Том 26, № 3 (2023)
Статьи
Мерцание радиосигнала за счет турбулентности атмосферы
Аннотация
Обоснование. Турбулентные пульсации показателя преломления в атмосфере приводят к искажениям при прохождении радиосигнала. Это может привести к искажению передаваемой информации за счет возникающих пульсаций амплитуды, фазы и интенсивности электромагнитной волны, которая передает радиосигнал. Флуктуации интенсивности радиосигнала приводят к мерцанию радиосигнала на приемной антенне за счет турбулентных явлений в атмосфере, которые представляют собой сложное многофункциональное физическое явление.
Цель. Рассмотрена проблема флуктуации интенсивности радиосигнала на приемной антенне за счет турбулентности атмосферы – мерцание радиосигнала. Эта проблема в настоящее время является исключительно актуальной, т.к. существует тенденция активного, негативного вмешательства в процесс качественного прохождения радиосигнала на фоне природно обусловленных турбулентных пульсаций
Методы. Проведен теоретический анализ прохождения радиосигнала через турбулентную атмосферу. Исследована пространственная корреляционная функция флуктуаций интенсивности принимаемого радиосигнала за счет турбулентности атмосферы.
Результаты. Введено понятии характеристики мерцания радиосигнала, как среднего по сечению приемной антенны значения случайной величины – дисперсии логарифма мощности радиосигнала. Рассчитана модель возникновения флуктуации в случае двух областей в сечении приемной антенны с различными уровнями интенсивности радиосигнала. Найдена корреляционная функция для этой модели.
Заключение. На основе разложения в Фурье-спектр двухточечной пространственной корреляционной функции турбулентных пульсаций показателя преломления, найдена зависимость характеристики мерцания радиосигнала от волнового числа турбулентных пульсаций атмосферы. Показано, что наибольшее влияние на радиосигнал турбулентность атмосферы оказывает, когда длина электромагнитной волны сравнима с масштабом турбулентных пульсаций.
11-19
Параметрический синтез различных радиоустройств с заданным количеством каскадов типа «комплексный четырехполюсник – нелинейная часть»
Аннотация
Обоснование. Наличие возможности аналитического определения части параметров различных радиоустройств, оптимальных по критерию обеспечения заданных значений модулей и фаз передаточных функций на необходимом количестве частот, значительно уменьшает время численной оптимизации остальной части параметров по критерию формирования требуемых АЧХ и ФЧХ в полосе частот. До настоящего времени такие задачи решались в отношении радиоустройств только с одним каскадом типа «нелинейная часть согласующее устройство» или «согласующее устройство нелинейная часть». В качестве согласующего устройства использовались реактивные, резистивные, комплексные или смешанные четырехполюсники. Решена также задача многокаскадных радиоустройств с реактивными четырехполюсниками. Изменение базиса для согласующих четырехполюсников и места включения нелинейной части приводит к изменению области физической реализуемости.
Цель. Разработка алгоритмов параметрического синтеза радиоустройств с произвольным количеством одинаковых и неодинаковых каскадов типа «согласующий комплексный четырехполюсник нелинейная часть» по критерию обеспечения заданных частотных характеристик. Нелинейные части представлены в виде нелинейного элемента и параллельной или последовательной по току или напряжению обратной связи.
Методы. Теория четырехполюсников, матричная алгебра, метод декомпозиции, метод синтеза управляющих устройств СВЧ, численные методы оптимизации.
Результаты. В интересах достижения указанной цели сформированы и решены системы алгебраических уравнений. Получены модели оптимальных четырехполюсников в виде математических выражений для определения взаимосвязей между элементами их классической матрицы передачи и для отыскания зависимостей сопротивлений двухполюсников от частоты. Показано, что при определенных соотношениях между количеством одинаковых каскадов и значениями сопротивлений источника сигнала и нагрузки однокаскадного радиоустройства частотные характеристики однокаскадного и многокаскадного радиоустройств оказываются идентичными или подобными. Такие схемы названы эквивалентными. Использование неодинаковых каскадов приводит к значительному увеличению рабочей полосы частот.
Заключение. Сравнительный анализ теоретических результатов (АЧХ и ФЧХ радиоустройств, значения параметров), полученных путем математического моделирования в системе MathCad, и экспериментальных результатов, полученных путем схемотехнического моделирования в системах OrCad и MicroCap, показывает их удовлетворительное совпадение.
20-31
Методы контроля и измерений составных частей бортового радиотехнического комплекса
Аннотация
Обоснование. Актуальность темы данной работы обусловлена необходимостью повышения достоверности и качества результатов измерительного контроля модулей различного уровня и антенных решеток, входящих в состав бортового радиотехнического комплекса, а также повышением надежности и параметрической эффективности радиотехнического комплекса.
