані радіометричні зображення джерел теплового радіовипромінювання в площині дальність-азимут за допомогою бістатичного РСА радіометра [38-42].

Зокрема, це відкриває можливості розробки пасивних і радіометричних систем, що дозволяють отримувати 2- і 3-мірних зображення, а також вимірювати дальність до об’єктів і оцінювати швидкість їх переміщення в режимі повної скритності їх роботи.

• Оптичні шумові рефлектометри і вимірники мікро- і нано-відстаней на основі світлодіодних джерел і методів спектральної інтерферометрії.

Даний напрямок було запропоновано К. О. Лукіним як узагальнення принципів шумової радарної технології на вимірювальні системи оптичного діапазону і активно розвинуто Д. М. Тетянко, Ю. А. Шиян, О. В. Земляним у співпраці з проф. Ю. П. Мачехіним, зав. кафедрою ФОЕТ ХНУРЕ. Показана можливість застосування методу спектральної інтерферометрії і широкосмугового оптичного випромінювання ультра яскравих світлодіодів в когерентній оптичній томографії та низько-когерентній томографії. Оптичні прилади на основі спектральної інтерферометрії зручні для вимірювання мікро- і нано-відстаней і формування сіток стандартних частот для оптичних телекомунікаційних систем. Проведені дослідження дозволили також вирішити задачу вимірювання зрушень фази огинаючої модульованих оптичних сигналів. Було розроблено нові детектори потужності оптичного випромінювання на базі трап-детекторів, які дозволили підвищити точність вимірювань потужності оптичного випромінювання і поліпшити характеристики вимірювальних приладів, у тому числі і приладів на основі низько-когерентної спектральної інтерферометрії (К. О. Лукін, Д. М. Тетянко О. В. Земляний) [43-48].

• Нові методи бездротового радіозв’язку для транспортних засобів

У розробці напрямку брали участь  К. О. Лукін, В. М. Коновалов, В. Є. Щербаков. Запропоновано принципово новий спосіб побудови систем зв’язку між незалежними транспортними засобами на автобанах, на який отримано два патенти США (К. О. Лукін, В. М. Коновалов, Д. Брід) [49-50]. Ключова ідея методу полягає в тому, що в запропонованій системі зв’язку з просторово-кодовим розподілом каналів унікальний код для кожного автомобіля асоціюється не з самим автомобілем, а з його поточним становищем на автобані. Крім того, запропоновано нову концепцію побудови мультиплексної системи ближнього зв’язку між транспортними засобами (DSRC-VVDT-система). В рамках цієї концепції розроблено математичну модель системи, що враховує вимоги стандартів США і Європи (К. О. Лукін, В. Є. Щербаков) [51-53].

• Нові методи в квантовій теорії

К. О. Лукін запропонував новий метод опису руху квантово-механічних (КМ) часток у потенційних ямах. Метод заснований на представленні хвильової функції, яка описує стан КМ-частинки у вигляді суперпозиції послідовних відображень хвильового пакету, що розпливається, від стінок ями, яке дозволяє враховувати його самоінтерференцію за кінцеве число актів перевідбиттів. Метод узгоджується з традиційним квантовомеханічним підходом розв’язку подібних задач, заснованим на представленні розв’язку у вигляді розкладання по власним станам частинки в потенційній ямі. Запропоновано узагальнення методу на випадок нелінійних граничних умов. Спільно з науковцями ННЦ ХФТІ розглянута модель складеного більярду, що містить два кільцевих більярда – хаотичний та регулярний, з’єднаних вузьким хвилеводом, яка придатна для вивчення фундаментальних властивостей як квантового, так і хвильового хаосу. К. О. Лукін спільно з В. Д. Русовим (Одеський політехнічний університет) розробив теорію руху КМ-частинки в дисипативно-флуктуаційному полі при наявності квантового потенціалу (вперше введеного Д. Бомом). Показано, що рівняння Шредінгера описує рух тих частинок, для яких відбувається точна компенсація збурення їх руху силою квантового потенціалу, що, зокрема, і пояснює гамильтоновість сучасної квантової механіки. Для опису руху тих частинок, для яких така компенсація відсутня, слід використовувати більш складне рівняння, що містить стохастичну компоненту. У цьому випадку, отримане рівняння якісно збігається з відомим рівнянням теорії GWR (Ghirardi, Weber, Rimini), яке дозволяє здійснити квантово-механічний опис об’єктів мікро- і макро світу (К.О.Лукін) [54-57].

