Journal of the Russian Universities. Radioelectronics / Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника
Not a member yet
541 research outputs found
Sort by
Выбор материала чувствительных элементов акселерометров на основе ПАВ
Get PDFIntroduction. At the present, sensors based on surface acoustic waves (SAW) is a rapidly developing direction and a promising replacement for classical sensors, especially in those areas where long-term performance of latter is questionable. The principle of operation of SAW sensors is based on acoustic vibrations, therefore, the choice of piezoelectric material of а console, considering external influences on a future device and its operating conditions, is the most important task. Currently, many monocrystalline structures and their sections have been synthesized and created for the devices using SAW. The main materials used for the manufacture of substrates are crystals of quartz (SiO2), lithium niobate (LiNbO3), lithium tantalate (LiTaO3) and film aluminum nitride (AlN). Also, new crystal structures: langasite (La3Ga5SiO14), langatate (La3Ga5.5Ta0.5O14), langanite and others were produced. The problem of using such materials for the manufacture of consoles is the lack of systematized data on important characteristics for the propagation of surfactants, for example, the elasticity tensor of the 4th rank. One of the key problems for the further development of SAW-based sensors is the one-way fastening of rectangular and triangular sensitive elements (SE) in sensor housing. In order to overcome the above drawback an MMA surfactant thing based on a membrane SE for a more uniform distribution of a load over the surface of the SE was proposed.Aim. To show the advantages of using AlN as the SE material of a ring wave resonator on SAW.Materials and methods. The theoretical part of the research was carried out using the finite element method. Mathematical processing was implemented in AutoCAD 2019 and in COMSOL Multiphysics 5.4.Results. The use of AlN, which acts as the SE material for measuring an acceleration based on SAW was proposed. The proposed solution was compared with existing prototypes based on the use of SiO2 / LiNbO3 membranes, which were characterized by strong anisotropic properties. A 3D model of the SE of a ring wave resonator on surface waves was created. Using computer simulations and COMSOL Multiphysics software, it was shown that the thing was capable to withstand exposures in excess of 10 000 g, and an isotropic AlN sensor overcomed the limitations of both the low sensitivity of SiO2 and the low temperature stability of LiNbO3. AlN demonstrated almost double resistance to irreversible mechanical deformations as compared to SiO2, which, in turn, allows an additional 1.5-fold increase in sensitivity compared to quartz – based sensors.Conclusion. Based on the data obtained by the modeling, it can be concluded that the use of AIN as SE material is promising, especially for measuring high acceleration values, but with restrictions on temperature sensitivity of the material.Введение. Датчики на основе поверхностных акустических волн (ПАВ) являются стремительно развивающимся направлением и перспективной заменой классических датчиков, особенно в тех сферах, где длительная работоспособность последних под вопросом. Принцип работы датчиков на ПАВ основан на акустических колебаниях, поэтому выбор пьезоэлектрического материала консоли с учетом внешних влияний на будущее устройство и его условий работы является важнейшей задачей. Синтезировано и создано множество монокристаллических структур и их срезов для устройств на поверхностных акустических волнах. Основными материалами, применяемыми для изготовления подложек, являются кристаллы кварца (SiO2), ниобата лития (LiNbO3), танталата лития (LiTaO3) и пленочный нитрид алюминия (AlN). Производятся новые кристаллические структуры: лангасит (La3Ga5SiO14), лангатат (La3Ga5.5Ta0.5O14), ланганит и др. Проблема применения подобных материалов для изготовления консолей – отсутствие систематизированных данных о важных характеристиках для распространения ПАВ, к примеру тензора упругости 4-го ранга. Чтобы преодолеть указанный недостаток, предложена конструкция микромеханического акселерометра на основе ПАВ, основанного на мембранном ЧЭ для более равномерного распределения нагрузки по поверхности ЧЭ. Одна из ключевых проблем для дальнейшего развития датчиков на основе ПАВ - одностороннее закрепление прямоугольных и треугольных чувствительных элементов (ЧЭ) в корпусе датчика.Цель работы. Показать преимущества использования AlN как материала чувствительного элемента кольцевого волнового резонатора на поверхностных акустических волнах.Материалы и методы. Применение метода конечных элементов и математическая обработка в AutoCAD 2019 и COMSOL Multiphysics 5.4.Результаты. Предложено использовать AlN в качестве материала чувствительного элемента для измерения ускорения на основе ПАВ. Предлагаемое решение сравнивалось с существующими прототипами, основанными на использовании мембран SiO2/LiNbO3, которые характеризуются сильными анизотропными свойствами. Создана 3D-модель ЧЭ кольцевого волнового резонатора на поверхностных волнах. Используя компьютерное моделирование и программное обеспечение COMSOL Multiphysics доказано, что конструкция способна выдерживать воздействия свыше 10 000 g и чувствительный элемент на основе изотропного AlN преодолевает ограничения как низкой чувствительности SiO2, так и малой температурной стабильности LiNbO3. AlN демонстрирует почти двойную устойчивость к необратимым механическим деформациям по сравнению с SiO2, что, в свою очередь, позволяет дополнительно повысить чувствительность в 1.5 раза по сравнению с датчиками на основе кварца.Заключение. Исходя из созданной модели, можно сделать вывод о перспективности использования нитрида алюминия как материала для чувствительного элемента, особенно для измерения больших значений ускорения, но c ограничениями по температурной чувствительности материала
