1635 research outputs found
Sort by
Особенности цифрового диаграммообразования в субапертурных антенных решетках высокоинформативных космических радиолокаторов с синтезированием апертуры
Full text linkIt is shown that during digital beamforming in a subaperture antenna array of highly informative space radars with synthetic aperture, it is necessary to provide a procedure for equalizing the time delays of the subaperture output signals for transmission and reception. It has been established that losses in the signal-to-noise ratio on a radar image of a point target for a typical aperture size at an elevation angle of 0.7 m and a signal spectrum width of 600 MHz reach 2.1 and 7.5 dB for off-nadir angles of 21° and 50°, respectively. Recommendations are formulated for equalizing time delays for transmission and reception based on spectral processing. Simulation results are presented.В статье показано, что при цифровом диаграммообразовании в субапертурной антенной решетке высокоинформативных космических радиолокаторов с синтезированием апертуры необходимо предусматривать процедуру выравнивания временных задержек выходных сигналов субапертур на передачу и на прием. Установлено, что потери в отношении сигнал/шум на радиолокационном изображении точечной цели для типового размера апертуры по углу места 0,7 м и при ширине спектра сигнала 600 МГц достигают 2,1 и 7,5 дБ для углов отклонения от надира 21° и 50° соответственно. Сформулированы рекомендации по выравниванию задержек на передачу и прием на основе спектральной обработки. Приведены результаты моделирования
Определение параметров лазерной обработки алмазов с применением метода конечных элементов и искусственных нейронных сетей
Full text linkThis paper provides the simulation of laser processing of diamonds by using a combination of artificial neural networks and the finite element method. The training data array and the data array for testing neural networks were generated in ANSYS. The calculations were performed for 600 types of input parameters, 60 of which were used to test artificial neural networks. The influence of the parameters of neural network models on the accuracy of determining temperatures in the laser processing area were studied. The parameters of neural networks were established that provide acceptable results in predicting temperatures generated by laser radiation in diamonds. The results obtained can be used to determine the technological parameters of the laser processing of diamonds.С помощью сочетания искусственных нейронных сетей и метода конечных элементов выполнено моделирование процесса лазерной обработки алмазов. Обучающий массив данных и массив данных для тестирования нейронных сетей были сформированы с использованием программы конечно-элементного анализа ANSYS. Расчеты выполняли для 600 вариантов входных параметров, 60 из которых использовали для тестирования искусственных нейронных сетей. Исследовано влияние параметров нейросетевых моделей на точность определения температур в зоне лазерной обработки. Установлены параметры нейронных сетей, обеспечивающие приемлемые результаты при прогнозировании температур, формируемых лазерным излучением в алмазах. Полученные результаты могут быть использованы при определении технологических параметров процессов лазерной обработки алмазов
Математическая модель для оценки объемных параметров дыхания
Full text linkA mathematical model of the biomechanics of human respiration has been developed. To verify the proposed mathematical model, it is suggested to use a photo-optical method for recording the biomechanics of the chest and abdomen together with spirometry. Pilot studies were carried out among 10 men aged 20–22. The body mass index of the subjects ranged from 19.3 to 21.5 kg/m², height – from 169 to 182 cm, weight – from 55 to 70 kg. Correlation-regression analysis of the results showed a strong relationship between biomechanical movements of the chest and abdominal walls and changes in the diameters of the airways during continuous breathing (correlation coefficient r = 0.89, statistically significant test result p ≤ 0.05). The proposed mathematical model can be used for indirect estimation of lung volume.Разработана математическая модель биомеханики дыхания человека. Для верификации этой модели предлагается использовать фотооптический метод регистрации биомеханики грудной клетки и живота совместно со спирометрией. Проведены экспериментальные исследования среди десяти мужчин 20–22 лет. Индекс массы тела испытуемых варьировался от 19,3 до 21,5 кг/м², рост – от 169 до 182 см, вес – от 55 до 70 кг. Корреляционно-регрессионный анализ результатов показал сильную взаимосвязь биомеханических движений грудной и брюшной стенок и изменений диаметров воздухоносных путей во время непрерывного процесса дыхания (коэффициент корреляции r = 0,89, уровень значимости p ≤ 0,05). Предложенная математическая модель может быть использована при косвенной оценке объема лёгких.