• Дослідження в області вакуумної електроніки НВЧ

Даний напрямок розвивався зусиллями К. О. Лукіна у співпраці з відділом  № 11 ІРЕ НАНУ та Національного Університету Сеула. Було запропоновано вакуумні мікрохвильові інтегральні схеми (ВМІС) для застосування у вхідних блоках приймачів зв’язкових і радарних систем літальних апаратів. Застосування ВМІС дозволить поліпшити стійкість приймачів до впливу іонізуючої радіації та потужного електромагнітного випромінювання. Також була розвинена теорія багатомодових і багаточастотних автоколивань в генераторах дифракційного випромінювання (ГДВ) з відкритим резонатором (ВР) та досліджені стаціонарні та перехідні режими автоколивань в таких ГДВ. Отримані розв’язки, що описують стійкий режим двомодової двочастотної генерації при взаємодії електронного потоку з основною і вищої модами ВР ГДВ. Аналогічні дослідження було проведено і для клінотрона, де також виявлені режими автомодуляції, і вказано шляхи підвищення ефективності приладів цього типу [58-63].

Необхідно відзначити, що всі досягнення відділу нелінійної динаміки електронних систем за останній час були б неможливі без теоретичних та експериментальних досліджень, виконаних у попередні роки. Ряд результатів також було отримано фахівцями відділу №17 ІРЕ НАНУ спільно з іншими організаціями в межах міжнародного співробітництва.

Розробки велися за такими напрямками (1989-2005 рр.)

• Вивчення нелінійних явищ в електронних і радіофізичних системах

Створено теорію автоколивань в резонансних автогенераторах з тривалою взаємодією електронів з синхронним полем, зокрема, в генераторах дифракційного випромінювання (ГДВ), яка стала основою інтерактивної системи комп’ютерного моделювання та розрахунку цих приладів. Ці результати розширили знання про властивості індукованого дифракційного та черенковського випромінювань і дозволили запатентувати новий спосіб посилення електромагнітних хвиль (К. О. Лукін). Розвиток теорії автодинного ефекту в ГДВ (К. О. Лукін, А. Б. Лебедєв) та виявлення параметричної нестійкості ансамблю електронів дозволили запропонувати конструкцію електронно-вакуумного генератора на основі цієї нестійкості (К. О. Лукін) [64-70]. Була побудована нелінійна стаціонарна теорія відбивних ГДВ з М-кратною взаємодією електронного потоку з гаусовим полем відкритого резонатора (ВР) і досліджено механізм багаторазового енергообміну електронного потоку з полем ВР. Також було побудовано лінійну аналітичну теорію відбивних ГДВ з М-кратною взаємодією електронного потоку з гаусовим розподілом електричного поля (ВГДВ-М). Отримано аналітичні співвідношення для інкремента наростання амплітуди коливань, електронного зсуву частоти і пускового струму ВГДВ-М. Побудована теорія справедлива при будь-яких значеннях М, що особливо важливо при дослідження сценарію переходу від гармонійних коливань до динамічного хаосу. (П. П. Максимов) [71,72].

• Дослідження хаотичної динаміки електромагнітного поля та електронів в системах з нелінійно відбиваючими поверхнями і бар’єрами

Запропоновано формулювання і метод розв’язку початково-крайових задач електродинаміки нового типу, коли модовий підхід опису поля у ВР стає непридатним (К. О. Лукін), і виникає необхідність врахування часу запізнювання в каналі зворотного зв’язку. Вперше було використано нелінійні граничні умови для компонент електромагнітного поля (В. П. Шестопалов, К. О. Лукін, А. М. Шарковський) і цей підхід було узагальнено для задач електроніки і застосовано на дослідження характеристик запропонованого напівпровідникового фотоелектронного помножувача (К. О. Лукін, H.A.Cerdeira, A. A. Colavita). Було запропоновано новий метод чисельного розв’язку початково-крайових задач для рівнянь дифузійно-дрейфовой моделі в pn-i-pn-структурах з різкою межею між шарами, що допускає точний облік граничних умов для полів і потенціалів (К. О. Лукін, П. П. Максимов) [73-80].