Исследования термовольтаического эффекта в полупроводниках в среднетемпературном интервале
Get PDFIntroduction. A conversion of thermal energy into electrical energy is an urgent task. The thermovoltaic effect (TVE) found in samarium sulfide (SmS ) makes it possible to solve a higher efficiency problem as compared with classical thermoelectric generators operating on the basis of the Seebeck effect. TVE in SmS, is manifested in an appearance of voltage pulses of 0.05 V in continuous mode when a sample is heated to 470 K. Generation of electromotive force (EMF) is associated with a presence of a concentration gradient of defective Sm ions in sulfur sublattice vacancies, with a change in their valence (Sm2+ ® Sm3++e-) and with electronic Mott transitions. TVE discovered subsequently in ZnO, Ge, Si, and in some complex semiconductors, reached only 0.01 V.Aim. To increase the magnitude of the generated voltage and the operating temperature at TVE.Methods and materials. By the method of synthesis from simple substances, raw materials were obtained from which SmS/Sm1-xLnxS sandwich-type heterostructures were created, where Ln = Eu, Yb. In addition, samples based on a classical thermoelectric PbTe with different degrees of doping of the layers obtained by pressing at high temperature in a vacuum were investigated. On the unique equipment, excluding temperature gradients in samples, TVE was studied.Results. It was shown that an increase in the EMF value and in the operating temperature had been achieved due to the penetration of donor levels by doping. In doped samples on the basis of SmS, a generation of EMF up to 0.15 V was observed in continuous mode at T = 700 K. TVE detected in the n-type thermoelectric semiconductor heterostructure PbTe, make it possible to obtain the magnitude of the generated voltage of near 0.06 V in the medium temperature mode.Conclusion. The achieved results exceed the previously known ones and give grounds to continue research with the aim of developing semiconductor converters operating on the basis of TVE.Введение. Преобразование тепловой энергии в электрическую является актуальной задачей. Обнаруженный в сульфиде самария (SmS) термовольтаический эффект (ТВЭ) позволяет решать ее с большим КПД по сравнению с классическими термоэлектрическими генераторами, работающими на основе классического эффекта Зеебека. ТВЭ в SmS проявляется в спонтанном появлении импульсов электрического напряжения 0.05 В в непрерывном режиме при температуре образца 470 К. Генерация ЭДС связывается с наличием градиента концентрации дефектных ионов Sm, находящихся в вакансиях подрешетки серы, и с переменной валентностью ионов самария (Sm2+® Sm3++e-). При нагреве образца до определенной температуры концентрация носителей заряда скачкообразно увеличивается. Поскольку в образце дефектные ионы самария расположены неупорядоченно, происходит перенос заряда из области образца с большей концентрацией дефектных ионов в зону с меньшей концентрацией. Таким образом, создается ЭДС в направлении градиента концентрации этих ионов. Обнаруженный впоследствии в ZnO, Ge, Si и некоторых сложных полупроводниках ТВЭ достигал лишь 0.01 В.Цель работы. Решается проблема повышения генерируемого напряжения и рабочей температуры генерации при ТВЭ.Методы и материалы. Методом синтеза из простых веществ получены исходные материалы, из которых созданы гетероструктуры типа сэндвич SmS/Sm1-хLnхS, где Ln = Eu, Yb. Кроме того, исследованы образцы на основе классического термоэлектрика PbTe с различной степенью легирования слоев, полученных спрессовыванием при высокой температуре в вакууме. На уникальной установке, исключающей градиенты температуры в образцах, проведены исследования ТВЭ.Результаты. Показано, что повышение значений ЭДС и рабочей температуры достигается за счет заглубления донорных уровней путем легирования. В легированных образцах на основе SmS наблюдается генерация ЭДС до 0.15 В в непрерывном режиме при T = 700 K. Обнаруженный в гетероструктуре на основе термоэлектрического полупроводника n-типа PbTe ТВЭ позволяет получить значение генерируемого напряжения около 0.06 В в среднетемпературном режиме.Заключение. Достигнутые результаты превосходят известные ранее и дают основание продолжать исследования с целью разработки полупроводниковых преобразователей, работающих на основе ТВЭ
Об основных требованиях к элементам измерительной схемы лазерной корреляционной спектроскопии