Методы кластеризации данных при распознавании эндоскопических снимков в задачах компьютерной медицинской диагностики
Full text linkThis paper presents the results of the analysis of existing methods for clustering data obtained during endoscopy of a larynx. A modification of the Viola-Jones method for image recognition using the flexible exit criterion is proposed. The Viola-Jones method explores all areas in the image and decides whether the recognized area belongs to the desired one by passing through a classified cascade. Endoscopic images have a large number of features, such as flare, noise, etc., which degrade the quality of recognition. To improve the quality of recognition, clustering with a flexible exit criterion was proposed, which satisfies the scalability criteria: changing the decision of the solution, instead of moving to another recognition area. It has been established that the proposed modification of the Viola-Jones method shows higher recognition results for endoscopic images.Представлены результаты анализа существующих методов кластеризации данных, получаемых при эндоскопии гортани. Предложена модификация метода Виолы-Джонса для распознавания изображений с использованием критерия гибкого выхода. Метод Виолы-Джонса исследует все области на изображении и принимает решение о принадлежности распознаваемой области к искомой путем прохождения через классифицированный каскад. Эндоскопические снимки имеют большое количество особенностей, таких как засветка, шумы и другие, которые ухудшают качество распознавания. Для улучшения качества распознавания предложена кластеризация с критерием гибкого выхода, которая удовлетворяет критериям масштабируемости – изменение решения вместо перехода к другой области распознавания. Установлено, что предложенная модификация метода Виолы-Джонса показывает высокие результаты распознавания для эндоскопических снимков
Дуальная стабилизация многомерного регрессионного объекта на заданном уровне
Full text linkThe statement of the problem of the dual control of the regression object with multidimensional-matrix input and output variables and dynamic programming functional equations for its solution are given. The problem of the dual stabilization of the regression object at the given level is considered. The purpose of control is reaching the given value of the output variable by sequential control actions in production operation mode. In order to solve the problem, the regression function of the object is supposed to be affine in input variables, and the inner noise is supposed to be Gaussian. The sequential solution of the functional dynamic programming equations is performed. As a result, the optimal control action at the last control step is obtained. It is shown also that the obtaining of the optimal control actions at the other control steps is connected with big difficulties and impossible both analytically and numerically. The control action obtained at the last control step is proposed to be used at the arbitrary control step. This control action is called the control action with passive information accumulation. The dual control algorithm with passive information accumulation was programmed for numerical calculations and tested for a number of objects. It showed acceptable results for the practice. The advantages of the developed algorithm are theoretical and algorithmical generality. Приводятся постановка задачи дуального управления регрессионным объектом с многомерно-матричными входной и выходной переменными и функциональные уравнения динамического программирования для ее решения. Рассматривается задача дуальной стабилизации объекта на заданном уровне. Целью управления является вывод выходной переменной объекта на требуемый уровень и поддержание ее на этом уровне с помощью последовательных управляющих воздействий в режиме нормальной эксплуатации. Для решения задачи функция регрессии объекта аппроксимируется аффинной по входному воздействию функцией, а внутренний шум объекта предполагается аддитивным Гауссовским. Выполнено последовательное решение функциональных уравнений динамического программирования, в результате чего получено управляющее воздействие на последнем шаге управления. Показано, что отыскание управляющего воздействия на других шагах управления связано с большими трудностями и невыполнимо как аналитически, так и численно. Управляющее воздействие, полученное на последнем шаге, предлагается использовать на любом шаге управления. Такой алгоритм назван алгоритмом дуального управления с пассивным накоплением информации. Этот алгоритм запрограммирован для численных расчетов, апробирован на ряде объектов и показал приемлемые для практики результаты. Важным достоинством алгоритма является его теоретическая и алгоритмическая общность.
