Journal of the Russian Universities. Radioelectronics / Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника
Not a member yet
541 research outputs found
Sort by
РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ МОДИФИЦИРОВАННОГО МЕТОДА РЕКОНСТРУКЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ ПО ПРОЕКЦИЯМ СПИНОВОЙ ПЛОТНОСТИ В МАГНИТОРЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ
Get PDFThe well-known method of image reconstruction by projections in magnetic resonance imaging uses spin echo excited by two sinc pulses. The further processing involves forming of the spin echo signal two quadrature components converting them into a digital format and the subsequent Fourier transform. The proposed modified method is based on the second sinc radio pulse substitution for the linear FM pulse. In this case, the mentioned projections are formed by amplitude detection of the spin echo envelope, which significantly simplifies the processing procedure. The aim of the research is to analyze the modified method resolution. The mathematical model is based on Bloch equations. Their solution is carried out on the basis of the device of the spin system state transition matrices. For their calculation, the stepped approximation of the excitation pulse complex envelopes is used. It makes possible to convert the system of linear differential equations with variable coefficients (Bloch equations) to the system of linear differential equations with piecewise constant coefficients. In this case, the equations have analytical solution. Following the obtained solution, the analysis of the method resolution not previously investigated, is performed by means of modeling the spin echo excitation. The conditions are specified when no dynamic distortions influencing received image quality exist. It is shown that resolution is determined by the size of the scan area, the magnitude of the gradient of the applied magnetic field, the pulse duration with linear frequency modulation, as well as gyromagnetic ratio of the core type used. The developed method eliminates the need for Fourier transform over the spin echo signal and pro-vides resolution comparable to the conventional one
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ К ИЗОБРАЖЕНИЯМ ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНОЙ ПОЛОСЫ, ПОЛУЧЕННЫМ В УСЛОВИЯХ ПЛОХОЙ ВИДИМОСТИ
Get PDFWhen ensuring aviation safety, the outboard environment awareness of the crew in low visibility conditions is especially important. The information about the runway condition and availability of any obstacles is crucial. There are ground-based obstacle detection systems, but currently only large airports are equipped with them. There are Enhanced Vision Systems designed for application on aircraft in low visibility conditions. The main goal of this research is to develop the means of runway obstacle recognition in low visibility conditions, which are to improve the capabilities of Enhanced Vision Systems. The research covers only the methods for static image object detection. The analysis of the runway markings, objects and possible obstacles is performed. Targets for acquisition are defined. The simulation of runway images is performed on full-flight simulator in low visibility conditions. The requirements for features descriptors, recognition and detection methods are defined and methods for research are defined. The paper provides evaluation of method applicability to runway pictures taken in poor visibility conditions above and below the decision height taking into account various characteristics. The covered methods solve the problem of detecting objects of the runway in low visibility conditions for static image. Conclusions about the possibility to use the studied methods in Enhanced Vision Systems are made. Further development of optimization methods is required to perform detection in video sequences in real time. The results of this work are relevant to the tasks of avionics, computer vision and image processing
Microfluidic Acoustic Metamaterial SAW Based Sensor
Get PDFIntroduction. Microacoustic sensors based on surface acoustic wave (SAW) devices allow the sensor integration into a wafer based microfluidic analytical platforms such as lab-on-a-chip. Currently exist various approaches of application of SAW devices for liquid properties analysis. But this sensors probe only a thin interfacial liquid layer. The motivation to develop the new SAW-based sensor is to overcome this limitation. The new sensor introduced here uses acoustic measurements, including surface acoustic waves (SAW) and acoustic methamaterial sensor approaches. The new sensor can become the starting point of a new class of microsensor. It measures volumetric properties of liquid analytes in a cavity, not interfacial properties to some artificial sensor surface as the majority of classical chemical and biochemical sensors.Objective. The purpose of the work is to find solutions to overcome SAW-based liquid sensors limitations and the developing of a new sensor that uses acoustic measurements and includes a SAW device and acoustic metamaterial.Materials and methods. A theoretical analysis of sensor structure was carried out on the