Journal of the Russian Universities. Radioelectronics / Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника
Not a member yet
541 research outputs found
Sort by
Модуль расчета массовых выбросов загрязняющих веществ, производимых потоками автотранспорта
Get PDFIntroduction. Road transportation is increasingly becoming the main source of air pollution in cities. The problem of assessing air quality and modeling the dispersion of pollutants in the atmosphere requires improved models and methods. In particular, modern literature justifies the need to estimate the presence of particulate matter in the atmosphere along with the components of exhaust gases. Air pollution in residential zones should be comprehensively assessed using algorithmic and software support, taking the main factors of pollution into account.Aim. Development of an algorithm and its software implementation for calculating pollutant mass emissions released by traffic flows. The developed algorithm can be used for modeling the level of urban pollution.Materials and methods. The approaches of measurement theory, systems theory, statistical analysis, and mathematical modeling were applied.Results. The methods currently used for assessing the impact of urban road network characteristics on air pollution levels were analyzed. The existing approaches to road classification were considered. Significant characteristics affecting pollutant emissions were identified, including those related to road construction, traffic flows, and urban environment. An algorithm and a software module for calculating pollutant mass emissions released by traffic flows were developed.Conclusion. The developed module for calculating pollutant mass emissions released by traffic flows comprises an integral part of a system for modeling atmospheric air pollution in urban residential areas. The developed software can be used in environmental monitoring, assessment, and forecasting of air pollution to identify areas of concern and implement effective managerial solutions.Введение. В современных условиях автомобильный транспорт становится основным источником загрязнения атмосферного воздуха в городах. Проблема оценки состояния воздуха и моделирования распространения загрязнений требует совершенствования используемых моделей и методов. В частности, в современных исследованиях обоснована необходимость учета содержания твердых частиц помимо составляющих выхлопных газов. Для оценки загрязнения воздуха в населенных пунктах требуется алгоритмическое и программное обеспечение, позволяющее осуществлять комплексную оценку с учетом максимального числа влияющих факторов.Цель работы. Разработка алгоритма и программы расчета массовых выбросов загрязняющих веществ, производимых потоками автотранспорта, необходимых для дальнейшего моделирования загрязнения атмосферного воздуха в условиях городской среды.Материалы и методы. Применен математический аппарат теории измерений, теории систем, статистического исследования зависимостей и математического моделирования.Результаты. Исследованы методы учета характеристик городской дорожной сети для оценки уровней эмиссии загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Рассмотрены существующие подходы к классификации автомобильных дорог, выделены существенные характеристики, оказывающие влияние на эмиссию загрязняющих веществ, среди которых конструктивные особенности дорог, характеристики трафика и особенности городской среды. Разработан алгоритм и программный модуль расчета массовых выбросов загрязняющих веществ, производимых потоками автотранспорта.Заключение. Модуль расчета массовых выбросов загрязняющих веществ является составной частью комплексной системы моделирования загрязнения атмосферного воздуха жилых территорий мегаполисов автомобильным транспортом. Разработанный модуль может быть использован для экологического мониторинга, оценки и прогнозирования загрязнения воздуха, выявления проблемных зон и выработки организационных решений, направленных на улучшение экологической обстановки в населенных пунктах
Объявление
Get PDFОбратите внимание, что на основании рекомендации Высшей аттестационной комиссии (ВАК) приказом Минобрнауки России от 24 февраля 2021 г. № 118 утверждена новая номенклатура научных специальностей, по которым присуждаются ученые степени
Аналитический подход к расчету резонаторного комбинированного фильтра на поверхностных акустических волнах на основе модели связанных мод
