Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск
Том 22, № 2 (2019)
Скачать выпуск PDF

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ, ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

5-12 141
Аннотация

Введение. Системы связи на сегодняшний день в основном являются цифровыми. Одной из задач автоматической регулировки усиления в цифровых приемниках является поддержание аналоговых сигналов на уровне, не допускающем насыщения аналого-цифрового преобразователя. Большинство численных алгоритмов основаны на арифметике с плавающей точкой, а полностью цифровая автоматическая регулировка усиления обычно реализуется с помощью устройств, работающих на арифметике с фиксированной точкой, таких, как микросхемы программируемой логики и сигнальные процессоры. Вследствие использования арифметики с фиксированной точкой и аппаратного ограничения выходные значащие биты должны быть корректно усечены. Хотя во многих исследованиях упоминается цифровая автоматическая регулировка усиления, ее характеристики подробно не рассматривались в условиях конечной разрядности вычислителей.

Цель работы. Анализ динамических характеристик цифровой автоматической регулировки усиления для реализации на вычислителе при операциях над числами с фиксированной точкой.

Материалы и методы. В рамках исследования разработана математическая модель цифровой автоматической регулировки усиления в математическом пакете MATLAB и ее реализация на микросхеме программируемой логики.

Результаты. Показаны отличие характеристик и особенности работы цифровой автоматической регулировки усиления при операциях над числами с фиксированной точкой. Произведена оценка влияния сигналов с фиксированной точкой на стабильность работы цифровой автоматической регулировки усиления. Проведен анализ причин возникновения паразитных колебаний управляющего сигнала.

Заключение. В результате данного исследования предложен алгоритм компенсации колебаний управляющего сигнала за счет коррекции опорного уровня цифровой автоматической регулировки усиления. В дальнейшем требуется проверка предложенного алгоритма на реальных сигналах. Результаты этой работы актуальны в задачах разработки цифровых приемников для систем связи различного назначения. 

13-21 74
Аннотация

Введение. Спутниковый радиовысотомер является основным элементом космических аппаратов, функционирующих в составе комплексов дистанционного мониторинга поверхности Земли. Бортовая петля слежения за запаздыванием в спутниковом высотомере, согласно утвердившимся воззрениям, функционально служит лишь инструментом надежного удержания принимаемого эхосигнала в следящем окне, тогда как "чистовое" измерение альтиметрических параметров (высоты орбиты носителя, значимой высоты волны, отражающей способности зондируемой поверхности и др.) возлагается на наземную дообработку данных. В ходе указанной процедуры данные с высотомера подвергаются, в частности, фильтрации и сглаживанию.

Цель работы. Исследование алгоритмов дообработки данных, транслируемых с высотомера, в наземном измерительном сегменте.

Методы и материалы. Известно, что фильтрация данных выполняется уже на борту космического аппарата и реализована в контуре автосопровождения эхосигнала по времени на базе α–β-фильтра. Тем не менее, на этапе наземной дообработки более целесообразным представляется применение фильтра Калмана, обладающего рядом теоретически оптимальных свойств и эффективно использующего доступный вычислительный ресурс.

Результаты и заключение. В статье описана реализация упомянутых операций фильтрации и сглаживания на базе алгоритма Калмана применительно к выработанным ранее оценкам запаздывания эхосигнала. По результатам проведенного компьютерного моделирования констатируется, что калмановские фильтрация и сглаживание повышают точность оценки запаздывания в режиме дообработки в два раза и более в зависимости от значимой высоты волны.

ТЕЛЕВИДЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ

22-30 108
Аннотация

Введение. Современные технологии виртуальной хромоэндоскопии призваны существенно повысить диагностическую ценность предъявляемых врачу изображений. Анализ существующих технологий показывает, что имеющиеся решения не лишены значительных недостатков. Одни требуют для работы проведения сложной предварительной аппаратной калибровки, другие используют глобальные преобразования, не позволяющие учесть локальные особенности тканей, и т. д. В целом сейчас не существует технологии виртуальной хромоэндоскопии, устраивающей большинство потенциальных пользователей – врачей, а следовательно, есть поле для исследования.

Цель работы. Разработка метода для виртуальной хромоэндоскопии с учетом недостатков, выявленных у аналогов в результате анализа.

Методы и материалы. Для проведения исследований были использованы открытые базы данных эндоскопических изображений, с помощью которых в результате моделирования и эксперимента были оценены качественные характеристики предложенного метода.

Результаты. Новый метод виртуальной хромоэндоскопии, главная особенность которого – использование нелинейных локальных функций трансформации при преобразовании RGB-каналов, а также отсутствие процедуры калибровки для получения эффекта виртуальной хромоэндоскопии. Предложенный метод полностью основан на технологии цифровой обработки изображений, включает коррекцию яркости изображения, обеспечивающую возможность получения необходимой визуальной информации как из очень темных, так и из переэкспонированных фрагментов; повышение резкости изображения, подчеркивающее мелкие детали и сосуды.

Заключение. Экспертная оценка полученных результатов показывает, что визуальный эффект предложенного метода соответствует, а в отдельных случаях и превосходит визуальный эффект проприетарных технологий виртуальной эндоскопии I-Scan и FICE.

РАДИОЛОКАЦИЯ И РАДИОНАВИГАЦИЯ

31-43 109
Аннотация

Введение. Современный подход к обеспечению необходимого качества морской деятельности, связанный с оценкой текущей информации о состоянии океанической среды в России, явно недостаточен. Указанный подход определяется развитием оперативных методов и инструментария наблюдения, а также оценкой состояния океана и его прогноза. Поэтому развитие концепции, инструментария и разработка методов получения данных является актуальной задачей становления оперативной океанографии.