Get PDFIntroduction. Laser correlation spectroscopy is a promising method that allows one to analyze sizes of nanoparticles and to evaluate their shape and dynamics of aggregation in liquids. A limited usage of laser correlation spectroscopy is currently caused by insufficient accuracy of existing instruments and data processing algorithms. The paper described the development of laser correlation spectroscopic hardware complex designed for nanoparticles size determination in liquids. The basic requirements for the elements of the device and the approaches used to calculate the signal-to-noise ratio were discussed. The achieved parameters of the laser correlation spectrometer were presented.Aim. To develop the hardware for nanoparticles size determination in liquids and to optimize the parameters of hardware elements to increase signal-to-noise ratio.Materials and methods. Theory of dynamic light scattering to describe scattering of laser radiation in liquids was applied. Fundamental requirements for the elements of the laser correlation spectrometer were described.Results. An original scheme of the laser correlation spectrometer was developed, the basic requirements for the general scheme elements were described. Equations for calculating signal-to-noise ratio were given.Conclusion. The analysis of the main parameters of the elements of the laser correlation spectroscopic scheme were carried out. It helps one to evaluate the expected signal-to-noise ratio in laser correlation spectrometers.Введение. Лазерная корреляционная спектроскопия является перспективным методом, позволяющим анализировать размеры наноструктур, оценивать их форму и динамику агрегации в жидкостях. Ограниченное применение лазерной корреляционной спектроскопии в настоящее время связано с недостаточной точностью и совершенством существующих приборов и алгоритмов обработки данных. В настоящей статье рассмотрены основные требования к элементам, входящим в разрабатываемый лазерный корреляционный спектрометр, предназначенный для определения размеров наночастиц в жидкостях, и оптимизация параметров этих элементов. Обсуждаются подходы, применяемые для расчета отношения сигнал/шум описанной реализации схемы спектрометра. Приведены основные параметры лазерного корреляционного спектрометра, достигнутые при выполнении представленных в статье требований.Цель работы. Разработка аппаратного комплекса для определения размеров наночастиц в жидкости и оптимизация параметров его элементов для увеличения достижимого отношения сигнал/шум.Материалы и методы. В работе с использованием теории динамического рассеяния света построена модель рассеяния лазерного излучения на частицах в жидкости. Описаны основополагающие требования, предъявляемые к элементам схемы лазерного корреляционного спектрометра.Результаты. Разработана оригинальная схема лазерного корреляционного спектрометра, описаны основные требования, предъявляемые к элементам измерительной схемы лазерной корреляционной спектроскопии. Приведены уравнения для расчета шумов основных элементов схемы. Для описанной в работе реализации схемы лазерного корреляционного спектрометра сделаны расчеты достижимого отношения сигнал/шум.Заключение. Проведенный в настоящей статье анализ основных параметров элементов измерительной установки лазерной корреляционной спектроскопии позволяет провести корректный подбор элементов схемы и оценку ожидаемых отношений сигнал/шум
Характеристики pin-структуры с дискретно металлизированной поверхностью i-области
Get PDFIntroduction. Currently, an interest in improving pin-structures continues to be the focus of attention of developers of electronic devices. Devices that use controlled pin-structures include: non-volatile memory, static voltage protection device, pin-diodes with adjustable characteristics, etc. However, insufficient attention is paid to the issue of controlling the characteristics of pin-structures by using discrete metallization on the surface of i-region.Aim. Investigation of the influence of discrete metallization of the surface of i-region on static and dynamic characteristics of pin-structure, defect compensation, and efficiency control of the pin-photodetector.Materials and methods. The pin-structure under study consisted of p + -boron-doped region; n + -phosphorusdoped region; i-phosphorus-doped region; semi-insulating substrate; metallization of the substrate; polysilicon control gate; and a silicon oxide dielectric layer. Two-dimensional numerical analysis of the potential distribution, of the concentration of free charge carriers and currents was performed in the Synopsys Sentaurus TCAD environment.Results. Two-dimensional analysis of discretely metallized pin-structures was performed. The stresses applied to the gates of i-region that compensated the influence of defects formed by electron irradiation were determined. Four pin-photodetector structures were modeled, in which the control gates were performed in the form of metal–dielectric–semiconductor structure. The possibility of increasing the sensitivity of the pinphotodetector by applying the corresponding potentials to the gates was demonstrated.Conclusion. An effect of discrete metallization of i-region of the pin-structure was investigated. A method for correcting of the characteristics of the irradiated pin-diode to the initial characteristics was proposed. It makes possible to use such diodes in electronics with high requirements for operating in areas with high radiation. The design of a high-sensitivity photodetector with control gates on the surface of i-region and with the structure of low alloy i-region split into two regions (p- and n–type conductivity) was proposed.