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, № 2 (2020)

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ, ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

6-18 109
Аннотация

Введение. Радиотелескопами комплексов радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ) обычно регистрируются несколько сигналов с относительно узкими (до 32 МГц) полосами, которые выделяются видеоконверторами из аналогового шумового сигнала промежуточной частоты (ПЧ) с полосами до 1 ГГц. При обработке данных применяется синтез полосы частот. На новых небольших радиотелескопах (например, РТ-13) оцифровываются широкополосные сигналы ПЧ. Возможность подключения радиотелескопа РТ-13 к РСДБ-комплексу "Квазар-КВО" и к международным РСДБ-сетям обеспечивает модуль цифрового выделения узкополосных сигналов, разработанный в 2019 г.

Цель работы. Определение точности измерения интерферометрической групповой задержки сигнала радиоинтерферометром с цифровым модулем выделения регистрируемых сигналов и сравнение чувствительностей интерферометров с аналоговыми и с цифровыми системами выделения сигналов.

Материалы и методы. Рассчитываются потери чувствительности интерферометров с разными системами выделения регистрируемых сигналов. Сравниваются точности многоканального интерферометра с синтезом полосы частот и интерферометра, регистрирующего цифровые широкополосные сигналы ПЧ без синтеза полосы. Результаты подтверждаются РСДБ-наблюдениями в обсерваториях комплекса "Квазар-КВО".

Результаты. При замене аналоговой системы выделения сигналов на цифровую потери чувствительности интерферометра немного снижаются. Точность измерения интерферометрической групповой задержки не меняется. Точность повышается при синтезе полосы частот, значительно превышающей ширину полосы ПЧ, и при цифровой регистрации широкополосных сигналов ПЧ. Определены условия и минимальные синтезируемые полосы, при которых точность интерферометра с регистрацией узкополосных сигналов может быть выше точности интерферометра с регистрацией широкополосных сигналов ПЧ.

Заключение. Решена задача совмещения радиотелескопов РТ-13 с РСДБ-сетями, где регистрируются сигналы видеочастот. Показана эффективность установки на радиотелескопах цифровых систем преобразования сигналов.

19-25 105
Аннотация

Introduction. Today, many research endeavors are devoted to the miniaturization of microwave sources. One of the promising approaches is the use of magnetic nanostructures (spintronics elements), providing a wide range of frequency tuning and low power consumption. The main disadvantage of spintronics generators (spintransfer nanoscillators ‒ STNO) is a low output power of generated oscillations (tens of nanowatts and less). A possible solution is to sum up the power of many STNOs in a mutual synchronization mode.

Aim. The investigation of noise properties of two connected STNOs with identical and non-identical parameters in a phase synchronization mode.

Materials and methods. A model was developed of two STNOs interconnected by spin waves taking into account thermal noises. Spectral power densities of the amplitude and phase noise were obtained by the method of effective linearization.

Results. Dependencies were obtained in a general form for attenuation coefficients of the amplitude and phase fluctuations of noise sources for each STNO. Three cases of synchronization were considered: completely identical STNOs, two identical STNOs but with different oscillation frequencies, and two non-identical STNOs, differing in an allowance of self-excitation by frequencies and amplitudes of the oscillations. It was possible to obtain a gain in the amplitude and phase noise for two identical STNOs. In this case, an increase in the allowance of self-excitation led to a decrease in the level of phase and amplitude noise.

Conclusion. This analysis of the attenuation coefficients for non-identical STNOs demonstrates the possibility of improving the noise properties of each of the generators. In this case, the best noise value is obtained for an STNO with greater stability in a stand-alone mode.

26-37 91
Аннотация

Введение. В системах цифровой связи широко применяются сигналы, построенные на основе ансамблей кодовых последовательностей. При разработке этих систем наибольшее внимание уделяется анализу, синтезу и реализации ансамблей периодических сигналов. Разработаны и используются теоретические методики синтеза ансамблей периодических сигналов. Значительно меньше результатов получено в области построения ансамблей апериодических сигналов с заданными корреляционными свойствами. Теоретические методики синтеза таких ансамблей сигналов практически отсутствуют.

Цель работы. Построение минимаксных ансамблей апериодических кодов Голда, которые обладают одним из лучших среди известных бинарных кодов соотношением длины кодов и объема ансамбля.