• Дослідження динамічного хаосу в двовимірних закритих резонаторах

з масивом нелінійних елементів на границі, що віддзеркалює, а також сильно-нелінійної автогенерації в ланцюжках діодів Ганна з можливим підсумовуванням потужності для створення компактних генераторів терагерцового діапазону (В. Б. Юрченко, Л. В. Юрченко) [81,82].

• Вивчення розповсюдження електромагнітних сигналів в непровідному середовищі

Запропоновано новий підхід до опису поширення нестаціонарних електромагнітних сигналів в нейтральному середовищі з дипольними струмами (сильно розріджений газ, утворений атомарним воднем). Було досліджено основні ефекти, пов’язані з поширенням фронту електромагнітного імпульсу, а також радіосигналів кінцевої тривалості на відстанях порядку розмірів Всесвіту і запропоновано використовувати отримані розрахунки для оцінки відстаней до пульсарів (К. О. Лукін, H. F. Harmuth) [83]. При цьому наявність загасання електронів атома, пов’язане з реакцією випромінювання, призводить до збільшення періоду осциляцій в такому середовищі та, відповідно, до додаткового вкладу в червоне зміщення.

• Розробка методів спектральної, кореляційної і фрактальної обробки хаотичних сигналів, у тому числі нестаціонарних

Було запропоновано і обгрунтовано нову двопараметричну модель випадкових нестаціонарних сигналів з кінцевою енергією, яка допускає їх представлення у вигляді інтегро-суматорного розкладання по системі функцій, яка є ортонормованим базисом гильбертова простору реалізацій випадкового сигналу над гільбертовим простором їх локальних вибірок (А. А. Могила). На основі отриманих результатів розвинені нові підходи до вирішення завдання аналізу відображених радіолокаційних сигналів, отримано новий алгоритм моделювання нестаціонарних радіолокаційних сигналів із заданими імовірнісними характеристиками, заснований на встановлені взаємозв’язку між кореляційними функціями одно- і двопараметричних уявлень (А. А. Могила, К. О. Лукін) [84-86].

Також було обґрунтовано алгоритм експериментальної оцінки функції невизначеності вузькосмугового, ергодичного, стаціонарного шумового сигналу з використанням імітатора рівномірної та прямолінійної точкової цілі, що рухається. Розроблено вимірювальний стенд і методику вимірювань. З їх допомогою проведено оцінку роздільної здатності та точності вимірювання дальності і радіальної швидкості при використанні сигналів розглянутого типу в якості зондувальних (К. О. Лукін, А. А. Могила, Ю. А. Александров, Т. К. Лукіна).

• Дослідження хаотичних автоколивань в генераторах на базі ЛОВ та розробка автогенераторів хаотичних коливань. Автодинний ефект

Було знайдено розв’язок, який забезпечив зменшення стартових струмів і достатню широкосмуговість коливальної системи в лампах зворотної хвилі типу “О” (ЛЗХО), що дозволило отримати рекордні значення смуги частот, що генеруються і потужності безперервної генерації шумових сигналів, що характеризуються суцільним спектром частот і швидким зменшенням кореляцій. На основі цих слаборезонансних ЛЗХО було вперше створено автогенератор хаотичних коливань і нелінійний підсилювач з кільцевим затриманим зворотним зв’язком. У ході досліджень автоколивальних режимів слаборезонансної ЛЗХО було виявлено автодинний ефект, який дозволив вимірювати не тільки відстань до відбивача, але і його швидкість. (К. О. Лукін, В. О. Ракитянський, В. В. Кулик, О. В. Земляний) [87-89].