Get PDFIntroduction. Bandpass filters are important components that determine the basic characteristics of transmitting and receiving radio electronic equipment. Such filters implemented on surface acoustic waves (SAW) not only demonstrate excellent electrical parameters, but also meet compactness requirements. The relevant research task of reducing the design time and optimizing the filter’s cost can be solved by either using modern computational software or improving existing modeling tools.Aim. To describe the current state and main features of approaches to calculating SAW-based bandpass filters using the model of coupled modes and its formalization based on P-matrices. To describe the main principles and approaches on the example of designing a combined-mode resonator filter on leaky SAW and comparing the calculated and experimental data.Materials and methods. A theoretical study was carried out using the mathematical theory of differential equations presented in a matrix form, as well as the methods of finite element analysis and circuit theory. The results were processed in MatLab and COMSOL.Results. The current state of the analytical approach to designing SAW-based filters using the model of coupled modes and its formalization based on P-matrices was described. An original design for a resonator filter based on leaky SAW at 49° YX-cut of lithium niobate was proposed. The filter has a relative bandwidth of 5.8 %, an insertion loss of –3.7 dB, and a stop-band rejection of –50 dB. A technique for calculating SAW-based filters was proposed.Conclusion. The proposed analytical approach to designing SAW-based bandpass filters allows the filter characteristics (e.g., transmission factor) to be reliably predicted at the modeling stage, thereby reducing the number of experimental iterations and increasing the development efficiency.Введение. Полосовые фильтры являются важными компонентами, которые определяют основные характеристики приемной и передающей радиоэлектронной аппаратуры. Одним из вариантов их реализации являются фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ), которые, обладая отличными электрическими параметрами, обеспечивают и выполнение требований по минимальным массогабаритным характеристикам. Сокращение времени проектирования с одновременным снижением затрат на разработку фильтров является актуальной задачей, которую можно решить как за счет применения современных вычислительных пакетов, так и усовершенствованием и развитием уже известных средств моделирования.Цель работы. Показать современное состояние и основные особенности расчета полосовых фильтров на ПАВ на основе модели связанных мод и ее формализации на базе P-матриц, описание принципов и подходов на примере проектирования комбинированного резонаторного фильтра на вытекающих ПАВ и сравнение результатов расчета с экспериментальными данными.Материалы и методы. Теоретическая часть работы выполнена с применением теории дифференциальных уравнений, представленных в матричной форме, конечно-элементного анализа и элементов теории цепей. В ходе работы применялась математическая обработка и расчет в программах MatLab и COMSOL.Результаты. Показано современное состояние аналитического подхода к расчету фильтров на ПАВ на основе модели связанных мод и формализация данного подхода на базе P-матриц. Разработана концепция построения и предложена оригинальная конструкция резонаторного фильтра на вытекающих ПАВ на 49° YX-срезе ниобата лития. Фильтр имеет относительную полосу пропускания 5,8 %, вносимое затухание –3.7 дБ и подавление в полосе заграждения –50 дБ. Предложена методика расчета фильтров на ПАВ.Заключение. Предложенный аналитический подход к проектированию полосовых фильтров на ПАВ позволяет быстро и относительно точно прогнозировать на стадии моделирования характеристики фильтра, например коэффициент передачи. Это дает возможность уменьшить число экспериментальных итераций и повысить эффективность разработки
Анализ состава нелинейных искажений при видеоимпульсных воздействиях с применением поведенческих нелинейных моделей электрических цепей
Get PDFIntroduction. Measuring harmonic distortions of a baseband pulse signal constitutes a problem due to the continuous nature of their spectrum. In order to obtain nonlinear distortions of a signal, a comparison should be conducted either of the object’s responses to two different test signals or those of the real object and its linearized model. However, such an approach does not distinguish between various physical factors that cause nonlinear distortions. This, as a result, complicates the optimization of devices.Aim. To develop an approach capable of determining the contribution of various sources to the nonlinear distortion of baseband pulse signals.Materials and methods. The method under consideration involves a synthesis of a nonlinear behavioral model for an object and a comparison of the model’s output signals when linearizing some (or all) of the characteristic functions in this model. This allows distinguishing the contribution of