Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск
Том 23, № 3 (2020)
Скачать выпуск PDF

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ, ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

6-24 107
Аннотация

Introduction. In practical signal processing and its many applications, researchers and engineers try to find a number of harmonics and their frequencies in a time signal contaminated by noise. In this manuscript we propose a new approach to this problem.
Aim. The main goal of this work is to embed the original time series into a set of multi-dimensional information vectors and then use shift-invariance properties of the exponentials. The information vectors are cast into a new basis where the exponentials could be separated from each other.
Materials and methods. We derive a stable technique based on the singular value decomposition (SVD) of lagcovariance and cross-covariance matrices consisting of covariance coefficients computed for index translated copies of an original time series. For these matrices a generalized eigenvalue problem is solved.
Results. The original time series is mapped into the basis of the generalized eigenvectors and then separated into components. The phase portrait of each component is analyzed by a pattern recognition technique to distinguish between the phase portraits related to exponentials constituting the signal and the noise. A component related to the exponential has a regular structure, its phase portrait resembles a unitary circle/arc. Any commonly used method could be then used to evaluate the frequency associated with the exponential.
Conclusion. Efficiency of the proposed and existing methods is compared on the set of examples, including the white Gaussian and auto-regressive model noise. One of the significant benefits of the proposed approach is a way to distinguish false and true frequency estimates by the pattern recognition. Some automatization of the pattern recognition is completed by discarding noise-related components, associated with the eigenvectors that have a modulus less than a certain threshold.

25-31 81
Аннотация

Введение. Рассмотрена работа адаптивной системы селекции движущихся целей, представленной однократным череспериодным вычитающим устройством. Система селекции движущихся целей выполнена в виде двух квадратурных каналов, в которых высокочастотные входные радиосигналы преобразуются на видеочастоту.
Цель работы. Исследование работы системы селекции движущихся целей в условиях амплитудных и фазовых рассогласований квадратурных каналов.
Материалы и методы. Использован метод комплексной переменной, при котором входной и выходной сигналы адаптивной системы селекции движущихся целей представляются в виде пары комплексносопряженных составляющих.
Результаты. Получено выражение для частотной передаточной функции адаптивной системы подавлениях пассивных помех с перестраиваемой зоной режекции относительно средней частоты спектра помеховых сигналов. Исследовано влияние практически неизбежных амплитудных и фазовых рассогласований характеристик квадратурных каналов. Получены выражения для дисперсии выходных помеховых сигналов рассмотренной системы селекции движущихся целей при амплитудном и фазовом рассогласованиях квадратурных каналов. Представлены аналитические соотношения для коэффициентов подавления пассивных помех. Рассчитаны и построены зависимости коэффициентов подавления помеховых сигналов в зависимости от величины отклонения коэффициентов передачи квадратурных каналов и фазового рассогласования опорных напряжений для различных значений средней частоты спектра пассивных помех.
Заключение. Показана существенная зависимость коэффициента подавления помеховых сигналов от их средней частоты, а также амплитудных и фазовых рассогласований квадратурных каналов. Предложенная методика исследований позволяет оценить влияние рассогласования квадратурных каналов на работу системы селекции движущихся целей, использующей режекторные фильтры высоких порядков.

32-40 117
Аннотация

Введение. В настоящее время системы фазовой синхронизации (СФС) находят широкое применение: от оптимального приема сигналов и синтеза частот до автоматического управления распределением фаз в фазированных антенных решетках. Одной из простейших структур является многокаскадная (цепочечная) СФС, которая может содержать специально подобранную многосвязную цепь управления. Такие каскадные СФС нашли широкое применение в ряде задач теории оптимальных оценок, многопозиционной фазовой телеграфии, при синхронизации многих подстраиваемых генераторов с сохранением заданных фазовых соотношений между их колебаниями и др. Активно СФС применяются в радиофизике как в аналоговом, так и в цифровом исполнении. Одним из перспективных направлений развития коллективных СФС является исследование ансамблей нейроморфных сетей, построенных на основе СФС.
Цель работы. Получение волновых аналогов, характеризующих коллективную СФС не как дискретный ансамбль, а как сплошную (распределенную) среду.
Материалы и методы. Представлена модель однонаправленной (без цепей взаимного управления) каскадной структуры СФС.
Результаты. Найдены волновые аналоги каскадно-связанных систем фазовой синхронизации, не содержащих цепей взаимного управления. Получено решение уравнений волновых аналогов, а также представлено доказательство справедливости полученного приближенного решения в сравнении с точным.
Заключение. Показано, что выбором фильтра в цепи управления каждой одноконтурной схемы с различными коэффициентами передачи можно получать разнообразные типы сплошных сред или волновых аналогов цепочечных структур на основе СФС.

