Journal of the Russian Universities. Radioelectronics / Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника
Not a member yet
541 research outputs found
Sort by
Алгоритмическое обеспечение адаптивных систем автоматического контроля со сжатием данных
Get PDFIntroduction. The exponential growth of measurement information caused by ongoing complication of technical and production facilities necessitates the development of improved or brand new information and measurement systems, including those performing adaptive automatic control functions. Automatic criteria-based selection and reduction of measurement information continuously supplied by multi-parameter sources characterizing the objects under study require algorithms ensuring reconfiguration of automatic control systems during operation. In comparison with automatic control systems based on time-division channelling, the considered adaptive systems provide timely information on the pre-emergency and emergency operation of a facility.Aim. To develop an algorithmic support for adaptive automatic control systems using asynchronous-cyclic and parallel-sequential operating algorithms, as well as to compare the proposed algorithms in terms of their, control reliability, compression ratio, operation speed and the error associated with multi-channelling.Materials and methods. The algorithms proposed for supporting the operation of adaptive systems were developed on the basis of queuing theory and simulation modelling using the MatLab/Simulink programming languages, C++.Results. The developed algorithmic support for automatic control systems based on asynchronous-cyclic analysis of deviations allows the amount of redundant information to be reduced by more than 4 times and the operation speed to be increased by 1.5 times. The developed algorithmic support for automatic control systems based on parallel-sequential analysis of deviations allows the error associated with multi-channelling to be reduced by 1.4 times, thereby bringing the control reliability of such systems closer to that of continuous-control systems. An analysis of the graphs of the error associated with multi-channelling showed that the automatic control systems based on parallel-sequential operational algorithms are invariant to the law of distribution of input quantities, compared to the systems based on asynchronous-cyclic operational algorithms.Conclusions. The proposed algorithmic support can significantly decrease the redundancy of information and improve the metrological characteristics of automatic control systems. The use of the developed algorithms in automatic control systems based on time-division channelling render their control reliability comparable with that of continuous-control systems.Введение. Экспоненциальный рост объема измерительной информации, обусловленный постоянным усложнением технических и производственных объектов, приводит к необходимости совершенствования информационно-измерительных систем, к появлению систем нового поколения, в том числе адаптивных систем автоматического контроля. Для решения задач автоматического критериального отбора и сокращения избыточной измерительной информации, непрерывно поступающей от многопараметрических источников, характеризующих исследуемые объекты, создаются перестраиваемые в процессе работы алгоритмы функционирования систем автоматического контроля. В отличие от известных систем автоматического контроля с временным разделением каналов в рассматриваемых адаптивных системах возможно первоочередное получение информации о предаварийном и даже аварийном режимах работы объекта.Цель работы. Создание алгоритмического обеспечения адаптивных систем автоматического контроля с использованием асинхронно-циклического и параллельно-последовательного алгоритмов функционирования и сравнение их между собой по погрешности, обусловленной многоканальностью, достоверности контроля, коэффициенту сжатия и быстродействию.Материалы и методы. Алгоритмическое обеспечение адаптивных систем основано на использовании теории массового обслуживания, имитационном моделировании с использованием языков программирования MatLab/Simulink, С++.Результаты. Разработанное алгоритмическое обеспечение для систем автоматического контроля с асинхронно-циклическим анализом отклонений позволяет снизить количество избыточной информации более чем в 4 раза и повысить быстродействие в 1.5 раза. Алгоритмическое обеспечение для систем автоматического контроля с параллельно-последовательным анализом отклонений позволяет в 1.4 раза снизить погрешность, вызванную многоканальностью, и приблизить достоверность контроля таких систем к достоверности контроля систем с непрерывным контролем. Анализ графиков погрешности, обусловленной многоканальностью, показывает, что системы автоматического контроля, использующие параллельно-последовательный алгоритм функционирования, инвариантны к закону распределения входных величин, в отличие от систем с асинхронно-циклическим алгоритмом функционирования.Заключение. Полученные результаты имеют практическое применение, так как дают возможность проектировать адаптивные системы автоматического контроля, выдающие информацию о состоянии объекта контроля, в том числе о предаварийном и аварийном режимах работы, в реальном времени. Это позволяет использовать полученную информацию непосредственно для регулирования и поддержания работоспособности сложных объектов и управления технологическими процессами
Исследование полосовых фильтров K-диапазона на прямоугольных концентрических резонаторах
