Journal of the Russian Universities. Radioelectronics / Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника
Not a member yet
541 research outputs found
Sort by
Разработка алгоритма кластеризации кардиокомплексов с посткоррекцией для задач длительного мониторирования электрокардиосигнала
Get PDFIntroduction. The most common method for diagnosing cardiovascular diseases is the method of ECG monitoring. In order to facilitate the analysis of the obtained monitorograms, special software solutions for automated ECG processing are required. One possible approach is the use of algorithms for automated ECG processing. Such algorithms perform clustering of cardiac signals by dividing the ECG into complexes of similar cardiac signals. The most representative complexes obtained by statistical averaging are subject to further analysis.Aim. Development of an algorithm for automated ECG processing, which performs clustering of cardiac signals by dividing the ECG into complexes of similar cardiac signals.Materials and methods. Experimental testing of the developed software was carried out using patient records provided by the Pavlov First State Medical University of St Petersburg. The software module was implemented in the MatLab environment.Results. An algorithm for clustering cardiac signals with post-correction for the tasks of long-term ECG monitoring and a software module on its basis were proposed.Conclusion. The presence of a small number of reference cardiac signal complexes, obtained through ECG processing using the proposed algorithm, allows physicians to optimize the process of ECG analysis. The as- obtained information serves as a basis for assessing dynamic changes in the shape and other parameters of cardiac signals for both a particular patient and groups of patients. The paper considers the effect of synchronization errors of clustered cardiac signals on the shape of the averaged cardiac complex. The classical solution to the deconvolution problem leads to significant errors in finding an estimate of the true form of a cardiac signal complex. On the basis of analytical calculations, expressions were obtained for the correction of clustered cardiac signals. Such correction was shown to reduce clusterization errors associated with desynchronization, which creates a basis for investigating the fine structure of ECG signals.Введение. Наиболее распространенным методом диагностики сердечно- сосудистых заболеваний является длительное мониторирование электрокардиосигнала (ЭКС) . Для облегчения анализа полученных мониторограмм врачам- кардиологам необходимы специальные алгоритмы и программные средства автоматизированной обработки ЭКС. Одним из таких средств является алгоритм автоматизированной обработки ЭКС, выполня ющий кластеризацию кардиокомплексов (КК) , разделяя ЭКС на группы максимально близких по форме КК. Дальнейшему анализу подвергаются только эталонные КК, полученные статистическим усреднением КК в каждой группе.Цель работы. Разработка алгоритма автоматизированной кластеризации КК ЭКС, разделяющего электрокардиосигнал на группы максимально близких по форме КК.Материалы и методы. Экспериментальная апробация алгоритма и программного модуля проводилась на базе обезличенных суточных записей ЭКС пациентов Первого Санкт- Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И. П. Павлова Минздрава России. Программный модуль был реализован в среде MatLab.Результаты. Разработан алгоритм сортировки КК с посткоррекцией для длительного мониторирования ЭКС; представлен программный модуль, реализованный на базе разработанного алгоритма. Рассмотрено влияние ошибок синхронизации КК при их накоплении на форму усредняемого КК. Классическое решение задачи деконволюции приводит к значительным ошибкам при нахождении оценки "истинной" формы КК. На основании аналитических расчетов получены выражения для коррекции накапливаемого КК. Показано, что в результате коррекции можно нивелировать ошибки накопления, связанные с рассинхронизацией.Заключение. Наличие небольшого количества эталонных КК, полученных в результате обработки ЭКС с помощью предложенного алгоритма, позволяет врачу-исследователю значительно сократить время, затрачиваемое на анализ ЭКС, и является основой исследования динамических изменений формы и иных параметров КК как для конкретного пациента, так и для их группы. Полученные результаты позволяют создать основу для решения задач, направленных на исследование "тонкой" структуры ЭКС
SEM Investigation of ZnO and CdO–ZnO Layers Grown by Sol-Gel Technology and a Multifractal Analysis of their Surface Depending on Synthesis Conditions
