Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск
Том 25, № 1 (2022)
Скачать выпуск PDF

РАДИОЛОКАЦИЯ И РАДИОНАВИГАЦИЯ 

6-16 506
Аннотация

Введение. С развитием технологии и науки система полуактивной радиолокации, работающая на основе сторонних передатчиков источников сигналов подсвета, стала более интересной для радиолокационного сообщества. Использование спутниковых систем в качестве источников подсвета полуактивной радиолокационной станции дает возможность мониторинга прибрежных морских районов, где отсутствуют наземные источники сигналов подсвета. Сигналы спутниковых систем охватывают любую точку земной поверхности. Данная радиолокационная система дает возможность определения местонахождения судов и также контроля судоходства и в дальнейшем развитии может дополнить систему управления движением судов.
Цель работы. Создание макета полуактивной радиолокационной системы с использованием спутниковых систем в качестве сторонних источников сигнала подсвета и проведение экспериментального исследования системы мониторинга судов в прибрежных акваториях.
Материалы и методы. Используются антенны спутниковых сигналов АА2ККС и инструменты записи радиосигналов на основе универсальной платы USRP B210, разработанная программа в прикладной среде MATLAB для обработки сигналов.
Результаты. Предложен алгоритм обработки спутникового сигнала глобальной навигационной системы GPS в полуактивной радиолокационной системе. Создан экспериментальный макет приемной станции полуактивной радиолокационной системы мониторинга судоходства в прибрежных морских акваториях на основе устройства ввода данных универсальной платы USRP серии B210. Получены результаты экспериментальных исследований макета приемной станции полуактивной радиолокации при использовании спутникового сигнала GPS L1 С/А-кода мониторинга судов в прибрежных акваториях.
Заключение. Результаты экспериментальных исследований на созданном макете полуактивной радиолокационной системы с использованием сторонних передатчиков сигналов подсвета спутникового базирования GPS показали возможность ее использования для мониторинга судоходства в речных и прибрежных морских акваториях. В дальнейшем предполагается многопозиционная модификация такой системы мониторинга, которая позволит обеспечить лучшее качество обнаружения и повышенную точность определения местоположения цели.

17-27 295
Аннотация

Введение. В статье решается актуальная задача разработки методов оптимизации амплитудно-фазового распределения в передающей антенной решетке в системе, в которой используется общий сигнал для многоадресной передачи данных и радиолокационного зондирования в заданном секторе пространства. Выбор целевой функции для оптимизационной задачи основывается на двух подходах. Первый подход заключается в минимизации излучаемой мощности при заданном качестве обслуживания пользователей и радиолокационного наблюдения. Второй подход основан на оптимизации качества обслуживания в наихудшем канале передачи данных и радиолокационного наблюдения при заданном бюджете мощности. Величиной, определяющей качество обслуживания, является отношение сигнал/шум как для передачи данных, так и для радиолокации.
Цель работы. Решение задачи оптимизации пространственного линейного кодирования сигналов в совместной системе многоадресной радиосвязи и радиолокации, в которой используется общий временной сигнал.
Материалы и методы. Оптимизация пространственного линейного кодирования в совместной системе радиосвязи и радиолокации основывается на методах статистической теории и методах теории оптимизации с использованием численного решения оптимизационных задач. Характеристики системы анализируются с помощью математического моделирования на основе метода Монте-Карло. Статистическое моделирование выполняется в среде MATLAB с использованием стандартных средств, а также пакета CVX для численного решения выпуклых оптимизационных задач.
Результаты. Сформулированы оптимизационные задачи на основе критериев минимума излучаемой мощности и максимума отношения сигнал/шум в наихудшем канале. В обоих случаях используется ограничение на излучаемую мощность отдельными антенными каналами. Оптимизационные задачи приближенно сводятся к выпуклым задачам с полуопределенными условиями, которые решаются с помощью хорошо известного алгоритма внутренней точки, имеющего полиномиальную сложность. Проведено статистическое моделирование, в результате которого получены оптимальные характеристики совместной системы, а именно зависимости излучаемой мощности от порогового отношения сигнал/шум и зависимости отношения сигнал/шум в наихудшем канале от бюджета мощности.
Заключение. Предложены методы оптимального линейного кодирования в антенной решетке, основанные на численном решении оптимизационных задач, которые рекомендуется использовать при разработке совместной системы многоадресной радиосвязи и радиолокации.