Свойства меры различия двоичных тестовых наборов управляемых вероятностных тестов
Full text linkThe problem of application of the dissimilarity measures for binary test sequences is investigated. Their relevance in generating controlled random tests is substantiated. Dissimilarity measure AD(Ti, Tk) between test sets Ti and Tk is considered, using the characteristic of the distance D(ti,j, tk,r) between ti,j and tk,r, which is based on the determination of independent pairs of identical data ti,j = tk,r belonging to two patterns Ti and Tk. This measure AD(Ti, Tk) allows us to estimate the degree of difference between two test sets Ti and Tk, which may be indistinguishable when using other difference measures, including the Hamming distance. Upper and lower estimates for the measurement of dissimilarity are obtained for the case of inverse test patterns and arbitrary test patterns Ti and Tk with different combinations of their weights wi and wk. Examples of calculating the boundary values of the specified dissimilarity measure and the ratio of their values are given. Experimental results confirm the correctness of the obtained boundary values of the indicated dissimilarity measure AD(Ti, Tk) and show the possibility of their application for its evaluation.Исследуется задача применения характеристик различия для двоичных тестовых последовательностей. Обосновывается их актуальность при генерировании управляемых вероятностных тестов. Рассматривается мера различия AD(Ti, Tk) между тестовыми наборами Ti и Tk, использующая характеристику расстояния D(ti,j, tk,r) между ti,j и tk,r, которая основана на определении независимых пар тождественных данных ti,j = tk,r, принадлежащих двум наборам Ti и Tk. Данная мера различия AD(Ti, Tk) позволяет оценить степень различия двух тестовых наборов Ti и Tk, которые могут быть неразличимыми при использовании других мер различия, в том числе и расстояния Хэмминга. Получены верхние и нижние оценки меры различия для случая инверсных тестовых наборов и произвольных тестовых наборов Ti и Tk с различным сочетанием их весов wi и wk. Приводятся примеры вычисления граничных значений указанной меры различия и соотношения их значений. Экспериментальные результаты подтверждают корректность полученных граничных значений указанной меры различия AD(Ti, Tk) и показывают возможность их применения для ее оценки
Оценка информационных показателей шума квантования аналого-цифрового преобразования речевого сигнала
Full text linkThe paper presents a technique for estimating the information parameters of the quantization noise generated by the analog-to-digital conversion of the measuring signal. An experiment and algorithm descriptions are presented to confirm the correctness of the method for processing and extracting the information parameters of the signal and quantization noise, in which a connecting cable is used instead of a measuring antenna. The measurement results are shown in the form of graphs of the dependences of the quantization noise extraction time by accumulation on influencing factors and controlled parameters, which demonstrate the limiting values of the extraction of information parameters of the quantization noise of the analog-to-digital conversion of the measuring signal. Confirmation of the hypothesis of estimating the information parameters of the quantization noise is obtained. Приведена методика оценки информационных параметров шума квантования, формируемого аналого-цифровым преобразованием измерительного сигнала. Представлены описание алгоритма методики и состав оборудования для имитационно-натурного эксперимента с целью подтверждения корректности способа обработки и выделения информационных параметров сигнала и шума квантования, в котором вместо измерительной антенны используется соединительный кабель. Показаны результаты проведенных измерений в виде графиков зависимостей времени выделения шума квантования путем накопления от влияющих факторов и контролируемых параметров, демонстрирующие предельные значения выделения информационных параметров шума квантования аналого-цифрового преобразования измерительного сигнала. Получено подтверждение гипотезы оценки информационных параметров шума квантования.
Влияние неоднородности пространственного распределения периферийного радиооборудования сетей 4G/5G на уровень электромагнитного фона, создаваемого в зданиях
Full text linkKnown results of studies of the radio frequency electromagnetic background generated in buildings by electromagnetic radiation from the peripheral equipment of 4G/5G mobile communications, including equipment for massive machine-type communication/Internet of things (mMTC/IoT) and user’s devices for wireless telephony and data transmission, are based on the use of a model of uniform random distribution of this equipment over the building internal space. The adequacy of this model for the analysis of a number of 4G/5G scenarios is questioned due to the fact that, excluding user’s devices, the main part of the mMTC/IoT peripheral radio equipment located in buildings is distributed along the walls of the premises with a tendency to concentrate them near the intersections of flat surfaces of walls, floors and ceilings. Paper presents the results of comparative estimates of the average intensity of electromagnetic background inside building for different types of distribution of the set of point sources of RF electromagnetic fields over the building interior space: for their uniform distribution over internal space and for two types of heterogeneity of this distribution: for uniform distribution of sources over building internal surfaces and with their uniform distribution along the lines of intersection of these surfaces. Results of this analysis indicate a relatively small effect of the considered types of heterogeneity in the spatial distribution of radiation sources on the estimates of the electromagnetic background average intensity created by these sources inside the building, when using a technique based on the representation of the internal space of a building as a set of solid angles, which internal space separate sections are characterized by the constancy of the sources average space density and by the average conditions for radio waves propagation in the direction of the observation point. Известные результаты исследований радиочастотного электромагнитного фона, создаваемого в зданиях радиочастотным электромагнитным излучением периферийного оборудования систем мобильной связи 4G/5G, включая оборудование массовой межмашинной связи/интернета вещей (mMTC/IoT) и абонентских устройств беспроводной телефонии и передачи данных, основаны на использовании модели равномерного случайного распределения этого оборудования по внутреннему объему здания. Ее адекватность при анализе ряда сценариев 4G/5G подвергается сомнению в связи с тем, что за исключением абонентских устройств, основная часть располагаемого в зданиях периферийного радиооборудования mMTC/IoT размещается на стенах помещений с тенденцией их группирования вблизи мест пересечения плоских поверхностей стен, пола и потолка. В статье приведены результаты сравнительных оценок средней интенсивности электромагнитного фона внутри здания при различном характере распределения множества точечных источников радиочастотных электромагнитных полей по внутреннему пространству здания: при их однородном равномерном распределении по его объему и при двух типах неоднородности этого распределения – при равномерном распределении источников по его внутренним поверхностям и равномерном их распределении по линиям пересечения этих поверхностей. Эти результаты свидетельствуют об относительно малом влиянии рассмотренных видов неоднородности пространственного размещения источников излучений на оценки средней интенсивности создаваемого ими электромагнитного фона внутри здания при использовании методики, основанной на представлении внутреннего пространства здания в виде совокупности телесных углов, отдельные элементы внутреннего пространства которых характеризуются постоянством средней объемной плотности источников и усредненных условий распространения радиоволн в направлении точки наблюдения.
