Journal of the Russian Universities. Radioelectronics / Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника
Not a member yet
541 research outputs found
Sort by
Метод автоматического определения трехмерной траектории транспортных средств на изображении
Get PDFIntroduction. An important part of an automotive unmanned vehicle (UV) control system is the environment analysis module. This module is based on various types of sensors, e.g. video cameras, lidars and radars. The development of computer and video technologies makes it possible to implement an environment analysis module using a single video camera as a sensor. This approach is expected to reduce the cost of the entire module. The main task in video image processing is to analyse the environment as a 3D scene. The 3D trajectory of an object, which takes into account its dimensions, angle of view and movement vector, as well as the vehicle pose in a video image, provides sufficient information for assessing the real interaction of objects. A basis for constructing a 3D trajectory is vehicle pose estimation.Aim. To develop an automatic method for estimating vehicle pose based on video data analysis from a single video camera.Materials and methods. An automatic method for vehicle pose estimation from a video image was proposed based on a cascade approach. The method includes vehicle detection, key points determination, segmentation and vehicle pose estimation. Vehicle detection and determination of its key points were resolved via a neural network. The segmentation of a vehicle video image and its mask preparation were implemented by transforming it into a polar coordinate system and searching for the outer contour using graph theory.Results. The estimation of vehicle pose was implemented by matching the Fourier image of vehicle mask signatures and the templates obtained based on 3D models. The correctness of the obtained vehicle pose and angle of view estimation was confirmed by experiments based on the proposed method. The vehicle pose estimation had an accuracy of 89 % on an open Carvana image dataset.Conclusion. A new approach for vehicle pose estimation was proposed, involving the transition from end-to-end learning of neural networks to resolve several problems at once, e.g., localization, classification, segmentation, and angle of view, towards cascade analysis of information. The accuracy level of end-to-end learning requires large sets of representative data, which complicates the scalability of solutions for road environments in Russia. The proposed method makes it possible to estimate the vehicle pose with a high accuracy level, at the same time as involving no large costs for manual data annotation and training.Введение. Важной составной частью системы управления беспилотным транспортным средством (ТС) является модуль анализа окружающего пространства. Традиционно его реализуют на основе датчиков разного типа, включая видеокамеры, лидары и радары. Развитие вычислительной и телевизионной техники позволяет реализовать модуль анализа окружающего пространства используя в качестве датчиков только видеокамеры, что снижает себестоимость модуля в целом. Основной задачей при обработке видеоданных является анализ окружающего пространства как трехмерной сцены. Трехмерная траектория объекта, в которой наряду с его локализацией на изображении учтены также габаритные размеры, ракурс (угол поворота) и вектор движения, предоставляет исчерпывающую информацию для анализа реального взаимодействия объектов. Основой построения трехмерной траектории является оценка ракурса ТС. Цель работы. Разработка метода автоматической оценки ракурса ТС на основе анализа видеоданных от одной видеокамеры.Методы и материалы. Предложен автоматический метод оценки ракурса ТС на изображении на основе каскадного подхода. Метод включает локализацию ТС, определение его ключевых точек, сегментацию ТС и оценку ракурса. Локализация ТС и определение его ключевых точек решены на основе сверточной нейронной сети. Сегментацию ТС и формирование маски объекта выполняют с переходом в полярную систему координат и поиском внешнего контура с помощью алгоритмов теории графов. Целевой ракурс ТС определяют сопоставлением Фурье-образа сигнатур маски ТС и шаблонов, полученных на основе трехмерных моделей.Результаты. Эксперименты подтвердили корректность определения ракурса ТС на основе предложенного метода. Точность определения ракурса ТС на открытом наборе изображений Carvana составила 89 %. Заключение. Предложен новый подход к задаче оценки ракурса ТС, предполагающий переход от сквозного обучения нейронных сетей для решения сразу нескольких задач, таких, как локализация, классификация, сегментация и определение ракурса, к каскадному анализу информации. Обеспечение высокой точности оценки ракурса при сквозном обучении требует больших репрезентативных наборов данных, что затрудняет масштабируемость решений для условий российских дорог. Предложенный метод позволяет определять ракурс ТС с высокой точностью без больших затрат на ручную аннотацию данных и обучение
Верификация измерений фазовращателей отражательной антенной решетки