Введение. В настоящее время интерес к совершенствованию pin-структур продолжает оставаться в центре внимания разработчиков электронных устройств. К устройствам, в которых используются такие структуры, можно отнести энергонезависимую память, устройство защиты от статического напряжения, pin-диоды с регулируемыми характеристиками и др. Однако вопросу управления характеристиками pin-структур посредством использования дискретной металлизации на поверхности i-области уделено недостаточное внимание.Цель работы. Исследование влияния дискретной металлизации поверхности i-области на статические и динамические характеристики pin-структуры, компенсацию дефектов, управление эффективностью pinфотодетектора.Материалы и методы. Исследуемая pin-структура состоит из p+-области, легированной бором; n+- области, легированной фосфором; i-области, легированной фосфором; полуизолирующей подложки; металлизации подложки; управляющего затвора из поликремния; слоя диэлектрика из оксида кремния. Двумерный численный анализ распределения потенциала, концентрации свободных носителей заряда и токов выполнялся в среде Synopsys Sentaurus TCAD.Результаты. Выполнен двумерный анализ дискретно металлизированных pin-структур. Определены напряжения, подаваемые на затворы i-области, компенсирующие влияние дефектов, образованных электронным облучением. Проведено моделирование четырех структур pin-фотодетектора, в которых управляющие затворы выполнены в виде структуры металл–диэлектрик–полупроводник. Показана возможность увеличения чувствительности pin-фотодетектора подачей соответствующих потенциалов на затворы.Заключение. Исследовано влияние дискретной металлизации i-области pin-структуры. Предложен метод коррекции характеристик облученного pin-диода до исходных характеристик. Тем самым появляется возможность использовать такие диоды в электронике с высокими требованиями к работе в зонах с повышенной радиацией. Предложена конструкция фотодетектора повышенной чувствительности с управляющими затворами на поверхности i-области и с разделением структуры низколегированной i-области на две области р- и n-типов проводимости
Сравнительная выявляемость плоскостных протяженных дефектов листового проката методами отражения и прохождения
Get PDFIntroduction. Currently, sheet metal is the main structural material for multi-purpose use. The actual task of the industry is to improve the quality of rolled sheet. It allows to ensure the necessary reliability of structures and products of especially critical use. The regulatory documents currently in force allow an ultrasonic testing of sheet metal by reflection or by transmission method. Due to lack of specific recommendations it becomes unclear which of the methods is preferable to use.Aim. An estimation of the maximum detectability of rolled sheet planar extended defects by reflection methods (echo method) and by transmission methods (shadow and mirror-shadow methods).Materials and methods. Based on analysis of the equations of acoustic paths, formulas were determined. The formulas allow one to evaluate an ultimate detectability of planar discontinuities of plate rolling by echo, shadow and mirror-shadow methods in a contact version by longitudinal waves. Experimental studies were conducted under computer simulation using the Mathcad mathematical package.Results. Integral expressions for calculating of amplitudes of echo signal from a plane defect, of bottom signal in defect-free and defective areas and their ratio for the echo method were obtained. The expressions for calculating of amplitudes of transmitted and bottom signals in defective and defect-free areas and their ratio for shadow and mirror-shadow methods were determined. Based on the numerical analysis, an estimation of the maximum detectability of planar extended defects of sheet metal was realized. It is possible to detect defects with a thickness of 5 pm by reflection methods and with a thickness more than 100 pm by transmission methods.Conclusion. It was established that reflection methods have better capabilities for detecting plane defects by longitudinal waves. The conditions for reducing of the thickness of the equivalent layer associated with an increase in transducers wave size were determined. It was shown that in order to detect defects with a small thickness, it is more expedient to give preference to the echo method of ultrasonic testing.Введение. В настоящее время листовой прокат является основным конструкционным материалом многоцелевого назначения. Актуальной задачей промышленности является повышение качества толстолистового проката. Это позволяет в дальнейшем обеспечивать необходимую надежность конструкций и изделий особо ответственного назначения. Действующие в настоящее время нормативные документы допускают проведение ультразвукового контроля листового проката методами отражения или прохождения. В силу отсутствия конкретных рекомендаций по применению того или иного метода становится неочевидным, какой из методов использовать предпочтительней.Цель работы. Оценка предельной выявляемости плоскостных несплошностей толстолистового проката методами отражения (эхометод) и методами прохождения (теневой и зеркально-теневой методы).