РАДИОЛОКАЦИЯ И РАДИОНАВИГАЦИЯ

41-52 139
Аннотация

Введение. Возрастающие требования к совершенствованию информационных систем обеспечения безопасности судовождения в прибрежных районах морских акваторий обуславливают поиск новых инженерных и научно-технических решений. Особый интерес представляет создание систем пассивной когерентной локации (ПКЛ), основанных на использовании в качестве радиолокационного подсвета контролируемого пространства существующих источников электромагнитного излучения, в частности сигналов глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС). При разработке и реализации таких систем существует ряд нерешенных задач, связанных с поиском высокоэффективных алгоритмов обработки, с оптимизацией их структуры и режимов функционирования в составе комплексной многопозиционной системы мониторинга морских акваторий в прибрежных районах.
Цель работы. Обоснование структуры построения системы бистатической ПКЛ с сигналом подсвета ГНСС, анализ методов повышения уровня отраженных от целей сигналов, разработка общего алгоритма обработки сигналов в приемном устройстве данной системы, формирование предложений по созданию многопозиционной радиолокационной системы (МП РЛС) для мониторинга судоходства в прибрежных районах акваторий.
Материалы и методы. Используются методы математического моделирования, теория сигналов, цифровой обработки сигналов.
Результаты. Разработана структура бистатической ПКЛ с сигналом подсвета ГНСС для мониторинга акваторий в прибрежных районах в целях обеспечения безопасности плавания судов. Предложены методы повышения уровня мощности спутниковых сигналов на входе приемного устройства и разработан общий алгоритм обработки сигналов, процесс реализации вычисления взаимной функции неопределенности (ВФН) в системе бистатической ПКЛ с использованием спутникового сигнала GPS C/A-кода для задач мониторинга акваторий в прибрежной зоне.
Заключение. Рассмотренная система бистатической ПКЛ с использованием в качестве подсвета сигналов ГНСС может быть задействована в составе МП РЛС мониторинга морских акваторий в районах интенсивного судоходства для обеспечения безопасности движения судов, оперативного контроля морских работ в открытом море, быстрого анализа обстановки на море при аварийной ситуации.

КВАНТОВАЯ, ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ, ПЛАЗМЕННАЯ И ВАКУУМНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

53-61 86
Аннотация

Введение. Для контролируемого управления тепловыми процессами устройств силовой электроники важной задачей является повышение эффективности отвода тепла от активных компонентов.
Цель работы. Представление нового подхода к размещению линейного источника тепла контактного типа на поверхности тонких образцов с целью исследования особенностей распространения тепловых потоков в оксидных подложках из материалов с различной теплопроводностью.
Методы. Представлены результаты исследований особенностей распространения тепловых потоков в оксидных подложках с различной теплопроводностью (ситалл и поликор). Для генерации теплового потока использовался линейный источник тепла, в качестве которого применялась электропроводящая углеродная нить.
Результаты. Получены термограммы и профили распределения температуры в различные промежутки времени нагрева на поверхности подложки с элементом нагрева и на ее обратной стороне. Показано, что размещение линейного источника тепла на основе электропроводящей углеродной нити на поверхности исследуемых образцов и мониторинг во времени термограмм с двух противоположных поверхностей позволяют получить данные для оценки эффективности тепловых свойств оксидных подложек. Распространение теплового потока в однородном материале вблизи места генерации имеет вид конуса тепловой трубы с основанием на поверхности с источником тепла. Тепловой конус для керамики имеет больший угол наклона, чем в случае ситалла.
Заключение. Полученные результаты позволили предложить способ снижения теплового сопротивления теплопроводящей подложки за счет создания условий для увеличения площади теплопроводящего сечения.