Цель. Разработка метода и методики комплексного контроля радиочастотных модулей 1, 2, и 3-го уровней в процессе проектирования, производства и испытания на основе современных средств и процессов автоматизации.
Методы. Использованы натурный эксперимент, компьютерное моделирование, программирование, экспертные оценки, исследовательские, автономные и приемосдаточные испытания.
Результаты. Был сделан выбор рабочей модели контроля. На основе ее разработано автоматизированное рабочее место. В его состав интегрированно контрольное и измерительное оборудование, управляемое специальным программным обеспечением – программным комплексом с общим интерфейсом оператора. Для управления процессом тестирования разработан программный комплекс, который в автоматизированном режиме устанавливает необходимые режимы работы модулей и подает с векторного анализатора цепей стимулирующий сигнал в соответствии с заданными параметрами. После окончания тестирования формируется и выводится на печать протокол испытаний. Если проводятся испытания модулей на соответствие ТУ, то протокол формируется в соответствии с ГОСТ. Тестовая последовательность разрабатывается с помощью среды для организации автоматизированного тестирования NI TestStand, а подпрограммы, управляющие режимами работы изделий, с помощью С/С++ и средствами графической разработки NI LabVIEW. Автоматизированное рабочее место реализует следующие функции: функциональный электронный контроль цепей и узлов радиочастотных модулей и изделия в целом, электрический контроль целостности цепей и узлов радиочастотных модулей, программирование цифровых компонентов, проведение комплексных испытаний радиочастотных модулей, проведение комплексных испытаний антенн и антенных решеток. Разработанный алгоритм включает этап самотестирования аппаратной части автоматизированного рабочего места. После ввода необходимой информации запускается пошаговый цикл контроля параметров модуля. Он начинается с подключения тестируемого устройства к автоматизированному рабочему месту и заканчивается составлением протокола испытаний и сообщением о годности или негодности по совокупности измеренных значений параметров. Заключительный вывод о работоспособности объекта контроля делается автоматически после окончания измерения всех параметров в виде всплывающего диалогового окна. Оно содержит одно из двух взаимоисключающих утверждений: «Контроль успешно пройден», «Контроль не пройден».
Заключение. Разработан алгоритм и методика автоматизированного контроля и настройки, который позволяет повысить достоверность и точность (на 5–15 %) результатов измерений электрических параметров приемо-передающего модуля на этапах настройки и испытаний. Разработан программный комплекс автоматизированного контроля. Разработано автоматизированное рабочее место контроля.
32-39
Параметрический синтез различных радиоустройств с заданным количеством каскадов типа «нелинейная часть – комплексный четырехполюсник»
Аннотация
Обоснование. Наличие возможности аналитического определения части параметров различных радиоустройств, оптимальных по критерию обеспечения заданных значений модулей и фаз передаточных функций на необходимом количестве частот, значительно уменьшает время численной оптимизации остальной части параметров по критерию формирования требуемых АЧХ и ФЧХ в полосе частот. До настоящего времени такие задачи решались в отношении радиоустройств только с одним каскадом типа «нелинейная часть согласующее устройство» или «согласующее устройство нелинейная часть». В качестве согласующего устройства использовались реактивные, резистивные, комплексные или смешанные четырехполюсники. Решена также задача многокаскадных радиоустройств с реактивными четырехполюсниками. Изменение базиса для согласующих четырехполюсников и места включения нелинейной части приводит к изменению области физической реализуемости.
Цель. Разработка алгоритмов параметрического синтеза радиоустройств с произвольным количеством одинаковых и неодинаковых каскадов типа «нелинейная часть согласующий комплексный четырехполюсник» по критерию обеспечения заданных частотных характеристик. Нелинейные части представлены в виде нелинейного элемента и параллельной или последовательной по току или напряжению обратной связи.
Методы. Теория четырехполюсников, матричная алгебра, метод декомпозиции, метод синтеза управляющих устройств СВЧ, численные методы оптимизации.
Результаты. В интересах достижения указанной цели сформированы и решены системы алгебраических уравнений. Получены модели оптимальных четырехполюсников в виде математических выражений для определения взаимосвязей между элементами их классической матрицы передачи и для отыскания зависимостей сопротивлений двухполюсников от частоты. Показано, что при определенных соотношениях между количеством одинаковых каскадов и значениями сопротивлений источника сигнала и нагрузки однокаскадного радиоустройства частотные характеристики однокаскадного и многокаскадного радиоустройств оказываются идентичными или подобными. Такие схемы названы эквивалентными. Использование неодинаковых каскадов приводит к значительному увеличению рабочей полосы частот.
