Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск
Том 24, № 2 (2021)
Скачать выпуск PDF

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПЕРЕДАЧИ, ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ 

6-17 114
Аннотация

Введение.  Системы передачи информации в рентгеновском диапазоне частот электромагнитного излучения – рентгеновские системы связи (РСС)  обладают рядом преимуществ по сравнению с радио- и оптическими системами связи. Наиболее существенными из них с точки зрения практического использования являются: более высокая скрытность и устойчивость к внешним помехам, а также к перехвату и дешифровке. Актуальна разработка методики расчета основных параметров системы рентгеновской связи  дальности и скорости передачи информации, а также описание конструкции и результатов экспериментальных исследований действующего макета системы рентгеновской связи.

Цель работы. Разработка физико-технических основ систем передачи информации в рентгеновском диапазоне частот электромагнитного излучения.

Материалы и методы.  Использована оригинальная методика расчета спектров рентгеновского излучения с учетом коэффициента ослабления в среде распространения.

Результаты.  Предложена технология передачи информации в рентгеновском диапазоне частот электромагнитного излучения, включая методику расчета основных параметров: дальности  и скорости передачи, а также  конструкцию действующего макета системы рентгеновской связи. Показана зависимость между этими параметрами и режимами работы рентгеновской трубки. Расчетные и экспериментальные данные совпадают с удовлетворительной для практического использования точностью. На их основании можно ожидать, что при напряжении на рентгеновской трубке 200 кВ и токе трубки 1 А в импульсе длительностью 1 мкс дальность передачи информации на воздухе составит около 250 м. Максимально возможная скорость  передачи  информации  при  использовании  разработанной  рентгеновской  трубки  составит 5 Мбит/с.

Заключение. Результаты аналитической оценки и экспериментальных исследований показали, что дальность и скорость передачи информации РСС определяются исключительно энергетическими возможностями передатчика: напряжением и средним током рентгеновской трубки во время генерирования пакета (серии) импульсов рентгеновского излучения, а также длительностью отдельного импульса рентгеновского излучения. Сделан вывод о том, что дальнейшее развитие РСС обусловлено, в первую очередь, разработкой специализированных источников рентгеновского излучения, генерирующих серии импульсов с минимально возможной длительностью каждого импульса в серии. С учетом специфических особенностей РСС могут составить реальную конкуренцию традиционным радио-  и оптическим системам связи для связи и навигации.

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА, МИКРОВОЛНОВАЯ ТЕХНИКА, АНТЕННЫ 

18-26 109
Аннотация

Введение. В больших фазированных антенных решетках (ФАР) широко используются оптические схемы возбуждения, основными элементами которых  являются облучатель и отражательная апертура, состоящая из нескольких десятков тысяч излучателей и фазовращателей.  В отражательных ФАР основные искажения диаграммы направленности происходят за счет фазовых ошибок, приводящих к снижению усиления и росту боковых лепестков. В миллиметровом диапазоне длин волн ферритовые фазовращатели могут иметь начальную фазу от 0 до 360°, поэтому после сборки в решетку необходимо проводить их фазовые измерения.

Цель исследования. Создание способа оценки погрешности измерений параметров фазовращателей в составе антенной решетки на основе  сопоставления теоретических положений с экспериментальными данными.

Материалы и методы. Удобным способом определения параметров фазовращателей является использование метода летающего пробника (flying probe), при котором подвижный пробник последовательно соединяется с каждым элементом решетки. Если элемент ФАР представляет собой единую конструкцию из ферритового отрезка и диэлектрического излучателя, то измерения проводят с помощью отрезка круглого волновода, надвигающегося на излучатель. Для проверки погрешности этой схемы измерений используется ме-ханически управляемый фазовращатель.

Результаты. Рассчитаны погрешности измерений конструкции с подвижным пробником, исходя из предположения о фазовой ошибке, возникающей из-за векторного сложения управляемого и неуправляемого отраженных сигналов на входе элемента ФАР. Измерены S-параметры стыковочной секции. По экстремумам функции ошибки определены максимальные погрешности измерения фазы и амплитуды.

Заключение. Проведенный анализ показал правомерность выбранного метода оценки погрешности измерений параметров фазовращателей в составе решетки, что определяет перспективы его дальнейшего использования. Погрешность измерений элементов ФАР по предложенной схеме составила около 3°, что соизмеримо с погрешностью регистрирующего прибора.

РАДИОЛОКАЦИЯ И РАДИОНАВИГАЦИЯ 

27-37 104
Аннотация

Введение. Миграции светящихся точек по дальности являются источником расфокусировки радиолокационных изображений в радиолокаторах с синтезированной апертурой (РСА). Существует две группы алгоритмов обработки сигналов для компенсации миграций. Первая группа включает алгоритмы, в которых на основании методов функциональной интерполяции осуществляется пересчет принятых сигналов из системы координат "продольная дальность – наклонная дальность"  в систему "продольная дальность – поперечная дальность". Недостатком алгоритмов данной группы является их высокая вычислительная сложность. Алгоритмы второй группы не используют интерполяционные методы и являются поэтому более привлекательными для практического использования.