Материалы и методы. На основании анализа уравнений акустических трактов определены соотношения, позволяющие оценивать предельную выявляемость плоскостных несплошностей толстолистового проката эхо-, теневым и зеркально-теневым методами с использованием продольных волн. Теоретические исследования проводились компьютерным моделированием с использованием математического пакета Mathcad.Результаты. Получены интегральные выражения для расчета амплитуд эхосигнала от плоскостного дефекта, донного сигнала на бездефектном и дефектном участках и их соотношение для эхометода. Определены выражения для расчета амплитуд прошедших и донных сигналов на дефектном и бездефектном участках и их соотношение для теневого и зеркально-теневого методов. На основе численного анализа выполнена оценка предельной выявляемости плоскостных дефектов листового проката: методами отражения возможно выявление дефектов раскрытием 5 мкм, методами прохождения - более 100 мкм.Заключение. Установлено, что методы отражения обладают лучшими возможностями по выявлению плоскостных дефектов продольными волнами. Определены условия уменьшения толщины эквивалентной прослойки, связанные с увеличением волнового размера преобразователей. Показано, что с целью выявления дефектов с малым раскрытием при контроле листового проката целесообразнее отдавать предпочтение эхометоду ультразвукового контроля
Сравнение радиоинтерферометров с аналоговыми и цифровыми системами выделения регистрируемых сигналов
Get PDFIntroduction. Radio telescopes of Very Long Baseline Interferometry (VLBI) networks usually record several signals with relatively narrow (up to 32 MHz) bands, which are extracted by means of base band converters (BBC) from an analog noise signal of an intermediate frequency (IF) with bands up to 1 GHz. When processing data, frequency band synthesis is used. At new small radio telescopes (for example, RT-13), directly wideband IF signals are digitized. An ability to connect the RT-13 radio telescope to the “Quasar” VLBI complex and to international VLBI networks provides by a digital narrow-band signal extraction module developed in 2019.Aim. Determining the measuring accuracy of an interferometric group delay of a signal by a radio interferometer with a digital narrow-band signal extraction module and comparing the sensitivity of interferometers with analog and digital signal extraction systems.Materials and methods. Sensitivity losses of interferometers with different systems for detecting recorded signals were calculated. The accuracy of a multi-channel interferometer with the synthesis of a frequency band and of an interferometer with recording of digital broadband IF signals without band synthesis was compared. The results were confirmed by VLBI observations in the observatories of the “Quasar” complex.Results. When replacing the analog system of signal extraction with digital system the sensitivity losses of the interferometer were slightly reduced. The measurement accuracy of the interferometric group delay had not changed. Accuracy increased when digitally recording broadband IF signals and when synthesizing a frequency band significantly larger than the IF bandwidth. Conditions and minimum synthesized bands were determined under which the accuracy of the interferometer with the registration of narrowband signals can be higher than the accuracy of the interferometer with the registration of wideband IF signals.Conclusion. The problem of combining RT-13 radio telescopes with VLBI networks with recording of video frequency signals was solved. The efficiency of the installation of digital signal conversion systems at radio telescopes was shown.Введение. Радиотелескопами комплексов радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ) обычно регистрируются несколько сигналов с относительно узкими (до 32 МГц) полосами, которые выделяются видеоконверторами из аналогового шумового сигнала промежуточной частоты (ПЧ) с полосами до 1 ГГц. При обработке данных применяется синтез полосы частот. На новых небольших радиотелескопах (например, РТ-13) оцифровываются широкополосные сигналы ПЧ. Возможность подключения радиотелескопа РТ-13 к РСДБ-комплексу "Квазар-КВО" и к международным РСДБ-сетям обеспечивает модуль цифрового выделения узкополосных сигналов, разработанный в 2019 г.Цель работы. Определение точности измерения интерферометрической групповой задержки сигнала радиоинтерферометром с цифровым модулем выделения регистрируемых сигналов и сравнение чувствительностей интерферометров с аналоговыми и с цифровыми системами выделения сигналов.Материалы и методы. Рассчитываются потери чувствительности интерферометров с разными системами выделения регистрируемых сигналов. Сравниваются точности многоканального интерферометра с синтезом полосы частот и интерферометра, регистрирующего цифровые широкополосные сигналы ПЧ без синтеза полосы. Результаты подтверждаются РСДБ-наблюдениями в обсерваториях комплекса "Квазар-КВО".Результаты. При замене аналоговой системы выделения сигналов на цифровую потери чувствительности интерферометра немного снижаются. Точность измерения интерферометрической групповой задержки не меняется. Точность повышается при синтезе полосы частот, значительно превышающей ширину полосы ПЧ, и при цифровой регистрации широкополосных сигналов ПЧ. Определены условия и минимальные синтезируемые полосы, при которых точность интерферометра с регистрацией узкополосных сигналов может быть выше точности интерферометра с регистрацией широкополосных сигналов ПЧ.Заключение. Решена задача совмещения радиотелескопов РТ-13 с РСДБ-сетями, где регистрируются сигналы видеочастот. Показана эффективность установки на радиотелескопах цифровых систем преобразования сигналов