Get PDFIntroduction. Large-size phased antenna arrays (PAA) frequently incorporate optical excitation schemes, whose main elements include the feed and the reflective aperture. In turn, the reflective aperture consists of several tens of thousands of radiators and phase shifters. Major distortions of the radiation pattern in reflective arrays occur due to phase errors, leading to a decrease in the gain and an increase in the side lobes of the radiation pattern. In the millimeter wavelength range, ferrite phase shifters can have an initial phase from 0 to 360 °, thus requiring measurements of the array elements following their assembly.Aim. To develop a method for evaluating errors in measurements of the parameters of phase shifters incorporated in an antenna array by comparing theoretical and experimental data.Materials and methods. A convenient method for determining the parameters of phase shifters is probing, in which a movable probe is connected in series with each array element. In cases where a PAA element represents a single structure consisting of a ferrite segment and a dielectric radiator, measurements are carried out using a probe in the form of a segment of a round waveguide moving towards the radiator. In order to evaluate the measurement error of such a scheme, a mechanically controlled reference phase shifter was used.Results. Measurement errors for the probe structure used were calculated based on the assumption of the phase error arising from the vector addition of the controlled and uncontrolled reflected signals at the input of the PAA element, in the section of the reference plane at the input of the probe. In addition, the S-parameters of the superposition section were calculated. The extrema of the error function were used to determine the maximum errors in measuring the phase and amplitude.Conclusion. The performed analysis confirmed the validity of the proposed method for measuring the parameters of phase shifters using a waveguide probe. The measurement error of the PAA elements according to the proposed scheme was found to be about 3 o, which is commensurate with that of recording devices.Введение. В больших фазированных антенных решетках (ФАР) широко используются оптические схемы возбуждения, основными элементами которых являются облучатель и отражательная апертура, состоящая из нескольких десятков тысяч излучателей и фазовращателей. В отражательных ФАР основные искажения диаграммы направленности происходят за счет фазовых ошибок, приводящих к снижению усиления и росту боковых лепестков. В миллиметровом диапазоне длин волн ферритовые фазовращатели могут иметь начальную фазу от 0 до 360°, поэтому после сборки в решетку необходимо проводить их фазовые измерения.Цель исследования. Создание способа оценки погрешности измерений параметров фазовращателей в составе антенной решетки на основе сопоставления теоретических положений с экспериментальными данными.Материалы и методы. Удобным способом определения параметров фазовращателей является использование метода летающего пробника (flying probe), при котором подвижный пробник последовательно соединяется с каждым элементом решетки. Если элемент ФАР представляет собой единую конструкцию из ферритового отрезка и диэлектрического излучателя, то измерения проводят с помощью отрезка круглого волновода, надвигающегося на излучатель. Для проверки погрешности этой схемы измерений используется ме-ханически управляемый фазовращатель.Результаты. Рассчитаны погрешности измерений конструкции с подвижным пробником, исходя из предположения о фазовой ошибке, возникающей из-за векторного сложения управляемого и неуправляемого отраженных сигналов на входе элемента ФАР. Измерены S-параметры стыковочной секции. По экстремумам функции ошибки определены максимальные погрешности измерения фазы и амплитуды.Заключение. Проведенный анализ показал правомерность выбранного метода оценки погрешности измерений параметров фазовращателей в составе решетки, что определяет перспективы его дальнейшего использования. Погрешность измерений элементов ФАР по предложенной схеме составила около 3°, что соизмеримо с погрешностью регистрирующего прибора
Определение пространственной разрешающей способности на радиолокационных изображениях при дистанционном зондировании Земли
Get PDFIntroduction. The analysis of the current state and prospects of space-based radar surveillance tools is important for determining their functions in global aerospace information systems, which aim to monitor air and space, as well as the Earth's surface. Radar surveillance information is used for the purposes of economic analysis, environmental monitoring, mineral search, emergency monitoring, detection and recognition of specified object s at sea and on land, as well as for ensuring national security. In this regard, it is of relevance to develop methods for preliminary assessment of the resolution capacity of novel high-precision onboard radar systems installed on a spacecraft, considering their main technical characteristics, the parameters of the spacecraft movement and the influence of the atmosphere. A priori estimation of spatial resolution values requires a method for calculating the corresponding indicators meeting the required quality of the synthesized radio holograms.Aim. To derive mathematical dependencies and logical rules allowing a priori estimation of the spatial resolution of radar images obtained by the onboard equipment of a radar complex.Materials and methods. Analytical methods were used to determine the resolution error of onboard radar systems with a synthesized aperture in the lateral (azimuthal) direction and range, as well as the theory of radar signal processing.Results. A comparison of the experimental and analytical data on the resolution capacity of an actual radar system confirmed the validity on the proposed method. The developed methodology was used to determine the procedure of calculating the error when estimating the resolution capacity in terms of azimuth and range. Conclusion. The proposed method can be used for both designing novel radar systems and comparing existing radar complexes, depending on the resolution requirements.