inertialess, capacitive nonlinearity and nonlinearity associated with signal recirculation in feedbacks. An example of a three-stage baseband pulse amplifier (with step functions as test signals) is provided, for which a behavioral model was synthesized in the form of a second-order nonlinear recursive filter.Results. The aggregate signal of nonlinear distortions obtained using the presented method was found to be similar to that obtained by subtracting the responses to two different test signals. Further, the distortions caused by static amplitude nonlinearity, capacitive reactivity nonlinearity and energy recirculation between different reactive storages were distinguished. The nonlinearity of the amplitude characteristic exhibits its effect at the end of the transient process, the nonlinearity with the capacitive nature – at the beginning of the transient process, and the nonlinearity of energy recirculation – in the middle part of the transient process. It is shown that even parts of the nonlinear distortions at step impact, caused by individual physical nonlinearity factors, exceed the harmonic distortions of a RF-pulse signal.Conclusion. The considered method is particularly useful when designing wideband devices with feedbacks, since the nonlinearity of energy recirculation takes effect long after the visual end of the transient process.Введение. Измерение нелинейных искажений видеоимпульсных сигналов представляет проблему, поскольку они имеют сплошной спектр. Для селекции сигнала нелинейных искажений в указанном случае применяют сравнение двух откликов объекта на два различных тестовых сигнала или сравнение отклика реального объекта и его линеаризованной модели. Такой подход не позволяет разделить различные физические факторы, приводящие к возникновению нелинейных искажений, что затрудняет последующую оптимизацию устройств.Цель работы. Рассмотреть метод, который позволяет определить вклад различных источников в нелинейные искажения видеоимпульсных сигналов устройством.Материалы и методы. Принцип рассматриваемого метода состоит в построении нелинейной поведенческой модели объекта и сравнении выходных сигналов модели при линеаризации некоторых (или всех) ее характеристических функций. Это дает возможность оценить вклад безынерционной, емкостной нелинейностей и нелинейности, связанной с рециркуляцией сигнала в обратных связях. Исследование выполнено на примере трехкаскадного усилителя видеоимпульсных сигналов (тестовые сигналы – ступенчатые функции), для которого синтезирована поведенческая модель в виде нелинейного рекурсивного фильтра второго порядка.Результаты. Полный сигнал нелинейных искажений, полученный рассмотренным методом, оказался близок к сигналу, получаемому при вычитании откликов на два различных тестовых воздействия. Разделены искажения, обусловленные нелинейностями статической амплитудной характеристики и реактивностей емкостного характера, а также рециркуляцией энергии между реактивными накопителями разных типов. Установлено, что нелинейность амплитудной характеристики сказывается после окончания переходного процесса, нелинейность емкостного характера – в начале переходного процесса, а нелинейность рециркуляции энергии – в его средней части. Проиллюстрировано, что даже части нелинейных искажений ступенчатого сигнала, обусловленные отдельными физическими факторами нелинейности, превышают гармонические искажения радиоимпульсного сигнала.Заключение. Рассмотренный метод представляется наиболее полезным при проектировании широкополосных устройств с обратными связями, поскольку область влияния нелинейности рециркуляции энергии оказывается сдвинутой далеко за пределы визуального окончания переходного процесса
Структурные и электрические свойства стеклокерамических сегнетоэлектрических композитных материалов
Get PDFIntroduction. Materials exhibiting high dielectric permittivity are relevant for use in modern ultrahigh-frequency electronics. Among them, ferroelectrics with high dielectric nonlinearity present particular interest. The electrical strength of ferroelectric materials can be increased using modern composite structures based on mixing ferroelectries and linear dielectrics - materials exhibiting simultaneously low dielectric permittivity and high electrical strength. This approach provides for the opportunity of creating new multicomponent materials with previously unattainable properties and adjusting their component composition, inclusion size and electrical properties across a wide range. In this work, on the basis of porous potassium-iron-silicate glass (KFS) obtained by ion exchange, glass-ceramic materials containing barium titanate were synthesized for use at ultrahigh frequencies.Aim. Production of glass composites by low-temperature sintering