Get PDFIntroduction. Simple-shaped cavity resonators: rectangular, cylindrical and coaxial, are widely applied in modern microwave engineering in design of different functional devices of middle and high power levels. Parameters of resonators can be obtained analytically by using expressions from literature. Concentric resonators, performed on the basis of classical simple-shaped cavities with a central metallic core represent a new class of electrodynamic systems of microwave range, the properties of which remain poorly studied. One of these structures, named a rectangular concentric resonator (RCR) is proposed in the paper as a basic unit of K-band bandpass filters (18...26 GHz).Aim. To study potential possibilities of RCR for creation electromagnetic signals filtration devices of micro wave range.Materials and methods. The finite element method implemented in the package COMSOL was used to investigate electrodynamic characteristics of RCR and scattering matrix parameters of the microwave filters on RCR basis.Results. Simple polynomial expressions for computation of normalized resonant wavelengths of RCR were obtained at the first stage of modeling. Next, two models of passband microwave filters by RCR with different sizes were built and their EM characteristics were studied. Cavities sizes were determined numerically and practical recommendations on the realization of a new type bandpass microwave filters were formulated.Conclusion. New results of the finite-element analysis of spectral characteristics of two models of bandpass Krange filters on rectangular concentric resonators were represented. The advantages of the filters were indicated. Simple analytical expressions for calculation of the resonance wavelengths of the considered concentric resonators were obtained.Введение. Объемные резонаторы простой формы – прямоугольные, цилиндрические и коаксиальные – широко применяются в современной микроволновой технике при проектировании различных функциональных устройств среднего и высокого уровня мощности. Параметры таких резонаторов можно установить аналитически, используя соотношения, взятые из литературы. Концентрические резонаторы, выполненные на основе классических объемных резонаторов простой формы с центральным металлическим ядром, представляют собой отдельный класс электродинамических систем, свойства которых остаются малоизученными. Одна из таких структур, а именно прямоугольный концентрический резонатор (ПКР), предложена в настоящей статье в качестве базового элемента полосовых фильтров К-диапазона (18...26 ГГц).Цель работы. Изучение потенциальных возможностей ПКР для создания устройств фильтрации электромагнитных сигналов микроволнового диапазона.Материалы и методы. Собственные электродинамические характеристики ПКР и параметры матрицы рассеяния СВЧ-фильтров на его основе исследуются с помощью метода конечных элементов, реализованного в пакете программ COMSOL.Результаты. На первом этапе моделирования получены простые полиномиальные соотношения для расчета нормированных резонансных длин волн ПКР. Далее построены две модели полосовых СВЧ-фильтров на ПКР с разными размерами и исследованы их электродинамические характеристики. В ходе численного анализа установлены размеры резонаторов и сформулированы практические рекомендации по реализации полосно-пропускающих и полосно-заграждающих СВЧ-фильтров нового типа.Заключение. Приведены результаты конечно-элементного анализа амплитудно-частотных характеристик двух моделей полосовых фильтров К-диапазона на ПКР, впервые предложенных для этих целей. Указаны основные преимущества таких фильтров. Получены аналитические соотношения для расчета собственных резонансных длин волн рассматриваемых в работе концентрических резонаторов
Оценка параметров сигнала с полиномиальным законом фазовой модуляции
Get PDFIntroduction. Polynomial phase signals frequently appear in radar, sonar, communication and technical applications. Therefore, estimation of polynomial phase coefficients of such signals is an urgent problem in signal theory. Currently, a large number of estimation algorithms have been proposed. The best way is the maximum likelihood (ML) method. However, its implementation is associated with a multidimensional retrieval, which makes the method unsuitable for practical implementation. A number of alternative strategies have been developed to circumvent the ML difficulties. These strategies are very close to optimal. Among them one can single out the HAF-algorithm based on the computation of the High order Ambiguity Function and the CPF algorithm, which uses the computation of the Cubic Phase Function and produces very accurate estimates for signals with the quadratic frequency modulation. However, both algorithms have obvious drawbacks. The HAF algorithm pro-duces a large number of combinatorial noise components. The CPF algorithm is limited in its implementation to the third order polynomial signals and does not use fast algorithms, such as the Fast Fourier Transform.Aim. Synthesis of an estimation algorithm that produces a small number of noise combinatorial components and uses the Fast Fourier Transform computation algorithms to find coefficient estimates of an arbitrary order phase polynomial.Materials and methods. In the paper a concept of a decisive function was introduced. It was calculated so that its phase contained only a first-order monomial with a coefficient equal to the highest coefficient of the signal phase polynomial.Results. A new estimation algorithm was proposed able to use Fast Fourier Transform computation algorithms to find estimates. Each polynomial coefficient was estimated on the basis of a unified procedure, which reduced the number of combinatorial noise components in an estimate search.Conclusions. The synthesized algorithm gives asymptotically efficient estimates for lower signal-to-noise ratios in comparison with the HAF-algorithm.