Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск

Научно-практический рецензируемый журнал
Журнал «Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника» публикует результаты научных исследований преподавателей, сотрудников, докторантов, аспирантов и студентов высших учебных заведений, а также научно-исследовательских организаций России и зарубежных стран. Журнал ориентирован на публикацию материалов, соответствующих области радиоэлектроники и смежных областей.

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (ПИ № ФС77-74297 от 09.11.2018 г.)
С целью обеспечения содержания высокого уровня статей, они издаются только после рецензирования и редакторской доработки в соответствии с принципами редакционной этики.

Журнал ориентирован на специалистов, работающих в областях, соответствующих тематическим направлениям журнала. 

Русскоязычные статьи переводятся на английский язык.

Индекс по каталогу «Пресса России» 45818

Текущий выпуск

Том 23, № 6 (2020)
Скачать выпуск PDF

ТЕЛЕВИДЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ

6-16 30
Аннотация

Введение. Внедрение систем технического зрения в повседневную жизнь становится все более популярным. Использование систем на основе монокулярной камеры позволяет решить большой спектр задач. Анализ монокулярных изображений является наиболее развивающимся направлением в области машинного зрения. Это обусловлено общедоступностью цифровых камер и больших наборов аннотированных данных, а также мощностью современной вычислительной техники. Для того чтобы система компьютерного зрения описывала объекты и предсказывала их действия в физическом пространстве сцены, необходимо интерпретировать анализируемое изображение с точки зрения базовой 3D-сцены. Этого можно достичь, анализируя жесткий объект как совокупность взаимно связанных частей, что представляет мощный контекст и структуру для рассуждений о физическом взаимодействии.

Цель работы. Разработка автоматического метода ключевых точек объекта интереса на изображении.

Методы и материалы. Предложен автоматический метод локализации ключевых точек транспортных средств на изображении, в частности номерного знака. Представленный метод позволяет зафиксировать ключевые точки объекта интереса на основе анализа сигналов внутренних слоев сверточных нейронных сетей, обученных для классификации изображений, и выделения объектов на изображении. Также метод позволяет детектировать части объекта без больших затрат на аннотацию данных и обучение.

Результаты. Эксперименты подтвердили корректность выделения ключевой точки объекта интереса на основе предложенного метода. Точность выделения ключевой точки на номерном знаке составила 97 %.

Заключение. Представлен новый метод выделения ключевых точек объекта интереса на основе анализа сигналов внутренних слоев сверточных нейронных сетей. Метод обладает точностью выделения ключевых точек объекта интереса на уровне современных методов, а в отдельных случаях превосходит их.

РАДИОЛОКАЦИЯ И РАДИОНАВИГАЦИЯ

17-27 33
Аннотация

Введение. В настоящее время наблюдается значительное увеличение количества спутников-ретрансляторов на геостационарной орбите, при этом часто фиксируются случаи незаконного использования частотного ресурса таких спутников, а также непреднамеренного и преднамеренного создания помех другим пользователям. В связи с этим возникает необходимость оценки точности и применимости различных методов определения местоположения источников нелегального и помехового радиоизлучения при различных параметрах сигналов и различной степени неопределенности относительно координат и векторов скорости спутников-ретрансляторов.

Цель работы. Исследование и оценка точности методов геолокации источников радиоизлучения (ИРИ), работающих через геостационарные спутники-ретрансляторы, при различных параметрах сигналов геолоцируемых ИРИ и различной степени априорной неопределенности относительно координат и векторов скорости спутников-ретрансляторов.

Материалы и методы. Используются метод имитационного моделирования и теория цифровой обработки сигналов.

Результаты. Рассмотрены факторы, влияющие на точность оценки параметров TDOA (Тime Difference of Arrival) и FDOA (Frequency Difference of Arrival) при определении местоположения (ОМП) ИРИ, работающих через спутники-ретрансляторы, расположенные на геостационарной орбите. В результате имитационного моделирования получена оценка точности рассмотренных методов геолокации в зависимости от ширины полосы сигнала ИРИ, длительности записи и степени априорной неопределенности относительно координат и векторов скорости спутников-ретрансляторов. Сформулированы рекомендации по применению рассмотренных методов в различных условиях.

Заключение. Выводы и рекомендации, сформулированные в результате исследования, позволят в зависимости от конкретных условий и параметров сигналов выбирать наиболее подходящий метод геолокации для повышения точности ОМП ИРИ.