basis of numerical simulation using COMSOL Multiphysics software. Lithium niobate (LiNbO3) 127.86° Y-cut with wave propagation in the X direction was chosen as a substrate material. Microfluidic structure was designed as a set of rectangular shape channels. A method for measuring volumetric properties of liquids, based on SAW based fluid sensor concept, comprising the steps of: (a) providing sensor structure with the key elements: a SAW resonator, a high-Q set of liquid-filled cavities and intermediate layer with artificial elastic properties between them; (b) measuring of resonance frequency shift, associated with the resonance in liquid-filled cavity, in the response of weakly coupled resonators of SAW resonator loaded by periodic microfluidic structure; (c) determination of volumetric properties of the fluid on the basis of a certain relationship between the speed of sound in liquid, the resonant frequency of the set of liquid-filled cavities, and the geometry design of the cavity.Results. The new sensor approach is introduced. The eigenmodes of the sensor structure with a liquid analyte are carried out. The characteristic of sensor structure is determined. The key elements of introduced microfluidic sensor are a SAW structure, an acoustic metamaterial with a periodic set of microfluidic channels. The SAW device acts as electromechanical transducer. It excites surface waves propagating in the X direction lengthwise the periodic structure and detects the acoustic load generated by the microfluidic structure resonator. The origin of the sensor signal is a small frequency change caused by small variations of acoustic properties of the analyte within the set of microfluidic channels.Conclusion. The principle of the new microacoustic sensor, which can become the basis for creating a new class of microfluidic sensors, is shown.Introduction. Microacoustic sensors based on surface acoustic wave (SAW) devices allow the sensor integration into a wafer based microfluidic analytical platforms such as lab-on-a-chip. Currently exist various approaches of application of SAW devices for liquid properties analysis. But this sensors probe only a thin interfacial liquid layer. The motivation to develop the new SAW-based sensor is to overcome this limitation. The new sensor introduced here uses acoustic measurements, including surface acoustic waves (SAW) and acoustic methamaterial sensor approaches. The new sensor can become the starting point of a new class of microsensor. It measures volumetric properties of liquid analytes in a cavity, not interfacial properties to some artificial sensor surface as the majority of classical chemical and biochemical sensors.Objective. The purpose of the work is to find solutions to overcome SAW-based liquid sensors limitations and the developing of a new sensor that uses acoustic measurements and includes a SAW device and acoustic metamaterial.Materials and methods. A theoretical analysis of sensor structure was carried out on the basis of numerical simulation using COMSOL Multiphysics software. Lithium niobate (LiNbO3) 127.86° Y-cut with wave propagation in the X direction was chosen as a substrate material. Microfluidic structure was designed as a set of rectangular shape channels. A method for measuring volumetric properties of liquids, based on SAW based fluid sensor concept, comprising the steps of: (a) providing sensor structure with the key elements: a SAW resonator, a high-Q set of liquid-filled cavities and intermediate layer with artificial elastic properties between them; (b) measuring of resonance frequency shift, associated with the resonance in liquid-filled cavity, in the response of weakly coupled resonators of SAW resonator loaded by periodic microfluidic structure; (c) determination of volumetric properties of the fluid on the basis of a certain relationship between the speed of sound in liquid, the resonant frequency of the set of liquid-filled cavities, and the geometry design of the cavity.Results. The new sensor approach is introduced. The eigenmodes of the sensor structure with a liquid analyte are carried out. The characteristic of sensor structure is determined. The key elements of introduced microfluidic sensor are a SAW structure, an acoustic metamaterial with a periodic set of microfluidic channels. The SAW device acts as electromechanical transducer. It excites surface waves propagating in the X direction lengthwise the periodic structure and detects the acoustic load generated by the microfluidic structure resonator. The origin of the sensor signal is a small frequency change caused by small variations of acoustic properties of the analyte within the set of microfluidic channels.Conclusion. The principle of the new microacoustic sensor, which can become the basis for creating a new class of microfluidic sensors, is shown
Оптическая система контроля расположения элементов высокоточного измерительного стенда