28-35 249
Аннотация

Введение. Коротковолновые станции обнаружения воздушных объектов ионосферного типа имеют ряд ограниченных технических характеристик, одной из которых является низкая разрешающая способность по азимуту. Она выражается в отсутствии возможности раздельного наблюдения воздушных объектов в группе, расстояние между которыми менее 30 км (на дальности наблюдения 2000 км). Повысить рассматриваемую техническую характеристику возможно внесением изменений в размеры приемной антенной решетки (АР), но такие изменения приводят, как правило, к неоправданным инженерным и финансовым затратам. На практике при пространственно-временной обработке сигнала применяются известные методы сверхразрешения, использование которых, увеличивая разрешающую способность станции, приводит к снижению темпа выдачи результатов наблюдения оператору из-за возникшей вычислительной нагрузки. Необходим поиск компромисса между максимальным достижением показателя разрешающей способности и приемлемой нагрузкой на систему при обработке сигнала.
Цель работы. Анализ фазового распределения на раскрыве АР падающей волны, рассеянной объектами, а также азимутальных портретов этих объектов при выполнении пространственно-временной обработки сигналов после увеличения количества отсчетов комплексной апертурной характеристики функции раскрыва АР.
Материалы и методы. При построении фазовых распределений на раскрыве АР и азимутальных портретов наблюдаемых объектов использовалось компьютерное моделирование в среде MATLAB, которую применяют для широкого спектра инженерных и научных задач разной сложности.
Результаты. Показана возможность использования линейного предсказания для экстраполяции функции раскрыва АР в задаче увеличения разрешающей способности по азимуту коротковолновой станции обнаружения воздушных объектов. Выполнено моделирование. Проведен анализ полученных результатов на примере группового наблюдения воздушных объектов.
Заключение. Полученные результаты доказали актуальность применения предложенной пространственно-временной обработки для коротковолновых станций, имеющих приемные АР больших размеров. Предложенный метод увеличения разрешающей способность имеет меньшую вычислительную нагрузку, что также является большим преимуществом.

36-46 311
Аннотация

Введение. Сегодня в качестве одного из наиболее перспективных инструментов для решения задачи классификации малоразмерных объектов на радиолокационных изображениях рассматриваются глубокие сверточные нейронные сети. Несмотря на это, в известных работах отсутствуют результаты системного исследования зависимости точности классификации, достигаемой сверточными нейросетями, от такой важной характеристики изображения, как его разрешающая способность.
Цель работы. Определение зависимости точности классификации объектов военной техники глубокой сверточной нейронной сетью от разрешающей способности их радиолокационных изображений.
Материалы и методы. Проектирование восьмислойной сверточной нейронной сети, ее обучение и тестирование осуществлено с использованием библиотеки глубокого обучения Keras и фреймворка Tensorflow 2.0. Для обучения и тестирования использована открытая часть стандартного набора радиолокационных изображений объектов военной техники десяти классов Moving and Stationary Target Acquisition and Recognition. Исходные значения весовых коэффициентов сетей MobileNetV1 и Xception, использованных для сравнительной оценки достигаемой точности классификации, получены по результатам обучения на наборе Imagenet.

Результаты. Точность классификации объектов военной техники быстро снижается с ухудшением разрешающей способности, и составляет 97.91, 90.22, 79.13, 52.2 и 23.68 % при разрешении 0.3, 0.6, 0.9, 1.5 и 3 м соответственно. Показано, что использование предобученных сетей с архитектурами MobileNetV1 и Xception не приводит к улучшению точности классификации по сравнению с простой сетью VGG-типа.
Заключение. Эффективное распознавание объектов военной техники при разрешении, хуже, чем 1 м, практически невозможно. Точность классификации, демонстрируемая глубокой нейронной сетью, существенно зависит от различия разрешающей способности изображений обучающего и тестового наборов. Значительному повышению устойчивости точности классификации к изменению разрешения способствует обучение на наборе изображений с различным разрешением.

МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКА 

47-53 292
Аннотация

Введение. В настоящее время сорбционные методы анализа, включая метод тепловой десорбции инертных газов, широко применяются для характеризации параметров пористой структуры наноматериалов широкого спектра функционального назначения. Тепловая десорбция азота относится к группе неразрушающих методик, обеспечивающих экспресс-анализ таких параметров наноматериалов, как удельная поверхность, средний размер частиц, распределение мезопор по размерам, наличие или отсутствие микропор в системе. В данной статье в качестве объектов исследования выбраны порошки мезопористого кремния и гидроксиапатита кальция. Наноструктуры на основе мезо- и нанопористого кремния представляют интерес при реализации фильтров для систем волоконнооптической связи, поскольку современные интерференционные оптические фильтры громоздки в использовании и дороги. Гидроксиапатит потенциально обеспечивает высокую коррозионную стойкость и не токсичен для окружающей среды. Антикоррозионные покрытия на его основе имеют решающее значение для практического применения магниевых сплавов, которые используются для уменьшения массы транспортных средств, самолетов, корпусов электроники.
Цель работы. Рассмотрение особенностей применения метода тепловой десорбции инертных газов, в частности азота, для исследования параметров пористой структуры наноматериалов различного состава на примере мезопористого кремния и гидроксиапатита.
Материалы и методы. Применение метода тепловой десорбции инертных газов и капиллярной конденсации для исследования параметров пористой структуры порошков гидроксиапатита и пористого кремния. Метод тепловой десорбции азота реализован с помощью прибора Сорби МС, оснащенного станцией пробоподготовки Сорби Преп.
Результаты. Предложены рекомендации по выбору массы материала-адсорбента, требуемой для исследования, выбору условий пробоподготовки и диапазона изменения относительного парциального давления газаадсорбата. Установлено, что выбранные типы образцов характеризуются отсутствием системы микропор в структуре. Проанализирована зависимость удельной поверхности порошков гидроксиапатита и параметров его мезопористой структуры от условий термообработки.
Заключение. Исследование процессов адсорбции и капиллярной конденсации азота позволяет воспроизводить параметры пористой структуры гидроксиапатита и пористого кремния, что является важным показателем для их применения в медицине и электронике в качестве антикоррозионных покрытий и для реализации оптических фильтров.

