Том 27, № 2 (2024)

Обоснование. Работа направлена на развитие и исследование строгих методов расчета многоэлементных излучающих и переизлучающих структур, состоящих преимущественно из однотипных элементов, а также на исследование протекающих в них физических процессов. Предлагается итерационный подход к решению внутренней задачи, позволяющий минимизировать затраты машинного времени и машинной памяти.

Цель. В работе с привлечением предлагаемого подхода проводится решение внутренней и внешней задач электродинамики для симметричного вибратора с рефлектором из параллельных прямолинейных проводников. Исследуется сходимость итерационного процесса, осуществляется расчет токов на элементах структуры, ее входного сопротивления и характеристик излучения.

Методы. В основе исследований лежит строгий электродинамический подход, в рамках которого для указанной структуры в тонкопроволочном приближении формируется интегральное представление электромагнитного поля, сводящееся при рассмотрении на поверхности проводников совместно с граничными условиями к системе интегральных уравнений Фредгольма второго рода, записанных относительно неизвестных распределений тока на проводниках (внутренняя задача). Решение внутренней задачи в рамках метода моментов сводится к решению СЛАУ с блочной матрицей.

Результаты. Предложена математическая модель излучающей структуры, представляющей собой симметричный вибратор с рефлектором из параллельных прямолинейных проводников. Сформулированы и решены для заданных значений параметров внутренняя и внешняя задачи электродинамики. Предложен эффективный алгоритм расчета блочной матрицы СЛАУ. Даны рекомендации по выбору систем проекционных функций в рамках метода моментов. Исследована сходимость итерационного процесса решения внутренней задачи электродинамики. Определены входное сопротивление структуры и базовые характеристики ее излучения.

Заключение. Рациональный выбор систем проекционных функций, опирающийся на свойства структуры и входящих в ее состав элементов, позволяет существенно уменьшить размер матрицы СЛАУ и, соответственно, сократить вычислительные затраты. Учет свойств структуры и образующих ее элементов также позволяет строить эффективные алгоритмы расчета матрицы СЛАУ. Показано, что сходимость итерационного процесса может отсутствовать вблизи резонансных частот, поэтому при решении внутренней задачи следует использовать комбинированный подход, предполагающий использование как строгих, так и приближенных методов решения СЛАУ. На нерезонансных частотах итерационный подход демонстрирует свою эффективность. Сделан вывод, что для подобных структур целесообразно выделение резонансных и нерезонансных режимов работы. В нерезонансном режиме токовые функции имеют относительно плавную зависимость от частоты, в резонансном режиме данные зависимости становятся довольно резкими и труднопрогнозируемыми. В этой связи актуальной представляется задача разработки итерационого подхода к решению внутренней задачи электродинамики в резонансных режимах работы.

Обоснование. Учет температуры, состава почвы, шероховатости поверхности и зависимость эффективной диэлектрической проницаемости от частоты позволяет более точно оценивать влажность почвы и другие важные параметры, что может быть использовано в различных областях, таких как сельское хозяйство, геология, экология и гидрология.

Цель. В данной работе проводится расчет отражения электромагнитной волны линейной поляризации от влажной почвы с учетом физических факторов: гетерогенности структуры почвы, шероховатости поверхности и дисперсии.

Методы. На основе гетерогенной математической модели влажной почвы, учитывающей дисперсию диэлектрической проницаемости воды и шероховатость поверхности, выводятся выражения для комплексных коэффициентов отражения электромагнитной волны вертикальной и горизонтальной поляризации.

Результаты. В качестве объекта исследования выбрана модель рыхлой влажной почвы со среднеквадратичным отклонением шероховатостей на поверхности. Проведен анализ частотных, угловых характеристик модулей коэффициентов отражения при фиксированном уровне влажности почвы.

Заключение. Полученные в результате расчетов данные являются ценным инструментом для дальнейшего улучшения методов дистанционного зондирования Земли и способствуют развитию новых технологий мониторинга почвенных параметров с использованием беспилотных летательных аппаратов, что открывает перспективы для более точного и эффективного анализа состояния земельных ресурсов и экосистем.

Обоснование. Визуальный неразрушающий контроль внутренней поверхности труб является важным аспектом при их производстве и эксплуатации. Вовремя обнаруженный и устраненный дефект может существенно сократить количество брака при производстве и предотвратить различные чрезвычайные происшествия при эксплуатации. Формирование полного панорамного изображения внутренней поверхности труб, пригодных для анализа качества, является актуальной и востребованной задачей, которая может быть решена с помощью систем компьютерного зрения.

Цель. Исследование и разработка телевизионных методов формирования полного панорамного изображения внутренней поверхности трубы, которое можно анализировать для поиска дефектов.

Методы. Для формирования цилиндрического панорамного изображения использованы математические модели формирования эквидистантной проекции сферических изображений, полученных с помощью объектива Fisheye. Для качественной сшивки полученных кадров использовались методы цифровой обработки изображений, включающие преобразования яркости и контраста, поиск особых точек алгоритмом MSER. Теоретические результаты проверены методом натурного моделирования.