Get PDFIntroduction. When operating high-precision measurement setups, the reliability of measurements needs to be guaranteed. The displacement of elements from the measurement path can lead to a distortion of measurement results, especially in measurement setups operating in the microwave range. In order to ensure measurement reliability, the positions of elements in the measurement setup needs to be monitored. The monitoring should be performed during the measurement. The control device, which should be connected to the automatic control system of the measurement setup, should neither mechanically affect the setup elements nor introduce any interference. Currently used control systems for the technical characteristics do not meet the necessary requirements.Objective. To design a control system which allows for the monitoring of displacements of elements in a high precision measuring setup with an accuracy of 1.0 · 10 4 mm and digital signal processing. The control system thus designed should neither mechanically affect the controlled elements nor introduce electrical and electromagnetic interferences.Materials and methods. The system thus designed utilises optical methods for displacement monitoring based on the principles of geometric optics. Mathematical modelling (Mathcad) methods were used to determine the reaction of the system to changes in the beam trajectory and to estimate the sensitivity of the optical control system. Charge-coupled devices (CCD) were used to record the system response to optical path changes.Results. The study presents two designs of a control system for the displacement monitoring of high precision measurement setup elements. The first system design allows for the detection of the occurrence of displacement, while the second system design allows for the identification of the displaced element. The system is capable of registering displacements of elements up to an accuracy of 1.0 · 10 4 mm and monitoring the position of elements while exposed to vibration. The system does not mechanically or electromagnetically affect the controlled elements. All system elements are resistant to microwave radiation and increased background radiation, excluding the CCD which needs to be placed outside the active zone. The monitoring system for movements of elements in the high-precision measuring setup allows for digital signal processing. The study proposes a method to increase system accuracy.Conclusion. The system can be used in setups with increased microwave, x-ray and radiation emission. In comparison with systems based on other physical principles (inductive, capacitive and rheostat), the system thus developed is much easier to implement. Введение. При эксплуатации высокоточных измерительных стендов необходимо обеспечить достоверность измерений. Изменение расположения элементов измерительного тракта, особенно в стендах, работающих в СВЧ-диапазоне, приводит к искажению полученных результатов измерений. Для достижения достоверности измерений необходимо контролировать расположение элементов измерительного стенда. Контроль должен проводиться в процессе измерения, устройство контроля должно подключаться к автоматической системе управления измерительным стендом. Устройство не должно воздействовать механически на элементы стенда и не привносить помех. В настоящее время используемые системы контроля по совокупности технических характеристик не соответствуют необходимым требованиям. Цель работы. Разработка системы контроля перемещений элементов высокоточного измерительного стенда с точностью 1.0 · 10–4 мм, не оказывающей механического воздействия на контролируемые элементы и не вносящей электрических и электромагнитных помех с возможностью цифровой обработки сигнала. Материалы и методы. В разработанной системе использованы оптические методы контроля перемещений, основанные на геометрической оптике. Методами математического моделирования (Mathcad) определены реакции системы на изменение траектории луча и оценена чувствительность оптической системы контроля. Для регистрации реакции системы на изменение положения оптического пути используются приборы с зарядовой связью. Результаты. Разработаны 2 варианта системы контроля. В первом варианте система позволяет регистрировать изменения в расположении элементов стенда, во втором – идентифицировать элемент, изменивший геометрическое положение. Система способна регистрировать перемещения элементов стенда на 1.0 · 10–4 мм и контролировать расположения элементов стенда при вибрационном воздействии. Система не оказывает механического и электромагнитного воздействия на элементы стенда. Все элементы системы не чувствительны к воздействию СВЧ-излучения и повышенного радиационного фона, за исключением прибора с зарядовой связью, который должен располагаться вне зоны облучения. Система контроля перемещений элементов высокоточного измерительного стенда позволяет производить цифровую обработку сигнала. Предложен способ повышения точности системы. Заключение. Система может использоваться в стендах с повышенным СВЧ-, рентгеновским и радиационным излучением. В сравнении с системами, основанными на других физических принципах (индуктивный, емкостной и реостатный) разработанная система значительно проще в реализации
СЕГМЕНТАЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ И СЕЛЕКЦИЯ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ МНОГОПОРОГОВОЙ ОБРАБОТКИ