Введение. Анализ современного состояния и перспектив совершенствования средств радиолокационного наблюдения космического базирования позволяет определить задачи, которые могут решаться этими средствами в глобальной аэрокосмической информационной системе, обеспечивающей мониторинг воздушного и космического пространства, а также земной поверхности. Получаемая информация может использоваться для анализа результатов хозяйственной деятельности, экологического состояния окружающей среды, поиска полезных ископаемых, мониторинга чрезвычайных ситуаций, обнаружения и распознавания заданных объектов на море и суше, а также для обеспечения национальной безопасности. В связи с этим часто возникает необходимость использовать методы предварительной аналитической оценки разрешающей возможности для вновь разрабатываемых высокодетальных бортовых радиолокационных комплексов, предназначенных для установки на космических аппаратах, с учетом их основных технических характеристик, параметров движения космического аппарата и влияния состояния атмосферы. Для априорного определения значений пространственной разрешающей способности требуется разработать методику расчета значений соответствующих показателей, которые должны удовлетворять требуемому качеству получаемых радиоголограмм после их синтезирования.Цель работы. Создание математических зависимостей и логических правил, позволяющих производить специальные расчеты для априорного оценивания пространственной разрешающей способности радиолокационных изображений, планируемых к получению с помощью бортовой аппаратуры радиолокационного комплекса.Материалы и методы. Использованы аналитические методы определения оценки погрешности разрешающей способности бортовых радиолокационных комплексов с синтезированной апертурой в боковом (азимутальном) направлении и по дальности, а также теория обработки радиолокационных сигналов. Результаты. Практические эксперименты по оценке разрешающей способности, проведенные на действующем радиолокационном комплексе, с целью сравнения с данными, полученными аналитическим путем, подтвердили правильность расчетов на основе предложенной методики. С помощью разработанной методики определены порядок и содержание расчета погрешности оценки разрешающей способности в азимутальном направлении и по дальности.Заключение. Представленная методика позволяет целенаправленно конструировать новые или проводить сравнительный анализ существующих радиолокационных комплексов, в зависимости от требований по разрешающей способности
Макет автомобильного радара диапазона 77 ГГц
Get PDFIntroduction. Automotive radars are the main tools for providing traffic safety. The development of such radars involve a number of technical difficulties due to the manufacture of high-precision extremely high-frequency (EHF) printed circuit boards. To facilitate the process of creating such devices, the existing algorithms for radar information processing should be debugged using prototypes from manufacturers of mm-band transceivers. However, the parameters of such boards are not known in advance, and the actual operating conditions of the as-produced automotive radars raise new challenges to target tracking algorithms. Therefore, checking the performance of such boards is a relevant research problem.Aim. To evaluate the performance of a millimeter-wave automotive radar prototype and to test target tracking algorithms using this prototype.Materials and methods. An original target tracking method was used, which considers the constraints on the use of additional data sources about the radar carrier movement.Results. An experimental performance evaluation of a 77 GHz automotive radar prototype was carried out. The effectiveness of primary processing for the target class “vehicle” in the millimetre range was checked. Original algorithms for target tracking were proposed and tested.Conclusion. The obtained results show that the prototype board of a transceiver chip is capable of testing tracking algorithms without creating an own automotive radar prototype. Thus, the developmental process can be significantly shortened. Moreover, after creating a hardware solution, the developer obtains a reference device to test and configure an own product without using extremely expensive and rare EHF equipment.