Введение. Сигналы с полиномиальным законом фазовой модуляции часто встречаются в системах радиосвязи, гидро- и радиолокации, акустики, технической диагностики. Оценивание полиномиальных коэффициентов фазы является актуальной задачей в теории сигналов. В настоящее время предложено большое количество алгоритмов оценивания. Оптимальным способом является метод максимального правдоподобия. Однако его реализация связана с проведением многомерного поиска, что делает метод малопригодным для практической реализации. Существуют близкие к оптимальным способы оценивания, среди которых можно выделить HAF-алгоритм, который основан на вычислении функции неопределенности сигнала высокого порядка (High order Ambiguity Function), и CPF алгоритм, который использует вычисление кубической фазовой функции (Cubic Phase Function) и дает близкие к оптимальным оценки для сигнала с квадратическим законом частотной модуляции. Недостатком первого из названных методов является большое количество комбинаторных шумовых компонент, возникающих в процессе решения. Недостатками второго – ограниченная область применения и реализация одномерного поиска оценок без возможности применения алгоритмов быстрого вычисления преобразования Фурье.Цель работы. Синтезировать алгоритм оценивания коэффициентов фазового полинома произвольного порядка, дающий малое количество шумовых комбинаторных составляющих и основанный на использовании быстрых алгоритмов преобразования Фурье.Материалы и методы. В статье введено понятие решающей функции, которая рассчитывается таким образом, чтобы ее фаза содержала только моном первого порядка с коэффициентом, равным старшему коэффициенту фазового полинома сигнала.Результаты. Новый алгоритм оценивания, особенностью которого является возможность использования для нахождения оценок быстрых алгоритмов вычисления преобразования Фурье. Каждый полиномиальный коэффициент оценивается на основе унифицированной процедуры, которая уменьшает количество комбинаторных шумовых компонент в процессе поиска оценок.Заключение. Синтезированный алгоритм дает асимптотически эффективные оценки при меньших отношениях сигнал/шум по сравнению с алгоритмом, основанным на вычислении функции неопределенности высокого порядка (HAF-алгоритмом)
Виртуальный измерительный комплекс для исследования транзисторных усилителей сверхвысокой частоты
Get PDFIntroduction. Measurement systems for research of telecommunication devices and of their elements are difficult to maintain and expensive. Therefore when possible, its may be replaced by virtual measurement systems (VMS), which allow one to perform measurements based on physical parameters of testing device.Aim. VMS development for measuring of amplifiers parameters by means of simulation modeling based on amplifier topology.Methods and materials. VMS is to be used for research of a small signal amplifier (a part of transceiver). It consists of program modules and graphic interface, realized by LabVIEW. The program part contains text modules in LabVIEW syntax, which calculate S-parameters frequency dependencies for an amplifier. For definition of parameters amplifier circuit by a decomposition technique is being split into sequential two-port net-works, which can be described by corresponding matrixes. After determination of frequency dependent matrixes elements, the matrixes are being converted and multiplied. It allows one to obtain frequency dependencies of parameters of an amplifier. VMS interface is a 3-D-rendered on a computer screen front panel of a virtual vector network analyzer with a device under test connected to its test ports.Results. VMS for UHF-amplifiers research based on given topology was described. The calculations of amplifier transmission lines and amplifier in the whole parameters based on corresponding matrixes and their conversions were presented. The algorithm of a measuring system operation was described. 3D measuring complex and objects under test visualization were shown. The comparison with existing software for design and simulation of UHF-devices such as Microwave Office was realized.Conclusions. Contrary to Microwave Office, aimed to solution of synthesis tasks, VMS is aimed to research tasks. It has a realistic visualization of measurement devises and simple parameters input, do not need big computer resources and is free. VMS can be used in educational process, especially for online education, when using of Microwave Office is impossible.Введение. Измерительные комплексы для исследования телекоммуникационных устройств и их элементов являются сложными в обслуживании и дорогостоящими. Поэтому, когда это возможно, предлагается заменить их виртуальными измерительными комплексами (ВИК), позволяющими производить измерения по заданным физическим параметрам объекта исследования.Цель работы. Разработка ВИК для измерения S-параметров усилителей сверхвысоких частот (СВЧ) методами имитационного моделирования по заданной пользователем топологии при заданных ограничениях на количество элементов.Методы и материалы. ВИК предназначен для исследования СВЧ-усилителей малого сигнала. ВИК состоит из программной части и графического интерфейса в среде LabVIEW. Программная часть содержит текстовые модули, в которых вычисляются S-параметры усилителя. Схема усилителя методом декомпозиции разбивается на четырехполюсники, описываемые матрицами рассеяния и передачи. Определяются элементы матриц, матрицы приводятся к одному типу и перемножаются для получения частотных зависимостей S-параметров усилителя. Интерфейс ВИК представляет визуализацию на экране компьютера векторного анализатора микроволновых цепей с подключенным к нему усилителем СВЧ. Результаты. Описан ВИК для исследования усилителей СВЧ по заданной топологии. Приведены вычисления параметров линий передачи, составляющих усилитель, их матрицы рассеяния и преобразования в матрицы передачи для получения матрицы рассеяния усилителя. Приведен алгоритм работы и представлена визуализация ВИК. Проведено сравнение с программой проектирования устройств СВЧ MicrowaveOffice.Заключение. MicrowaveOffice, который ориентирован на решение задач синтеза, требует навыков работы для составления и изменения проекта, ресурсозатратен, требует приобретения лицензии. В отличие от него ВИК ориентирован на решения задач исследования, отличается уровнем визуализации измерительных приборов, прост при вводе данных, не требует больших вычислительных ресурсов, лицензии. Применим в образовательном процессе, например при дистанционном обучении, где использование таких программ, как MicrowaveOffice, невозможно