Get PDFIntroduction. In order to automate data processing in remote observation systems using television and infrared cameras, synthetic aperture panoramic radars, as well as laser and acoustic systems, it is essential to be able to reliably detect, isolate, select and localise objects of various shapes in images. Objective. The development of a methodology based on multi-threshold analysis. Materials and methods. The developed image segmentation and object selection approach having optimal selection threshold assessment is based on the results of multi-threshold image analysis. Results. Based on the analysis of a series of standard objects with known shapes hindered by synthetic noise, as well as representative examples of remotely sensed images of the Earth’s surface, improvements in the characteristics of both entire image segmentation and selection of particular objects according to several objective criteria were achieved.Conclusion. The main advantage of the proposed approach consists in the minimisation of the post-processing shape modification of the selected objects. Although this is achieved at the cost of the resource-consuming multi-threshold analysis procedure for each processed image, this can be also partially compensated by the simplicity of the algorithm and its possible parallel implementation.Введение. Задачи обнаружения, выделения, селекции и локализации объектов различной формы на изображениях неразрывно связаны с автоматизацией обработки информации в системах дистанционного наблюдения, использующие телевизионные и инфракрасные камеры, обзорные радиолокаторы с синтезированной апертурой, лазерные и акустические системы. Цель работы. Разработка методики сегментации изображений и селекции объектов на них на основе многопороговой обработки. Материалы и методы. Предложен подход к сегментации изображений и селекции объектов на них, основанный на выборе оптимального селектирующего порога с использованием апостериорной информации о результатах многопороговой обработки изображения.Результаты. По результатам анализа серий модельных объектов заранее известной формы в условиях добавления синтезированного шума, а также репрезентативных примеров реальных изображениях, полученных при дистанционном зондировании поверхности Земли, показано, что за счет использования результатов многопороговой обработки удается улучшить характеристики как сегментации изображения в целом, так и селекции объектов по ряду объективных критериев. Заключение. К достоинствам предложенного подхода следует отнести минимизацию искажений формы селектируемых объектов в ходе обработки изображения. Платой за это является ресурсоемкость процедуры многопороговой обработки для каждого анализируемого изображения, что отчасти может быть компенсировано простотой алгоритма и возможностью его параллельной реализации
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ УЛУЧШЕНИЯ ЭНДОСКОПИЧЕСКИХ (МЕДИЦИНСКИХ) ИЗОБРАЖЕНИЙ
Get PDFIntroduction. The modern technologies of virtual chromoendoscopy provide significant increase of diagnostic value of images considered by a doctor. The analysis of existing technologies shows that the existing solutions have significant disadvantages. Some of them require a complex preliminary calibration of the equipment for operation. Others use global transformations, making impossible consideration of local tissues characteristics and so on. In general, nowadays the technology of virtual chromoendoscopy, which suits the majority of potential users – doctors, does not exists, and, therefore, there it is a field for research.Objective. Development of the method for virtual chromoendoscopy, with regard to disadvantages identified within the frames of carried out analysis of similar methods.Methods and materials. For implementation of the research were used open endoscopic image data-bases, by the instrumentality of which, as a result of modeling and experiment, were evaluated quality characteris-tics of the proposed method.Results. The new method of virtual chromoendoscopy. The main feature of the method is usage of nonlinear local transformation functions in transformation of RGB channels, as well as absence of calibration procedure for obtaining the effect of virtual chromoendoscopy. The proposed method is completely based on the technology of digital image processing and includes image brightness correction, which provides the possibility to obtain the necessary visual information both from very dark and overexposed fragments; image sharpening, contrasting small details and vessels.Conclusion. The expert assessment of the obtained results shows that the visual effect of the proposed method corresponds, or in some cases, exceeds the visual effect of proprietary technologies of virtual endoscopy I-Scan and FICE.Введение. Современные технологии виртуальной хромоэндоскопии призваны существенно повысить диагностическую ценность предъявляемых врачу изображений. Анализ существующих технологий показывает, что имеющиеся решения не лишены значительных недостатков. Одни требуют для работы проведения сложной предварительной аппаратной калибровки, другие используют глобальные преобразования, не позволяющие учесть локальные особенности тканей, и т. д. В целом сейчас не существует технологии виртуальной хромоэндоскопии, устраивающей большинство потенциальных пользователей – врачей, а следовательно, есть поле для исследования.