Материалы и методы. Для построения минимаксного ансамбля используются направленный перебор и метод дискретного выбора лучшего ансамбля на основе безусловного критерия предпочтения.

Результаты. В статье описан алгоритм формирования полных и неполных минимаксных ансамблей апериодических кодов Голда с заданными длиной и объемом ансамбля. Приведены параметры и вид авто- и взаимнокорреляционных функций для ряда полученных ансамблей. Выполнено сравнение результатов статьи с известными результатами для ансамблей периодических кодов Голда в части роста минимаксных значений корреляционных функций в зависимости от длины кодов и объема ансамблей.

Заключение. Разработанные алгоритмы, в отличие от известных, позволяют конструировать как полные ансамбли, так и ансамбли, учитывающие ограничение их объема. Кроме того, данные алгоритмы могут быть распространены на задачи построения ансамблей из других семейств, например, собранных из кодовых последовательностей, принадлежащих различным семействам.

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА, МИКРОВОЛНОВАЯ ТЕХНИКА, АНТЕННЫ

38-45 70
Аннотация

Введение. Пространство, выделяемое для размещения антенны, в различных устройствах может характеризоваться неудобной для этого формой. В частности, на борту летательного аппарата длина и высота зоны размещения антенны соотносятся приблизительно как 5:1. Задача размещения антенны в этом пространстве предполагает разработку диэлектрической стержневой антенны со сходным соотношением габаритных размеров и возможностью удобного крепления на плоской проводящей поверхности. Широкополосность антенны характеризуется отношением верхней в fв нижней fн граничных частот рабочего диапазона. В авиационной технике целесообразно применение сверхшировополосных антенн, имеющих отношение в fв / fн = 9:1. При этом коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) не должно превышать 3, коэффициент усиления (КУ) быть не менее 1 дБи, диаграмма направленности должна быть осесимметричной с уровнем боковых лепестков, не превышающим 25 %.

Цель. Разработка и исследование характеристик сверхширокополосной диэлектрической стержневой антенны.

Материалы и методы. Конструирование и определение параметров антенн выполнены электродинамическим моделированием в среде Ansoft HFSS. Предложены два различающихся конструктивно варианта сверхширокополосной диэлектрической стержневой антенны.

Результаты. В результате проведенного моделирования получены антенны со следующими параметрами в требуемом диапазоне частот: – для первого варианта – КСВН не превышает 3.25, КУ изменяется от 6 до 12 дБи, диаграмма направленности осесимметричная с уровнем боковых лепестков, не превышающим 30 %; – для второго варианта – КСВН не превышает 2.75, КУ изменяется от 5 до 11 дБи, диаграмма направленности осесимметричная с уровнем боковых лепестков, не превышающим 20 %; Конструктивные особенности второго варианта позволяют удобно закрепить его на плоской проводящей поверхности.

Заключение. Сравнение полученных результатов с требованиями, предъявляемыми к рассматриваемой антенне, показывают, что второй вариант, в отличии от первого, обладает допустимым уровнем согласования (КСВН 2.75 £ ) и бокового излучения диаграммы направленности (20 %) и может быть рекомендован для предполагаемого применения.

46-54 113
Аннотация

Введение. Современные системы радиолокации и связи содержат фазированные антенные решетки. Одной из задач синтеза указанных систем является формирование требований к входящим в их состав узлам, модулям и блокам. Для решения поставленной задачи необходимо построить зону действия и проанализировать влияние характеристик входящих устройств. Повысить качество анализа и синтеза столь сложных систем может применение интерактивной визуализации данных, которая требует достаточно быстрого вычисления характеристик.

Цель работы. Разработка интерактивного приложения для увеличения возможностей синтеза систем связи, содержащих антенные решетки, и улучшения характеристик синтезированных систем.

Материалы и методы. Для ускорения вычисления диаграмм направленности применено их представление для антенной решетки в форме, позволяющей использовать алгоритм быстрого преобразования Фурье. Для нахождения требуемых амплитудно-фазовых распределений применяются разложение в ряд Котельникова и генетический алгоритм.

Результаты. В разработанном приложении выводятся на экран амплитудно-фазовое распределение, диаграмма направленности линейной эквидистантной решетки и зона действия. Возможно интерактивное изменение амплитудно-фазового распределения в излучателях и диаграммы направленности в заданных направлениях. При внесении изменений в диаграмму направленности меняется амплитуднофазовое распределение и форма самой диаграммы направленности в направлениях, отличных от заданного. Зона действия перестраивается при изменении любой из характеристик. При необходимости ее отображение может быть отключено. В статье приведен пример использования приложения при синтезе системы связи с воздушным судном.