Цель.  Синтезировать простой алгоритм компенсации миграций без применения функциональной интерполяции.

Материалы и методы. Синтез алгоритма осуществлен на основании упрощенной версии алгоритма ЛЧМ-фильтрации (Chirp Scaling Algorithm).

Результаты. Синтезирован простой алгоритм, являющийся модификацией алгоритма "замкового камня".

Алгоритм основан на использовании быстрых преобразований Фурье и поэлементных матричных умножений. В алгоритме не применяются методы интерполяции.

Заключение. Проверка качества алгоритма на основе математического моделирования подтвердила его высокую эффективность. Использование алгоритма позволяет уменьшить количество вычислительных операций.

Финальное радиолокационное изображение, получаемое с помощью алгоритма, строится в  истинной декартовой системе координат. Алгоритм может быть применен для построения РСА изображений движущихся целей. Данный в статье анализ показал, что алгоритм позволяет построить хорошо сфокусированное изображение движущейся цели, когда интервал синтезирования достаточно велик. Изображение движущейся цели выстраивается вдоль отрезка прямой, угол наклона которой пропорционален проекции относительной скорости цели на линию визирования. Оценка параметров изображения позволяет определить параметры движения цели.

28-53 88
Аннотация

Введение.  В настоящее время часто наблюдаются случаи постановки  помех пользователям спутниковых систем связи, использующих, в частности, космические аппараты-ретрансляторы, расположенные на геостационарной орбите, а также нелегального использования ресурса таких космических аппаратов. Подобные действия могут быть как непреднамеренными, так и  целенаправленными, и, в частности, приводят к несоблюдению  норм электромагнитной совместимости  с  другими пользователями спутниковой системы связи. Для оперативного и качественного реагирования служб радиоконтроля и операторов космических аппаратов на нелегальные действия актуальна  разработка  методов, позволяющих с  необходимой  точностью определять местоположение источника помехового радиоизлучения.

Цель  работы.  Разработка  метода  повышения  точности  определения  координат  наземных  источников радиоизлучения,  работающих  через  геостационарные  спутники-ретрансляторы,  за  счет  совместного использования станции активного подсвета и опорных источников сигналов.

Материалы и методы.  Используются статистическая теория радиотехнических систем, теория  цифровой обработки сигналов и метод имитационного моделирования.

Результаты.  Разработан метод повышения точности местоопределения наземных источников радиоизлучения, работающих через геостационарные ретрансляторы, за счет совместного использования станции  активного подсвета и опорных источников сигналов. Описан метод разрешения неоднозначности относительно истинного корреляционного пика опорного источника сигнала с помощью сигнала станции активного подсвета. Получено выражение для вероятности правильного решения при разрешении неоднозначности. В результате имитационного моделирования получена оценка точности геолокации при  использовании  разработанного  метода  в  сравнении  с  известным  методом,  предполагающим  использование трех реперных станций.

Заключение.  Метод,  описываемый в данной статье, позволяет достичь относительно высокой точности определения местоположения наземных источников радиоизлучения в интересующих регионах Земли, не требуя организационных и финансовых затрат по установке большого количества реперных станций.

54-67 104
Аннотация

Введение.  С  каждым  годом  становится  сложнее  совершенствовать  процесс  обработки  информации  о траекториях движения объектов, получаемой  из сенсорной сети. Этот процесс имеет особое значение для  центров обработки информации и данных (ЦОИД), в которых осуществляется контроль и управление, так как возникает вопрос сопоставления информации и формирования истинных траекторий объектов в области пересечения зон обнаружения сети. При использовании традиционных подходов  к  решению  данной  проблемы  возникают  вопросы,  связанные  с  обеспечением  эффективного  предоставления  пользователем  выходной  достоверной  траекторной  информации  в  реальном  времени.  В  данной статье предложен новый подход к решению этого вопроса на основе теории интеллектуального анализа данных (data mining) с помощью методов кластеризации данных.

Цель работы. Разработка обобщенной схемы траекторной обработки (ТО) в ЦОИД и синтез алгоритма ТО с использованием методов кластеризации данных.

Материалы и методы.  Теория кластеризации данных, теория системотехники,  теория обработки радиолокационной  информации  (РЛИ), методы математического моделирования и практического исследования.

Результаты.  На основе анализа сущности процесса обработки  РЛИ  в ЦОИД и его сходства с процессом кластеризации  данных  синтезирован  алгоритм  траекторной  обработки  объектов,  проверенный  моделированием  и  экспериментально.  Помимо  алгоритма  синтезирована  структурная  схема  ТО  для  ЦОИД, полученной из сенсорной сети.