Цель работы. Разработка метода для виртуальной хромоэндоскопии с учетом недостатков, выявленных у аналогов в результате анализа.Методы и материалы. Для проведения исследований были использованы открытые базы данных эндоскопических изображений, с помощью которых в результате моделирования и эксперимента были оценены качественные характеристики предложенного метода.Результаты. Новый метод виртуальной хромоэндоскопии, главная особенность которого – использование нелинейных локальных функций трансформации при преобразовании RGB-каналов, а также отсутствие процедуры калибровки для получения эффекта виртуальной хромоэндоскопии. Предложенный метод полностью основан на технологии цифровой обработки изображений, включает коррекцию яркости изображения, обеспечивающую возможность получения необходимой визуальной информации как из очень темных, так и из переэкспонированных фрагментов; повышение резкости изображения, подчеркивающее мелкие детали и сосуды.Заключение. Экспертная оценка полученных результатов показывает, что визуальный эффект предложенного метода соответствует, а в отдельных случаях и превосходит визуальный эффект проприетарных технологий виртуальной эндоскопии I-Scan и FICE
Микроакселерометр на поверхностных акустических волнах с кольцевым резонатором на анизотропном материале
Get PDFIntroduction. Diagnostic systems are designed to monitor the condition of operational components (for example, on the railway). It is imperative that micro-electromechanical systems (MEMS) equipped with acceleration sensors (accelerometers) be used as part of measuring diagnostic systems. It is known that accelerometers are operated under increased vibration and repeated shock loads. This imposes a limitation both on the accelerometer design and the properties of materials from which these devices are produced.Aim. To develop a micromechanical accelerometer (MMA) for surface acoustic waves (SAW), capable of measuring shock effects.Materials and methods. The theoretical part of the study was carried out using the mathematical theory of differential equations, theoretical mechanics, finite element analysis and elements of SAW theory. In the course of the work, the following methods of mathematical processing were applied: MATLAB, Mathcad, Maple, COMSOL Multiphysics, OOFELIE: Multiphysics, Bluehill3 software, CorelDRAW. Experimental studies were also conducted using the INSTRON 5985 floor automated test system.Results. An original design of MMA on a SAW capable of measuring shock effects in hundreds of g was proposed. A sensing element (SE) of the sensor was developed. An analysis of the plate materials for their use as part of the SAW-based MMA design showed that SE from the quartz ST-cut material has a wider range of measured accelerations and a higher sensitivity threshold than SE from the YX-128˚ cut-off lithium niobate material. Requirements were developed to increase the SE sensitivity threshold. Design requirements were developed, and an interdigital transducer (IDT) topology in the form of a ring resonator was proposed. The following output characteristics were assessed: sensitivity threshold, dynamic range and scale factor. In addition, a procedure was developed for calculating MMA on a SAW with a ring resonator on an anisotropic material. It was found that the developed SE is characterized by a high sensitivity threshold, a wide dynamic range and a low transverse sensitivity.Conclusion. The technique proposed for designing a sensing element for use in solid-state linear acceleration sensors facilitates, depending on technical requirements, selection of construction materials and sensor design. Due to the originality of the design and engineering solutions, the proposed accelerometer allows measurements to be carried out across a wide range of impact loads.Введение. Состояние объектов эксплуатации (например, на железной дороге) контролируется системами диагностики. В их составе используются микроэлектромеханические системы, комплектуемые датчиками ускорения (акселерометрами). В процессе эксплуатации акселерометры подвергаются значительным вибрациям и многократно повторяющимся ударным воздействиям. Это накладывает ограничения на конструкцию и материалы, из которых изготавливаются акселерометры.Цель работы. Разработка микромеханического акселерометра (ММА) на поверхностных акустических волнах (ПАВ), способного измерять ударные воздействия.Материалы и методы. Теоретическая часть работы выполнялась с применением математической теории дифференциальных уравнений, теоретической механики, конечно-элементарного анализа и элементов теории ПАВ. В ходе работы применялась математическая обработка в программах MATLAB, Mathcad, Maple, COMSOL Multiphysics, OOFELIE::Multiphysics, ПО Bluehill3, CorelDRAW. Экспериментальные исследования проведены с привлечением напольной автоматизированной испытательной системы INSTRON 5985.