Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск
№ 1 (2019)
Скачать выпуск PDF

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ, ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

5-16 110
Аннотация

Спутниковым радиовысотомерам принадлежит ключевая роль во многих миссиях дистанционного зондирования Земли из космоса. Данные, поставляемые ими, используются при решении разнообразных фундаментальных и прикладных задач геофизики, океанографии, метеорологии и др. В современных измерительных комплексах обработка данных спутникового альтиметра осуществляется в несколько этапов. Одним из них является наземная дообработка переданной с космического аппарата информации. В настоящей статье исследуются алгоритмы оценки альтиметрических параметров в ходе дообработки данных спутникового высотомера наземным комплексом. Основной задачей петли автосопровождения по времени высотомера на борту космического носителя является надежное удержание принимаемого эхосигнала в следящем окне. Уточненные оценки информационных параметров вырабатываются в наземном сегменте, куда данные с борта космического аппарата сбрасываются по телеметрической линии. Дообработка данных может осуществляться как без опоры на физическую модель эхосигнала, так и с учетом механизма формирования отклика подстилающей поверхности на зондирующий сигнал. В последнем случае существенно повышается достоверность результатов измерения. В статье за основу принята физическая модель отраженного эхосигнала, близкая к классической модели Брауна, синтезированы алгоритмы статистической подгонки ее параметров под наблюдения, а также приведены результаты компьютерного моделирования процедур подгонки по максимуму правдоподобия (МП) и методу наименьших квадратов (МНК). Сопоставление данных моделирования с границами Крамера–Рао демонстрирует заметный проигрыш процедуры МНК по отношению к потенциалу, тогда как экспериментальная точность МП-подгонки практически совпадает с потенциальной.

ТЕЛЕВИДЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ

17-28 89
Аннотация

При обеспечении безопасности движения самолета особенно важна осведомленность экипажа о закабинном пространстве в условиях плохой видимости. Важнейшую роль играет информация о состоянии взлетно-посадочной полосы (ВПП) и о наличии на ней препятствий. Существуют наземные системы обнаружения препятствий, но в настоящее время такими системами оборудованы лишь крупные аэропорты. Альтернативой могут служить системы улучшенного видения, используемые на воздушном судне в условиях плохой видимости. Цель представленного в настоящей статье исследования – разработка средств обнаружения препятствий на ВПП в условиях плохой видимости, которые должны расширить возможности систем улучшенного видения. В рамках исследования рассмотрены методы обнаружения объектов только на статичных изображениях. Проведен анализ разметки, объектов ВПП и возможных типов препятствий. Определены цели для обнаружения. На комплексном авиационном тренажере выполнено моделирование снимков ВПП в условиях плохой видимости. В качестве моделируемой цели для обнаружения выбрано воздушное судно на ВПП, потерявшее способность двигаться. Сформулированы требования к дескрипторам признаков, методам распознавания и обнаружения, выбраны методы для исследования. Проведена оценка применимости методов к изображениям ВПП, полученным в условиях плохой видимости выше и ниже высоты принятия решения с учетом различных характеристик. Исследованные методы решают задачу обнаружения объектов ВПП в условиях плохой видимости для статичного изображения. Сформулированы выводы о возможности применения исследованных методов в системах улучшенного видения. В дальнейшем требуется разработка методов оптимизации для обеспечения обнаружения на видеопоследовательности в режиме реального времени. Результаты представленной работы актуальны в задачах авиаприборостроения, компьютерного видения и обработки изображений.

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА, МИКРОВОЛНОВАЯ ТЕХНИКА, АНТЕННЫ

29-38 47
Аннотация

Разработан новый метод измерения комплексного коэффициента отражения (ККО) СВЧдвухполюсников на основе прямого преобразования частоты. Метод основан на использовании квадратурного синхронного детектирования, ответвляемого ненаправленным зондом сигнала с последующей квадратурной обработкой составляющих продетектированного сигнала. Такой подход позволяет решить измерительную задачу одновременным анализом как амплитудного, так и фазового распределения поля в линии передачи, что приводит к избыточности. Кроме того, применение прямого преобразования частоты обеспечивает линейность детектирования в существенно большем динамическом диапазоне изменения уровня ответвляемого из линии передачи сигнала. Оба фактора позволяют повысить точность измерения. Метод реализуется посредством возбуждения в линии передачи зондирующего гармонического микроволнового колебания и формирования опорного микроволнового колебания той же частоты, что и у зондирующего сигнала. Ответвленный из линии передачи ненаправленным подвижным зондом сигнал и опорный сигнал поступают на входы квадратурного синхронного детектора. На его выходах формируются I- и Q-составляющие продетектированного сигнала. Используя эти составляющие, определяются амплитудное и фазовое распределения поля в линии передачи. Затем по полученным формулам вычисляются оценки модуля и аргумента ККО. Результат измерения определяется как среднее арифметическое этих оценок. Разработана математическая модель предложенного метода. Получены соотношения для определения модуля и аргумента ККО на основе анализа как амплитудного, так и фазового распределения электромагнитного поля в линии передачи. Описана разработанная экспериментальная установка в виде векторной измерительной линии, реализующая квадратурный метод измерения. Проведен экспериментальный анализ амплитудного и фазового распределений поля в микроволновом тракте для образцовых нагрузок с различными параметрами. По результатам этого анализа рассчитаны оценки измеряемых параметров и оценены погрешности измерений. Показано, что на основе этого метода возможно создание высокоточных измерительных приборов.