Get PDFIntroduction. Super-thin films of zinc oxide regarded as transparent electrodes can be integrated in effective semiconductor heterostructures for use in modern infrared photo electronics and solar power installations. The most important parameter of zinc oxide thin layers is their surface nanorelief, which can be effectively studied using SEM spectroscopy. SEM images allow for a quantitative description of the surface depending on the synthesis conditions using the method of multifractal analysis. Such an approach reveals quantitative relationships between the fractal parameters of the surface topography of the layers in these systems and the temperature regimes used for their final annealing in conventional sol-gel technology.Aim. To reveal quantitative relationships between the fractal parameters of the surface topography of layers in the Zn–O & Zn–Cd–O systems and the temperature conditions of their final annealing. The MFA method was used for a quantitative description of the surface state depending on the synthesis conditions.Materials and methods. Super-thin films in the ZnO and ZnO–CdO systems were synthesized using a modified sol-gel technology. The temperature-concentration ranges of the parameters of the modified technological process, which allows high-quality layers of the material to be reproducibly obtained on a glass substrate, were determined. The surface morphology was investigated by SEM spectroscopy depending on the temperature of the final annealing of the layers. SEM images of the surface served as a basis for multifractal analysis (MFA) of the surface area and volume of nanoforms, which are formed on the surface of the obtained layers thus determining their surface relief.Results. Renyi’s numbers and the parameters of fractal ordering in MFA were chosen as fractal parameters for describing the nano-geometry of the layer surface. MFA was applied to the description of both the surface areas and volumes of nanoforms. Quantitative correlations between Renyi’s numbers, as well as the parameters of fractal ordering for the areas and volumes of surface nanoforms, and the temperature of the final annealing were found.Conclusion. The numerical values of Renyi’s numbers for the surface and volume characteristics of the surface of layers were used to assess the effect of the fractality of the surface on the molar surface energy of the film. Consideration of the fractal geometry of nanoforms with their characteristic sizes smaller than 5·103μm shows the possibility of both an increase in the surface energy of the resulting film and its decrease when changing the characteristic sizes of nanoforms. The latter effect is due to the formation of a highly porous surface at the nano levelIntroduction. Super-thin films of zinc oxide regarded as transparent electrodes can be integrated in effective semiconductor heterostructures for use in modern infrared photo electronics and solar power installations. The most important parameter of zinc oxide thin layers is their surface nanorelief, which can be effectively studied using SEM spectroscopy. SEM images allow for a quantitative description of the surface depending on the synthesis conditions using the method of multifractal analysis. Such an approach reveals quantitative relationships between the fractal parameters of the surface topography of the layers in these systems and the temperature regimes used for their final annealing in conventional sol-gel technology.Aim. To reveal quantitative relationships between the fractal parameters of the surface topography of layers in the Zn–O & Zn–Cd–O systems and the temperature conditions of their final annealing. The MFA method was used for a quantitative description of the surface state depending on the synthesis conditions.Materials and methods. Super-thin films in the ZnO and ZnO–CdO systems were synthesized using a modified sol-gel technology. The temperature-concentration ranges of the parameters of the modified technological process, which allows high-quality layers of the material to be reproducibly obtained on a glass substrate, were determined. The surface morphology was investigated by SEM spectroscopy depending on the temperature of the final annealing of the layers. SEM images of the surface served as a basis for multifractal analysis (MFA) of the surface area and volume of nanoforms, which are formed on the surface of the obtained layers thus determining their surface relief.Results. Renyi’s numbers and the parameters of fractal ordering in MFA were chosen as fractal parameters for describing the nano-geometry of the layer surface. MFA was applied to the description of both the surface areas and volumes of nanoforms. Quantitative correlations between Renyi’s numbers, as well as the parameters of fractal ordering for the areas and volumes of surface nanoforms, and the temperature of the final annealing were found.Conclusion. The numerical values of Renyi’s numbers for the surface and volume characteristics of the surface of layers were used to assess the effect of the fractality of the surface on the molar surface energy of the film. Consideration of the fractal geometry of nanoforms with their characteristic sizes smaller than 5·103μm shows the possibility of both an increase in the surface energy of the resulting film and its decrease when changing the characteristic sizes of nanoforms. The latter effect is due to the formation of a highly porous surface at the nano leve
Метод ИК-фотометрии для измерения концентрации глюкозы в растворе для перитонеального диализа