Результаты. Разработана концепция построения и предложена оригинальная конструкция ММА на ПАВ, способного измерять ударные воздействия в сотни g. Разработан чувствительный элемент (ЧЭ) сенсора. Анализ материалов для пластин в составе конструкции ММА на ПАВ показал, что ЧЭ из кварца ST-среза отличается более широким диапазоном измеряемых ускорений и более высоким порогом чувствительности, чем ЧЭ из ниобата лития среза YX-128°. Выработаны требования и исследована возможность повышения порога чувствительности датчика. Сформулированы требования к проектированию и предложена топология встречно-штыревого преобразователя (ВШП) в виде кольцевого резонатора. Предложена оригинальная топология резонатора с неэквидистантным ВШП для учета анизотропии материала чувствительного элемента. Оценены выходные характеристики: порог чувствительности, динамический диапазон, масштабный коэффициент. Предложена методика расчета ММА на ПАВ с кольцевым резонатором на анизотропном материале. ЧЭ ММА такой конструкции имеет высокий порог чувствительности, широкий динамический диапазон и малую поперечную чувствительность.Заключение. Предложенная методика проектирования ЧЭ твердотельного датчика линейных ускорений позволяет выбрать материал и систему съема измерительной информации в зависимости от технических требований. Благодаря оригинальности конструкторско-технологического решения предложенный акселерометр позволяет проводить измерения в широком диапазоне ударных воздействий
Стробирование радиолокационных отметок при траекторной фильтрации в связанных координатах
Get PDFIntroduction. Modern air targets, particularly drones, are becoming less noticeable, while their manoeuvrability continues to improve. Trajectory processing algorithms have also been improved in order to provide for effective tracking of highly manoeuvring targets. The accuracy of filtering trajectory parameters is largely determined by the reliability of radar information. This has also required an enhanced role for strobe algorithms and the need to increase the effectiveness of strobe radar marks.Aim. To develop and investigate the efficiency of a trajectory strobe algorithm based on the target motion model in a high-speed coordinate system associated with the direction of the target motion and involving the formation of a strobe in the form of a truncated elliptical sector.Materials and methods. The study considered the target motion model in the body-fixed frame. This model was taken as the basis for new trajectory filtering algorithms based on Kalman filtering. Existing methods for strobing radar marks of the target were considered and a new approach based on filtering in the body-fixed frame proposed. The new algorithm assumes the formation of a strobe in the form of a truncated elliptical sector. This form corresponds to the most probable location of the marks of the tracked target. The effectiveness of the proposed solutions is confirmed by the results of mathematical modelling carried out using MATLAB.Results. The study produced analytical expressions for the motion model, recurrent filtering and strobe algorithm in the body-fixed frame. A comparative analysis of tracking effectiveness with the same volumes of the elliptical and proposed strobes was performed. It was established that the algorithm with strobe formation in the shape of a truncated elliptical sector provides for longer target tracking up to the time of the first loss of the mark for speed and highly manoeuvring targets, when compared to the elliptical strobe algorithm. In addition, the average duration of sector strobe tracking does not in practice depend on the initial speed of the target and provides greater accuracy for small measurement error values (less than 50 m) of the coordinates than in comparison with the elliptical one. Conclusion. The described results were achieved by the ability of the strobe in the body-fixed frame to adapt to the direction of motion and target manoeuvring, allowing high-quality target tracking within a larger speed range. Such strobe formation will also reduce the likelihood of skip-ping radar marks from the tracked target and will reduce the number of false marks belonging to other trajectories inside the strobe.Введение. Современные воздушные цели, в особенности беспилотные, становятся менее заметными, а их маневренные возможности продолжают совершенствоваться. Для обеспечения эффективного сопровождения высокоманевренных целей актуализируются и алгоритмы траекторной обработки. Поскольку точность фильтрации траекторных параметров во многом определяется достоверностью радиолокационной информации, возрастает роль алгоритмов стробирования. В связи с этим возникает задача повышения эффективности стробирования радиолокационных отметок.Цель работы. Разработка и исследование эффективности алгоритма траекторного стробирования, основанного на модели движения в скоростной связанной с направлением движения цели системе координат и предполагающего формирование строба в форме усеченного эллипсоидного сектора.Методы и материалы. Рассмотрены модели движения целей в связанных координатах, которые положены в основу новых алгоритмов траекторного сопровождения, базирующихся на калмановской фильтрации. Рассмотрены существующие методы стробирования радиолокационных отметок от цели и предложен новый подход на основе фильтрации в связанных координатах. Новый алгоритм предполагает формирование строба в форме усеченного эллипсоидного сектора. Такая форма соответствует наиболее вероятному местоположению отметок от сопровождаемой цели. Эффективность предложенных решений подтверждается результатами математического моделирования, выполненного в среде MATLAB.