• Широкосмугові кореляційні приймачі шумових сигналів

Було розроблено кілька широкосмугових цифро-аналогових кореляційних приймачів релейного типу з програмованою (перестроюваною) лінією затримки (ПЛЗ): на основі універсальних синхронних 8-розрядних регістрів, на основі оперативної пам’яті ЕОМ, цифро-аналогова ПЛЗ на основі мультиплексорів і «ноніусна» лінія затримки . У цих приймачах не застосовувалося дорогі АЦП, а в якості елементів ПЛЗ використовувалися мікросхеми швидкодіючої цифрової пам’яті з довільним або послідовним доступом. Було реалізовано ідею побудови ПЛЗ на несучій частоті зондувальних сигналу в 8-мм діапазоні довжин хвиль на відрізках хвилеводного тракту з перемиканням її довжини за допомогою швидкодіючих комутаторів мм діапазону і на основі цього побудовано корелятор послідовної дії. Використовуючи різні типи цифрових інтегральних мікросхем, можна було проектувати різні ПЛЗ з характеристиками, які здатні задовольнити вимогам, що пред’являються до сучасних кореляційних приймачів різного призначення. Зокрема, вони використовувалися при розробці перших шумових радарів (К. О. Лукін, А. А. Могила, Ю. О. Александров) [90,91].

• Радіолокаційні системи на основі хаотичних сигналів

На 2003 р. у відділі №17 було розроблено ряд дослідницьких зразків радіолокаційних систем на основі застосування шумових зондувальних сигналів та їх когерентного прийому за допомогою методів кореляційної і спектральної обробки. Вони призначені для вирішення таких завдань, як запобігання зіткнень автомобільного транспорту, кругового або секторного огляду простору, дистанційного моніторингу природного середовища і великих інженерних споруд та ін. Перший дослідний зразок шумового радара було створено у 8-мм діапазоні довжин хвиль і він пройшов успішні випробування [92-98]. Це дозволило розробити шумовий радіолокатор безперервної дії 4-мм діапазону хвиль для систем запобігання зіткнень автомобільного транспорту (К. О. Лукін, А. А. Могила, Ю. О. Александров, В. О. Ракитянський, В. В. Кулик) [90,91,93].

• Когерентно-імпульсний шумовий радар кругового огляду і шумові РСА

На 2005р. було розроблено перший когерентно-імпульсний шумовий радіолокатор кругового огляду 3-см діапазону довжин хвиль, призначений для виявлення, спостереження і вимірювання дальності, швидкості та азимуту об’єктів, що знаходяться в зоні огляду. Важлива особливість цього радара полягає в тому, що в ньому частково реалізований один з варіантів сучасної концепції радар-програми, яка полягає у заміні якомога більшого числа аналогових вузлів радара його комп’ютерними аналогами, які дозволяють формувати зондувальний сигнал, обробляти відбиті сигнали в комп’ютері і відображати результати на екрані монітора. З метою відпрацювання методів і апаратури шумових радарів з синтезуванням апертури (РСА), на основі радара 3-см діапазону довжин хвиль створено шумовий РСА, в якому фазовий центр приймально-передавальної антени рухається по дугоподібній траєкторії, що представляє особливий інтерес при розробці шумового РСА в зв’язку з простотою реалізації подібного руху (К. О. Лукін, А. А. Могила, Ю. О. Александров, В. О. Ракитянський, В. В. Кулик).

• Диференціальна РСА інтерферометрія і шумові радари

Перший РСА з безперервним шумовим сигналом було розроблено у відділі № 17 для проведення спільних досліджень в Інституті космічних досліджень Європейської комісії (JRC EC-Ispra) м. Іспра, Італія в 1998р. [99]. Отримані результати експериментально підтвердили застосовність шумових сигналів для отримання когерентних зображень. Розроблений передавач мав ряд якостей, які дозволили використовувати шумовий РСА в диференціальній інтерферометрії. У відділі № 17 було розроблено шумовий інтерферометричний РСА 8-мм діапазону для дистанційного моніторингу стану саркофага Чорнобильської АЕС та інших інженерних споруд. У розробленій РСА використовувався когерентний приймально-передавальний тракт і рух фазового центру приймально-передавальної антени уздовж траєкторії, що стабільно повторюється. Для забезпечення швидкого переміщення фазового центру випромінювача наземної РСА булло запропоновано і розроблено антени нового типу – скануючі антени з синтезуванням апертури (К. О. Лукін) [100-102].