of pre-synthesized BaTiO3 (BTO) and potassium-iron-silicate glass, as well as characterization of their structural and electrical properties at ultrahigh frequencies (microwave).Materials and methods. The crystal structure and phase composition of the obtained films were studied by X-ray diffraction using a DRON-6 diffractometer by the emission spectral line CuKα1 (λ = 1.5406 Å). The dielectric permittivity (ε) of microwave samples was evaluated by the Nicholson-Ross method at room temperature using an Agilent E4980A LCR-meter.Results. According to X-ray diffraction analysis, the synthesized samples are a mixture of KFS glass, ferroelectric BaTiO3 and dielectric barium polytitanates; the ratio of the latter determines the electrical properties of the composites. Depending on the content of barium titanate, the studied samples demonstrate a dielectric constant from 50 to 270 at a dielectric loss level of 0.1...0.02. The samples subjected to annealing in an oxygen medium showed an increase in dielectric permittivity by 10.25 % and an increase in controllability with a decrease in dielectric losses by an average of two times.Conclusion. The composite composition of 70 wt % BTO /30 wt % KFS was found to be the most promising in terms of structural and electrical properties. This composite showed an increase in dielectric permittivity by 25 % and a significant increase in nonlinearity, at the same time as reducing losses by more than two times as a result of annealing in an oxygen medium.Введение. Материалы, обладающие высокой диэлектрической проницаемостью, актуальны для использования в современной сверхвысокочастотной электронике в составе управляемых конденсаторов высокой энергетической плотности, систем преобразования энергии, мощных передающих антенн. Наиболее перспективными материалами для применения в упомянутых устройствах являются сегнетоэлектрики, обладающие высокой диэлектрической нелинейностью. Для увеличения электрической прочности сегнетоэлектрических материалов сегодня разрабатываются композитные структуры на основе смешения сегнетоэлектриков с линейными диэлектриками - материалами, обладающими малой диэлектрической проницаемостью, но высокой электрической прочностью. Преимуществом такого подхода является возможность создания новых многокомпонентных материалов с недостижимыми ранее свойствами и возможность регулировать компонентный состав, размеры включений и электрические свойства композитов в широких пределах. На основе пористого калийжелезосиликатного стекла (KFS), полученного методом ионного обмена, синтезированы стеклокерамические материалы, содержащие титанат бария, с целью использования на сверхвысоких частотах. Показано, что отжиг стеклокерамических композитов в кислородной среде положительно влияет на их структурные и электрические характеристики. Стеклокерамические образцы демонстрируют значительное увеличение диэлектрической проницаемости и снижение потерь после высокотемпературной обработки в кислороде.Цель работы. Получение стеклокомпозитов посредством низкотемпературного спекания предварительно синтезированного BaTiO3 (BTO) и калийжелезосиликатного стекла, а также характеризация структуры и электрических свойств композитов на сверхвысоких частотах (СВЧ).Материалы и методы. Кристаллическая структура и фазовый состав полученных пленок исследовались методом рентгеновской дифракции с помощью дифрактометра ДРОН-6 на эмиссионной спектральной линии CuKα1 (λ = 1.5406 Å). Диэлектрическая проницаемость е образцов на СВЧ оценивалась методом Николсона-Росса при комнатной температуре с использованием Agilent E4980A LCR-meter.Результаты. Согласно данным рентгеноструктурного анализа, синтезированные образцы представляют собой смесь KFS, сегнетоэлектрического BaTiO3 и диэлектрических полититанатов бария; соотношение последних определяет электрические свойства композитов. В зависимости от содержания титаната бария исследуемые образцы демонстрируют диэлектрическую проницаемость от 50 до 270 при уровне диэлектрических потерь 0.1...0.02.Для исследуемых образцов, подверженных отжигу в кислородной среде, после высокотемпературной обработки наблюдается увеличение диэлектрической проницаемости на 10.25 % и рост управляемости при уменьшении диэлектрических потерь в среднем в 2 раза.Заключение. Наиболее перспективным с точки зрения структурных и электрических свойств представляется композит состава с массовой долей ВТО 70 % и массовой долей KFS 30 %. Для данного композита наблюдается увеличение диэлектрической проницаемости на 25 %, существенный рост нелинейности при одновременном снижении потерь более чем в 2 раза в результате отжига в кислородной среде
Аппаратно-программный медицинский комплекс дистанционного мониторинга показателей сердечных заболеваний (англ.)