Заключение. Сравнительный анализ теоретических результатов (АЧХ и ФЧХ радиоустройств, значения параметров), полученных путем математического моделирования в системе MathCad, и экспериментальных результатов, полученных путем схемотехнического моделирования в системах OrCad и MicroCap, показывает их удовлетворительное совпадение.
40-51
Методики создания и проверки многодиапазонных антенно-волноводных трактов
Аннотация
Обоснование. Необходимость создания, сборки и настройки антенно-волноводных трактов многодиапазонных зеркальных антенн систем спутниковой связи требует использования различных методик выбора структуры, определения и оптимизации параметров антенно-волноводных трактов.
Цель. Снижение требований к объемам вычислительных затрат при разработке антенно-волноводных трактов и временных затрат на их сборку и настройку, а также проведение анализа изменения характеристик антенно-волноводных трактов при изменении параметров одного из устройств в составе тракта на основе выполнения расчетов характеристик только данного устройства.
Методы. Разработка антенно-волноводных трактов, включающая этапы выбора схемы построения тракта и определение параметров входящих в его состав устройств, проводится на основе математической модели соответствующего варианта построения тракта с использованием методов пакетов электродинамического моделирования.
Результаты. Разработана методика создания многодиапазонного антенно-волноводного тракта и методики его сборки и настройки.
Заключение. Предложена методика, которая позволяет снизить требования к используемым вычислительным средствам при разработке антенно-волноводных трактов по объему оперативной памяти, быстродействию. Реализована возможность анализа изменения характеристик антенно-волноводных трактов при изменении параметров одного из устройств в составе антенно-волноводных трактов на основе проведения расчетов характеристик только данного устройства. Последовательное выполнение измерений характеристик фрагмента антенно-волноводного тракта на этапе сборки и настройки дает возможность принимать решение о дальнейшей сборке антенно-волноводного тракта или внесении изменений в параметры последнего из подключенных устройств.
52-58
Численно-экспериментальная оценка характеристик зигзагообразной антенны УВЧ-диапазона средств радиорелейной связи на соответствие требованиям действующего законодательства и международных норм
Аннотация
Обоснование. Для обеспечения целостности, устойчивости функционирования и безопасности единой сети электросвязи Российской Федерации, а также для решения вопросов электромагнитной совместимости средств радиорелейной связи, требуется применение антенн, удовлетворяющих как обязательным требованиям, закрепленным на законодательном уровне, так и требованиям рекомендательного характера международного и регионального уровней.
Цель. Установление соответствия наиболее часто применяемых в средствах радиорелейной связи зигзагообразных антенн требованиям действующего законодательства и международных норм на основе численно-экспериментальной оценки их характеристик.
Методы. На основе численных методов проведены расчеты характеристик рассматриваемых антенн, а также проведены измерения данных характеристик в безэховой экранированной камере.
Результаты. Представлены результаты численной и экспериментальной оценки коэффициента усиления, коэффициента стоячей волны по напряжению, диаграмм направленности, кроссполяризационной развязки и комплексного сопротивления двойной зигзагообразной антенны с рефлектором УВЧ-диапазона средств радиорелейной связи. Показано, что данная антенна обеспечивает работу в широкой полосе частот, и на рассматриваемом участке диапазона не в полной мере удовлетворяет требованиям, предъявляемым к антеннам средств радиорелейной связи.
Заключение. На основе анализа требований действующего законодательства и международных требований, предъявляемых к антеннам средств радиорелейной связи и результатов численно-экспериментальной оценки характеристик рассматриваемых антенн, установлено их соответствие по уровню огибающей ДН, бокового и заднего излучения требованиям Рекомендаций МСЭ ITU-R F.699 за исключением начала участка диапазона, где имеется некоторое превышение уровня огибающей. Требования ГОСТ Р 50867-96 по уровню максимумов кроссполяризации (или уровню кроссполяризационного излучения в заданном пространственном секторе углов вблизи направления главного излучения) не выполняются.
59-78
Прохождение электромагнитной волны через прямоугольный волновод с отрезком полупроводниковой пленки
Аннотация
Обоснование. В технике СВЧ большой интерес представляют создание усилителей и генераторов на основе тонкослоистых продольных неоднородностей в прямоугольных волноводах, которые являются неотъемлемой частью многих функциональных устройств СВЧ- и КВЧ-диапазонов.
Цель. Поэтому представляется практический интерес расчет одной из таких неоднородностей в прямоугольном волноводе.