Get PDFIntroduction. The transition of glucose into the blood during automated peritoneal dialysis with regeneration of the dialysis fluid leads to a decreased removal of excess fluid from the body and corresponding violations of the water-salt balance.Aim. To consider a system for automatically maintaining the concentration of glucose in the dialysate solution, which provides effective ultrafiltration, as well as to propose a non-contact photometric feedback sensor.Materials and methods. The sensor is an optical system of an IR laser diode with a power of 30 mW and a wavelength of 1600 nm, a photodiode and a quartz tube, through which the test solution circulates. The sensor measures the attenuation of the radiation passing through the solution in a pulsed mode and calculates the glucose concentration. The selected combination of digital filters provides compensation for the noise of the optical system. Experimental studies of the efficiency of the sensor were carried out on peritoneal dialysis solutions with various concentrations of urea, creatinine, uric acid and glucose. At the beginning of the experiments, the sensor was calibrated in a pure solution.Results. It was shown that the developed sensor makes it possible to measure the concentration of glucose in a solution for peritoneal dialysis in the range of 42…220 mmol / l with a relative error of about 15%. The time of one measurement is about 1 minute, which makes it possible to obtain up-to-date information on the current concentration of the solution.Conclusion. This combination of characteristics will allow the sensor to be used in artificial kidney wearable devices for assessing the glucose content in the solution, calculating the time to change the solution and as a feedback sensor in a system for maintaining the concentration of the osmotic agent.Введение. Переход глюкозы в кровь при перитонеальном диализе с регенерацией диализирующего раствора приводит к снижению скорости удаления излишков жидкости из организма и соответствующим нарушениям водно-солевого баланса.Цель работы. Рассмотрена система автоматического поддержания концентрации глюкозы в диализирующем растворе, обеспечивающая эффективную ультрафильтрацию, а также предложен бесконтактный фотометрический датчик обратной связи.Материалы и методы. Датчик представляет собой оптическую пару из лазерного ИК-диода мощностью 30 мВт с длиной волны 1600 нм, фотодиода и кварцевой трубки, через которую осуществляется циркуляция исследуемого раствора. Датчик измеряет ослабление проходящего через раствор импульсного ИК-излучения, на основании которого рассчитывается концентрация глюкозы. Подобранная комбинация цифровых фильтров обеспечивает компенсацию шумов оптической пары. Экспериментальные исследования эффективности датчика проводились на растворах для перитонеального диализа с различными концентрациями мочевины, креатинина, мочевой кислоты и глюкозы. В начале экспериментов датчик калибровался на чистом растворе.Результаты. В результате экспериментов показано, что разработанный датчик позволяет измерять концентрацию глюкозы в растворе для перитонеального диализа в диапазоне 42…220 ммоль/л с относительной погрешностью около 15 %. Время одного измерения составляет примерно 1 мин, что позволяет получать актуальную информацию о текущей концентрации раствора.Заключение. Указанное сочетание характеристик позволит использовать датчик в носимых аппаратах "искусственная почка" для оценки содержания глюкозы в растворе, расчета времени замены раствора и в качестве датчика обратной связи для системы поддержания концентрации осмотического агента
Микрофокусные рентгеновские трубки
Get PDFIntroduction. X-ray inspection plays a unique role among all nondestructive testing methods for products and materials due to sufficiently high resolution and high penetrability. The present study is designed to consider the key features of microfocus X-ray sources, their areas of application, and main technical characteristics.Aim. The paper aims to systematize information and review modern X-ray radiation sources for the implementation of microfocus radiography.Materials and methods. The main designs of microfocus X-ray tubes (soldered and demountable) were considered relying on the experience of the St Petersburg State Electrotechnical University in developing and operating such equipment, as well as the experience and open-access publications of foreign researchers and developers. Data collected by leading research teams over the last ten years were analyzed.Results. The paper presents design features for each main type of microfocus X-ray tubes – soldered and demountable. All key structural elements are considered: an anode assembly, a cathode assembly, and a focusing system. The influence of anode target material on the X-ray tube radiation spectrum is shown. An original design of a liquid-anode microfocus X-ray tube is described to demonstrate its key features and advantages. In addition, the paper gives an overview of cathodes used in microfocus X-ray tubes (tungsten cathode and lanthanum hexaboride cathode), as well as providing a detailed description of calculations performed for focusing systems. Finally, the designs of modern X-ray tubes are presented.Conclusion. Modern X-ray tubes are high-tech products that allow for high-resolution research of various objects. The main advantage of testing performed with the use of X-ray tubes consists in high resolution (micron and submicron). The X-ray images of test objects used to determine their spatial resolution are given, which clearly illustrate the vast possibilities of this technology. In addition, ways to improve microfocus X-ray tubes are briefly discussed. The considered materials can be useful in selecting a nondestructive testing tool, as well as in developing and creating X-ray systems on the basis of microfocus X-ray tubes.