Коэффициент рассчитывается как отношение мощностей максимальной расчетной к установленной kc pmax py

Помощь в дистанционном обучении

Решение тестов, помощь в закрытии сессии студентам МТИ, Синергии, ГТЕП, Московской Академии Предпринимательства

Общая энергетика тест МОИ

Тест Московского Открытого Института «Общая энергетика» Цена 200р.

По условиям механической прочности на воздушных линиях электропередач в сетях напряжением выше 1000 В следует применять алюминиевые провода сечением не менее …

Габарит воздушной линии электропередач – это …

наименьшее расстояние от нижней точки провода до земли (воды, полотна дороги)

Плавкие предохранители – это аппараты, предназначенные для защиты цепей от …

В газографитовых реакторах на атомных электростанциях (АЭС) замедлителем является …

Для предупреждения персонала о возникновении замыкания на землю применяют контроль изоляции с помощью измерения … напряжений

Теплофикационный цикл используются на …

К симметричным коротким замыканиям относится …

… заземление необходимо для обеспечения работы электроустановки в соответствии с принятым для нее режимом функционирования, например: заземление нейтрали силовых и измерительных трансформаторов, генераторов и другого оборудования

В зависимости от того, воспринимает ли гидроэлектростанция (ГЭС) давление воды или нет, выделяют … ГЭС

Напряжение между заземлителем и точкой земной поверхности называется …

Неверно, что использование компенсирующих устройств позволяет …

В паровом котле барабанного типа пар собирается … стального барабана

Плавкие предохранители … действия

Магнитогидродинамические установки (МГД) позволяют непосредственно преобразовывать тепловую энергию в электрическую путем пропускания … между металлическими пластинами, расположенными в сильном магнитном поле

Трансформаторы тока класса 0,2 применяются для …

Коэффициент … рассчитывается как отношение мощностей максимальной расчетной к установленной kc = Pmax / Py

Трансформаторы тока класса 0,5 применяются для …

В трехфазной сети фазы батареи конденсаторов соединяют …

Батареи конденсаторов в электрических сетях могут применяться для …

Неверно, что реактивные турбины по конструкции могут быть …

Наиболее мощная приливная электростанция расположена на территории …

На атомных электростанциях (АЭС) в реакторах большой мощности канального типа с кипящим слоем (РБМК) легкая вода является …

Первая отечественная Обнинская атомная электростанция (АЭС) была введена в эксплуатацию в …

На воздушных линиях электропередач для изменения порядка расположения проводов на опоре применяются … специальные опоры

К линейному типу регулирующих устройств напряжения относят …

Общая энергетика (верные ответы на тест Синергия / МОИ / МТИ / МосАП)

Описание:
Общая энергетика
Результат 100 баллов из 100 «Отлично»
Общая энергетика
1. Тема 1. Производство электрической энергии
2. Тема 2. Общие сведения об электроустановках
3. Тема 3. Основное оборудование электрических систем
4. Тема 4. Потребление электрической энергии
5. Дополнительные материалы

1. … – это аппарат, предназначенный для автоматического включения и отключения обесточенных цепей
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• Отделитель
• Короткозамыкатель
• Разъединитель
• Автоматический выключатель
2. … – это коммутационный аппарат, предназначенный для создания искусственного короткого замыкания в электрической цепи
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• Отделитель
• Короткозамыкатель
• Разъединитель
• Автоматический выключатель
3. … заземление необходимо для обеспечения работы электроустановки в соответствии с принятым для нее режимом функционирования, например: заземление нейтрали силовых и измерительных трансформаторов, генераторов и другого оборудования
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• Рабочее
• Защитное
• Грозозащитное
4. … лучше других электростанций приспособлены к автоматическому управлению и требуют меньше эксплуатационного персонала
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• Атомные электростанции (АЭС)
• Тепловые электростанции (ТЭС)
• Гидроэлектростанции (ГЭС)
5. Батареи конденсаторов в электрических сетях могут применяться для …
Тип ответа: Множественный выбор • с выбором нескольких правильных ответов из предложенных вариантов
• генерации реактивной мощности в узлах сети (поперечная компенсация)
• уменьшения реактивного сопротивления линий (продольная компенсация)
• увеличения реактивного сопротивления линий (продольная компенсация)
6. В активной гидротурбине используется …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• статическое давление воды при реактивном эффекте
• динамическое давление воды
• статистическое давление воды при атмосферном давлении