Метод дистанционной идентификации состояния снежно-ледяного покрова по отношениям коэффициентов отражения Френеля
Get PDFIntroduction. Currently, the development of safe helicopter landing systems as the most complex and dangerous stage of a flight is one of the priority tasks. A significant number of companies in Russia and abroad are engaged in its solution. Landing on unprepared (unequipped) sites with snow-ice cover may be caused by the need to deliver units, cargo and ammunition in combat conditions, search and rescue operations, evacuations of victims, etc. A key factor for a landing decision is information about the height of snow and about the depth of ice cover. In the paper remote identification of the state of snow-ice cover, excluding the need to present any person (crew member or rescue worker) on a landing site is proposed.Aim. To develop a method for the remote identification of the state of snow-ice cover used to determine the possibility of a helicopter - type aircraft safe landing on a reservoir with snow-ice cover.Materials and methods. Numerical simulation of echo signals Fresnel reflection coefficients polarization ratio was realized in MatLab. Vertical and horizontal polarizations in the range from 25 to 45 degrees were simulated.Results. Intervals of polarization relations correspond to the interval density of snow-ice layers for fixed angles. For example, when θ = 34 for dry snow ρds = 100…500 kg/m3 (ε'ds = 1.162…1.984) – Prm = 5.6915...3.3266, dry firn ρdf = 500…700 kg/m3 (ε'df = 1.984…2.51) – Prm = 3.3266...2.8311, dry ice ρdi = 700…913 kg/m3 (ε'di = 2.51…3.179) – Prm = 2.8311...2.4753. A layer reconstruction inverse problem was solved by indirect determining of complex relative permittivity of each successive underlying layer with 10-2 real part resolution. The identity of the obtained characteristics of snow-ice layers with calculated (standard) values was established.Conclusion. Remote identification of components of a snow-ice cover structure allows one to automate the process of evaluating of landing possibility. Thereby it reduces a decision-making time and increases a level of safety. In contrast to the known methods of identification of the surface layer the identification of multilayer medium layers was carried out.Введение. В настоящее время разработка систем безопасной посадки вертолетов как наиболее сложного и опасного этапа полета является одной из приоритетных задач, решением которой занимается значительное число фирм в нашей стране и за рубежом. Посадка на неподготовленные (необорудованные) площадки со снежно-ледяным покровом может быть вызвана необходимостью доставки подразделений, грузов и боеприпасов в боевых условиях, поисково-спасательными операциями, эвакуацией пострадавших и т. д. Ключевым фактором в принятии решения на посадку является информация о высоте снежного и глубине ледяного покрова. В данной статье предложена дистанционная идентификация состояния снежно-ледяного покрова, исключающая необходимость присутствия человека из числа экипажа или спасателей на посадочной площадке.Цель работы. Разработка метода дистанционной идентификации состояния снежно-ледяного покрова, используемого в определении возможности выполнения безопасной посадки воздушного судна вертолетного типа на водоем со снежно-ледяным покровом.Материалы и методы. Численное моделирование в среде MatLab поляризационного отношения коэффициентов отражения Френеля эхосигналов с вертикальной и горизонтальной поляризацией в интервале от 25 до 45°.Результаты. Интервалы поляризационных отношений соответствуют интервалам плотностей слоев снежно-ледяного покрова для фиксированных углов. Так, например, при θ = 34° для сухого снега ρds = 100…500 кг/м3 (ε'ds = 1.162…1.984) – Prm= 5.6915...3.3266; сухого фирна ρdf = 500…700 кг/м3 (ε'df = 1.984…2.51) – Prm= 3.3266...2.8311; сухого льда ρdi = 700…913 кг/м3 (ε'di = 2.51…3.179) – Prm= 2.8311...2.4753. Решение обратной задачи реконструкции слоев осуществляется посредством косвенного определения комплексной относительной диэлектрической проницаемости каждого последующего нижележащего слоя с разрешением по действительной части 10-2. Устанавливается тождественность полученных характеристик слоев снежно-ледяного покрова с расчетными (образцовыми) значениями.Заключение. Дистанционная идентификация составляющих элементов структуры снежно-ледяного покрова позволяет автоматизировать процесс оценки возможности выполнения посадки, тем самым снизив время принятия решения и повысив уровень безопасности. В отличие от известных методов идентификации приповерхностного слоя осуществляется идентификация слоев многослойной среды
Точность местоопределения наземных источников, использующих геостационарные ретрансляторы
