Введение. Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) являются активно развивающейся сферой в последние годы. Во всех областях применения БПЛА особое значение уделяется точности позиционирования. Спутниковая система навигации (GPS) является оптимальным методом позиционирования для наружной среды, однако для внутренней среды ослабление сигнала GPS становится серьезным препятствием при определении местоположения БПЛА. Проведено множество исследований, посвященных разработке различных технологий позиционирования в помещении, отвечающих критериям компактности и малой массы, подходящих для малогабаритных летательных аппаратов, включая оптический поток, инерциальную навигационную систему, ультразвук и т. д. В настоящее время имеется немного обзоров технологий позиционирования в помещениях для автономных БПЛА, основанных на поиске информации по соответствующим статьям и на сравнении датчиков. Недостатками этих обзоров является неполнота оценки по основным критериям и неконкретность рассмотрения принципов их работы. С этой целью в данной статье представлен обзор современных технологий позиционирования в помещении, их принципов работы и оценка по разным критериям: точности, рабочему диапазону, стоимости. Дается оценка перспективной технологии на основе машинного зрения.

Цель работы. Классификация современных технологий навигации в помещении для БПЛА, а также оценка рассматриваемых технологии по разных критериям.

Материалы и методы. Классификация методов внутреннего позиционирования БПЛА по типу сигнала, используемого для подключения, и способности обработки информации без внешних сигналов. Оценка методов по критериям: точность, рабочий диапазон, стоимость, а также по их преимуществам и недостаткам. Результаты. Представлена таблица классификации и оценки технологий навигации БПЛА в помещении, проведено обзорное представление этой области.

Заключение. Проведен обзор систем навигации БПЛА во внутренней среде. Рассмотрена технология на основе машинного зрения как перспективная и многообещающая в данной области.

Введение. Электромагнитное экранирование применяют как дополнительное конструкторское средство обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств (РЭС). Материал экрана выбирают на основе его известных электрофизических параметров на стадии проектирования РЭС, учитывая электрические и эксплуатационные характеристики. Эффективность экранирования (ЭЭ) композитных, слоистых или тканных материалов с высокой электрической проводимостью и относительной магнитной проницаемостью в широком диапазоне частот (от 10 Гц до 10 ГГц) оценить сложно, а в некоторых случаях невозможно.

Между тем довольно мало исследований по этой теме проводится в настоящее время.

Цель работы. Систематизировать модели и методы вычисления и измерения вносимых потерь (ВП) и ЭЭ материалов с использованием сдвоенных и коаксиальных ТЕМ-камер в широком диапазоне частот.

Материалы и методы. Описана методика вычисления ВП для электрической (E-) и магнитной (H-) компонент поля на основе измеренных S-параметров в сдвоенной ТЕМ-камере. Предложены выражения для вычисления ненагруженной сдвоенной ТЕМ-камеры, отличающиеся учетом толщины материала и оснастки, предотвращающей провисание тонкого материала в ней, и позволяющие уменьшить разницу между измеренными и вычисленными значениями S-параметров до 3.2 дБ. Описаны методы измерения и вычисления ЭЭ композитных материалов, результаты которых сравнены с полученными стандартизированной методикой вычисления ЭЭ.

Результаты. Представлены частотные зависимости ВП для E- и H-полей, вычисленные на основе измеренных  S-параметров сдвоенной ТЕМ-камеры с размещенными внутри хлопчатобумажной и трикотажной экранирующими тканями. Сравнены вычисленные результаты классической модели и электродинамического моделирования  с экспериментальными для композитного материала в новой запатентованной коаксиальной ТЕМ-камере.

Заключение. Модели и методы вычисления и измерения ВП и ЭЭ могут быть эффективно использованы при относительно быстром контроле и тестировании новых и известных экранирующих материалов с учетом приведенных допущений и ограничений.

Введение. В связи с исчерпанием частотного ресурса в Ku-диапазоне частот активно разрабатываются спутниковые системы связи в более высокочастотных диапазонах Ka и Q. Для земных станций спутниковой связи этих диапазонов характерна работа на прием и передачу на сильно разнесенных частотах (в 1.5 и более раз). Зеркальные антенны, применяемые в станциях связи, должны обеспечивать формирование диаграмм направленности (ДН) с необходимыми параметрами в двух разнесенных диапазонах. Поэтому при разработке облучателей таких антенн существует ряд неразрешенных на сегодняшний день трудностей, обусловленных высокими требованиям к их техническим характеристикам.