Введение. Среди всех методов неразрушающего контроля изделий и материалов рентгеновский имеет особое значение за счет достаточно большого разрешения и в то же время высокой проникающей способности.Цель работы. Рассмотрение ключевых особенностей микрофокусных источников рентгеновского излучения, областей их применения и основных технических характеристик.Материалы и методы. При рассмотрении основных типов конструкции микрофокусных рентгеновских трубок (отпаяной и разборной) использовался опыт разработки и эксплуатации описываемого оборудования на базе Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ», а также опыт и публикации зарубежных исследователей и разработчиков из открытых источников. Анализировалась информация ведущих научно-исследовательских коллективов за последние 10 лет.Результаты. Приведены особенности конструкции каждого типа. Рассмотрены все основные конструктивные узлы: анодный узел, катодный узел, фокусирующая система. Показано влияние материала мишени анода на спектр излучения рентгеновской трубки. Приведена оригинальная конструкция микрофокусной рентгеновской трубки с жидким анодом, показаны ее ключевые особенности и преимущества. Даны общие представления о используемых в микрофокусных рентгеновских трубках катодах (вольфрамовый катод и катод из гексаборида лантана), подробно проиллюстрированы особенности расчетов фокусирующих систем. Представлены конструкции современных рентгеновских трубок.Заключение. Отмечено, что современные рентгеновские трубки являются высокотехнологичными изделиями, которые позволяют проводить исследования широкой номенклатуры объектов с высоким разрешением. Основным преимуществом контроля с применением микрофокусных рентгеновских трубок является высокая разрешающая способность (микронная и субмикронная). Приведены рентгенограммы тест-объектов, используемых для определения их пространственного разрешения, наглядно иллюстрирующие широкие возможности технологии. Кратко рассмотрены пути совершенствования микрофокусных рентгеновских трубок. Рассмотренные материалы будут полезны при выборе инструмента неразрушающего контроля, а также разработке и создании рентгеновских комплексов на основе микрофокусных рентгеновских трубок
Качество радиолокационной пеленгации при коническом сканировании
Get PDFIntroduction. Conical scanning is applied for optimizing hardware resources in new devices, as well as when upgrading existing systems. All this explains the relevance of studying this type of direction finding systems.Aim. To adjust and complement the known calculation relations for the variance of direction finding results – an indicator of the quality (accuracy) of direction finding, as well as to determine the possibilities of optimizing direction finding and automatic object tracking processes.Materials and methods. Factors limiting the accuracy of direction finding via conical scanning were analyzed using spectral analysis. Mathematical modeling followed by statistical processing of quantitative results makes it possible to determine the conditions under which the influence of certain factors is predominant, as well as the conditions under which adjustment (completion) of the known calculation relations is required. The specified conditions are the errors at which the objects of direction finding are tracked. New calculation relations for the mentioned adjustment were determined by the methods of statistical radio engineering.Results. The validity of the calculation relations found is confirmed by mathematical modeling. Calculations and modeling lead to the need to optimize parameters for automatic object tracking systems.Conclusion. The study shows that, when choosing parameters for auto-tracking systems with conical scanning, it is important to implement object tracking not with minimal, but rather with optimized tracking errors in angular coordinates, which are to be estimated during direction finding. Moreover, the optimized errors (the values of static errors and the most probable values of the dynamic tracking errors) will require adjustment of the known analytical estimates for the variance of the direction finding results – the qualitative indicator of the direction finder (accuracy indicator). The determined analytical relationships allow such an adjustment to be performed, leading to an increased variance estimate by 10 dB.