Электродинамическая модель радиосигнала, рассеянного на многослойной структуре, с использованием физической оптики и метода трассировки лучей
Get PDFIntroduction. Remote monitoring of layered underlying surfaces is an urgent task. To assess the performance of new algorithms for processing the radar signal reflected from the surfaces, full-scale tests are required. As their carrying out demands big expenses, simulation modeling is actual. There are many methods of estimating an electromagnetic field (EMF) scattered by the earth's surface. However, there are no proven methods and algorithms for engineering calculation of the reflected radio signal in the conditions of this problem.Aim. The aim is to develop and to verify a software model to simulate the reflected multilayer extended structure of the radio signal received on board the aircraft.Materials and methods. The core of the model was based on high-frequency electrodynamics' methods, which allowed rapid calculation for large areas of targets with any number of layers. Simulation was produced using the MATLAB software package. The developed simulation model represented the result in the form of the normalized radar cross-section (RCS) of the multilayer structure. Since the layered structure had rough boundaries, the model provided triangulation of the boundaries of the volume-distributed object. The resulting EMF was calculated using the superposition principle. Each partial EMF value on the facet was calculated taking into account the phase and the polarization of the locally incident EMF.Results. In the paper the comparison of simulation results with theoretical calculations for the normalized RCS of a two-layer structure (difference is less than 10 percent) was presented. Verification for the coefficient of variation of the envelope of the reflected radio signal from the depth of groundwater (critical error was 7 percent) was performed. RCS modeling of the absorbing layer with different degrees of roughness of the layer boundaries was carried out. The upper boundary roughness (for maximal height deviation 0.1 m) affected on specific EPR more than lower boundary. It manifested itself in decreasing of RCS down to 30 dB.Conclusion. The developed model is intended to reduce expenses for designing synthesis of subsurface imaging systems with comparison of scheme "model of device development – field tests – completion – etc". The model is designed to verify the new signal processing algorithms for subsurface radar. Введение. Радиолокационный мониторинг слоистых подстилающих поверхностей актуален в различных задачах: измерение толщины слоев взлетно-посадочных полос и дорожных покрытий; разведка полезных ископаемых и др. Для оценки работоспособности новых алгоритмов обработки отраженного от слоистых поверхностей радиолокационного сигнала необходимы натурные испытания. Их проведение требует больших ресурсных затрат, поэтому актуально имитационное моделирование. Отработанные методики и алгоритмы инженерного расчета отраженного радиосигнала для решения таких задач отсутствуют.Цель работы. Разработка и верификация программной модели для имитации отраженного многослойной протяженной структурой радиосигнала, принимаемого на борту летательного аппарата.Материалы и методы. Ядро модели строится на высокочастотных электродинамических методах (физическая и геометрическая оптики), что позволяет производить быстрые вычисления для целей большой площади с любым количеством слоев. Моделирование осуществляется с помощью программного пакета MATLAB. Разработанная имитационная модель предоставляет конечный результат в виде нормированной эффективной площади рассеяния (ЭПР) многослойной структуры. Результирующее электромагнитного поле (ЭМП) рассчитывается с использованием принципа суперпозиции.Результаты. Проведено сравнение результатов моделирования с теоретическими расчетами для нормированной ЭПР двухслойной структуры – расхождение не более 10 %. Проведена верификация для коэффициента вариации огибающей отраженного радиосигнала от глубины залегания грунтовых вод. Результаты моделирования показывают такую же тенденцию изменения коэффициента вариации от средней толщины слоя, как и в результате проведения натурного эксперимента (максимальное значение погрешности – 7 %). Проведено моделирование ЭПР для поглощающего слоя с разной степенью неровности границ слоев. Шероховатость верхней границы (максимальное отклонение высоты 0.1 м) существенно влияет на удельную ЭПР: уменьшение значения ЭПР до 30 дБ.Заключение. Разработанная модель призвана уменьшить затраты на проектный синтез средств подповерхностной радиолокации подстилающих земных поверхностей по сравнению со схемой "разработка макета устройства – натурные испытания макета – доработка – и т. д.". Модель можно использовать для апробирования новых алгоритмов обработки подповерхностных радиосигналов.