Цель работы. Рассмотрение концепции мониторинга морской поверхности с использованием коротковолновой радиолокации поверхностной волны.

Методы и материалы. Представлен ряд конкретных океанологических примеров, требующих оперативного мониторинга состояния прибрежных вод мирового океана и отдельных регионов. Описаны наблюдательные системы, используемые в других странах. Особое внимание уделено развитию радиолокационного зондирования поверхностных вод, проводимого в нашей стране эпизодически. Резонансные отражения позволяют получать карты высокоточных измерений поверхностных течений и характеристик волнения на большой площади в реальном масштабе времени. Отмечены трудности проведения экспериментов и интерпретации результатов, выделены вопросы, требующие особого внимания для создания оперативного мониторинга морской поверхности, и методы их решения. Сформулирована основная задача прогноза параметров мирового океана с целью обеспечения безопасности морского транспорта от природных и антропогенных угроз, а также решения задач эффективного природопользования.

Результаты. Показано, что оптимальным средством получения натурных данных служит создание наблюдательной сети из прибрежных коротковолновых радиолокаторов, позволяющей оценивать поверхностные течения и характеристики волнения, а также в целом решать задачу мониторинга. Отмечено, что важным элементом является разработка адекватной прибрежной модели и соотнесение ее параметров с экспериментальными данными. Неадекватность физических моделей конкретным природным условиям преодолевается адаптивным моделированием и мониторингом с помощью современных технических средств.

Заключение. Ассимилируясь в моделях гидродинамики и волнения, эти данные становятся применимыми при пространственном картировании гидрофизических неоднородностей водного слоя, скорости звука и подводных акустических шумов.

44-52 104
Аннотация

Введение. Одним из классов современных радиотехнических систем являются системы с пространственным разнесением приемных, передающих или приемо-передающих элементов. В таких системах достигается повышение информативности за счет совместной обработки сигналов при обеспечении синхронизации по времени и фазе несущего колебания. В настоящее время в литературе не уделяется должноe внимание требованиям к точности синхронизации разнесенных систем различного назначения, а также простым и доступным способам их синхронизации.

Цель работы. Поиск технических решений для тактовой и фазовой синхронизации без использования атомных стандартов частоты и внешних источников координатно-временно́й информации.

Методы и материалы. В работе рассмотрена разнесенная радиотехническая система с нежесткой структурой. Каждый элемент системы тактируется собственным кварцевым генератором. Генераторы не синхронизированы между собой. Фазы их колебаний периодически сличаются методом двусторонней передачи синхронизирующих сигналов (от одного элемента к другому и обратно). Методика синхронизации (программно-алгоритмический подход) сводится к коррекции совместно обрабатываемых сигналов с учетом оценок ухода частоты (фазы). Отработка предложенных технических решений представлена на макете аппаратуры, состоящей из десяти приемо-передающих модулей.

Результаты. Экспериментально показано, что среднеквадратическое отклонение ошибки синхронизации не превышает 12º по фазе (на несущей частоте в метровом диапазоне) или 0.2 нс по времени. Указанные результаты получены при пространственном разносе до нескольких сотен метров, на скоростях взаимного перемещения модулей до нескольких метров в секунду и могут быть распространены на более высокочастотные диапазоны (в частности, на дециметровый).

Заключение. В работе предложен метод многостороннего распространения для синхронизации разнесенных радиотехнических систем. Данный метод совместно с использованием программно-алгоритмического подхода позволяет получать в реальном масштабе времени точность синхронизации, достаточную для когерентного разнесенного приема.

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НА ОСНОВЕ АКУСТИЧЕСКИХ, ОПТИЧЕСКИХ И РАДИОВОЛН

53-61 95
Аннотация

Введение. Среди акустооптических спектроанализаторов с пространственным интегрированием схемы на основе оптических интерферометров обеспечивают наибольший динамический диапазон. При этом амплитудный спектр сигнала формируется на некоторой пространственной несущей, для устранения которой необходимо сформировать квадратурные компоненты. Двумерность преобразований, выполняемых в оптических процессорах, позволяет сделать это за счет считывания заряда дополнительных строк матричного фотоприемника. Известен метод, в котором данный подход реализован с использованием четырех строк, что в свою очередь определяет время получения оценки спектра сигнала.

Цель работы. Исследование возможности уменьшения времени получения оценки спектра.

Материалы и методы. Представлено описание двух методов формирования необходимых компонент. Первый метод задействует 3 строки фотоприемника, распределение заряда в которых имеет сдвиг по фазе пространственной несущей на 90° от строки к строке. Второй метод основан на формировании необходимых распределений последовательно в трех циклах накопления за счет варьирования начальной фазы опорного сигнала. Математически показано, что трех распределений с относительным фазовым сдвигом на 90° достаточно для устранения пространственной несущей.

Результаты. Уменьшение времени анализа в первом методе несущественно, но параллельное формирование распределений позволяет не предъявлять дополнительных требований к спектру сигнала. Второй метод за счет возможности использования для оценки любых трех последовательно формируемых распределений потенциально в 3 раза быстрее первого метода, но требует, чтобы спектр сигнала был стационарен в пределах трех циклов накопления. Он также может быть реализован с использованием линейного фотоприемника или фотоприемника с временной задержкой и накоплением и менее требователен к набору параметров оптической схемы.

Заключение. Предлагаемые методы формирования квадратурных компонент позволяют сократить время получения оценки спектра в интерференционных акустооптических спектроанализаторах, а также при необходимости упростить их реализацию.



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


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