Введение. Автомобильные радары в настоящее время являются одним из основных средств обеспечения безопасности автомобильного движения. Их разработка сталкивается с целым рядом технических сложностей, связанных с изготовлением высокоточных печатных плат КВЧ-диапазона. Для ускорения и удешевления создания таких устройств целесообразно отладить алгоритмы обработки радиолокационной информации на макетных устройствах от производителей трансиверов миллиметрового диапазона. Однако параметры таких плат заранее неизвестны, а условия работы автомобильного радара ставят перед вторичной обработкой новые вызовы, поэтому проверка их работоспособности является актуальной задачей.Цель работы. Оценка работоспособности макета автомобильного радара миллиметрового диапазона и тестирование алгоритмов вторичной обработки на макете автомобильного радара.Материалы и методы. Использована оригинальная методика вторичной обработки радиолокационной информации с учетом ограничений на применение дополнительных источников данных о движении носителя радара.Результаты. Проведена экспериментальная оценка работоспособности макета автомобильного радара диапазона 77 ГГц, проверка эффективности первичной обработки для класса целей "автомобиль" в миллиметровом диапазоне, предложены и апробированы оригинальные алгоритмы вторичной обработки радиолокационной информации.Заключение. Полученные результаты показывают, что возможности макетной платы микросхемы-трансивера позволяют проводить апробацию алгоритмов вторичной обработки без создания собственного опытного образца автомобильного радара. Таким образом, время разработки может быть существенно уменьшено, а после создания собственного аппаратного решения у разработчиков есть образцовое изделие, что позволяет проводить проверки и настройки собственного продукта без использования крайне дорогого и редкого оборудования КВЧ-диапазона
Improving the Structure of a Signal Used for Real-Time Calibrating of the Receiving Channels of Digital Transceiver Modules in Digital Phased Antenna Arrays
Get PDFIntroduction. Modern digital phased array antenna (DPAA) systems incorporate a large number of identical transceiver modules (TMs). These modules require real-time calibration with a high level of accuracy. In a previous work, we proposed a real-time calibration method for all receiver channels, which is based on the use of a calibration signal (CalSig) of the same frequency spectrum as the reflected signal and modulated in phase and amplitude by BPSK and OOK codes, respectively. This method was found to have a number of advantages over conventional approaches. However, the use of the same CalSig sample for all receiving channels increases the noise power gain at the output of a digital beam-forming unit (DBU). To overcome this limitation, we set out to improve the structure of CalSigs by making them pseudo-orthogonal. As a result, the noise power gain at the DBU output can be significantly reduced compared to that obtained in our previous work.Aim. To propose an improved design of a controlled amplitude modulation code OOK generator, which allows creation of pseudo-orthogonal CalSigs. As a result, the noise power gain at the output will increase insignificantly, thus having no negative effect on the quality of digital beam forming, signal processing and calibration.Materials and methods. Theory of system engineering and technology; theory of digital signal processing; system analysis; mathematical modeling.Results. An improved CalSig for calibrating the receiving channels of TMs was obtained. A structural diagram allowing the formation of pseudo-orthogonal CalSigs was synthesized.Conclusions. We proposed a new approach to improving the structure of signals used for real-time calibrating the DPAA receiving channels. A structural diagram of an amplitude-modulated OOK code generator for pseudo-orthogonal CalSigs was developed.Introduction. Modern digital phased array antenna (DPAA) systems incorporate a large number of identical transceiver modules (TMs). These modules require real-time calibration with a high level of accuracy. In a previous work, we proposed a real-time calibration method for all receiver channels, which is based on the use of a calibration signal (CalSig) of the same frequency spectrum as the reflected signal and modulated in phase and amplitude by BPSK and OOK codes, respectively. This method was found to have a number of advantages over conventional approaches. However, the use of the same CalSig sample for all receiving channels increases the noise power gain at the output of a digital beam-forming unit (DBU). To overcome this limitation, we set out to improve the structure of CalSigs by making them pseudo-orthogonal. As a result, the noise power gain at the DBU output can be significantly reduced compared to that obtained in our previous work.Aim. To propose an improved design of a controlled amplitude modulation code OOK generator, which allows creation of pseudo-orthogonal CalSigs. As a result, the noise power gain at the output will increase insignificantly, thus having no negative effect on the quality of digital beam forming, signal processing and calibration.Materials and methods. Theory of system engineering and technology; theory of digital signal processing; system analysis; mathematical modeling.Results. An improved CalSig for calibrating the receiving channels of TMs was obtained. A structural diagram allowing the formation of pseudo-orthogonal CalSigs was synthesized.Conclusions. We proposed a new approach to improving the structure of signals used for real-time calibrating the DPAA receiving channels. A structural diagram of an amplitude-modulated OOK code generator for pseudo-orthogonal CalSigs was developed