Пассивная радиолокационная система мониторинга движения судов в прибрежных районах с использованием спутниковых сигналов подсвета
Get PDFIntroduction. Increasing requirements for improving of information systems for ensuring navigation safety in coastal areas of marine waters determine the search of new engineering and scientific solutions. The creation of a passive coherent location systems (PCL), based on existing sources of electromagnetic radiation (in particular, global navigation satellite system (GNSS) signals) as radar illumination of the monitored space is of particular interest. During development and implementation of the systems, there are a number of problems related to the search of highly efficient processing algorithms, to the optimization of structure and functioning modes when the system is a part of a complex multi-position monitoring system in coastal areas. Aim. Rationale of the structure of bistatic PCL system with GNSS illumination signal, analysis of methods for increasing of the level of reflected signals, development of a general signal processing algorithm of the system receiver unit, formation of proposals for the creation of multi-position radar system (MP radar) for coastal areas navigation monitoring. Materials and methods. Mathematical modeling, theory of signals, methods of digital signal processing. Results. The structure of the bistatic PCL with GNSS illumination signal for monitoring in coastal areas of marine waters to ensure navigation safety has been developed. Methods for increasing the power level of satellite signals at the input of the receiving device have been proposed. General signal processing algorithm and the algorithm of CAF calculation in the bistatic PCL system using GPS C/A code satellite signal for sea surface coastal areas monitoring have been developed. Conclusion. The considered bistatic PCL system with GNSS illumination may be applied as a part of MP radar for monitoring in areas of heavy vessel traffic to ensure the safety, for operational control of marine operations in the high seas, for quick analysis of the situation at sea in an emergency.Введение. Возрастающие требования к совершенствованию информационных систем обеспечения безопасности судовождения в прибрежных районах морских акваторий обуславливают поиск новых инженерных и научно-технических решений. Особый интерес представляет создание систем пассивной когерентной локации (ПКЛ), основанных на использовании в качестве радиолокационного подсвета контролируемого пространства существующих источников электромагнитного излучения, в частности сигналов глобальной навигационной спутниковой системы (ГНСС). При разработке и реализации таких систем существует ряд нерешенных задач, связанных с поиском высокоэффективных алгоритмов обработки, с оптимизацией их структуры и режимов функционирования в составе комплексной многопозиционной системы мониторинга морских акваторий в прибрежных районах. Цель работы. Обоснование структуры построения системы бистатической ПКЛ с сигналом подсвета ГНСС, анализ методов повышения уровня отраженных от целей сигналов, разработка общего алгоритма обработки сигналов в приемном устройстве данной системы, формирование предложений по созданию многопозиционной радиолокационной системы (МП РЛС) для мониторинга судоходства в прибрежных районах акваторий. Материалы и методы. Используются методы математического моделирования, теория сигналов, цифровой обработки сигналов. Результаты. Разработана структура бистатической ПКЛ с сигналом подсвета ГНСС для мониторинга акваторий в прибрежных районах в целях обеспечения безопасности плавания судов. Предложены методы повышения уровня мощности спутниковых сигналов на входе приемного устройства и разработан общий алгоритм обработки сигналов, процесс реализации вычисления взаимной функции неопределенности (ВФН) в системе бистатической ПКЛ с использованием спутникового сигнала GPS C/A-кода для задач мониторинга акваторий в прибрежной зоне. Заключение. Рассмотренная система бистатической ПКЛ с использованием в качестве подсвета сигналов ГНСС может быть задействована в составе МП РЛС мониторинга морских акваторий в районах интенсивного судоходства для обеспечения безопасности движения судов, оперативного контроля морских работ в открытом море, быстрого анализа обстановки на море при аварийной ситуации
Systematic Approach to Processing and Analysis Diagnostic Indicators of Electrocardiograms Based on Labview