Введение. Коническое сканирование находит применение при экономии аппаратных ресурсов в новой технике и используется во многих системах, модернизация которых проводится в настоящее время. Все это сохраняет актуальность исследований данного средства пеленгации.Цель работы. Коррекция известных расчетных соотношений для дисперсии результатов пеленгации – показателя качества (точности) пеленгации, точнее, дополнение этих соотношений другими, а также определение при этом возможностей оптимизации систем пеленгации и автосопровождения объектов.Материалы и методы. Рассмотрение факторов, ограничивающих точность пеленгации при коническом сканировании, реализуется в статье применением подхода на основе спектрального анализа. Математическое моделирование со статистической обработкой количественных результатов позволяет определить условия, при которых влияние определенных факторов оказывается преобладающим, а также условия, при которых требуется коррекция (дополнение) известных расчетных соотношений. Указанные условия представляют собой значения ошибок, при которых сопровождаются пеленгуемые объекты. Новые расчетные соотношения для упомянутой коррекции определяются методами статистической радиотехники.Результаты. Справедливость найденных расчетных соотношений подтверждается математическим моделированием. Расчеты и моделирование приводят к необходимости оптимизации параметров для систем автосопровождения объектов.Заключение. Проведенное исследование показывает, что при выборе параметров для систем автосопровождения с коническим сканированием целесообразно стремиться к реализации сопровождения объектов не с минимальными, а с оптимизированными ошибками сопровождения по угловым координатам, подлежащими оцениванию при пеленгации. Причем оптимизированные ошибки (значения статических ошибок и наиболее вероятные значения динамических ошибок сопровождения) оказываются такими, при которых требуется коррекция известных аналитических оценок для дисперсии результатов пеленгации – качественного показателя пеленгатора (показателя точности). Найденные аналитические соотношения позволяют выполнить такую коррекцию, что может увеличить оценку дисперсии на 10 дБ
Экспериментальное исследование системы передачи на основе FBMC/OQAM
Get PDFIntroduction. This paper investigates a transmission system based on FBMC/OQAM multiplexing. This system is characterized by a high spectral efficiency, thereby attracting interest as an alternative transmission method in future wireless mobile communication standards. However, a disadvantage of the system is the high complexity of signal processing. There are numerous publications that study the FBMC/OQAM system from a theoretical perspective. This paper presents an experimental study of a transmission system based on FBMC/OQAM.Aim. Verification of a transmission system based on FBMC/OQAM multiplexing in a wireless channel.Materials and methods. Computer simulation modeling in Matlab and experimental research using Keysight and Rohde & Schwarz certified measuring instruments.Results. A model of synthesis and signal processing was developed, and a frame structure was proposed. The processing included synchronization, since the study was carried out in a wireless double-dispersive channel. Time synchronization was provided by the method of time-domain correlation. A preamble consisting of two symbols was used for CFO compensation. Channel estimation in FBMC/OQAM was conducted by pilot symbols spread over the time-frequency domain, a method with an auxiliary pilot to compensate for intrinsic interference, as well as Zero Forcing and a linear interpolator. As a result, dependences of the bit error rate on the Eb/N0 in various channels were obtained. An error rate of 10−4 was achieved under the Eb/N0 equal to 13.4 dB, 15.3 dB and 20.9 dB in the first, second and third channel, respectively.Conclusion. A FBMC/OQAM-based transmission system with a linear equalizer can operate without a cyclic prefix in a multipath wireless channel, providing comparable noise immunity to OFDM-CP. Long frames should be used to obtain greater spectral efficiency, due to the presence of a transition zone at the beginning and end of the FBMC/OQAM frame.Введение. Данная работа посвящена исследованию системы передачи на основе мультиплексирования FBMC/OQAM. Актуальность исследования связана с высокой спектральной эффективностью данной системы, благодаря которой она рассматривается как альтернативный метод передачи в будущих стандартах беспроводной мобильной связи. Однако недостатком системы является высокая сложность обработки сигналов. Среди отечественных и зарубежных публикаций встречается множество работ с теоретическим исследованием системы FBMC/OQAM. В данной статье представлены результаты экспериментального исследования системы передачи на ее основе.Цель работы. Верификация модели системы передачи данных на основе FBMC/OQAM в беспроводном канале связи.Материалы и методы. В работе используется метод имитационного компьютерного моделирования в среде Matlab и экспериментальное исследование с использованием сертифицированного измерительного оборудования Keysight и Rohde & Schwarz.