• Скануючі антени з синтезуванням діаграми спрямованості

Дослідження в даному напрямку було розпочато у відділі № 17 в 1999 р. в співдружності з відділом № 21 (група В. М. Скресанова) у зв’язку з розробкою радарів які дивляться вперед. Основна ідея цього підходу запропонована К. О. Лукіним і полягає в поєднанні застосування концепції синтезування апертури з реалізацією переміщення елементарної приймально-передавальної антени вздовж нерухомої реальної апертури. Спірально-щілинна антена синтезованої апертури (СЩАСА), що запропонована в [99] та розроблена в [103] являє собою одне з можливих технічних рішень, що реалізують цей принцип. Інший варіант реалізації нового принципу запропоновано в так званому хвилеводно-стрічковому сканері (Tape Scanner). У порівнянні зі спіральним сканером, дана антена має більшу широкосмуговість і не вимагає застосування обертового зчленування для прийому та(чи) випромінювання НВЧ поля. Надалі нами було запропоновано і 2D Tape Scanner, що дозволяє дещо розширити сектор огляду в азимутальній площині і забезпечити дискретне сканування проміння в кутомісцевій площині [104]. Одним з перспективних застосувань таких антен можуть бути радари огляду льотного поля сучасних аеропортів.

• Спектральна інтерферометрія стаціонарних випадкових сигналів

На 2000 р у відділі №17 було проведено дослідження з узагальнення такого фундаментального поняття як когерентність на випадок інтерференції стаціонарних випадкових процесів в спектральної області (спектральної інтерферометрії [64,89]), а також нестаціонарних випадкових сигналів з обмеженою енергією в просторі компонент їх двопараметричних уявлень. Нами було запропоновано модифікацію методу подвійної спектральної обробки [96-98], яка заснована на вимірюванні частотних координат інтерференційних максимумів модуляції і дозволяє проводити абсолютні вимірювання відстаней з прецизійної точністю. Було розроблено вимірювач відстаней, що використовує шумові сигнали та метод спектральної інтерферометрії в 3-см діапазоні (К. О. Лукін, В.О.Ракитянський, В.В.Кулик, А.А.Могила) [96-98].

• Розробка електронно-оптичних систем (ЕОС) з поздовжньою компресією та їх застосувань

Було розроблено теорію електронно-оптичних систем з поздовжньою компресією і виготовлено цілий ряд трьохелектродних гармат з вихідною потужністю від одиниць міліват до сотень кіловат в безперервному режимі роботи. Ці гармати дозволяли ефективно і незалежно управляти енергією і щільністю електронного потоку з дуже малими витратами потужності на управління (М. С. Зінченко, В. І. Афанас’єв). Було продовжено дослідження в області високопервеансной електронної оптики та її застосувань (В. І. Афанас’єв, К. О. Лукін).

• Синтез ЕОС, коректний розв’язок задачі синтезу щільних електронних пучків

Задача синтезу ЕОС розглядалася в загальному вигляді і точній постановці, без будь-яких наближень та обмежень на способи фокусування пучка. Чисельними методами було розв’язано крайову задачу Діріхле-Неймана замість математично некоректної задачі Коші для рівняння Пуассона. Було показано можливість синтезу, в певних межах, щільних ламінарних електронних (іонних) пучків з довільно заданою просторовою структурою при використанні сильних магнітних полів спеціальних конфігурацій (В. Б. Юрченко, Л. В. Юрченко) [105,106].

• Узагальнення теорії динаміки квантових частинок

Було знайдено нову форму рівнянь напівквантової динаміки, яка дозволяє застосувати цю теорію до вивчення руху електронів у квантових (мезоскопічних) надгратках з можливим переходом до динамічного хаосу в ВЧ електромагнітному полі (В. Б. Юрченко, Л. В. Юрченко) [107,108].

• Вимірювання анізотропії та поляризації реліктового випромінювання

Проведено дослідження в рамках Європейського космічного проекту «PLANCK» з розробки супутника-радіотелескопу далекого космічного простору, призначеного для детального вимірювання анізотропії та поляризації реліктового космічного випромінювання (в мм і суб-мм діапазонах електромагнітних хвиль). Запропоновано метод надшвидкого розрахунку електромагнітних променів у великих багатодзеркальних антенах в реалізації методу фізичної оптики на кожному дзеркалі, що особливо важливо для багатопроменевих широкосмугових систем зі значним рівнем аберацій і використанням багатомодових гофрованих рупорних антен (В. Б. Юрченко) [109-112].