Get PDFIntroduction. Cardiovascular disease occupies an important place throughout the world, which necessitates the development of more effective modern means of diagnosis and treatment. The primary diagnosis of heart disease is based on analysis and processing of an electrocardiogram (ECG). Despite the fact that there are many methods and algorithms for ECG analysis and processing, one of the urgent problems of cardiology remains to obtain the most complete information about heart electric potential, respectively, the behavior of the waves P, Q, R, S and T.Aim. Development of algorithms and software for processing and analysis of electrocardiograms (ECGs), as well as calculation of heart rate and detection of arrhythmias based on Labview.Materials and methods. The methods for removing noise using the wavelet transform method to eliminate baseline deviation ,to extract ECG signs ,to calculate heart rate and to detect arrhythmias based on Labview have been adopted as a mathematical apparatus for processing and analyzing ECGs.Results. Organizing of the ECG database, developing algorithms for converting the ECG file of the database into a useful format for Labview, processing of the ECG signal with removing noise from the original ECG signal, extracting signs for obtaining ECG diagnostic indicators, calculating heart rate and detecting arrhythmias.Conclusion. An analysis of the results demonstrates that systematic approaches to evaluating ECG signals allow to avoid one-way decisions and to integrate different methods into an integrated system of ideas of the state. The implementation of the proposed algorithms using Labview programming system ensures the removal of noise and artifacts, the extraction of the necessary ECG signs, the calculation of heart contractions and the detection of arrhythmias.Introduction. Cardiovascular disease occupies an important place throughout the world, which necessitates the development of more effective modern means of diagnosis and treatment. The primary diagnosis of heart disease is based on analysis and processing of an electrocardiogram (ECG). Despite the fact that there are many methods and algorithms for ECG analysis and processing, one of the urgent problems of cardiology remains to obtain the most complete information about heart electric potential, respectively, the behavior of the waves P, Q, R, S and T.Aim. Development of algorithms and software for processing and analysis of electrocardiograms (ECGs), as well as calculation of heart rate and detection of arrhythmias based on Labview.Materials and methods. The methods for removing noise using the wavelet transform method to eliminate baseline deviation ,to extract ECG signs ,to calculate heart rate and to detect arrhythmias based on Labview have been adopted as a mathematical apparatus for processing and analyzing ECGs.Results. Organizing of the ECG database, developing algorithms for converting the ECG file of the database into a useful format for Labview, processing of the ECG signal with removing noise from the original ECG signal, extracting signs for obtaining ECG diagnostic indicators, calculating heart rate and detecting arrhythmias.Conclusion. An analysis of the results demonstrates that systematic approaches to evaluating ECG signals allow to avoid one-way decisions and to integrate different methods into an integrated system of ideas of the state. The implementation of the proposed algorithms using Labview programming system ensures the removal of noise and artifacts, the extraction of the necessary ECG signs, the calculation of heart contractions and the detection of arrhythmias
Характеристики обнаружения параметрического метода обработки сигналов в неэквидистантной антенной решетке транспортируемой декаметровой радиолокационной станции
Get PDFIntroduction. The possibility of application of modified parametric methods of spatial signal processing in a sparse antenna array (SEAA) of the receiving position of transportable over-the-horizon decameter range radar (DRR) intended for all-weather remote monitoring of the shelf zone is considered in this paper. With an operational deployment of DRR on unprepared coast, problems of the equidistant location of antenna elements (AEs) often arise. In the case of nonequidistant AEs location and matched spatial processing, antenna pattern has interference sidelobes, which level can significantly exceed the allowable or calculated one for an equidistant AA. A well-known alternative to matched processing are parametric methods of spectral analysis based on the using of models with a finite number of parameters, but their direct application requires an equidistant sampling of the spatial signal.Aim. The aim of the research is to develop and analyze the method of parametric processing of spatial signals of the SEAA which AEs are located on the line with a random step in the range from λ/2 to several λ, where λ is the DRR wavelength.Materials and methods. To construct the detection characteristics (DC) computer modeling in the MatLab environment, the reliability of which was confirmed by the construction of known and theoretically calculated DC, was used.Results. The developed method includes a procedure of restoring (synthesizing) of artificial signal of equidistant AA with subsequent application of Burg parametric algorithm to obtain an estimate of the angular spatial frequency spectrum. To prove the applicability of the parametric method of SEAA signals processing in the case of location signals detecting, DC were obtained and compared with optimal ones.Conclusions. The obtained results have proved the suboptimality of the parametric method of SEAA signal processing at the random AEs spacing step lying in the range from λ/2 to 3λ, what makes it possible to recommend it for using in transportable DRRs.