Методы. В качестве одного из методов расчета таких структур рассматривается дифракция электромагнитной волны на отрезке полупроводниковой пленки с отрицательной дифференциальной проводимостью на узкой стенке прямоугольного волновода. На основе граничных условий поучено сингулярное интегральное уравнение для электрической составляющей электромагнитного поля. Методом обращения интегрального уравнения и при помощи разложения по полиномам Чебышева интегральное уравнение приведено в системе двух алгебраических уравнений. Коэффициенты системы вычисляются по теории вычетов. Затем получено уравнение для вычисления коэффициента прохождения, который и был рассчитан в среде Matcad.
Результаты. На основе интегрального уравнения получены значения для расчета коэффициента прохождения для рассматриваемой структуры.
Заключение. Из полученных графиков для рассчитанного коэффициента прохождения можно сделать вывод, что существуют частотные зоны, где в структуре происходит усиление электромагнитной волны. Значит на основании рассматриваемой структуры возможно создание усилителей и генераторов СВЧ- и КВЧ-диапазонов.
79-88
Обоснование концепции системы связи диапазона средних волн в подземных квазиодномерных сооружениях
Аннотация
Обоснование. Современное развитие горнодобывающей промышленности характеризуется поиском новых технологий добычи, повышением сложности, глубины, масштабов выработок и опасности работы, что приводит к поиску подходов в построении информационно-коммуникационных систем с повышенным функционалом, а именно – с возможностью объединения в единую систему средств автоматизации горных работ, датчиков, проходческого оборудования, аппаратуры связи, навигации, управления, аппаратуры, работающей в аварийной обстановке. Поскольку большинство подземных объектов можно считать квазиодномерными (шахты, рудники, метро, коллекторы), для организации передачи данных в них могут эффективно использоваться проложенные вдоль туннелей линии передачи.
Цель. Рассмотреть физическую сторону работы информационно-коммуникационной системы в диапазонах средних и коротких волн.
Методы. Зависимость напряженности поля в туннеле с однопроводной и двухпроводной линиями, проложенными в туннеле, получены с помощью электродинамического моделирования методом конечных элементов.
Результаты. Приведены значения затухания в выработках с различными параметрами среды и зависимости затухания, полученные экспериментально в угольной шахте. В среднем, затухание сигнала составляет 15 дБ на 1 км.
Заключение. Цифровая средневолновая система на основе двухпроводных линий имеет существенные преимущества при развертывании перед системами УКВ-связи. Она может быть использована в качестве базовой, а при необходимости – дополнена УКВ-технологиями (Bluetooth, Wi-Fi), например, для работы персонала с использованием взрывозащищенного смартфона, и в тех областях, где требуется повышенная пропускная способность, в местах активного ведения горных работ в шахтах и концентрации технологического оборудования и персонала.
89-97
Исследование возможности повышения однозначности определения временной задержки фазокодоманипулированного сигнала в корреляционном измерителе на базе ПЛИС
Аннотация
Обоснование. В радиолокационных системах широко применяются фазокодоманипулированные сигналы. Непрерывные сигналы данного вида имеют преимущество, заключающееся в низком уровне боковых лепестков взаимной функции корреляции и высокой помехозащищенности, но имеют ограничения по размерам зоны обзора, связанные с наличием пиков неоднозначности.
Цель. В работе рассматривается возможность повышения однозначности определения временной задержки фазокодоманипулированного сигнала в корреляционном измерителе на основе комбинированного правила кодирования на базе ПЛИС.
Методы. Для достижения поставленной цели выполнялось численное моделирование корреляционного измерителя временной задержки с модулирующими сигналами, образованными различными правилами кодирования.
Результаты. Предлагается в корреляционном измерителе при непрерывном приеме фазокодоманипулированного сигнала для повышения однозначности измерения временной задержки в качестве модулирующего применять сигнал, образованный двумя псевдослучайными последовательностями, одинаковыми по правилу кодирования, но разными по длительности. Приводятся результаты численного моделирования системы последетекторной цифровой обработки, основанной на предлагаемом методе. Заключение. Применение предлагаемого правила кодирования позволяет реализовать корреляционный измеритель с минимальным количеством вычислительных ресурсов при повышении однозначности и расширении диапазона измеряемых временных задержек.