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

54-63 370
Аннотация

Введение. При синтезе протеза из промышленно выпускаемых узлов возникает проблема выбора из большой номенклатуры комплектующих, различающихся по своим свойствам и характеристикам. Решить проблему может создание информационно-измерительной системы для измерения и анализа биомедицинской информации о состоянии пациента и использование полученных результатов как критериев выбора моделей узлов протеза из глобальной базы данных. С этой целью в программное обеспечение системы должна быть заложена соответствующая база знаний.
Цель работы. Обоснование целесообразности представления базы знаний о требованиях к характеристикам узлов протеза нижней конечности в виде матричной модели для создания системы логических фильтров выбора моделей узлов из электронного каталога.
Материалы и методы. В качестве методов исследования применены: теоретический метод, включающий анализ, синтез и аналогию; экспертный опрос ведущих специалистов. Для унификации описания структурно-функционального состояния инвалида используется понятийный язык Международной классификации функционирования (МКФ), ограничения жизнедеятельности и здоровья.
Результаты. На основном этапе фильтрации протезных модулей требуется посредством специализированного программного обеспечения под запросы пользователя сформировать выборку моделей модулей, наиболее релевантных потребностям протезируемого пациента, которые определяются показателями состояния его здоровья, а также связанными со здоровьем факторами. Представлена форма модели базы знаний для отражения логики процедуры выбора протезных узлов и решения основной проблемы организации фильтрации этих объектов в электронном каталоге.
Заключение. Матричное представление базы знаний, отражающее правила выбора комплектующих протеза нижней конечности с учетом показателей состояния пациента, является базой для создания системы логических фильтров в электронном каталоге протезных модулей при персонифицированном синтезе протеза. Использование понятийного языка МКФ при описании факторов, влияющих на выбор протезных модулей, является шагом по пути формирования цифрового профиля протезируемого, что соответствует стратегии перехода на технологии цифровой медицины.

64-74 241
Аннотация

Введение. Для контроля положения конструкций и грунтового массива используют периодические геодезические наблюдения. Поскольку наиболее опасным видом деформации здания является крен, рассмотрены существующие методы его определения. На начальном этапе при обнаружении крена для своевременного принятия превентивных мер важна информация не столько о величине крена, сколько о его направлении. Поэтому задача определения направления отклонения от вертикали при малых углах отклонений является актуальной. Для повышения чувствительности рассматриваемого измерительного устройства предлагается использовать силовое действие электрического поля.
Цель работы. Расчет значений электрических напряжений, обеспечивающих надежную работу рассматриваемого устройства в зависимости от его геометрических размеров и характеристик применяемых материалов.
Материалы и методы. В устройстве используются проводящие, полупроводящие и диэлектрические материалы. Расчет основан на анализе сил, действующих на вертикально подвешенный груз в присутствии электрического поля. Рассматриваются условия равновесия и нестабильности положения груза, возникающего за счет сильной положительной обратной связи в электрическом поле.
Результаты. Выполнен расчет, позволяющий обеспечить обоснованный выбор геометрических и электрофизических характеристик разработанного устройства. Получена формула для значений используемых электрических напряжений, обеспечивающих его безотказную работу. Рассчитанные значения искомых напряжений оказались приемлемыми для практических применений. Предложены основные элементы конструкции устройства и один из возможных способов регистрации информационного сигнала.
Заключение. Разработанное устройство в условиях нестабильности положения груза в достаточно сильном электрическом поле отличается тем, что позволяет измерять направление отклонения даже при его значении, стремящемся к нулю. В то же время при таких малых отклонениях становятся существенными неточность изготовления устройства и влияние случайных факторов. В работе предложены способы решения этих проблем.

ОТ РЕДАКЦИИ 



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


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