Заключение. Применение разработанного приложения позволяет расширить возможности и существенно сократить время анализа и синтеза систем связи и вторичной радиолокации с антенными решетками. Кроме того, приложение используется для подготовки специалистов для предприятий отрасли.

РАДИОЛОКАЦИЯ И РАДИОНАВИГАЦИЯ

55-62 64
Аннотация

Введение. Концепции построения перспективных радиолокационных систем предусматривают, что это будут комплексы интегрального типа. Создание таких систем предполагает наличие в их составе информационного комплекса, выполняющую функционально завершенную процедуру обработки сигналов и информации в интересах решения конкретной задачи. В этой связи в настоящей статье рассмотрены особенности создания модели маневренного движения беспилотного летательного аппарата с целью исследования путей повышения точности сопровождения воздушной цели на основе алгоритмов оценивания координат ее движения.

Цель работы. Разработка алгоритма коррекции координат цели на основе информации о пространственной ориентации.

Материалы и методы. Поставленные задачи решены методами математического анализа и численного моделирования. Для обоснования достоверности и работоспособности предложенного алгоритма была разработана модель, которая позволила получить характеристики точности алгоритма.

Результаты. Методом моделирования исследованы характеристики точности алгоритма коррекции координат цели на основе информации о ее пространственной ориентации, определяющей качество системы слежения за целью и построения ее траектории. Приведены структура и описание разработанного алгоритма. Показан вариант реализации алгоритма и результаты оценки его точности.

Заключение. В результате анализа алгоритма коррекции координат цели на основе информации о ее пространственной ориентации, а также моделирования работы сделан вывод о достоверности и работоспособности предложенного алгоритма. Представленные данные численных экспериментальных исследований характеристик точности предложенного алгоритма показали реализуемость принятых решений. Полученные результаты позволяют определить наиболее целесообразный и эффективный путь разработки упрощенных вариантов алгоритма.

63-72 76
Аннотация

Введение. Аппаратную основу современных систем помощи водителю (ADAS) обычно составляют радиолокационные станции миллиметрового диапазона, характеризующиеся относительно небольшой дальностью действия (единицы-десятки метров). В то же время повышение безопасности движения требует ее увеличения как минимум до нескольких сотен, и одним из путей достижения таких значений является увеличение длины волны зондирующего сигнала, например, переход в сантиметровый диапазон длин волн. В работе приведено подробное описание основных этапов работы алгоритма обработки сигнала в макете маломощной РЛС системы ADAS сантиметрового диапазона, обеспечивающего определение скорости движения и дальности быстродвижущихся объектов.

Цель работы. Разработка алгоритма оценки дальности и скорости движения целей в РЛС с широкополосным непрерывным линейно-частотно-модулированным (ЛЧМ) сигналом на базе автокорреляционной схемы в интересах повышения скорости формирования оценок для системы ADAS.

Материалы и методы. Предлагаемый алгоритм базируется на методах первичной и вторичной цифровой обработки радиолокационных сигналов. Для проведения практических исследований использовался макет РЛС сантиметрового диапазона, собранной по автокорреляционной схеме, с широкополосным непрерывным ЛЧМ зондирующим сигналом. Для обработки зарегистрированной выборки отсчетов принятого сигнала применялась среда MatLab.

Результаты. Разработан алгоритм, обеспечивающий определение скорости и дальности быстродвижущихся объектов в условиях, когда их перемещение за интервал оценивания существенно превышает разрешение РЛС по дальности. Использование упрощенной калмановской фильтрации для межпериодной вторичной обработки сигнала позволило существенно повысить устойчивость работы алгоритма. В ходе натурного эксперимента с использованием макета маломощной РЛС с непрерывным излучением сантиметрового диапазона показано, что устойчивая оценка скорости движения и дальности реального автомобиля обеспечивается на расстоянии как минимум порядка одного километра.

Заключение. Результаты проведенного натурного эксперимента позволили сделать вывод о высокой робастности предложенного алгоритма даже при отсутствии межпериодной вторичной обработки. Ее использование позволяет еще больше повысить устойчивость работы алгоритма при практически полном отсутствии дополнительных вычислительных затрат, так как близкий к линейному характер динамики объекта наблюдения и автомобиля-носителя РЛС позволяет полагать достаточным использование упрощенной реализации фильтра Калмана в форме α-β-алгоритма.