98-105
Цифровые модемы сигналов минимальной частотной манипуляции и их характеристики
Аннотация
Обоснование. Необходимость описания особенностей формирования сигналов минимальной частотной манипуляции, раскрыть преимущества этого вида модуляции, привести схемы цифровых демодуляторов сигналов минимальной частотной манипуляции, обеспечивающие наилучшую помехоустойчивость приема, указать пути повышения спектральной эффективности модемов сигналов минимальной частотной манипуляции. Цель. Рассмотрены различные варианты построения цифровых модемов сигналов минимальной частотной манипуляции, особенности схем модемов при четных и нечетных числах полупериодов на отрезках длительности передаваемых посылок, а также специфика формирования опорных колебаний в когерентных демодуляторах. Методы. Принцип работы модуляторов и демодуляторов сигналов минимальной частотной манипуляции поясняется временными диаграммами сигналов в различных точках трактов формирования и детектирования сигналов минимальной частотной манипуляции. Такое представление обеспечивает достоверность и наглядность работы модемов сигналов минимальной частотной манипуляции. Результаты. Показано, что когерентные демодуляторы сигналов минимальной частотной манипуляции обеспечивают такую же помехоустойчивость, как и противоположные сигналы относительной фазовой манипуляции, но при этом имеют постоянный уровень сигнала и меньшую ширину спектра. В двухканальном модеме сигналов минимальной частотной манипуляции вдвое повышается спектральная эффективность по сравнению с одноканальным модемом, но уровень сигнала становится непостоянным. Заключение. Приведены сведения, поясняющие причину широкого применения сигналов минимальной частотной манипуляции в системах сотовой связи, в системах космической связи и в бесшнуровых телефонах, а также пути дальнейшего совершенствования цифровых модемов сигналов минимальной частотной манипуляции.
106-115
Анализ возможностей искусственного интеллекта для расследования мошенничества
Аннотация
Обоснование. В результате цифровизации общества растёт число мошеннических действий с применением информационно – телекоммуникационных технологий. Технологическая сложность расследования такова, что требует применения аналогичных инструментов в следственных и оперативно – розыскных мероприятиях. Таким инструментов может являться искусственный интеллект.
Цель. Определить потенциал искусственного интеллекта в следственных и оперативных действиях.
Методы. Методом анализа проведена оценка существующих решений для применения в следственных и оперативных мероприятиях, таких как распознавание лица, основанное на правилах Хаара, программ имитаторов и управления голосом, решений сервиса «Инцидент менеджмент», АДИС «Папилон», ГИС «Зеркало», проект «Форвер», ИС «Образ++», возможностей машинного обучения, нейронных сетей.
Результаты. Показаны некоторые актуальные решения, требующие интеграции в единую систему технологических и интеллектуальных решений (искусственный интеллект) для следственных действий и оперативно – розыскных мероприятий. Заключение. Приведены современные автоматизированные информационные инструменты, требующие их объединения в единую интеллектуальную технологическую систему (искусственный интеллект) расследования преступлений.
116-122
Устройство для воздействия постоянным магнитным полем и системный многофакторный анализ в магнитобиологическом эксперименте
Аннотация
Обоснование. Интерес к биологическому воздействию электромагнитных излучений на биологические объекты связан с возможностью их использования при решении целого ряда фундаментальных и прикладных задач: от рассмотрения биологических обратных связей в реальном масштабе времени, что позволяет разрабатывать радиоэлектронные медицинские комплексы, до создания нейро-компьютерных интерфейсов, включая компоненты живых клеток.
Цель.В работе отображена разработка устройства для воздействия на биологические объекты постоянным магнитным полем, позволяющее моделировать основные параметры физического фактора, для проведения магнитобиологического эксперимента с нормировкой воздействия неионизирующего излучения заданных параметров.
Методы. Устройство для воздействия на биологические объекты постоянным магнитным полем позволяет получить, в большом объеме максимально однородное магнитное поле.
Результаты. Математическое моделирование изменений морфофункционального состояния коры надпочечников по одиннадцати биологическим параметрам в разные сроки воздействия нормированным постоянным магнитным полем при воздействии предельно допустимого уровня оценивалось по отклонению интервального показателя и его нормированного значения. Воздействие данного фактора приводило к отклонению интегрального показателя в клубочковой зоне надпочечников на 30-е сутки составило – 6,53 ± 1,30*10-2, в дальнейшем на 60 день отклонение увеличилось на 8,28 ± 1,55*10-2, на 90-е 4,84 ± 1,50*10-2, далее на 120-е сутки, он не отличался от нормированного. Заключение. После прекращения действия постоянного магнитного поля в сериях 15–30 мТл экспериментов морфофункциональное состояние тимуса возвращалось к норме. Таким образом устройство рекомендовано к применению в экспериментальной деятельности.
123-131
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ФС 77 - 68199 от 27.12.2016.