Результаты. Результатом данной работы является алгоритм сшивки кадров видеопоследовательности, сформированной телевизионной камерой с оптической системой типа Fisheye, равномерно перемещаемой вдоль продольной оси трубы, в единое панорамное изображение внутренней поверхности.

Заключение. Алгоритм обеспечивает формирование качественного изображения полной панорамы внутренней поверхности труб с отсутствием яркостных артефактов.

Обоснование. Актуальность темы данной работы обусловлена необходимостью повышения достоверности и качества оценки устойчивости бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов к электростатическим разрядам.

Цель. Исследование возможностей использования электронного потока в вакууме в качестве испытательного воздействия на бортовую радиоэлектронную аппаратуру космических аппаратов при оценке ее стойкости к электростатическим разрядам.

Методы. Натурный эксперимент, исследовательские лабораторные испытания, моделирование, макетирование, экспертные оценки. В статье рассмотрены условия существования электронного потока в режимах «электронный прожектор» и «сканирование». В качестве объекта испытаний был применен макет радиоэлектронного устройства, который ранее использовался для испытания в атмосфере воздуха. Он был конструктивно доработан с учетом размеров, схемы подключения, оснастки и электрофизических характеристик вакуумной камеры. Доработанный макет представляет собой модуль первого уровня с расположенными внутри корпуса антеннами. В ходе эксперимента использовались измеритель вакуума, киловольтметр, цифровой осциллограф с полосой пропускания 500 МГц, высоковольтный кабель, двухпроводная линия, гермоплита, электронная пушка. Требуемый вакуум создавали с помощью системы автоматизированной откачки.

Результаты. Экспериментально установлены условия существования электронного потока в вакуумной камере с давлением до 10^–7 мм рт. ст. Получены результаты исследовательских испытаний радиоэлектронного модуля в режимах «электронный прожектор» и «сканирование». Исследованы основные виды помех от действия электростатических разрядов. Проведен анализ осциллограмм. На основе этих результатов разработана методика испытаний бортовой аппаратуры космических аппаратов на воздействие электростатических разрядов. Предложенная методика обеспечивает проведение испытаний при уровне рабочего разрядного тока до 30 мкА с энергией частиц от 5 до 50 кэВ.

Заключение. Методика испытаний и средств ее реализации соответствует основным требованиям ГОСТ «Устойчивость к электростатическим разрядам» и может быть использована при наземных испытаниях бортовой аппаратуры КА при четырех степенях их жесткости.

Обоснование. Для позиционирования беспилотных летательных аппаратов обычно используются различные датчики и система глобальной спутниковой навигации GNSS. Однако в случае кратковременного пропадания сигнала, а также повышения точности позиционирования применяются дополнительные методы оценки координат.

Цель. Анализ методов позиционирования беспилотных летательных аппаратов, основанных на оценке дальностей до базовых станций.

Методы. Использован метод численного моделирования в сценарии Uma.

Результаты. В статье рассмотрены методы оценки координат беспилотного летательного аппарата, основанные на оценке дальностей до базовых станций. Методом математического моделирования исследована точность оценки местоположения и вычислительная сложность алгоритмов позиционирования объектов в сценарии плотной городской застройки при различном числе базовых станций.

Заключение. Результаты анализа показывают, что в сценарии Uma стандартное отклонение ошибки оценки координат составляет приблизительно 1 м.

Обоснование. В настоящее время наблюдается интенсивное развитие радиолокационных систем дистанционного зондирования Земли, в том числе размещенных на беспилотных летательных аппаратах. Радиолокаторы с синтезированной апертурой являются эффективным средством круглосуточного и всепогодного наблюдения объектов на поверхности Земли. Радиолокаторы, работающие в VHF-диапазоне, позволяют наблюдать укрытые и подповерхностные объекты. Необходимость практической реализации радиолокатора с синтезированием апертуры VHF-диапазона частот на борту беспилотных летательных аппаратов требует дополнительного исследования пространственного разрешения радиолокаторов, учитывающего нестабильную траекторию носителя.

Цель. В статье рассматривается анализ влияния траектории полета и ошибок ее измерения на качество радиолокационного изображения.

Методы. Метод исследования предусматривает анализ формы функции неопределенности радиолокатора с синтезированием апертуры, которая была построена по реальной траектории с помощью полунатурного математического моделирования.

Результаты. В результате проведенного исследования показано, что на качество радиолокационных изображений оказывают влияние не только ошибки знания параметров движения, но и сам характер движения носителя, длительность полета.

Заключение. На основе результатов натурных испытаний оказалось возможным проанализировать эти факторы и определить требования к навигационной системе БПЛА. Таким образом, в статье показана возможность контроля качества радиолокатора с синтезированием апертуры VHF-диапазона, размещенного на борту БПЛА.