Разработка электродов нового поколения для регистрации биоэлектрических потенциалов сердца
Full text linkWhen conducting electrophysiological studies, electrodes are used to register bioelectrical signals, the correct choice and use of which determine the reliability and diagnostic significance of the data obtained. Recording an electrocardiogram is a standard procedure in medicine, but its monitoring is often limited to 24 hours.This is due to the limited performance of the electrodes. The properties of the skin/electrode interface determine the performance of medical equipment. Therefore, the surface conditions and the composition of the material from which the electrode is made should comply with the requirements of the electrocardiogram recording device. It is important to implement fast transmission of a useful signal with low losses and without artifacts. Modern electrodes using Ag/AgCl have a limited-service life, since their dehydration and surface degradation lead to the formation of various artifacts on the electrocardiogram record. Alternative – dry flexible electrodes. Such electrodes can be based on carbon materials (reduced graphene oxide or a diamond-like coating) on a plastic (film) substrate. The emphasis of modern research is aimed at carrying out work on the development of dry electrodes, which would provide an opportunity to carry out high-quality long-term registration of electrocardiosignals without gels and adhesives.При проведении электрофизиологических исследований для регистрации биоэлектрических сигналов используют электроды, от правильного выбора и применения которых зависят достоверность и диагностическая значимость получаемых данных. Регистрация электрокардиограммы является стандартной процедурой в медицине, но ее мониторинг часто ограничивается 24 часами. Происходит это из-за ограниченной производительности электродов. Свойства границы кожа/электрод определяют качество работы медицинского оборудования. Следовательно, условия поверхности и состав материала, из которого изготовлен электрод, должны соответствовать требованиям устройства регистрации электрокардиограммы. Важно реализовать быструю передачу полезного сигнала с малыми потерями и без артефактов. Современные электроды с применением Ag/AgCl имеют ограниченный срок службы, так как их обезвоживание и деградация поверхности приводят к образованию различных артефактов на записи электрокардиограммы. Альтернатива – сухие гибкие электроды, основой которых могут послужить углеродные материалы (восстановленный оксид графена либо алмазоподобное покрытие) на пластиковой (пленочной) подложке. Акцент современных исследований направлен на разработку сухих электродов, которые предоставили бы возможность проводить качественную долговременную регистрацию электрокардиосигналов без гелей и клеев
Особенности проектирования медицинских электронных устройств
Full text linkThe design features of medical electronic devices are considered. It is shown that the development of medical electronics is not an easy task and the designer must be prepared to face problems and regulations that are more strict than for household appliances, due to the fact that the failure of these devices to work properly can lead to tragic consequences, up to death. A number of difficulties that arise in the process of designing medical equipment is shown, which is presented in the form of a hierarchy of decisions. The main standards for designing devices of such type are given, among which there are IEC-60601-1-1 and IEC-60601-1-2 that deserve special attention, since compliance with their requirements is crucial for certification and release to the market of manufactured equipment. The use of a risk management matrix is proposed, which is used to provide quantitative indicators for each possible risk associated with a medical device in any mode of operation and possible malfunction.Рассмотрены особенности проектирования медицинских электронных устройств. Показано, что разработка современной медицинской электроники является комплексной задачей, включающей необходимость учета и строгого соблюдения специфических требований в области электромагнитной совместимости. Они гораздо жестче, чем при проектировании бытовой техники, поскольку сбои в работе медицинских приборов могут привести к трагическим последствиям, вплоть до гибели пациента. Обозначен ряд трудностей, возникающих при проектировании медицинского оборудования, представленных в виде иерархии принятия решений. Приведены основные стандарты проектирования медицинских электронных устройств, среди которых особое внимание следует обратить на IEC-60601-1-1 и IEC-60601-1-2, поскольку соблюдение требований данных нормативных документов имеет решающее значение для сертификации и выпуска на рынок произведенного оборудования. Даны рекомендации по применению матрицы управления рисками, используемой для предоставления количественных показателей для каждого возможного риска, связанного с медицинским устройством, в любом режиме работы и при любой возможной неисправности