Результаты. Была разработана модель формирования и обработки сигнала, а также предложена структура кадра. Покадровая обработка выполнялась с учетом временной и частотной синхронизации, поскольку исследование проводилось в беспроводном канале с частотно-временным рассеянием. Временная синхронизация обеспечивалась корреляционным методом во временной области. Для компенсации рассогласования опорных генераторов применялась оценка с помощью преамбулы, состоящей из двух символов. В работе использовалась оценка канала методом Zero Forcing, а также эквалайзер с линейным интерполятором. Для корректной оценки канала в FBMC/OQAM использовались пилотные символы, распределенные по всей частотно-временной сетке, а также метод с дополнительным пилотом для компенсации межканальной интерференции. В результате работы получены зависимости коэффициента битовых ошибок от отношения энергии, приходящейся на бит информации, к энергии шума в различных каналах. Достигнут коэффициент ошибок 10−4 при отношениях энергии, приходящейся на бит информации, к мощности шума, равных 13.4 дБ в первом канале, 15.3 дБ во втором и 20.9 дБ в третьем. Заключение. Система передачи на основе FBMC/OQAM с линейным эквалайзером может работать без циклического префикса в беспроводном канале связи с многолучевостью, обеспечивая сравнимую с OFDM-CP помехоустойчивость. Для получения большей спектральной эффективности необходимо использовать длинные кадры, поскольку в начале и конце кадра FBMC/OQAM имеется переходная зона
Определение минимального шага сканирования луча фазированной антенной решетки
Get PDFIntroduction. Electronically scanned antennas (ESA) appeared about a century ago. Although the methods of their design and production have been sufficiently studied, some individual parameters are yet to be revealed. One of such parameters is the minimum step of movement, along with a related parameter – the accuracy of beam alignment in a given direction. From the electrodynamic problem of radiation, it is obvious that the step is associated with the number of radiators and the accuracy of phase adjustment in analogue phase shifters, or with the quantization step in the case of using phase shifters with a discrete step.Aim. To discover a connection between the design parameters of ESA and the step of beam steering; to investigate the dependence between the step and the parameters of the phase shifter and types of beam forming phased array circuits; to create a mathematical apparatus for calculating the minimum step of beam movement for the sum and difference radiation patterns.Materials and methods. Analytical relations were determined for calculating the step depending on the geometric dimensions and location of the radiators. A software application was developed for calculating radiation patterns. A software and hardware complex was designed for beam control of an experimental C-band ESA.Results. A method was developed for calculating the minimum step of ESA scanning. Mathematical relations for calculating the minimum step and accuracy of the ESA beam setting were obtained. A comparison of the experimental and theoretical data on the minimum step of movement of the sum and difference beams of a C-band ESA with the ratio D/λ=10 in the X coordinate and D/λ=5 in the Y coordinate showed good agreement.Conclusion. The created mathematical apparatus makes it possible to calculate the minimum step of electron beam scanning with sufficient accuracy. The experimentally measured steps of the beam movement for an array of 144 elements confirmed the obtained analytical relationships. In an ESA with a small number of elements (N < 10), the minimum step of movement can be variable. The theoretically achievable minimum step of beam movement is determined by the phase shift of the least significant bit of the phase shifter and the electrical length of the antenna aperture.Введение. Антеннам с электронным сканированием уже скоро 100 лет. Методы их проектирования и производства достаточно изучены, однако есть параметры, которые в научно-технической литературе не раскрыты. Одним из таких параметров является минимальный шаг движения и связанный с этим параметр – точность установки луча в заданном направлении. Из электродинамической задачи излучения очевидно, что шаг связан с количеством излучателей и точностью установки фазы в аналоговых фазовращателях (ФВ) либо с шагом квантования в случае использования фазовращателей с дискретным шагом.Цель исследования. Нахождение связи между конструктивными параметрами фазированной антенной решетки (ФАР) и шагом движения луча. Исследование зависимости шага от параметров фазовращателя и типов диаграммообразующих схем ФАР. Создание математического аппарата для вычисления минимального шага движения луча для суммарной и разностной диаграмм направленности.Материалы и методы. Аналитические соотношения для расчета шага в зависимости от геометрических размеров ФАР и расположения излучателей. Создание программ для расчета диаграмм направленности и программно-аппаратного комплекса для управления лучом экспериментальной ФАР С-диапазона.