Результаты. Приведены аналитические выражения для модели движения, рекуррентной фильтрации и алгоритма стробирования в связанных координатах. Проведен сравнительный анализ эффективности сопровождения при одинаковых размерах эллиптического и предложенного стробов. Установлено, что для скоростных и высокоманевренных целей алгоритм с построением строба в форме усеченного эллипсоидного сектора обеспечивает до 30 % более длительное сопровождение до первой потери отметки от цели, чем алгоритм с эллиптическим стробированием. Кроме того, средняя продолжительность сопровождения для секторного строба практически не зависит от начальной скорости движения цели, а при значениях погрешностей измерения координат менее 50 м имеет большее значение, чем для эллиптического.Заключение. Достигнутый результат обеспечивается способностью строба в связанных координатах подстраиваться под направление движения и маневрирование цели, что позволяет осуществлять качественное сопровождение объектов в большем диапазоне скоростей. Построение такого строба также позволит снизить вероятность пропуска радиолокационных отметок от сопровождаемой цели и обеспечит уменьшение числа ложных отметок и отметок, принадлежащих другим траекториям, внутри строба
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАДИОЛОКАЦИОННОГО СИГНАЛА, ОТРАЖЕННОГО ОТ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА, В ПРИЛОЖЕНИИ К ОБРАЩЕННОМУ СИНТЕЗУ АПЕРТУРЫ
Get PDFIntroduction. The basis for solving the problem of aircraft recognition is the formation of radar portraits, reflecting the constructive features of aerial vehicles. Portraits, which are radar images of the propellers of aerial vehicles, have high informativeness. These images allow us to distinguish the number and relative position of the propeller blades, as well as the direction of its rotation. The basis for obtaining such images are mathematical models of reflected signals. Objective. The aim of this paper is to develop mathematical models of the radar signal reflected from the helicopter main rotor applied to inverse synthetic aperture radar (ISAR). Methods and materials. ISAR processing is used to produce a radar image of a propeller in a radar with a monochromatic probing signal. The propeller blades in the models are approximated by different geometric shapes. The models used to describe the reflection from the propellers of helicopters and fixed-wing aircraft have significant differences. In the process of moving each blade of the helicopter main rotor makes characteristic movements (flapping, dragging, feathering), as well as bends in a vertical plane. Such movements and bendings of the blades are influence the phase of the signal reflected from the main rotor. It is necessary to take the phase change of the reflected signal into account as accurately as possible when developing an ISAR algorithm for imaging the main rotor. Results. We found that in the centimeter wavelength range the mathematical model of the signal reflected from the helicopter main rotor as a system of blades is most accurately described by representing each blade with a set of isotropic reflectors located on the main rotor’s blade leading and trailing edges. Taking into account the flapping movements and curved shapes of the blades in the model allows you to get as close as possible to the features of the real signal. Conclusion. The developed model which takes into account the flapping movements and bends of the helicopter main rotor blades can be used to improve the ISAR algorithms providing the radar imaging of aerial vehicles.Введение. В основе решения задачи распознавания летательных аппаратов лежит формирование радиолокационных портретов, отражающих конструктивные особенности этих аппаратов. Высокой информативностью обладают портреты, представляющие собой радиолокационные изображения винтов летательных аппаратов. Они позволяют различать количество и взаимное расположение лопастей винта, а также направление его вращения. В основе получения таких изображений лежат математические модели отраженных сигналов. Цель работы. Рассмотрение математических моделей сигнала, отраженного от винта вертолета, в приложении к обращенному синтезу апертуры антенны (ОСАА). Методы и материалы. Обращенный синтез используется для построения радиолокационного изображения винта в радиолокационном датчике с монохроматическим зондирующим сигналом. Лопасти винта в моделях аппроксимируются разными геометрическими формами. Модели, используемые для описания отражений от винтов вертолетов и винтовых самолетов, имеют существенные отличия. В процессе перемещения каждая лопасть несущего винта вертолета совершает характерные движения (маховое движение, качание, закручивание), а также изгибается в вертикальной плоскости. Такие движения и изгибы лопастей оказывают влияние на фазовую структуру сигнала, отраженного от несущего винта. При разработке алгоритма построения изображения несущего винта на основе ОСАА необходимо максимально точно учесть закон изменения фазовой структуры отраженного сигнала. Результаты. Установлено, что в сантиметровом диапазоне длин волн математическая модель сигнала, отраженного от несущего винта вертолета как системы лопастей, наиболее точно описывается представлением каждой лопасти набором изотропных отражателей, расположенных на передней и задней кромках лопасти. Учет маховых движений и изогнутых форм лопастей в модели сигнала, отраженного от винта вертолета, позволяет максимально приблизиться к особенностям реального сигнала. Заключение. Разработанная модель, учитывающая маховые движения и изгибы лопастей несущего винта вертолета, может использоваться для совершенствования алгоритмов ОСАА, обеспечивающих построение радиолокационных изображений летательных аппаратов