Get PDFIntroduction. Currently, there is a significant increase in the number of relay satellites in geostationary orbit. However, frequent incidents of illegal use of the satellites frequency resource, as well as unintentional and deliberate interference with other users are fixed. In this regard, it becomes necessary to evaluate accuracy and applicability of various methods for determining the location of sources of illegal and interfering radio emission with different signal parameters and with different levels of uncertainty for relay satellite coordinates and velocities.Aim. To study and to evaluate the accuracy of methods of geolocation of radio emission sources operating through geostationary relay satellites, with different signal parameters and with different levels of uncertainty for relay satellite coordinates and velocities.Materials and methods. Imitation modeling and the theory of digital signal processing were used.Results. Factors influencing the accuracy of the estimation of TDOA and FDOA parameters when determining the position of radio emission sources, which operate via relay satellites located in geostationary orbit, were considered. As a result of simulation, the estimate of the accuracy of the considered geolocation methods was obtained. It depends on the bandwidth of radio emission source signal, on the recording duration and on the level of a priori uncertainty relatively the relay satellites coordinates and velocities. Recommendations for the application of the considered methods in various conditions were formulated.Conclusions. Conclusions and recommendations formulated as a result of the study, will allow one to choose the most appropriate geolocation method to improve the accuracy of radio emission sources locating depending on conditions and signal parameters.Введение. В настоящее время наблюдается значительное увеличение количества спутников-ретрансляторов на геостационарной орбите, при этом часто фиксируются случаи незаконного использования частотного ресурса таких спутников, а также непреднамеренного и преднамеренного создания помех другим пользователям. В связи с этим возникает необходимость оценки точности и применимости различных методов определения местоположения источников нелегального и помехового радиоизлучения при различных параметрах сигналов и различной степени неопределенности относительно координат и векторов скорости спутников-ретрансляторов.Цель работы. Исследование и оценка точности методов геолокации источников радиоизлучения (ИРИ), работающих через геостационарные спутники-ретрансляторы, при различных параметрах сигналов геолоцируемых ИРИ и различной степени априорной неопределенности относительно координат и векторов скорости спутников-ретрансляторов.Материалы и методы. Используются метод имитационного моделирования и теория цифровой обработки сигналов.Результаты. Рассмотрены факторы, влияющие на точность оценки параметров TDOA (Тime Difference of Arrival) и FDOA (Frequency Difference of Arrival) при определении местоположения (ОМП) ИРИ, работающих через спутники-ретрансляторы, расположенные на геостационарной орбите. В результате имитационного моделирования получена оценка точности рассмотренных методов геолокации в зависимости от ширины полосы сигнала ИРИ, длительности записи и степени априорной неопределенности относительно координат и векторов скорости спутников-ретрансляторов. Сформулированы рекомендации по применению рассмотренных методов в различных условиях.Заключение. Выводы и рекомендации, сформулированные в результате исследования, позволят в зависимости от конкретных условий и параметров сигналов выбирать наиболее подходящий метод геолокации для повышения точности ОМП ИРИ
Волновые аналоги сред на основе систем фазовой синхронизации
Get PDFIntroduction. At present, phase locked loops (PLLs) are widely used: from optimal signal detection and frequency synthesis to automatic control of phase distribution in phased scanned arrays. One of the simplest structures is a multi-stage (chain) PLL, which may contain a specially selected multi-connected control circuit. Such cascaded PLLs have wide application in solving a number of tasks of the theory of optimal estimates, multi-position phase telegraphy, in synchronizing of many tunable generators while preserving specified phase relations between their oscillations, etc. PLLs are actively used in radio physics both in analog and digital versions. One of the promising directions for collective PLLs development is the study of ensembles of neuromorphic networks based on PLL. Aim. To obtain wave analogues characterizing the collective PLL not as a discrete network, but as a continuous (distributed) media. Materials and methods. An unidirectional model (without mutual control circuits) of the cascade structure of the PLL. Results. Wave analogues of cascade-coupled phase synchronization systems that do not contain mutual control circuits were found. A solution of equations of wave analogues was found. A proof of validity of the obtained approximate solution in comparison with the exact one was presented. Conclusion. It was shown that by selecting a filter in a control circuit of each single-circuit circuit with different transmission coefficients, it is possible to obtain various types of continuous media or wave analogues of chain structures based on phase synchronization systems.