Результаты. Найдена методика вычисления минимального шага сканирования ФАР. Математические соотношения для расчета минимального шага и точности установки луча ФАР. Сравнение экспериментальных и теоретических данных минимального шага движения суммарного и разностного лучей ФАР С-диапазона c соотношением D/λ=10 по координате Х и D/λ=5 по координате Y показало хорошее совпадение.Заключение. Созданный математический аппарат позволяет точно рассчитать минимальный шаг электронного сканирования луча. Экспериментально измеренные шаги движения луча для решетки из 144 элементов подтверждают полученные аналитические соотношения. В ФАР с небольшим количеством элементов (N < 10) минимальный шаг перемещения может быть переменным. Теоретически достижимый минимальный шаг движения луча определяется фазовым сдвигом младшего разряда ФВ и электрической длиной апертуры антенны
Моделирование поля рассеяния противотанковой ракеты FGM-148 Javelin в САПР Altair Feko
Get PDFIntroduction. Computer-aided design systems for microwave devices are an effective tool for assessing the backscattering characteristics of complex-shaped objects. However, these calculations are often associated with significant computational costs, especially at large values of the ratio of the characteristic dimensions of the object to the wavelength. The use of asymptotic methods in combination with the mesh coarsening of object partition can significantly reduce these costs. However, in each practical case, this leads to a deterioration in the accuracy of the estimates obtained, which is hard to predict.Aim. Comparative assessment of the results of modeling the scattering field in the CAD of microwave devices using various methods for calculating and detailing the object model in the decimeter and centimeter wavelength ranges.Materials and methods. The research object was an anti-tank guided missile FGM-148 Javelin. The scattering field of Altair FEKO microwave devices was modeled in CAD using the methods of moments and physical optics in the frequency range from 1 to 10 GHz and angles from 0 to 180°. A comparison of one-dimensional backscatter diagrams and radar images obtained using these methods was carried out.Results. For the class of objects under consideration, the method of physical optics provides acceptable accuracy at frequencies of 5 GHz and higher with a step of partitioning the model surface of the order of one centimeter and a total calculation duration of the order of several minutes (Intel Core i5-4460 PC / 3.2 GHz / 8 MB RAM). At lower frequencies, acceptable accuracy and a similar calculation duration are achieved when calculating by the method of moments and a partitioning step of about 20 cm. The possibility of using the Altair FEKO CAD system for modeling radar images of objects with a resolution of at least 20 cm is demonstrated.Conclusion. The results obtained complement the well-known studies in the field of comparative assessment of the time and accuracy characteristics of various methods for calculating the scattering field of objects in the CAD of microwave devices.Введение. Системы автоматизированного проектирования СВЧ-устройств являются эффективным инструментом оценки отражающих характеристик объектов сложной формы. Однако проведение этих расчетов часто сопряжено со значительными вычислительными затратами, особенно при больших значениях отношения характерных размеров объекта к длине волны. Использование асимптотических методов в сочетании с укрупнением сетки разбиения модели объекта позволяет существенно снизить эти затраты, однако в каждом практическом случае это приводит к труднопрогнозируемому ухудшению точности получаемых оценок. Цель работы. Проведение сравнительной оценки результатов моделирования поля рассеяния в САПР СВЧ-устройств при использовании различных методов расчета и детализации модели объекта в дециметровом и сантиметровом диапазонах длин волн.Материалы и методы. В качестве объекта рассматривается противотанковая управляемая ракета FGM-148 Javelin, моделирование поля рассеяния осуществляется в САПР СВЧ-устройств Altair FEKO методами моментов и физической оптики в диапазоне частот от 1 до 10 ГГц и углов от 0 до 180°. Осуществляется сравнение одномерных диаграмм обратного рассеяния и двумерных радиолокационных портретов, полученных с использованием указанных методов.Результаты. Для рассматриваемого класса объектов использование метода физической оптики обеспечивает приемлемую точность результатов на частотах от 5 ГГц и выше при шаге разбиения поверхности модели около одного сантиметра и общей продолжительности расчета в пределах единиц минут (ПЭВМ Intel Core i5-4460/3,2 ГГц/ОЗУ 8 Мбайт). На меньших частотах приемлемая точность и аналогичная продолжительность расчетов достигаются при расчете методом моментов и шаге разбиения около 20 см. Продемонстрирована возможность применения САПР Altair FEKO для моделирования двумерных радиолокационных портретов объектов с разрешением не хуже 20 см.Заключение. Полученные результаты дополняют известные исследования в области сравнительной оценки временных и точностных характеристик различных методов расчета поля рассеяния объектов сложной формы в САПР СВЧ-устройств