28-42 32
Аннотация

Введение. При широкополосном радиомониторинге в частотной области применяются точечное и интервальное пеленгования источников радиоизлучения, исходными данными для которых являются спектральные выборки, полученные при многоканальном приеме от M-элементной антенной решетки. Точечное пеленгование основано на группировке точечных оценок азимута и угла места, сформированных для каждого частотного отсчета, в котором обнаружены сигнальные составляющие. По сгруппированным точечным оценкам в интервале соседних частотных отсчетов выносится единая оценка азимута и угла места. Интервальное пеленгование основано на формировании оценок азимута и угла места целиком по интервалу соседних частотных отсчетов, в котором обнаружены сигнальные составляющие и последующем уточнении границ интервала частотных отсчетов для каждого источника радиоизлучения в многосигнальном режиме на основе методов пространственной селекции. В современных эксплуатирующихся широкополосных комплексах радиомониторинга реализовано преимущественно точечное пеленгование в односигнальном режиме, а многосигнальный режим на основе MUSIC или ESPRIT реализован во временно́й области в узкой полосе частот.

Цель работы. Разработка и исследование методов точечного и интервального пеленгования в многосигнальном режиме и выработка рекомендаций для их практического применения в многосигнальном и односигнальном режимах.

Методы. Многосигнальный режим при точечном и интервальном пеленговании реализован на MUSIC и ESPRIT. Экспериментальное исследование разработанных методов пеленгования при перекрытии спектров сигналов в односигнальном и многосигнальном по ESPRIT режимах выполнено по записям реальных сигналов, сделанных с помощью семиканального когерентного синхронного приемника, подключенного к семиэлементной 60° уголковой антенной решетке.

Результаты. Результаты исследования представлены в виде частотно-азимутальных панорам, амплитудных спектров разделенных сигналов и показателей точности пеленгования.

Заключение. Экспериментально продемонстрировано, что в односигнальном режиме при отсутствии информации о числе сигналов в наблюдаемых данных целесообразно применять точечное пеленгование, а в многосигнальном режиме для повышения точности и реализуемости в реальном времени – интервальное.

43-58 35
Аннотация

Введение. Рассматривается возможность применения модифицированных параметрических методов пространственной обработки сигналов в неэквидистантной антенной решетке (НЭАР) приемной позиции транспортируемой загоризонтной (ЗГ) радиолокационных станций (РЛС) декаметрового (ДКМ) диапазона, предназначенной для всепогодного дистанционного мониторинга шельфовой зоны. При оперативном развертывании ДКМ РЛС на неподготовленном побережье часто возникают проблемы эквидистантного расположения антенных элементов (АЭ). В случае неэквидистантного расположения АЭ при согласованной пространственной обработке в диаграмме направленности (ДН) возникают интерференционные боковые лепестки (БЛ), уровень которых может существенно превышать допустимый или расчетный для эквидистантной АР. Известной альтернативой согласованной обработке являются параметрические методы спектрального анализа, основанные на применении моделей с конечным числом параметров, однако их прямое применение требует эквидистантной выборки пространственного сигнала.

Цель работы. Целью исследований является разработка и анализ метода параметрической обработки пространственных сигналов НЭАР, АЭ которой расположены на линии со случайным шагом в пределах от λ/2 до нескольких λ, где λ – длина волны ДКМ РЛС.

Материалы и методы. При построении характеристик обнаружения (ХО) использовалось компьютерное моделирование в среде MatLab, достоверность которого подтверждалась построением известных и теоретически рассчитанных ХО.

Результаты. Разработан метод, включающий в себя процедуру восстановления (синтезирования) искусственного сигнала эквидистантной АР с последующим применением параметрического алгоритма Берга для получения оценки углового спектра пространственных частот. Для доказательства применимости параметрического метода обработки сигналов НЭАР в задаче обнаружения локационных сигналов были получены ХО и было проведено их сравнение с оптимальными.

Заключение. Полученные результаты доказали субоптимальность параметрического метода обработки сигналов в НЭАР при случайном шаге расположения АЭ в пределах от λ/2 до 3λ, что позволяет рекомендовать его для применения в транспортируемых ДКМ РЛС.

59-69 26
Аннотация

Введение. Широкозонные мультилатерационные системы навигации (Wide Area Multilateration, WAM) являются основным конкурентом комплексов вторичной радиолокации систем управления воздушным движением. Принцип работы WAM-систем заключается в измерении псевдодальностей сигнала бортового ответчика воздушного судна системой разнесенных в пространстве приемных станций и последующей оценке местоположения. Одним из существенных факторов, влияющих на точность оценки местоположения воздушного судна (ВС), является тропосферная рефракция. Рефракция приводит к увеличению длины оптического пути сигнала, а следовательно, и измеряемых псевдодальностей. Следствием этого является появление дополнительного смещения у оценок местоположения ВС. При этом недопустимо большие значения смещения получаются при оценке высоты.