7. В газографитовых реакторах на атомных электростанциях (АЭС) замедлителем является …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• газ (гелий, углекислый газ)
• графит
• жидкий металл (натрий)
• легкая вода

8. В двухконтурной схеме атомной электростанции (АЭС) радиоактивность содержится …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• только в первом контуре, а во втором отсутствует
• только во втором контуре, а в первом отсутствует
• и в первом, и во втором контуре

9. В зависимости от того, воспринимает ли гидроэлектростанция (ГЭС) давление воды или нет, выделяют … ГЭС
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• русловые
• приплотинные
• речные
• береговые

10. В паровом котле барабанного типа пар собирается … стального барабана
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• в нижней части
• в верхней части
• по всей поверхности стенок
11. В трехфазной сети фазы батареи конденсаторов соединяют …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• в звезду или в треугольник
• только в звезду
• только в неполную звезду
12. Внутренние цеховые сети выполняют … схеме
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• всегда по радиальной
• всегда по магистральной
• всегда по смешанной
• по радиальной, магистральной или смешанной
13. Габарит воздушной линии электропередач – это …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• наименьшее расстояние от нижней точки провода до земли (воды, полотна дороги)
• расстояние воздушной линии между двумя ближайшими анкерными опорами
• длина воздушной линии
• наибольшее расстояние от верхней точки провода до земли
14. Глухое заземление нейтрали применяется для установок напряжением …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• 35–750 кВ
• 50 кВ
• 110 кВ и выше
• 220 кВ
15. Для оконцевания кабелей с пластмассовой изоляцией наружной установки применяют …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• концевые муфты с металлическим корпусом и фарфоровыми изоляторами типов КНЧ и КМА
• концевую заделку с эпоксидным компаундом типа КВЭ
• эластомерные муфты с эпоксидным корпусом и эластомерными изоляторами типа ПКНР
16. Для предупреждения персонала о возникновении замыкания на землю применяют контроль изоляции с помощью измерения … напряжений
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• однофазных
• двухфазных
• трехфазных
17. Искусственные заземлители представляют собой специально зарытые в землю системы жестко связанных (электрически) … проводников, служащих для проведения тока в землю
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• вертикальных и горизонтальных
• только горизонтальных
• только вертикальных
18. К выключателям высокого напряжения условно относятся выключатели с номинальным напряжением более …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• 230 В
• 400 В
• 690 В
• 1000 В
19. К линейному типу регулирующих устройств напряжения относят …
Тип ответа: Множественный выбор • с выбором нескольких правильных ответов из предложенных вариантов
• конденсаторные установки продольно-емкостной компенсации
• автотрансформаторы
• генераторы электростанции
• синхронные компенсаторы

20. К симметричным коротким замыканиям относится …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• трехфазное короткое замыкание
• однофазное короткое замыкание
• двухфазное короткое замыкание
• двухфазное короткое замыкание на землю
21. Комплектное устройство управления, состоящее из одного или нескольких электромагнитных контакторов, тепловых реле и кнопок управления, – это …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• магнитный пускатель
• плавкий предохранитель
• автоматический выключатель
22. Конденсационные турбины используются для получения …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• только механической энергии с последующим преобразованием ее в электрическую
• тепловой энергии и преобразования ее в механическую
• только электрической энергии
• электрической и тепловой энергии
23. Коэффициент … рассчитывается как отношение мощностей максимальной расчетной к установленной kc = Pmax / Py
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• загрузки электроприемника
• спроса
• использования установленной мощности
24. Магнитогидродинамические установки (МГД) позволяют непосредственно преобразовывать тепловую энергию в электрическую путем пропускания … между металлическими пластинами, расположенными в сильном магнитном поле
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• мазута
• жидкого металла
• ионизированного газа
• легкой воды
25. На атомных электростанциях (АЭС) в реакторах большой мощности канального типа с кипящим слоем (РБМК) легкая вода является …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• теплоносителем
• замедлителем
• и теплоносителем, и замедлителем
26. На воздушных линиях электропередач для изменения порядка расположения проводов на опоре применяются … специальные опоры
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• транспозиционные
• ответвительные
• переходные