РАДИОЛОКАЦИЯ И РАДИОНАВИГАЦИЯ

39-55 88
Аннотация

На фоне повсеместного использования беспилотных летательных аппаратов и легкомоторной авиации растет интерес к поиску путей повышения эффективности локализации и определения параметров движения воздушных объектов с малой эффективной площадью рассеяния. В связи с этим закономерно внимание к радиолокационным системам (РЛС) с непрерывным линейно-частотно-модулированным (ЛЧМ) излучением. Использование таких зондирующих сигналов позволяет значительно снизить пиковую мощность РЛС и уменьшить ее массогабаритные и стоимостные характеристики. Статья посвящена исследованию перспективы применения маломощной наземной РЛС с непрерывным ЛЧМ-сигналом в интересах обнаружения, а также определения координат и параметров движения малозаметных воздушных объектов. Предложен алгоритм обработки радиолокационных сигналов, позволяющий упростить процедуру обнаружения таких целей, раскрыта структура и приведено описание этапов алгоритма. В основе рассматриваемого алгоритма лежит методика формирования дальностно-доплеровского портрета зоны обзора с использованием цифровой обработки сигнала. Приведены результаты применения алгоритма в маломощной РЛС С-диапазона, полученные при обработке эхосигналов квадрокоптера, зарегистрированных в ходе натурного эксперимента. Показано успешное решение практической задачи обнаружения и сопровождения малоразмерного воздушного объекта с эффективной площадью рассеяния до 0.5 м2, спектр вторичного излучения которого характеризуется выраженной многомодальностью. Результаты эксперимента подтвердили практическую значимость предлагаемого алгоритма и возможность его реализации при создании мобильных переносных радиолокационных комплексов и постов автоматического обнаружения и сопровождения малозаметных одиночных и групповых целей с выдачей информации на пульт оператора.

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НА ОСНОВЕ АКУСТИЧЕСКИХ, ОПТИЧЕСКИХ И РАДИОВОЛН

56-74 54
Аннотация

Изменение характеристик ультразвуковых волн, распространяющихся в твердых вращающихся средах, лежит в основе функционирования акустических датчиков угловой скорости. Уровень информативного сигнала зависит от коэффициента передачи акустического тракта чувствительного элемента (ЧЭ) датчика такого типа, в связи с чем актуальны работы по достижению максимального коэффициента. Акустический тракт ЧЭ на объемных волнах состоит из излучающего и приемного пластинчатых пьезопреобразователей, среды распространения (звукопровода), контактных слоев и электрической нагрузки. Он идентичен тракту ультразвуковых линий задержки. Теоретический анализ характеристик трактов такого типа широко представлен в литературе, однако анализ базируется на решении систем волновых уравнений в одномерном приближении. В этом случае расчеты выполняются без учета ограниченности поперечных размеров. На практике тракт ЧЭ должен иметь ограниченные поперечные размеры, которые могут повлиять на значение коэффициента передачи. Описания экспериментальных исследований в литературе не приводятся. Таким образом, потребовалось провести комплекс теоретических и экспериментальных исследований по анализу коэффициента передачи акустического тракта датчика угловой скорости. Для теоретического анализа разработана моделирующая тракт программа в системе Mathcad. Для экспериментальных исследований создана установка и изготовлен ряд макетов с преобразователями из пьезокварца и пьезокерамики. В результате показано, что теоретические положения, разработанные для одномерного приближения, могут применяться для определения коэффициента передачи акустического тракта ограниченных размеров. Кроме того, использование согласованной электрической нагрузки позволяет увеличить коэффициент передачи. Например, для макета с преобразователями из пьезокварца Y-среза это увеличение составило 20 дБ.

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

75-83 48
Аннотация

В известном методе реконструкции изображения по проекциям в магниторезонансной томографии используется спиновое эхо, возбуждаемое двумя sinc-импульсами. Дальнейшая обработка предполагает формирование двух квадратурных составляющих сигнала спинового эха, преобразование их в цифровой формат и последующее преобразование Фурье. Предлагаемый модифицированный метод основан на замене второго sincрадиоимпульса на импульс с линейной частотной модуляцией. При этом упомянутые проекции формируются амплитудным детектированием огибающей спинового эха, что существенно упрощает процедуру обработки. Целью исследований является анализ разрешающей способности модифицированного метода. В основу математической модели положены уравнения Блоха, решаемые на основе аппарата переходных матриц состояния спиновой системы. При их вычислении использовалась ступенчатая аппроксимация комплексных огибающих импульсов возбуждения. Это позволило свести систему линейных дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами (уравнения Блоха) к системе линейных дифференциальных уравнений с кусочно-постоянными коэффициентами. В этом случае уравнения имеют аналитическое решение. На основе полученного решения проведен анализ разрешающей способности метода, ранее не исследованной, посредством моделирования возбуждения спинового эха. Определены условия отсутствия динамических искажений, влияющих на качество получаемых изображений. Показано, что разрешающая способность определяется размерами области сканирования, значением градиента приложенного магнитного поля, длительностью импульса с линейной частотной модуляцией, а также гиромагнитным отношением используемого типа ядра. В разработанном методе отпадает необходимость Фурье-преобразования сигнала спинового эха и достигается сопоставимая с известным методом разрешающая способность.



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


ISSN 1993-8985 (Print)
ISSN 2658-4794 (Online)