Цель работы. Разработка моделей и макетирование двухдиапазонного облучателя на основе коаксиальной схемы и фидерного тракта с использованием узкополосного перехода с прямоугольного волновода на круглый.

Материалы и методы. Расчет и исследование разработанной конструкции двухдиапазонной облучающей системы проводились с применением программного обеспечения CST Studio Suite и специально разработанных программ-дополнений, которые существенно упрощают и ускоряют работу.

Результаты. Разработан макет двухдиапазонного облучателя ЭИФ5.468587.001, обеспечивающий формирование ДН зеркальной антенны в диапазоне частот приема (19.172…19.792 ГГц) с коэффициентом направленного действия (КНД) не менее 46 дБи и уровнем первого бокового лепестка не более 20.1 дБ; в диапазоне частот передачи (43.924…44.524 ГГц) с КНД не менее 52.7 дБи и уровнем первого бокового лепестка не более 16.7 дБи. Проведен сравнительный анализ разработанного макета облучающей системы с серийным образцом облучателя в составе антенны 08150.6220-0 земной станции спутниковой связи.

Заключение. Изготовленный облучатель ЭИФ5.468587.001 позволяет формировать осесимметричную ДН зеркальной антенны с более высоким КНД (на 0.7 дБи в режиме приема и на 1.4 дБи в режиме передачи) и с более низким уровнем внеосевых излучений по сравнению с серийным облучателем, изготовленным АО "РЕШЕТНЕВ" в составе антенны 08150.6220-0 и используемым в настоящее время в составе земной станции спутниковой связи.

Введение. Современные универсальные средства компьютерного моделирования позволяют выполнять анализ сложных волноводных структур, канализирующих электромагнитную энергию. Для оценки получаемых результатов расчета бывает необходимо сравнить их с известным "точным" значением и после этого провести калибровку рассматриваемой электродинамической модели. Найти искомое значение можно с помощью метода Фурье, позволяющего определить постоянную распространения в регулярном прямоугольном волноводе с частичным заполнением диэлектриком и оценить его канализирующие свойства в различных диапазонах длин волн.

Цель работы. Построение вычислительной модели расчета регулярного волновода с произвольным расположением диэлектрика на поперечном сечении методом Фурье, определение дисперсионных характеристик анализируемых структур в миллиметровом диапазоне длин волн.

Материалы и методы. Математическая модель для анализа волновода с частичным заполнением диэлектриком выполнена на базе уравнений Максвелла с применением граничных условий для касательных и нормальных компонент электромагнитного поля.

Результаты. Проведен численный анализ дисперсионных характеристик структур со сложным диэлектрическим заполнением. Показана методика построения расчетной модели для поиска постоянной распространения в прямоугольном волноводе с произвольным расположением диэлектрического заполнения, что может являться основой для анализа слоистых диэлектрических структур со сложной формой поперечного сечения и различной относительной диэлектрической проницаемостью.

Заключение. Созданные математические модели позволили численно оценить канализирующие свойства волноводов с диэлектрическим заполнением в СВЧ-диапазоне.

Введение. Твердотельные электронные умножители (ТЭУ) в матричном исполнении, известные как микроканальные пластины (МКП), являются неотъемлемой частью современной электроники. В связи с развитием технологии молекулярного наслаивания (МН) появилась возможность ее применения для управления и улучшения характеристик ТЭУ нанесением тонких слоев внутри каналов этих структур.

Цель работы. Изучение возможности нанесения тонких слоев внутри поверхности каналов ТЭУ МН с целью повышения коэффициента вторичной электронной эмиссии (КВЭЭ) для улучшения эксплуатационных характеристик структур.

Материалы и методы. В работе был применен метод МН для нанесения нанометровых пленок оксидов магния и алюминия внутри каналов ТЭУ. Состав и структура слоев исследовались с помощью растровой электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, анализа вторичной электронной эмиссии, атомной силовой микроскопии.