Get PDFIntroduction. Wireless diagnostics of patients’ functional state is important for ensuring timely detection and treatment of diseases. In this article, the development of a medical hardware-software system for remote monitoring of the state of biological objects is considered on the example of cardiovascular diseases.Aim. To develop a medical hardware-software system for remote monitoring of the main cardiovascular parameters and to expand the scope of medical remote telemetry equipment, which can eventually lead to improved medical services.Materials and methods. On the example of cardiovascular diseases, an analysis of the existing medical hardwaresoftware system for remote monitoring of the state of biological objects was carried out, taking into account the cardiac monitoring of the electrocardiogram. This method is widely used for in the diagnostics and treatment of cardiovascular diseases.Results. A method was proposed for creating a hardware-software system for remote monitoring of the main cardiovascular parameters to ensure timely detection and treatment of diseases. The general structure of such a system, including its advantages and disadvantages and the routing of information, is described. The proposed technology of prolonged remote monitoring of the patient's health state makes it possible to increase the efficiency of detecting dangerous heartbeat arrhythmia by about 30%.Conclusions. The proposed system solves the problem of registering biological parameters without significant interference in the patient’s vital activity, which allows typical conditions to be traced. Remote data collection also facilitates the load on medical personnel, reduces the number of contacts with patients and improves their psychological state.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
Магнитные и плазмонные композиционные наноструктуры для реализации оптических фильтров в системах контроля и диагностики веществ и материалов
Get PDFIntroduction. Porous silicon (PS) and materials on its basis are of interest for application in nanoelectronics, targeted drug delivery and advanced gas sensors. In addition, PS-based nanostructures are promising as filters in fibre-optic communication systems, since conventional thin-film deposition filters possess sidebands in their operating range thus requiring high vacuum for nanometer-thick coatings.Aim. To develop optical band-stop filter prototypes based on composite magnetic nanoparticles and the effect of localized surface plasmon resonance (LSPR) in an array of silver nanoparticles located on the PS surface. Materials and methods. The development and synthesis of nanostructures for the creation of filter prototypes. The double differentiation method in conjunction with Mie absorption theory was used for processing and analyzing the prototypes attenuation characteristics.Results. Two prototypes were developed. An analysis of the attenuation characteristics of a prototype based on SiO2 matrix functionalized by FemOn indicated that the parameters of the detected absorption bands depend on the size of FemOn nanoparticles. The attenuation characteristics of the LSPR-based prototype contain two absorption bands. The center wavelength value in the band caused by LSPR in the array of silver nanoparticles, close to spherical, is 367.5 nm. Excitation of LSPR in silver quantum clusters, manifested by the appearance of the corresponding band, occurs at a wavelength of 265.5 nm. The suppression in each of the bands can be controlled by changing the parameters of the PS matrix synthesis.Conclusion. Despite the disadvantages, e.g. a relatively low accuracy in setting the center wavelength, as well as certain difficulties concerned with reducing the unevenness in the absorption band, the obtained prototypes surpass existing analogues and are prospective for the development of compact analysis and diagnostics systems in a wide energy range.Введение. Пористый кремний (ПК) и материалы на его основе представляют интерес для применения в наноэлектронике, таргетированной доставке препаратов и перспективных детекторах газов. Разработки в области создания наноструктур на базе ПК актуальны для реализации фильтров в системах волоконно-оптической связи, поскольку современные интерференционные фильтры характеризуются наличием побочных полос в рабочем диапазоне и требуют поддержания высокого вакуума при нанесении покрытий нанометровой толщины.Цель работы. Разработка прототипов полосно-заграждающего фильтра оптического диапазона на основе композиционных магнитных наночастиц и эффекта локализованного поверхностного плазмонного резонанса (ЛППР) в массиве наночастиц серебра на поверхности ПК.Материалы и методы. Разработка и получение наноструктур для создания прототипов фильтров. Применение метода двойного дифференцирования совместно с теорией поглощения Ми для анализа характеристик затухания прототипов.