Разработка метода оценки безопасного расстояния между коагулятами для автоматического формирования плана лазерной коагуляции сетчатки при лечении диабетической ретинопатии
Get PDFIntroduction. Diabetes mellitus is a common endocrine disease that can lead to retinal vascular damage caused by the spread of macular edema and the development of diabetic retinopathy. Currently, diabetic retinopathy is treated using retinal laser coagulation. However, since even modern systems do not demonstrate sufficient treatment efficacy, methods for providing laser coagulation support on the basis of patient data analysis are required.Aim. This paper aims to develop and study a method for estimating a safe distance between coagulates via the mathematical modeling of coagulation in order to provide laser coagulation support.Materials and methods. The problem of thermal conductivity is numerically modeled for laser action in a multilayer medium.Results. A method for estimating a safe distance between coagulates has been developed via the mathematical modeling of the thermal conductivity problem. An algorithm was established for reconstructing a three-dimensional fundus structure from OCT images. It was demonstrated that the convergence rate of the integro-interpolation method is higher than that of the finite difference method. The study revealed that the retina heats up to 45 ºС due to heat redistribution from the epithelial layer, as well as laser exposure. According to the study results, the developed method yields a safe distance of 180 µm. By increasing the delay between laser pulses by more than 10 ms, this distance can be reduced to 160 μm.Conclusion. The developed method can calculate distance corresponding to that used in medical practice. Besides safe distance, the use of this method will allow other laser coagulation parameters to be determined non-invasively: laser power and pulse duration recommended to achieve a therapeutic effect. These estimates can be used to automatically produce a preliminary laser coagulation plan to support diabetic retinopathy treatment.Введение. Сахарный диабет является распространенным эндокринным заболеванием, которое может приводить к поражению сосудов сетчатки, что является следствием распространения макулярного отека и развития диабетической ретинопатии. Современный способ лечения диабетической ретинопатии – это лазерная коагуляция сетчатки. Однако даже современные системы не обеспечивают достаточной эффективности лечения, вследствие чего требуются методики поддержки лазерной коагуляции на основе анализа данных пациента.Цель работы. Разработка и исследование метода оценки безопасного расстояния между коагулятами для обеспечения поддержки лазерной коагуляции на основе математического моделирования процесса коагуляции.Материалы и методы. Применены методы численного моделирования задачи теплопроводности, соответствующей процессу лазерного воздействия в многослойной среде.Результаты. Разработан метод оценки безопасного расстояния между коагулятами на основе применения методов математического моделирования задачи теплопроводности. Был разработан алгоритм реконструкции трехмерной структуры глазного дна по снимкам ОКТ. Было продемонстрировано, что сходимость интегро-интерполяционного метода быстрее метода конечных разностей. Исследование показало, что сетчатка нагревается не только за счет лазерного воздействия, но и вследствие перераспределения тепла со слоя эпителия до 45 ºС. По результатам применения разработанного метода безопасным расстоянием является 180 мкм. При увеличении задержки между лазерными импульсами более, чем на 10 мс, безопасное расстояние может быть уменьшено до 160 мкм.Заключение. Разработанный метод демонстрирует вычисление расстояния, соответствующего применяемому в медицинской практике, и позволит неинвазивным способом выявлять наиболее безопасные параметры лазерной коагуляции, не только расстояние, но и мощность лазера, а также рекомендуемую длительность импульса для достижения терапевтического эффекта. Оценки безопасных параметров могут быть применены для автоматического формирования предварительного плана лазерной коагуляции для поддержки лечения диабетической ретинопатии
Антенная решетка на основе резонаторов Фабри–Перо с механоэлектрическим сканированием