Введение. Рассматривается возможность применения модифицированных параметрических методов пространственной обработки сигналов в неэквидистантной антенной решетке (НЭАР) приемной позиции транспортируемой загоризонтной (ЗГ) радиолокационных станций (РЛС) декаметрового (ДКМ) диапазона, предназначенной для всепогодного дистанционного мониторинга шельфовой зоны. При оперативном развертывании ДКМ РЛС на неподготовленном побережье часто возникают проблемы эквидистантного расположения антенных элементов (АЭ). В случае неэквидистантного расположения АЭ при согласованной пространственной обработке в диаграмме направленности (ДН) возникают интерференционные боковые лепестки (БЛ), уровень которых может существенно превышать допустимый или расчетный для эквидистантной АР. Известной альтернативой согласованной обработке являются параметрические методы спектрального анализа, основанные на применении моделей с конечным числом параметров, однако их прямое применение требует эквидистантной выборки пространственного сигнала.Цель работы. Целью исследований является разработка и анализ метода параметрической обработки пространственных сигналов НЭАР, АЭ которой расположены на линии со случайным шагом в пределах от λ/2 до нескольких λ, где λ – длина волны ДКМ РЛС.Материалы и методы. При построении характеристик обнаружения (ХО) использовалось компьютерное моделирование в среде MatLab, достоверность которого подтверждалась построением известных и теоретически рассчитанных ХО.Результаты. Разработан метод, включающий в себя процедуру восстановления (синтезирования) искусственного сигнала эквидистантной АР с последующим применением параметрического алгоритма Берга для получения оценки углового спектра пространственных частот. Для доказательства применимости параметрического метода обработки сигналов НЭАР в задаче обнаружения локационных сигналов были получены ХО и было проведено их сравнение с оптимальными.Заключение. Полученные результаты доказали субоптимальность параметрического метода обработки сигналов в НЭАР при случайном шаге расположения АЭ в пределах от λ/2 до 3λ, что позволяет рекомендовать его для применения в транспортируемых ДКМ РЛС
Исследование характеристик фотодетектора с высоким фототоком при передаче сверхвысокочастотного радиосигнала по оптоволокну
Get PDFIntroduction. At present, an optical transmission of a microwave signal is of great scientific and practical interest. Moreover, this transmission line can also be used to create microwave photonic devices. Microwave signal losses decrease with an increase of laser power. Commercial photodetectors withstand radiation with a power of several tens of milliwatts. Using a photodetector with a high photocurrent can improve characteristics of photonic transmission lines; in particular, it can reduce microwave signal losses.Aim. Investigation of characteristics of a photodetector with a high photocurrent when transmitting microwave radio signals through optical fiber. Research of microwave signal losses as a function of optical power.Materials and Methods. Experimental studies were carried out on created experimental schemes for studying the characteristics of the photodetector with modulated and unmodulated optical radiation. Theoretical studies were carried out by mathematical modeling of optical path transfer characteristics from the laser power at various powers of an input microwave signal.Results. The dependencies of photocurrent and photovoltage of the photodetector versus laser power were obtained. The experimental amplitude-frequency characteristics of the photonic transmission line were measured at different optical powers. A frequency dependence of the photodetector sensitivity in the range of 0...12 GHz was obtained. Modeling of amplitude-frequency characteristics of the optical path in the range of 0...12 GHz was performed. An approximate frequency dependence of the photodetector sensitivity was obtained.Conclusion. Due to the use of a photodetector with a high photocurrent value and with increasing laser power, microwave losses were reduced to about 10 dB. It was shown that for improving the transmission characteristics of an optical transmission line, it is necessary to use a broadband electro-optical modulator.Введение. В настоящее время большой научный и практический интерес вызывает передача радиочастотного сигнала по оптической линии. Такую линию передачи можно также использовать при создании многих радиофотонных устройств. С ростом мощности используемого лазера снижаются потери СВЧ-сигнала в линии передачи. Однако массово выпускаемые фотодетекторы выдерживают мощность в несколько десятков милливатт. Использование фотодетектора с высоким фототоком позволит улучшить характеристики оптоволоконных линий передачи, в частности, снизить потери при передаче аналогового или цифрового радиочастотного сигнала.Цель. Исследование характеристик фотодетектора с высоким фототоком в системе передачи сверхвысокочастотного радиосигнала по оптоволокну, а также исследование зависимости потерь СВЧ-сигнала от значения мощности оптического излучения в такой системе.