Результаты. Разработаны 2 прототипа; анализ характеристики затухания прототипа на основе функционализированной магнитными наночастицами FemOn матрицы SiO2 позволяет связать параметры обнаруженных полос поглощения с размером наночастиц FemOn. Характеристика затухания прототипа на основе ЛППР в массиве наночастиц Ag на поверхности пористого кремния содержит две полосы поглощения. Значение средней длины волны в полосе, обусловленной ЛППР в массиве наночастиц серебра, близких по форме к сферическим, составляет 367.5 нм. Возбуждение ЛППР в квантовых кластерах серебра, сопровождающееся появлением соответствующей полосы, происходит на длине волны 265.5 нм. Изменение параметров синтеза ПК матрицы позволяет управлять подавлением в каждой из обнаруженных полос.Заключение. Несмотря на недостатки, в том числе сравнительно низкую точность задания средней длины волны, а также трудоемкость уменьшения неравномерности в полосе поглощения, полученные прототипы превосходят существующие аналоги и являются перспективными для решения задач разработки компактных систем анализа и диагностики в широком энергетическом диапазоне
Подавление мультипликативного шума на радиолокационных изображениях
Get PDFIntroduction. A radar image is an image obtained by remote sensing the earth's surface with a radar device. Radar images are characterized by background graininess caused by speckle noise, which should be filtered to improve the quality of radar images. The structure of speckle noise reduction filters often comprise one or more parameters to control the level of noise smoothing. The values of these parameters have to be selected experimentally. In works devoted to speckle noise filtering, the methods used for selecting filter paraments are rarely clarified.Aim. To present a methodology for selecting the parameters of multiplicative speckle noise filters on a radar image that are optimal in terms of the quality of the resulting image.Materials and methods. The article presents a method for determining the optimal parameters of speckle noise reduction filters. This method was applied to the most conventionally used filters. The search for optimal parameters and testing of the filters were carried out using a specially designed image, which contained the objects most frequently found on radar images. The structural similarity index (SSIM) metric was chosen as a metric that assesses the quality of filtration.Results. After determining the optimal (in terms of SSIM) parameters of speckle noise reduction filters, the filters were compared to select the best filters in terms of the quality of radar image processing. In addition, the operation of the filters under study was tested on images containing various types of objects, namely: large objects, small objects and sharp borders. Knowing which filter copes best with smoothing speckle noise in a particular area and what values of the variable parameters this requires, an optimal quality of radar images can be achieved. Filtering not only improves human perception of radar images, but also reduces the influence of speckle noise during their further processing (object detection, segmentation of areas, etc.).Conclusion. The proposed algorithm allowed optimal parameters for several speckle noise filters to be determined. The quality of filtration was assessed using an expert method (visually) by comparing images before and after filtration, differential images and one-dimensional image slices. The Frost filter and the anisotropic diffusion filter with optimal parameters showed the best processing quality according to the SSIM metric.Введение. Радиолокационное изображение (РЛИ) – это изображение, получаемое зондированием земной поверхности с помощью радиолокационного устройства. РЛИ обладает важной особенностью в виде спекл-шума, который вызывает зернистость фона. Данный шум необходимо фильтровать с целью улучшения качества РЛИ. Фильтры спекл-шума часто имеют в своей структуре один или несколько параметров, которые контролируют уровень сглаживания шума и значения которых приходится подбирать экспериментально. В статьях, посвященных фильтрации спекл-шума, авторы часто не поясняют, как были выбраны значения параметров фильтров.Цель работы. Представление методики для выбора оптимальных в смысле качества получаемого изображения параметров фильтров мультипликативного спекл-шума на РЛИ.Материалы и методы. Рассмотрена разработанная методика поиска оптимальных параметров фильтров спекл-шума применительно к наиболее часто используемым фильтрам. Поиск оптимальных параметров и тестирование работы фильтров проводятся на специально разработанном изображении, содержащем объекты, наиболее часто встречающиеся на РЛИ. Метрикой, оценивающей качество проведенной фильтрации, служил индекс структурного сходства SSIM (Structural Similarity Index Metric).