Get PDFIntroduction. Introduction. Low-profile effective antenna systems (AS) with maintained directional characteristics in a wide sector of scanning angles are required for satellite communication at mobile objects. This article investigates the directional characteristics of a subarray based on a Fabry–Perot cavity and an antenna array with mechanoelectrical beam steering.Aim. To investigate a Fabry–Perot based antenna array with mechanoelectrical beam steering and to estimate its gain and directivity at different scanning angles.Materials and methods. Computer simulations were carried out using the finite element method (FEM), finite difference time domain (FDTD) method and template based post-processing.Results. A subarray based on a Fabry–Perot cavity for an antenna array with mechanoelectrical beam steering was simulated. The efficiency of the subarray comprised at least 65 % in the 11.9…12.5 GHz frequency band. An antenna array based on a Fabry–Perot cavity with mechanoelectrical beam steering was developed and investigated. The calculated characteristics of the developed antenna array agreed well with those obtained experimentally. The gain degradation did not exceed 2.5 dB in the 0…70° scanning angle range. The advantages of using antenna elements based on a Fabry–Perot cavity and developing on their basis mobile satellite antenna systems with wide-angle scanning are noted.Conclusion. The use of a radiator based on a Fabry–Perot cavity and the development on it basis an antenna array with mechanoelectrical beam steering provides an antenna efficiency of no less than 0.5 with a gain degradation of no more than 2.5 dB in the scanning angle range 0…70° from 11.9 to 12.5 GHz.Введение. Организация сетей спутниковой связи на мобильных объектах в труднодоступных, удаленных местностях является актуальной задачей в рамках развития информационной связанности территорий РФ. Для организации спутниковой связи на транспортных средствах необходимы низкопрофильные эффективные антенные системы (АС) с сохранением характеристик направленности в широком секторе углов сканирования.Цель работы. Исследование АР на основе резонатора Фабри–Перо с механоэлектрическим сканированием, а также оценка коэффициента усиления и направленности решетки при различных углах сканирования.Материалы и методы. Численные исследования проведены методом конечных элементов (FEM – finite element method) и методом конечных разностей во временной области (FDTD), а также методами постобработки результатов.Результаты. Проведено моделирование подрешетки на основе резонатора Фабри–Перо для АР с механоэлектрическим сканированием. Установлено, что коэффициент усиления (КУ) подрешетки на основе резонатора Фабри–Перо составляет не менее 32.5 дБ в полосе частот от 11.9 до 12.5 ГГц, а апертурный коэффициент использования поверхности (КИП) – не менее 0.65. В ходе исследования разработана и изготовлена АР на основе резонатора Фабри–Перо с механоэлектрическим сканированием. Характеристики АР на основе резонатора Фабри–Перо, полученные электродинамическим моделированием, совпадают с характеристиками, найденными экспериментальным путем. Деградация КУ АР на основе резонаторов Фабри–Перо составляет не более 2.5 дБ в секторе углов сканирования 0…70°. Отмечены преимущества использования антенных элементов на основе резонатора Фабри–Перо и построения на их основе мобильных спутниковых АС с широкоугольным сканированием.Заключение. Применение в качестве излучателя резонатора Фабри–Перо и построение на его основе АР с механоэлектрическим сканированием позволяет достичь апертурного КИП антенны не менее 0.5 и деградации КУ в секторе углов 0…70° не более 2.5 дБ в полосе частот 11.9…12.5 ГГ
Оценка возможности применения смарт-трекеров в составе телемедицинских систем для удаленного мониторинга общего состояния здоровья пациентов в режиме реального времени
Get PDFIntroduction. The development of telemedicine systems intended to remotely monitor the health status of patients constitutes one of the most promising areas of contemporary science. Particularly relevant is the use of such systems to track the health of surgically treated patients. Since such patients are mobile, sensors measuring vital signs should not cause any discomfort in regular use. Thus, wearable smart trackers can be used for these purposes.Aim. The paper aims to study the possibility of using smart trackers in a telemedicine system for monitoring patient health.Materials and methods. In the study, a series of measurements was performed using GSMIN WR 41 smart bracelets in order to estimate their accuracy when measuring pulse, blood pressure, and oxygen saturation for different research subjects at rest and during intense physical exercises. In addition, the average measurement interval of the smart bracelet was determined; the operation of the smart bracelet in the telemedicine system for monitoring vital signs was considered.Results. The studies show that an average error in the measurement of vital signs (except for systolic pressure) using the smart bracelet does not exceed 10 %. In order to avoid the high error in measuring systolic pressure, an algorithm for assessing the general health of patients was developed. In addition, it is shown that the smart bracelet can detect an abrupt change in the vital signs of patients, with the average time of their measurement and data transmission to the server of the telemedicine system coming to 45 seconds.Conclusion. The study results indicate that smart bracelets can be used to remotely monitor the health of patients in real-time. These findings are confirmed by the telemedicine system designed on the basis of the smart bracelets considered in the paper.