27. Наиболее мощная приливная электростанция расположена на территории …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• Китая
• Японии
• Франции
• России

28. Напряжение между заземлителем и точкой земной поверхности называется …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• шаговым напряжением
• напряжением прикосновения
• первичным напряжением
• пробивным напряжением

29. Неверно, что в марке кабеля указываются сведения о его …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• конструкции
• номинальном напряжении
• производителе
• количестве и сечении жил

30. Неверно, что в электроустановках используются … трансформаторы напряжения
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• однофазные
• двухфазные
31. Неверно, что использование компенсирующих устройств позволяет …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• обеспечить баланс реактивной мощности
• снизить потери в электрической сети
• снизить потери на корону
• обеспечить регулирование напряжения

32. Неверно, что по количеству машин различают … схемы агрегатов гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС)
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• одномашинные
• двухмашинные
• трехмашинные
• четырехмашинные

33. Неверно, что реактивные турбины по конструкции могут быть …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• поворотно-лопастными
• радиально-осевыми
• пропеллерными
• осевыми
• двухперовыми
• диагональными

34. Нейтралями электроустановок называют …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• общие точки трехфазных обмоток генераторов или трансформаторов, соединенных в звезду
• проводящую часть или совокупность соединенных между собой проводящих частей, находящихся в электрическом контакте с землей непосредственно или через промежуточную проводящую среду
• проводники, совмещающие функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников

35. Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки называется коэффициентом …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• полезного действия
• трансформации
• пропорциональности
• избытка
36. Первая отечественная Обнинская атомная электростанция (АЭС) была введена в эксплуатацию в …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• 1951
• 1961 г.
• 1973 г.
• 1979 г.
37. Перед подачей топлива в топку производят его подготовку, причем наиболее сложной считается система приготовления … топлива
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• жидкого
• твердого
• газообразного
38. Плавкие предохранители – это аппараты, предназначенные для защиты цепей от …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• сухости и влажности
• внешних повреждений
• сверхтоков
• возгорания электропроводки
• короткого замыкания и поддержания напряжения на шинах распределительного устройства в аварийном режиме
39. Плавкие предохранители … действия
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• являются аппаратами одноразового
• являются аппаратами многоразового
• бывают как одноразового, так и многоразового
40. По условиям механической прочности на воздушных линиях электропередач в сетях напряжением выше 1000 В следует применять алюминиевые провода сечением не менее …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• 9 мм2
• 13 мм2
• 16 мм2
• 18 мм2
41. Потребителем электроэнергии называются …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• электрическую часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники электрической энергии, объединенные общностью процесса передачи и распределения электрической энергии
• электрические и тепловые сети, связанные общностью режимов в непрерывном процессе преобразования, передачи и распределения электрической и тепловой энергии
• электроприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим процессом и размещенных на определенной территории
• системы электроснабжения подземных, тяговых и других специальных установок, связанных общностью технологических процессов
42. Современные паровые турбины выполняются …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• как активными, так и реактивными
• всегда только активными
• всегда только реактивными
43. Теплофикационный цикл используются на …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• теплоэлектроцентралях (ТЭЦ)
• газотурбинных установках (ГТУ)
• государственных районных электростанциях (ГРЭС)
44. Трансформаторы тока класса 0,2 применяются для …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• релейной защиты
• дифференциальной защиты
• присоединения точных лабораторных приборов
• всех технических измерительных приборов
45. Трансформаторы тока класса 0,5 применяются для …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• релейной защиты
• дифференциальной защиты
• присоединения точных лабораторных приборов
• всех технических измерительных приборов
46. Увеличение рабочего напряжения батарей конденсаторов достигается … включенных конденсаторов
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• увеличением числа последовательно
• уменьшением числа последовательно
• увеличением числа параллельно
47. Шунтирующие реакторы представляют собой катушки индуктивности, рассчитанные на … напряжение
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• низкое
• среднее
• высокое
48. Электрическая энергия подводится … обмотке трансформатора
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• к первичной
• ко вторичной
• как к первичной, так и ко вторичной
49. Энергетической системой называют совокупность …
Тип ответа: Одиночный выбор • с выбором одного правильного ответа из нескольких предложенных вариантов
• машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования предназначенных для производства, трансформации, передачи, распределения электроэнергии и преобразования ее в другой вид энергии
• взаимосвязанных электроустановок, предназначенных для производства, передачи и распределения электроэнергии
• электрических станций, котельных, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электроэнергии и теплоты при общем управлении этими режимами