Материалы и методы. Экспериментальные исследования проведены на сконструированных экспериментальных схемах для исследования характеристик фотодетектора при модулированном и немодулированном оптическом излучении. Теоретические исследования выполнены математическим моделированием передаточных характеристик оптического тракта при различных мощностях входного СВЧ-сигнала.Результаты. Найдены зависимости фототока и фотонапряжения фотодетектора от мощности излучения лазера. Представлены экспериментальные амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) оптической линии передачи, измеренные при различных мощностях оптического излучения. Описан алгоритм получения частотной зависимости чувствительности фотодетектора в диапазоне частот 0...12 ГГц. Приведены результаты теоретического расчета АЧХ линии передачи в указанном диапазоне частот. Получена приближенная частотная зависимость чувствительности фотодетектора.Заключение. За счет использования фотодетектора с высоким значением фототока и повышения мощности лазера до 100 мВт потери СВЧ-сигнала в оптической линии передачи составили около 10 дБ. Показано, что для улучшения передаточных характеристик оптической линии передачи необходимо использовать широкополосный электрооптический модулятор
Исследование частотной зависимости диаграммы направленности резонансной волноводно-щелевой антенной решетки, состоящей из подрешеток, в САПР Ansys HFSS
Get PDFIntroduction. A resonant slotted waveguide antenna allows providing broadside radiation, which coincides with the normal line to the longitudinal axis of the array. Such an antenna can be well-matched in a very narrow frequency band. Even a slight deviation from the operating frequency leads to a significant distortion of the radiation pattern. In this regard, the distortion of the radiation pattern is becoming an urgent task.Aim. The main objective of this work is to preserve the radiation pattern of the resonant slotted waveguide antenna with longitudinal slots in the broad face in operating bandwidth.Materials and methods. Subarraying was performed to preserve the undistorted radiation pattern of the slotted waveguide antenna array in the operating bandwidth. The antenna model and its directional properties were analyzed in CAD Ansys HFSS using Visual Basic Scripting Edition macros.Results. Three slotted waveguide antennas’ models, consisting of two, four, and eight subarrays were developed in Ansys HFSS CAD. The effect of subarraying on the radiation pattern at the center frequency and the upper and the lower operating frequencies is studied. It is shown that the growing number of subarrays leads to a more stable radiation pattern in the operating bandwidth.Conclusions. Full-wave electromagnetic simulations have shown that subarraying of a resonant slotted waveguide antenna is a useful measure that preserves undistorted radiation pattern in the operating frequency band. Usage of Visual Basic Scripting Edition macros allows to minimizing the time spent creating a model in CAD Ansys HFSS.Введение. Направление максимального излучения резонансных волноводно-щелевых антенных решеток совпадает с нормалью к продольной оси антенны. Такие антенны хорошо согласованы с питающей линией только в узкой полосе частот. При большом количестве элементов решетки даже незначительное отклонение от рабочей частоты приводит к существенному искажению диаграммы направленности. Устранение этих искажений в рабочей полосе частот становится актуальной задачей.Цель работы. Сохранение в рабочей полосе частот неискаженной формы диаграммы направленности линейной резонансной волноводно-щелевой антенной решетки, построенной на основе продольных щелей на широкой стенке прямоугольного волновода.Материалы и методы. Для решения поставленной задачи применено разбиение волноводно-щелевой антенной решетки на несколько подрешеток. Построение модели исследуемой структуры и анализ ее направленных свойств проведены в САПР Ansys HFSS с использованием макросов на языке Visual Basic Scripting Edition.Результаты. В САПР Ansys HFSS разработаны 3 модели волноводно-щелевых антенных решеток, состоящие из двух, четырех и восьми подрешеток. Исследовано влияние разбиения антенны на подрешетки на диаграмму направленности на центральной частоте и на крайних частотах рабочего диапазона. Показано, что при разбиении антенны на подрешетки ширину главного лепестка диаграммы направленности на крайних частотах удается уменьшить с 2.4 до 1.0° и сравнять со значением этого параметра на центральной частоте.Заключение. Исследования показали, что разбиение резонансной волноводно-щелевой антенной решетки на подрешетки является эффективной мерой, позволяющей добиться сохранения неискаженной диаграммы направленности в рабочей полосе частот. Сравнение полученных результатов с характеристиками антенны, не имеющей разбиения на подрешетки, показывает, что в области главного лепестка диаграммы направленности на центральной частоте и на крайних частотах рабочего диапазона совпадают с графической точностью, а уровень боковых лепестков не превышает –20 дБ