Введение. Одной из перспективных областей развития современной науки является разработка телемедицинских систем, направленных на удаленный мониторинг состояния здоровья пациентов. Особенно актуальным является использование таких систем для слежения за состоянием здоровья пациентов, перенесших хирургические вмешательства. Такие пациенты обладают подвижностью, в связи с этим датчики, измеряющие жизненные показатели, не должны доставлять дискомфорта при постоянном использовании. В качестве таких датчиков возможно использовать носимые смарт-трекеры.Цель работы. Изучить возможность использования смарт-трекеров в составе телемедицинской системы мониторинга состояния здоровья пациента.Материалы и методы. В рамках исследования на базе смарт-браслетов модели GSMIN WR 41 проводится серия измерений для оценки точности определения пульса, давления и сатурации на разных испытуемых в состоянии покоя и при интенсивной физической нагрузке. Также определяется средний интервал выполнения измерений смарт-браслетом и исследуется функционирование смарт-браслета в составе телемедицинской системы мониторинга жизненных показателей.Результаты. Исследования демонстрируют, что погрешность измерения показателей здоровья пациента смарт-браслетом, за исключением систолического давления, в среднем не превышает 10 %. Для корректировки высокой погрешности измерения систолического давления разработан алгоритм оценки общего состояния здоровья пациента. Также выяснилось, что смарт-браслет способен регистрировать резкое изменение показателей жизнедеятельности пациента, а среднее время измерения и передачи показаний на сервер в составе телемедицинской системы составляет в среднем 45 с.Заключение. Анализируя результаты проведенных исследований, можно заключить, что смарт-браслеты возможно использовать для удаленного мониторинга текущего состояния здоровья пациента в режиме реального времени. Подтверждением данных выводов служит телемедицинская система, разработанная на базе исследуемых смарт-браслетов
Влияние параметров аналого-цифрового преобразования и децимации на отношение сигнал/помеха в радиолокационном тракте
Get PDFIntroduction. The digital representation of received radar signals has provided a wide range of opportunities for their processing. However, the used hardware and software impose some limits on the number of bits and sampling rate of the signal at all conversion and processing stages. These limitations lead to a decrease in the signal-to-interference ratio due to quantization noise introduced by powerful components comprising the received signal (interfering reflections; active noise interference), as well as the attenuation of a low-power reflected signal represented by a limited number of bits. In practice, the amplitude of interfering reflections can exceed that of the signal reflected from the target by a factor of thousands.Aim. In this connection, it is essential to take into account the effect of quantization noise on the signal-tointerference ratio.Materials and methods. The article presents expressions for calculating the power and power spectral density (PSD) of quantization noise, which take into account the value of the least significant bit of an analog-to-digital converter (ADC) and the signal sampling rate. These expressions are verified by simulating 4-, 8- and 16-bit ADCs in the Mathcad environment.Results. Expressions are derived for calculating the quantization noise PSD of interfering reflections, which allows the PSD to be taken into account in the signal-to-interference ratio at the output of the processing chain. In addition, a comparison of decimation options (by discarding and averaging samples) is performed drawing on the estimates of the noise PSD and the signal-to-noise ratio.Conclusion. Recommendations regarding the ADC bit depth and sampling rate for the radar receiver are presented.Введение. Представление принятого радиолокационного сигнала в цифровом виде открыло широкие возможности в его обработке. Однако аппаратно-программные средства устанавливают ограничения на количество разрядов и частоту следования отсчетов сигнала на всех этапах преобразования и обработки. Эти ограничения приводят к снижению отношения сигнал/помеха из-за появления шумов квантования мощных составляющих принятого сигнала (мешающих отражений, активных шумовых помех), а также ослабления маломощного отраженного сигнала при представлении ограниченным количеством разрядов. На практике амплитуда мешающих отражений может в тысячи раз превышать амплитуду сигнала, отраженного от объекта радиолокации.Цель работы. Учет влияния шумов квантования на отношение сигнал/помеха в радиолокационном тракте.Материалы и методы. В статье представлены выражения для расчета мощности и спектральной плотности мощности шумов квантования, которые учитывают влияние цены младшего разряда аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и частоты дискретизации сигнала. Выражения верифицированы путем моделирования АЦП в среде Mathcad для 4, 8 и 16 разрядов.Результаты. Разработаны основы методического аппарата в приложении к радиолокации, позволяющие рассчитывать спектральную плотность мощности шумов квантования мешающих отражений и учитывать ее в отношении сигнал/помеха на выходе тракта обработки. На основе оценок спектральной плотности мощности шумов и отношения сигнал/шум сопоставлены варианты децимации (прореживание и усреднение отсчетов).Заключение. Представлены рекомендации по выбору разрядности и частоты дискретизации АЦП для приемного радиолокационного тракта