Результаты. Были синтезированы тонкие пленки оксида алюминия и оксида магния внутри микронных каналов ТЭУ, показана высокая равномерность слоев по всей длине каналов. Толщина слоев варьировалась в диапазоне от 2 до 30 нм. Получены слои с улучшенными эмиссионными и защитными характеристиками. Проведены сравнительные испытания контрольных образцов МКП, содержащих синтезированные пленки.

Заключение. Показана перспективность нанесения эмиссионных слоев внутри каналов ТЭУ. Структуры с высоким аспектным отношением являются перспективным объектом для применения технологии МН. Создание нанокомпозиционных структур на основе МКП открывает возможность принципиального совершенствования технологии производства материалов и приборов оптико-электронной техники. Проведены экспериментальные исследования структур МКП, содержащих слои оксида алюминия, полученные технологией МН, для регистрации столкновения пучков (FBBC) для работы в детекторах на ускорительном комплексе NICA. Показано, что после нанесения в каналах тестируемых образцов МКП пленки Al₂O₃ толщиной 3.0 нм амплитуда сигнала возросла в 1.5 раза, а для образцов с толщиной пленки 10 нм амплитуда увеличилась почти в 2.5 раза.

Введение. Спектр применения инфракрасных фотодетекторов с квантовыми ямами (QWIP) очень широк. Такие фотодетекторы являются достаточно востребованными на рынке, поэтому очень важно глубокое понимание принципа их работы.

Цель работы. Исследование влияния потенциального барьера AlGaAs, окружающего квантовые ямы GaAs, на значение рабочего напряжения смещения QWIP длинноволновой области спектра (8…10 мкм).

Материалы и методы. Для проведения эксперимента были изготовлены образцы QWIP на основе системы полупроводниковых материалов GaAs/AlGaAs методом молекулярно-пучковой эпитаксии. Фоточувствительная (активная) область структур содержала 50 квантовых ям GaAs толщиной 50 Å, разделенных барьерами AlGaAs. Квантовые ямы легировались in situ донорной примесью – кремнием. Длина волны максимума спектральной чувствительности всех образцов находилась в диапазоне 8…9 мкм. Варьируемым параметром являлась ширина барьера. После прохождения технологического маршрута планарной модификации на всех структурах были сняты вольт-амперные характеристики.

Результаты. Выявлено, что уменьшение толщины барьера способно сместить пик фоточувствительности в область меньших напряжений смещения при незначительном увеличении силы темнового тока.

Заключение. Исследование влияния значения приложенного напряжения смещения представляет интерес не только с научной точки зрения – результаты помогут лучше понять поведение темнового тока в QWIP, а также позволят управлять максимумом токовой чувствительности, смещая ее в область требуемых рабочих напряжений мультиплексоров.

Введение. В современном мире датчики ускорения востребованы в сферах от пользовательской электроники до космической техники. Микроакселерометры обладают достоинствами в виде компактных габаритов, малой массы, простоты интеграции с другими компонентами. Наиболее распространены акселерометры на микроэлектромеханических системах. Однако, ввиду хрупкости упругих подвесов, они обладают низкой ударопрочностью, что не позволяет применять их на высокодинамичных объектах, обладающих ускорениями до 50 000 g. Авторами предлагается использовать микроакселерометры на поверхностных акустических волнах, представляющие собой твердотельные монолитные конструкции, способные выдерживать высокие ударные нагрузки. В предыдущих работах была предложена концепция концентрической формы электродов, обладающей более высокой энергоэффективностью по сравнению с линейными конструкциями. Тем не менее, такую форму сложно подключить к электрической схеме, так как нет возможности подвести шины напрямую. Поэтому в данной статье описываются и моделируются 5 альтернативных методов подключения чувствительного элемента.

Цель работы. Выбрать оптимальный с точки зрения сохранения целостности электродов и минимального влияния на распространение поверхностных акустических волн способ подключения чувствительного элемента микроакселерометра.

Материалы и методы. Моделирование методом конечных элементов в программе Comsol Multiphysics.

Результаты. Предложены и проанализированы 5 способов подключения: навесной монтаж; удаление сектора электродов; заливка металлом отверстий в электродах и подложке; протягивание проводов через отверстия в подложке; выведение контактных шин по боковой грани.  Проведено компьютерное моделирование. Представлены графики амплитудно-частотной характеристики.