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НА ОСНОВЕ АКУСТИЧЕСКИХ, ОПТИЧЕСКИХ И РАДИОВОЛН

73-81 69
Аннотация

Введение. В настоящее время наибольшей точностью оценки дальности обладают лазерные дальномеры, использующие фазовые методы измерения, оценивающие дальности с точностью до единиц миллиметров. Однако эти методы пригодны для оценки дальности только до малоподвижных объектов и неработоспособны в условиях быстро изменяющейся фоноцелевой обстановки. В этой связи необходима разработка и расчет характеристик приемных частей прецизионного импульсного лазерного дальномера, использующего созданные лазерные источники излучения с длительностью зондирующих импульсов в единицы наносекунд. Такой дальномер позволит добиться высокой точности оценки дальности, приближающейся по точности к параметрам фазовых дальномеров, для высоко динамичной фоноцелевой обстановки.

Цель работы. Разработка приемной части импульсного лазерного дальномера с прецизионными характеристиками; определение точности его измерений; описание его аппаратного обеспечения.

Материалы и методы. Рассмотрено построение приемной части прецизионного импульсного лазерного дальномера с двухшкальной цифровой системой оценки дальности, реализуемой подсчетом импульсов тактового генератора и аналоговым интегратором, уточняющим дискретную оценку дальности. С использованием аппарата математической статистики определены энергетические характеристики дальномера: точность оценки дальности и вероятность ложной тревоги, обеспечиваемые разработанной схемой. Описано аппаратное обеспечение прецизионного лазерного дальномера.

Результаты. Приведены принципы реализации приемной части лазерного дальномера с двухшкальной цифровой системой оценки дальности до объекта. Получены результаты численного моделирования характеристик дальномера, подтверждающие точность оценки дальности порядка миллиметров. В реализованной схеме дальномера вероятность ложной тревоги составила −4 10 при наблюдении реализации смеси сигнала с шумом в продолжении 200 с. Предложено аппаратное обеспечение прецизионного лазерного дальномера с цифровой двухшкальной оценкой дальности.

Заключение. Реализованный лазерный дальномер по потенциальной точности оценки дальности до объекта порядка миллиметров приближается к возможностям фазовых лазерных дальномеров, при этом реализует указанный параметр в условиях быстро изменяющейся фоноцелевой обстановки. Использование коротких зондирующих импульсов длительностью в 10...20 нс позволяет добиться разрешающей способности до 1.5 м. В отличие от фазовых дальномеров дальность может быть оценена по одному зондирующему импульсу.

ПРИБОРЫ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ, КОНТРОЛЯ СРЕДЫ, ВЕЩЕСТВ, МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

82-88 62
Аннотация

Introduction. Cardiovascular disease occupies an important place throughout the world, which necessitates the development of more effective modern means of diagnosis and treatment. The primary diagnosis of heart disease is based on analysis and processing of an electrocardiogram (ECG). Despite the fact that there are many methods and algorithms for ECG analysis and processing, one of the urgent problems of cardiology remains to obtain the most complete information about heart electric potential, respectively, the behavior of the waves P, Q, R, S and T.

Aim. Development of algorithms and software for processing and analysis of electrocardiograms (ECGs), as well as calculation of heart rate and detection of arrhythmias based on Labview.

Materials and methods. The methods for removing noise using the wavelet transform method to eliminate baseline deviation ,to extract ECG signs ,to calculate heart rate and to detect arrhythmias based on Labview have been adopted as a mathematical apparatus for processing and analyzing ECGs.

Results. Organizing of the ECG database, developing algorithms for converting the ECG file of the database into a useful format for Labview, processing of the ECG signal with removing noise from the original ECG signal, extracting signs for obtaining ECG diagnostic indicators, calculating heart rate and detecting arrhythmias.

Conclusion. An analysis of the results demonstrates that systematic approaches to evaluating ECG signals allow to avoid one-way decisions and to integrate different methods into an integrated system of ideas of the state. The implementation of the proposed algorithms using Labview programming system ensures the removal of noise and artifacts, the extraction of the necessary ECG signs, the calculation of heart contractions and the detection of arrhythmias.

Объявления

Еще объявления...


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