Заключение.  Предложены обобщенная  структурная  схема  и  алгоритм  ТО  для  ЦОИД.  Они  могут  эффективно применяться для различных системных моделей ТО, таких, как  централизованная, иерархическая и децентрализованная.  Синтезированный  алгоритм  может  обеспечивать  предоставление  выходных данных об  истинных отождествленных траекториях по многим показателям системы обработки информации (СОИ).

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

68-77 65
Аннотация

Введение.  Наиболее распространенным методом диагностики сердечно- сосудистых заболеваний является длительное  мониторирование  электрокардиосигнала  (ЭКС) .  Для  облегчения  анализа  полученных  мониторограмм врачам- кардиологам необходимы специальные алгоритмы и программные средства автоматизированной обработки  ЭКС. Одним из  таких средств  является алгоритм автоматизированной обработки  ЭКС, выполня ющий  кластеризацию кардиокомплексов  (КК) , разделяя  ЭКС  на группы максимально близких по форме  КК. Дальнейшему анализу подвергаются только эталонные КК, полученные статистическим  усреднением  КК  в каждой группе.

Цель  работы.  Разработка  алгоритма  автоматизированной  кластеризации  КК  ЭКС,  разделяющего  электрокардиосигнал на группы максимально близких по форме КК.

Материалы и методы.  Экспериментальная апробация  алгоритма и  программного  модуля  проводилась на  базе обезличенных суточных записей ЭКС пациентов Первого Санкт- Петербургского государственного медицинского университета им.   акад.   И. П. Павлова Минздрава России.  Программный модуль был реализован в среде MatLab.

Результаты.  Разработан  алгоритм  сортировки  КК  с  посткоррекцией  для  длительного  мониторирования  ЭКС; представлен программный модуль, реализованный на базе  разработанного алгоритма. Рассмотрено  влияние ошибок синхронизации  КК  при их накоплении  на форму усредняемого КК. Классическое решение задачи деконволюции приводит к значительным ошибкам при нахождении оценки "истинной" формы КК. На основании аналитических расчетов получены выражения для коррекции накапливаемого КК.  Показано, что в результате коррекции можно  нивелировать ошибки накопления, связанные с рассинхронизацией.

Заключение.  Наличие  небольшого  количества  эталонных  КК,  полученных  в  результате  обработки  ЭКС с помощью  предложенного  алгоритма,  позволяет  врачу-исследователю  значительно  сократить  время, затрачиваемое  на  анализ  ЭКС,  и  является  основой  исследования  динамических  изменений  формы  и иных параметров КК  как для конкретного пациента, так и для их группы. Полученные результаты  позволяют создать основу для решения задач, направленных на исследование "тонкой" структуры ЭКС.

78-86 83
Аннотация

Введение.  В системе здравоохранения одной из важных задач является создание аппаратно- программного комплекса в области дистанционного мониторинга основных физиологических показателей сердечно-сосудистой системы (ССС) человека для беспроводной диагностики функционального состояния больного и обеспечения своевременного выявления и лечения заболеваний. В связи с этим актуальной  становится задача совершенство-вания метода, свойств и характеристик построения аппаратно- программного медицинского комплекса для дистанционного мониторинга состояний биообъектов на примере заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Цель работы.  Разработка аппаратно-программного медицинского комплекса для дистанционного мониторинга  показателей  сердечно-сосудистой  системы,  расширение  области применения  приборов  медицинской телеметрии, повышение качества оказываемых медицинских услуг.

Материалы и методы.  Произведен анализ существующих положений организации медицинского аппаратно-программного комплекса для дистанционного мониторинга состояний биологических  объектов на примере сердечных заболеваний с учетом кардиомониторирования электрокардиограммы, который является наиболее часто используемым и широко распространенным методом исследования в клиниках для диагностики и лечения заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Результаты. Предложен способ создания аппаратно-программного комплекса в области дистанционного мониторинга основных физиологических показателей ССС человека для беспроводной диагностики функционального  состояния  больного  и  обеспечения  своевременного  выявления  и  лечения  заболеваний. Разработана общая структура аппаратно-программного комплекса с учетом его возможностей и преимуществ.  Использование предложенной технологии дистанционного длительного мониторинга состояния здоровья  пациента  позволяет  повысить  эффективность  выявления  опасных  нарушений  сердечного ритма до 30 %.

Заключение.  Комплекс решает  задачу  регистрации биологических параметров без значительного вмешательства в деятельность пациента, что позволяет фиксировать его типичные состояния. Дистанционный сбор данных также облегчает работу медицинского персонала, снижение количества контактов с пациентами улучшает психологическое состояние последних.



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


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