Введение. В настоящее время системы фазовой синхронизации (СФС) находят широкое применение: от оптимального приема сигналов и синтеза частот до автоматического управления распределением фаз в фазированных антенных решетках. Одной из простейших структур является многокаскадная (цепочечная) СФС, которая может содержать специально подобранную многосвязную цепь управления. Такие каскадные СФС нашли широкое применение в ряде задач теории оптимальных оценок, многопозиционной фазовой телеграфии, при синхронизации многих подстраиваемых генераторов с сохранением заданных фазовых соотношений между их колебаниями и др. Активно СФС применяются в радиофизике как в аналоговом, так и в цифровом исполнении. Одним из перспективных направлений развития коллективных СФС является исследование ансамблей нейроморфных сетей, построенных на основе СФС. Цель работы. Получение волновых аналогов, характеризующих коллективную СФС не как дискретный ансамбль, а как сплошную (распределенную) среду. Материалы и методы. Представлена модель однонаправленной (без цепей взаимного управления) каскадной структуры СФС. Результаты. Найдены волновые аналоги каскадно-связанных систем фазовой синхронизации, не содержащих цепей взаимного управления. Получено решение уравнений волновых аналогов, а также представлено доказательство справедливости полученного приближенного решения в сравнении с точным. Заключение. Показано, что выбором фильтра в цепи управления каждой одноконтурной схемы с различными коэффициентами передачи можно получать разнообразные типы сплошных сред или волновых аналогов цепочечных структур на основе СФС
Алгоритм коррекции координат цели в информационно-измерительной системе радиолокационной станции на основе информации о пространственной ориентации
Get PDFIntroduction. The concepts of constructing promising radar systems (radars) show that these will be integral type complexes. The creation of such systems implies the presence in their composition of an information system consisting of channels that produce a functionally completed procedure for processing signals and information to solve a definite task.Aim. Development of a target coordinate correction algorithm based on spatial orientation information.Materials and methods. The tasks were solved by methods of mathematical analysis and numerical modeling. To justify reliability and performance of the proposed algorithm, a model was developed. The model allowed one to obtain accuracy characteristics of the algorithm.Results. As a result of the simulation, the accuracy characteristics of the target coordinate correction algorithm based on spatial orientation information were investigated. It determines the quality of building of the target trajectory and the quality of the target tracking system. The structure and the description of the developed algorithm were given, an implementation option was shown. The results of estimation of the accuracy of the algorithm were presented.Conclusion. As a result of the analysis of the target coordinate correction algorithm based on information about the target’s spatial orientation, as well as modeling of its operation, a conclusion about the reliability and the performance of the proposed algorithm was drawn The presented data of experimental studies on the accuracy characteristics of the proposed algorithm showed the feasibility of the decisions made. The presented results allow one to determine the most appropriate and effective way to develop simplified versions of the algorithm.Введение. Концепции построения перспективных радиолокационных систем предусматривают, что это будут комплексы интегрального типа. Создание таких систем предполагает наличие в их составе информационного комплекса, выполняющую функционально завершенную процедуру обработки сигналов и информации в интересах решения конкретной задачи. В этой связи в настоящей статье рассмотрены особенности создания модели маневренного движения беспилотного летательного аппарата с целью исследования путей повышения точности сопровождения воздушной цели на основе алгоритмов оценивания координат ее движения.Цель работы. Разработка алгоритма коррекции координат цели на основе информации о пространственной ориентации.Материалы и методы. Поставленные задачи решены методами математического анализа и численного моделирования. Для обоснования достоверности и работоспособности предложенного алгоритма была разработана модель, которая позволила получить характеристики точности алгоритма.Результаты. Методом моделирования исследованы характеристики точности алгоритма коррекции координат цели на основе информации о ее пространственной ориентации, определяющей качество системы слежения за целью и построения ее траектории. Приведены структура и описание разработанного алгоритма. Показан вариант реализации алгоритма и результаты оценки его точности.Заключение. В результате анализа алгоритма коррекции координат цели на основе информации о ее пространственной ориентации, а также моделирования работы сделан вывод о достоверности и работоспособности предложенного алгоритма. Представленные данные численных экспериментальных исследований характеристик точности предложенного алгоритма показали реализуемость принятых решений. Полученные результаты позволяют определить наиболее целесообразный и эффективный путь разработки упрощенных вариантов алгоритма