• Розвиток методів отримання надкоротких оптичних і високочастотних електромагнітних імпульсів за допомогою техніки «лінзи часу»

Запропоновано спосіб зменшення спотворень при стисненні надкоротких оптичних імпульсів у системах типу «лінзи часу» за рахунок більш точного узгодження (на рівні членів третього порядку малості) ефектів частотної дисперсії та фазової модуляції (В. Б. Юрченко) [113].

• Розвиток і застосування точного методу аналітичної регуляризації

Запропоновано застосування методу аналітичної регуляризації до розрахунків розсіювання хвиль секціями циліндричних екранів з анізотропних композитних матеріалів (багатошарових вуглеволоконних пластмас) [114], діелектричними оболонками з секціями металевих елементів [115], а також вирішення подібних завдань з великим числом елементів в прийнятному наближенні прямими методами ( В. Б. Юрченко) [116].

• Розробка теорії температурно-електричної нестійкості в металах при гелієвих температурах

Вивчено виникнення багатозначних вольтамперних характеристик, нестійкості струму та явищ гістерезису в ефектах перемикання при температурно-електричній нестабільності в металах в геометрії диска Корбіно (В. Б. Юрченко) [117].

• Дослідження нелінійних електронних процесів у напівпровідниках

Проведено теоретичний аналіз ефекту нелінійної надемісії з напівпровідників в сильних високочастотних електромагнітних полях [118]. Розроблено метод підвищення ККД тонкошарових термоелементів з енергетично нерівноважними електронами та ін. (В. Б. Юрченко) [119-122].

Ці результати увійшли в річні та заключні звіти за держбюджетними НДР відомчої тематики:

1. «Хаотичні та псевдовипадкові сигнали мікрохвильового і мм діапазонів,  засоби іх вимірювання і прийому для застосування у шумових радарах і системах формування радіо зображень». НДР «Крок» м.Харків, 2012-2016рр., К.О.Лукін та ін.
2. «Методи генерації, випромінювання і прийому випадкових та хаотичних сигналів і їх застосування в радіолокації та зв’язку».. Звіт за НДР «Версія», м.Харків, 2011, К.О.Лукін та ін.
3. «Методи генерації, випромінювання й обробки хаотичних сигналів та їх застосування в системах ближньої радіолокації і зв’язку». Звіт за НДР «Варіант”, м.Харків, 2006, К.О.Лукін та ін.
4. «Методи і засоби дослідження процесів взаємодії електромагнітних хвиль і полів з різними матеріальними об’єктами природного та штучного походження і вивчення їх макроскопічних і мікроскопічних властивостей». Звіт за НДР «Напрямок», м.Харків, 2006, А.І.Фісун, Л.В.Юрченко, О.В.Земляний та ін.
5. «Електродинаміка відкритих структур, розробка джерел і радіосистем, в тому числі шумових, міліметрового і субміліметрового діапазонів». Звіт за НДР «Старт», м.Харків, 2003, К.О.Лукін та ін.
6. «Динамічний хаос в радіофізичних та електронних системах з нелінійним перетворенням хвиль на границях та його використання Звіт за НДР «Контакт», м.Харків, 2000, К.О.Лукін та ін.
7. «Розробка нових методів хаотизації нелінійних електронних систем з метою вивчення можливості побудови широкосмугових генераторів стохастичних коливань та їх застосування в радіотехнічних системах». Звіт за НДР «Триплет», м.Харків, 1995, К.О.Лукін та ін.
8. «Теоретичні та експериментальні дослідження нелінійної динаміки електронних і електроннооптичних систем з метою створення ефективних електронних гармат і джерел електромагнітних коливань». Звіт за НДР «Квадро», м.Харків, 1992, К.О.Лукін та ін.
9. «Просторово-часовий хаос в розподілених радіофізичних та електронних системах». Звіт за НДР «Хаос- M», м.Харків, 1992, К.О.Лукін та ін.