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ НА ОСНОВЕ АКУСТИЧЕСКИХ, ОПТИЧЕСКИХ И РАДИОВОЛН

62-79 128
Аннотация

Введение. Определение местоположения объектов в закрытом помещении играет большую роль во многих сферах деятельности человека, в том числе и в медицине. Использование технологий локального позиционирования в составе телемедицинских систем позволяет повысить качество оказания медицинской помощи и снизить смертность пациентов, что способствует достижению целей, обозначенных в государственной программе Российской Федерации "Развитие здравоохранения".
Цель работы. Анализ применимости современных радиочастотных технологий для определения местоположения пациента в здании стационара.
Материалы и методы. В ходе выполнения данной работы анализируются научные источники, посвященные локальному позиционированию на базе радиочастотных технологий. Используемые методы включают в себя:
– библиографический поиск;
– отбор и проверку источников с учетом их актуальности, соответствия тематике и авторитетности;
– анализ источников с использованием методов деконструкции и сравнительного анализа.
Результаты. Результат анализа показывает, что радиочастотные технологии позиционирования позволяют определять местоположение объектов, используя свойства радиоволн. Основной недостаток данной технологии заключается в том, что из-за проникновения радиосигналов сквозь стены и перекрытия приходится использовать сложные вычислительные алгоритмы для обнаружения объекта с точностью до конкретного помещения. Несмотря на данный недостаток, радиочастотные технологии могут применяться для позиционирования в медицинских учреждениях, так как они просты в развертывании и обслуживании и используются в готовых коммерческих решениях. Исключением является технология ZigBee, так как она не позволяет отслеживать подвижные объекты в режиме реального времени.
Заключение. На основе проведенного исследования сделан вывод о том, что технология BLE является наиболее подходящей для позиционирования в медицинских учреждениях, так как она обладает низким энергопотреблением, достаточно высокой скоростью передачи данных, хорошим радиусом связи и большим выбором готового коммуникационного оборудования. Также стоит отметить, что большинство беспроводных медицинских датчиков осуществляют обмен данными через интерфейс BLE.

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

80-92 88
Аннотация

Введение. Эффективность диагностики злокачественных новообразований кожи остается неудовлетворительной ввиду сложного процесса интерпретации клинических признаков. С другой стороны, в последние два десятилетия активно развиваются неинвазивные оптические методы диагностики, например цифровая дерматоскопия для визуализации поверхностных новообразований и оптическая когерентная томография (ОКТ) для получения пространственных срезов. Последние успехи в области исследований неинвазивных средств диагностики делают данную область весьма перспективной для исследований в клинических условиях.
Цель работы. Создание программных модулей на основе математического аппарата текстурного анализа для биомедицинских систем, предназначенных для диагностики злокачественных новообразований кожи.
Материалы и методы. Представлены алгоритмы программных модулей, созданных для оптических установок собственной разработки. Программные модули для дерматоскопического модуля выполнены на основе преобразования Хаара, локальных бинарных шаблонов и цветовых признаков, а для ОКТ - на базе признаков Харалика, Тамура, фрактальной размерности, комплексного поля направлений и марковских случайных полей. Проведены исследования на наборах из 106 дерматоскопических и 1008 ОКТ-изображений, содержащих различные классы патологий, включая меланому и базально-клеточную карциному (БКК).
Результаты. Экспериментально получены значения чувствительности и специфичности для дерматоскопической системы и ОКТ.
Заключение. Чувствительность дерматоскопической системы с разработанными алгоритмами составила 90 против 93 % по известным источникам, специфичность - 86 против 80 %. Одним из факторов увеличения можно считать введение персонифицированного режима – добавление сравнительных признаков, оценивающих различия между опухолью и нормальной тканью, в программный модуль анализа. При диагностике меланомы точность ОКТ повышена до 97 %, а при диагностике БКК – до 96 %.

93-99 64
Аннотация

Введение. Показана существующая научно-техническая проблема, заключающаяся в том, что, с одной стороны, в соответствии с законодательством и международными обязательствами (например, а рамках Орхусской конвенции) население может запрашивать данные об актуальном состоянии окружающей среды, а с другой – существующие на сегодняшний день системы мониторинга не в состоянии своевременно обеспечить их предоставление. Приведены результаты исследований по выбору и обоснованию датчиков загрязненности атмосферного воздуха, давления, температуры и влажности.
Цель работы. Главная цель проведения описанных исследований – разработка аппаратного обеспечения экологического мониторинга загрязненности атмосферного воздуха и его апробация при выборе оптимального безопасного маршрута движения людей.
Материалы и методы. Для передачи данных выбран модуль беспроводной связи GSM; для определения местоположения – GPRS. Аппаратное обеспечение системы строится на базе микрокомпьютера Arduino Nano, к которому подключаются указанные датчики. Исследования проведены в г. Минске (Республика Беларусь).
Результаты. Разработанное аппаратное обеспечение объединило датчики загрязнения воздуха, влажности, температуры с модулями GSM и GPRS на базе микрокомпьютера, что позволило использовать его как стационарно, так и с беспилотным летательным аппаратом (дроном) и осуществлять мобильный мониторинг. Передаваемые прибором данные обрабатываются с целью построения карт загрязненности атмосферного воздуха. Для этого на карту наносятся наборы точек, полученные интерполяцией по методу линейных усреднений соседних значений. Значения загрязнения отображаются на карте цветовым кодированием.
Заключение. Получаемые таким образом карты могут использоваться, например, для выбора оптимального маршрута движения людей в городе с точки зрения минимизации неблагоприятного воздействия загрязнения на здоровье населения и в чрезвычайных ситуациях техногенных аварий. На момент создания предложенное решение не имеет аналогов.



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


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