О ТЕХНОЛОГИЯХ РЕНТГЕНОВСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ
Get PDFIntroduction. X-ray methods are currently widely used in manufacturing of various products and components of the electronics industry, including micro- and nano-electronics. One of the most informative and illustrative methods is projection X-ray microscopy. Specialized X-ray systems for process control are developed and used in industry. The key element in the design of an X-ray inspection system is an X-ray tube. In the overwhelming majority of cases, X-ray inspection systems are based on collapsible microfocus x-ray tubes with constant pumping. This greatly complicates the design of the installation, increases its dimensions, weight and cost. Objective. Analysis of possible technical and technological solutions that improve the availability of the X-ray system for monitoring of electronic components while maintaining the information content of the control. Materials and methods. The article presents the results of analytical studies of assessment of the degree of influence of the main parameters of the X-ray tube – the size of the focal spot and the focal length – on the resolution of the resulting X-ray images. The advantages and disadvantages of two variants of the construction of the X-ray inspection systems are described: based on collapsible and based on sealed X-ray tubes. The dependence of the size of the focal spot on the voltage on the X-ray tube and on the power supplied by the electron beam to the target of the X-ray tube is analyzed. It is shown that sealed (from a vacuum pumping system) micro focus X-ray tubes can be successfully used as a radiation source in installations for X-ray inspection. It is concluded that in most cases, sealed tubes are more practical. Results. In solving of most problems of non-destructive testing of electronic components in the composition of the Xray system, X-ray sources based on sealed X-ray tubes can be successfully used. Due to this, dimensions, weight, and the cost of an X-ray system for monitoring of electronic components are substantially reduced. Conclusion. Sealed X-ray tubes are an effective alternative in the development of an X-ray system for monitoring of electronic components, which enables to fundamentally increase the availability of such a system.Введение. Рентгенографические методы широко распространены в настоящее время при производстве различных изделий и компонентов электронной промышленности, в том числе микро- и наноэлектроники. Одним из наиболее информативных и наглядных методов является проекционная рентгеновская микроскопия. Разработаны и используются в промышленности специализированные рентгеновские системы для технологического контроля. Ключевым элементом конструкции системы рентгеновского контроля (СРК) является рентгеновская трубка. В подавляющем большинстве случаев СРК построены на основе разборных микрофокусных рентгеновских трубок с постоянной откачкой. Это существенно усложняет конструкцию установки, увеличивает ее габариты, массу и стоимость. Цель работы. Анализ возможных технических и технологических решений, позволяющих повысить доступность рентгеновской системы для контроля электронных компонентов при сохранении информативности контроля. Материалы и методы. Представлены результаты аналитических исследований оценки степени влияния основных параметров рентгеновской трубки – размера фокусного пятна и фокусного расстояния – на разрешающую способность получаемых рентгеновских изображений. Описаны достоинства и недостатки двух вариантов конструкции СРК: на основе разборных и отпаянных от вакуумной откачной системы рентгеновских трубок. Проанализированы зависимости размеров фокусного пятна от напряжения на рентгеновской трубке и от мощности, подводимой электронным пучком к мишени рентгеновской трубки. Показано, что отпаянные микрофокусные рентгеновские трубки могут быть с успехом использованы в качестве источника излучения в установках для рентгенографического контроля. Сделан вывод о том, что в большинстве случаев отпаянные трубки более практичны. Результаты. При решении большинства задач по неразрушающему контролю электронных компонентов в составе рентгеновской системы с успехом могут быть использованы источники рентгеновского излучения на основе отпаянных рентгеновских трубок. Благодаря этому существенно уменьшаются габариты, масса, а также стоимость рентгеновской системы контроля электронных компонентов. Заключение. Отпаянные рентгеновские трубки могут служить эффективной альтернативой при разработке рентгеновской системы контроля электронных компонентов, позволяющей принципиально повысить доступность такой системы