Результаты. После нахождения оптимальных по SSIM параметров рассматриваемых фильтров проведено сравнение работы фильтров с точки зрения обработки РЛИ и найдены наилучшие фильтры для этой задачи. Также работа рассматриваемых фильтров протестирована на изображениях, содержащих различные типы объектов, а именно: большие объекты, мелкие объекты, резкие границы. Зная, какой фильтр наилучшим образом справляется со сглаживанием шума на той или иной области и какие для этого необходимы значения варьируемых параметров, можно использовать полученные результаты для фильтрации радиолокационных изображений. Фильтрация не только улучшает восприятие РЛИ человеком, но и позволяет снизить влияние спекл-шума на дальнейшую автоматизированную обработку РЛИ (детектирование объектов, сегментация областей и др.).Заключение. Предложенный алгоритм позволил найти оптимальные параметры для нескольких фильтров спекл-шума. Качество фильтрации оценивалось экспертным способом (визуально), посредством сравнения изображений до и после фильтрации, разностных изображений и одномерных срезов изображений. Фильтр Фроста и фильтр анизотропной диффузии с оптимальными параметрами показали лучшее качество обработки по SSIM
Исследование диаграммы обратного излучения квадрупольной антенны с высокоимпедансным экраном больших электрических размеров
Get PDFIntroduction. The multipath resistance of GNSS antennas is largely determined by the gain slope of the amplitude radiation pattern at sliding angles (angles close to the horizon). The gain slope of the antenna radiation pattern is determined by the size of its ground plane. This article investigates the dependence between the gain slope and ground plane diameter R of a quadrupole antenna.Aim. To analyse the impact of the diameter of conventional and high-impedance ground planes on the backscatter radiation pattern of a quadrupole antenna at sliding angles.Materials and methods. Computer simulations were carried out in CAD CST Studio Suite using the methods of finite element analysis (FEM), finite difference time domain (FDTD) and template based post-processing.Results. Quadrupole antennas with a capacitive high-impedance ground plane and a conventional flat ground plane were simulated. The dependence of the average gain slope at sliding angles on the diameter of the ground plane was determined at low fн and upper fв GNSS frequencies. The analysis of the down/up ratio, the rolloff gain and the multipath ratio for R= 1…20 of the wavelength of capacitive high-impedance and ground planes conventional flat was performed. It was established that higher gain slopes can be obtained using different types of ground planes; however, lower backscatter radiation values are achievable only using high-impedance structures. It was observed that the same slope of the radiation pattern (about 1 dB/°) for GNSS lower frequencies can be obtained at different R=12λ0, and, presumably, at 20λ0.Conclusion. A high-impedance ground plane with a diameter of R=12λ0 is preferable for a quadrupole antenna at low GNSS frequencies. A further increase in the ground plane size will insignificantly improve its characteristics.Введение. Устойчивость антенн глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) к многолучевой интерференции во многом определяется крутизной амплитудной диаграммы направленности (ДН) в области скользящих углов (углов, близких к горизонту). Крутизна ДН антенны определяется размером ее экрана. В статье представлено исследование зависимости крутизны амплитудной ДН от диаметра экрана квадрупольной антенны R.Цель исследования. Анализ влияния диаметра обычного и высокоимпедансного экранов на ДН и диаграмму обратного излучения (ДОИ) квадрупольной антенны, в том числе в области скользящих углов.Материалы и методы. Численные исследования проведены в САПР СВЧ (CST Studio Suite) методом конечных элементов (finite element method – FEM) и методом конечных разностей во временной области (FDTD), а также методами постобработки результатов.Результаты. Проведено моделирование квадрупольной антенны с емкостным высокоимпедансным и плоским проводящим экранами. Установлено наличие зависимости средней крутизны ДН на скользящих углах от диаметра экрана на нижней fн и верхней fв частотах ГНСС. В ходе исследования выполнен анализ ДН, отношения назад/вперед (down/up или DU), коэффициента усиления в направлении на горизонт (горизонтальное усиление – ГУ) и коэффициента многолучевости (MR) для диаметров R= 1…20 длин волн высокоимпедансного и проводящего экранов. Выявлено, что с целью получения высокой крутизны ДН на скользящих углах возможно применение различных типов экранов, но низкий уровень ДОИ достижим только с применением высокоимпедансной структуры. Показано, что одну и ту же крутизну амплитудной ДН (около 1 дБ/°) для нижних частот (НЧ) ГНСС возможно получить при разных диаметрах экрана R= 12λ0 и, предположительно, 20λ0 .Заключение. Высокоимпедансный экран решетки вертикальных стержней диаметром R = 12λ0 является предпочтительным для квадрупольной антенны на НЧ ГНСС. Да льнейшее увеличение экрана может лишь незначительно улучшать его характеристики