Цель работы. Получение математической модели сигналов приемных станций WAM-системы, которая учитывает особенности тропосферного распространения радиоволн, и синтез алгоритма оценки местоположения ВС с компенсацией тропосферных ошибок при оценивании псевдодальностей.

Материалы и методы. Методом геометрической оптики получены уравнения, позволяющие рассчитать ошибки измерения псевдодальностей, вызванные рефракцией в сферически слоистой тропосфере.

Результаты. Предложена математическая модель формирования оценок псевдодальностей, учитывающая тропосферную рефракцию. Анализ модели показал, что ошибки измерения псевдодальностей линейно зависят от расстояния между ответчиком ВС и приемным пунктом. Этот вывод позволил синтезировать алгоритм оценивания местоположения ВС с компенсацией тропосферных ошибок. Синтезированный алгоритм позволяет полностью избавиться от смещения у оценок местоположения ВС при увеличении СКО оценки высоты на 60 % и сохранении этого параметра в допустимых для WAM-систем пределах.

Заключение. Полученные в статье математическая модель сигналов WAM-системы, учитывающая ошибки тропосферного распространения радиоволн при оценке псевдодальностей, и алгоритм оценивания местоположения ВС с компенсацией тропосферных ошибок могут быть использованы при разработке многопозиционных навигационных систем.

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НА ОСНОВЕ АКУСТИЧЕСКИХ, ОПТИЧЕСКИХ И РАДИОВОЛН

70-83 22
Аннотация

Введение. Датчики на основе поверхностных акустических волн (ПАВ) являются стремительно развивающимся направлением и перспективной заменой классических датчиков, особенно в тех сферах, где длительная работоспособность последних под вопросом. Принцип работы датчиков на ПАВ основан на акустических колебаниях, поэтому выбор пьезоэлектрического материала консоли с учетом внешних влияний на будущее устройство и его условий работы является важнейшей задачей. Синтезировано и создано множество монокристаллических структур и их срезов для устройств на поверхностных акустических волнах. Основными материалами, применяемыми для изготовления подложек, являются кристаллы кварца (SiO2), ниобата лития (LiNbO3), танталата лития (LiTaO3) и пленочный нитрид алюминия (AlN). Производятся новые кристаллические структуры: лангасит (La3Ga5SiO14), лангатат (La3Ga5.5Ta0.5O14), ланганит и др. Проблема применения подобных материалов для изготовления консолей – отсутствие систематизированных данных о важных характеристиках для распространения ПАВ, к примеру тензора упругости 4-го ранга. Чтобы преодолеть указанный недостаток, предложена конструкция микромеханического акселерометра на основе ПАВ, основанного на мембранном ЧЭ для более равномерного распределения нагрузки по поверхности ЧЭ. Одна из ключевых проблем для дальнейшего развития датчиков на основе ПАВ - одностороннее закрепление прямоугольных и треугольных чувствительных элементов (ЧЭ) в корпусе датчика.

Цель работы. Показать преимущества использования AlN как материала чувствительного элемента кольцевого волнового резонатора на поверхностных акустических волнах.

Материалы и методы. Применение метода конечных элементов и математическая обработка в AutoCAD 2019 и COMSOL Multiphysics 5.4.

Результаты. Предложено использовать AlN в качестве материала чувствительного элемента для измерения ускорения на основе ПАВ. Предлагаемое решение сравнивалось с существующими прототипами, основанными на использовании мембран SiO2/LiNbO3, которые характеризуются сильными анизотропными свойствами. Создана 3D-модель ЧЭ кольцевого волнового резонатора на поверхностных волнах. Используя компьютерное моделирование и программное обеспечение COMSOL Multiphysics доказано, что конструкция способна выдерживать воздействия свыше 10 000 g и чувствительный элемент на основе изотропного AlN преодолевает ограничения как низкой чувствительности SiO2, так и малой температурной стабильности LiNbO3. AlN демонстрирует почти двойную устойчивость к необратимым механическим деформациям по сравнению с SiO2, что, в свою очередь, позволяет дополнительно повысить чувствительность в 1.5 раза по сравнению с датчиками на основе кварца.

Заключение. Исходя из созданной модели, можно сделать вывод о перспективности использования нитрида алюминия как материала для чувствительного элемента, особенно для измерения больших значений ускорения, но c ограничениями по температурной чувствительности материала.

МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ

84-99 21
Аннотация

Введение. Экспоненциальный рост объема измерительной информации, обусловленный постоянным усложнением технических и производственных объектов, приводит к необходимости совершенствования информационно-измерительных систем, к появлению систем нового поколения, в том числе адаптивных систем автоматического контроля. Для решения задач автоматического критериального отбора и сокращения избыточной измерительной информации, непрерывно поступающей от многопараметрических источников, характеризующих исследуемые объекты, создаются перестраиваемые в процессе работы алгоритмы функционирования систем автоматического контроля. В отличие от известных систем автоматического контроля с временным разделением каналов в рассматриваемых адаптивных системах возможно первоочередное получение информации о предаварийном и даже аварийном режимах работы объекта.

Цель работы. Создание алгоритмического обеспечения адаптивных систем автоматического контроля с использованием асинхронно-циклического и параллельно-последовательного алгоритмов функционирования и сравнение их между собой по погрешности, обусловленной многоканальностью, достоверности контроля, коэффициенту сжатия и быстродействию.

Материалы и методы. Алгоритмическое обеспечение адаптивных систем основано на использовании теории массового обслуживания, имитационном моделировании с использованием языков программирования MatLab/Simulink, С++.

Результаты. Разработанное алгоритмическое обеспечение для систем автоматического контроля с асинхронно-циклическим анализом отклонений позволяет снизить количество избыточной информации более чем в 4 раза и повысить быстродействие в 1.5 раза. Алгоритмическое обеспечение для систем автоматического контроля с параллельно-последовательным анализом отклонений позволяет в 1.4 раза снизить погрешность, вызванную многоканальностью, и приблизить достоверность контроля таких систем к достоверности контроля систем с непрерывным контролем. Анализ графиков погрешности, обусловленной многоканальностью, показывает, что системы автоматического контроля, использующие параллельно-последовательный алгоритм функционирования, инвариантны к закону распределения входных величин, в отличие от систем с асинхронно-циклическим алгоритмом функционирования.

Заключение. Полученные результаты имеют практическое применение, так как дают возможность проектировать адаптивные системы автоматического контроля, выдающие информацию о состоянии объекта контроля, в том числе о предаварийном и аварийном режимах работы, в реальном времени. Это позволяет использовать полученную информацию непосредственно для регулирования и поддержания работоспособности сложных объектов и управления технологическими процессами.

 
100 13
Аннотация
Наш журнал продолжает практику двойного слепого рецензирования. Привлечение к оценке рукописей внешних экспертов из разных учебных и научных организаций позволяет получить объективное мнение ученых, специализирующихся на темах исследований авторов. Критика и замечания, высказываемые в рецензиях, крайне важны не только для редактора, но и для самих авторов. Вместе с редакцией наши эксперты в свое личное время и совершенно бескорыстно отбирают достойные рукописи и дорабатывают их для подготовки к публикации. Редакция журнала искренне благодарит всех рецензентов, которые в 2020 году помогли поддержать высокий научный уровень журнала. Мы очень ценим такую поддержку и надеемся на наше дальнейшее сотрудничество.

Объявления

2020-11-10

Терагерцовая электроника: уникальный опыт ученого ЛЭТИ – зарубежным специалистам

В сентябре 2020 года издательство Cambridge Scholars Publishing (Великобритания) выпустило книгу на английском языке Andrey D. Grigoriev. Terahertz Electronics. - Cambridge Scholars Publishing.

Монография профессора кафедры радиотехнической электроники (РТЭ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Андрея Дмитриевича Григорьева посвящена источникам терагерцового электромагнитного излучения, на основе которого создаются современные радиолокационные средства, системы связи, мобильные системы пятого и шестого поколений.

Автор подробно описывает и дает сравнительный анализ всех типов источников – лазеров, фотопроводящих антенн, полупроводниковых диодов, транзисторных генераторов и усилителей, вакуумных устройств, а также детекторов волн.

В книге приведены отличительные особенности взаимодействия терагерцового излучения с различными материалами, включая атмосферу Земли, жидкости, диэлектрики, сверхпроводники, полупроводники, металлы и 2D-структуры. Подробно рассмотрены причины появления так называемого терагерцового провала – участка электромагнитного спектра с минимальной мощностью, а также способам повышения рабочей частоты и выходной мощности источников. Рассмотрены характеристики и технологии производства электромагнитных и электронно-оптических систем вакуумных терагерцовых устройств.

Еще объявления...


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.