Заключение. Из рассмотренных способов подключения чувствительного элемента наиболее целесообразным представляется метод № 3 с отверстиями в электродах и выведением контактов на нижнюю сторону подложки, так как график амплитудно-частотной характеристики практически совпадает с характеристикой датчика без подключений (образцового). Направление будущих исследований – создание опытного образца и проведение с ним испытаний в лабораторных условиях.

Введение. В медицине изучение дыхания критически важно для диагностики и мониторинга здоровья. Определение параметров дыхания, таких как частота, необходимо для оценки состояния дыхательной системы. Однако традиционные методы, например спирометрия, имеют ограничения. Системы захвата движений, такие как маркерный видеоанализ, предлагают перспективный и инновационный подход для измерения параметров дыхания в совокупности с другими исследованиями, которые можно проводить с этой системой. Такой подход обеспечивает точные данные о дыхательной активности без необходимости специализированного медицинского оборудования. Использование таких систем может значительно расширить область их применения в реабилитационной и спортивной медицине.

Цель работы. Разработка алгоритма определения параметров дыхания с помощью маркерной системы захвата движения. Разработка алгоритма оптимального положения тела и наилучших местоположений маркеров для определения параметров дыхания. Анализ контрольных измерений.

Материалы и методы. Рассматриваются данные, полученные в результате синхронной регистрации сигналов с оптической системы захвата движений и спирометра. Определение частоты дыхания осуществляется методом спектрального анализа и преобразования Фурье.

Результаты. Разработан алгоритм анализа и интерпретации частоты дыхания, позволяющий учитывать положения тела, области расположения маркеров и предоставляющий рекомендации относительно их оптимального размещения.

Заключение. Результаты исследований показали перспективность применения маркерного видеоанализа для оценки частоты дыхательных движений с использованием системы захвата движения. Предполагается проведение дополнительных исследований с учетом физической активности с целью разработки эффективных методов диагностики параметров внешнего дыхания и выявления дыхательных нарушений.

Введение. Загрязнение окружающей среды является важной проблемой для общественной и экологической безопасности. Для экспресс-контроля экотоксикантов в паровой фазе применяются кросс-реактивные оптические хемосенсорные материалы, комбинации которых позволяют идентифицировать обнаруженные вещества. Подбор комбинаций хемосенсоров, с помощью которых возможна наиболее надежная идентификация веществ, редко рассматривается исследователями; вместо этого часто используются все доступные хемосенсорные материалы, хотя меньшая по размеру комбинация может быть более надежной и информативной.

Цель работы. Предложить метод подбора комбинаций хемосенсорных материалов, позволяющий составить из набора доступных хемосенсорных материалов комбинацию, наиболее подходящую для идентификации установленной группы парофазных веществ.

Материалы и методы. Предложена метрика качества комбинации для задачи идентификации, численно описывающая степень ортогональности и близость распределений векторов отклика комбинации на воздействие веществ. На основе метрики сформулирован метод подбора комбинаций. Предложенный метод апробирован на примере подбора комбинации проницаемых флуоресцентных хемосенсорных материалов, выполняющей идентификацию насыщенных паров нитроароматических экотоксикантов и веществ-помех. Идентификация веществ по отклику комбинации материалов на воздействие паров веществ выполнена классификационными моделями на основе метода опорных векторов и метода главных компонент.

Результаты. Определена комбинация проницаемых флуоресцентных хемосенсорных материалов, наиболее надежная для решения задачи идентификации паров нитроароматических экотоксикантов и веществ-помех. Показана возможность скорой идентификации веществ в ходе воздействия на материалы. Показано, что метрика качества ниже для комбинации из всех доступных флуоресцентных хемосенсорных материалов в сравнении с меньшей по размеру комбинацией материалов, подобранной предложенным методом.

Заключение. Предложен подход к решению проблемы подбора оптимальной комбинации хемосенсорных материалов для решения задачи идентификации установленной группы веществ. Показано, что подбор комбинации материалов предлагаемым методом позволяет повысить надежность идентификации веществ и сократить количество разнородных хемосенсорных материалов в комбинации.