Комментарии: Результат 100 баллов из 100 «Отлично»

Размер файла: 606,4 Кбайт
Фаил: (.pdf)
——————-
Обратите внимание , что преподаватели часто переставляют варианты и меняют исходные данные!
Если вы хотите, чтобы работа точно соответствовала, смотрите исходные данные. Если их нет, обратитесь к продавцу или к нам в тех. поддержку.
Имейте ввиду, что согласно гарантии возврата средств, мы не возвращаем деньги если вариант окажется не тот.
——————-

Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых. 2014 год

До збірника увійшли матеріали доповідей, представлені на ХІV науково-технічній конференції «Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих», що проведена факультетом комп’ютерних інформаційних технологій і автоматики ДВНЗ «Донецький національний технічний університет». Збірник призначений для студентів та аспірантів вищих технічних навчальних закладів, фахівців з автоматизації технологічних процесів та виробництв.

РАДІОТЕХНІЧНІ ПОЛЯ, СИГНАЛИ, АПАРАТИ ТА СИСТЕМИ

1 Міністерство освіти і науки України Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Радіотехнічний факультет РТПСАС 2018 REFSDS РАДІОТЕХНІЧНІ ПОЛЯ, СИГНАЛИ, АПАРАТИ ТА СИСТЕМИ Матеріали конференції березня 2018 Київ, Україна Международная научно-техническая конференция РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ПОЛЯ, СИГНАЛЫ, АППАРАТЫ И СИСТЕМЫ Материалы конференции марта 2018 Киев, Украина International Scientific and Technical Conference RADIOENGINEERING FIELDS, SIGNALS, DEVICES AND SYSTEMS Conference Proceeding March 19 25, 2018 Kyiv, Ukraine Київ 2018

2 УДК 621 ISSN «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи». Київ, березня 2018 р.: матеріали конференції Київ, с. До збірнику матеріалів конференції включено тези представлених доповідей, в яких наведені результати досліджень в радіотехнічній та суміжних галузях, за тематикою напрямків роботи секцій: Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці. Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка. Теорія та практика радіовимірювань. Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка. Телекомунікація, радіолокація, навігація. Радіоелектроніка біомедичних технологій. Мікроелектронна техніка. Функціональна та наноелектроніка. Захист інформації. Збірник призначений для науковців та спеціалістів, працюючих в галузі теоретичних досліджень та практичного використання методів і засобів радіотехніки. Збірник буде корисним викладачам, аспірантам та студентам радіотехнічних, телекомунікаційних, радіоелектронних, радіофізичних факультетів вищих навчальних закладів. Програмний комітет конференції Антипенко Р. В., к.т.н., доц., КПІ ім. Ігоря Сікорського, Україна голова програмного комітету; Шарпан О. Б., д.т.н., проф., КПІ ім. Ігоря Сікорського, Україна відп. секретар (заст. голови). Члени програмного комітету Бондаренко Ю. PhD, Сіетл, США Достал Томаш проф., Прага, Чеська республіка Дубровка Ф. Ф. д.т.н., проф., КПІ ім. Ігоря Сікорського, Україна Жук С. Я. д.т.н., проф., КПІ ім. Ігоря Сікорського, Україна Зіньковський Ю. Ф. д.т.н., проф., КПІ ім. Ігоря Сікорського, Україна Кичак В. М. д.т.н., проф., Вінницький нац. техн. ун-т, Україна Крижанівський В. Г. д.т.н., проф., Донецький нац. ун-т, Україна Кураєв О. О. д.ф.-м.н., проф., Білоруський держ. ун-т інформатики і рад.-ел., Білорусь Манойлов В. П. д.т.н., проф., Житомирський нац. техн. ун-т, Україна Найденко В. І. д.ф.-м.н., проф., КПІ ім. Ігоря Сікорського, Україна Нелін Є. А. д.т.н., проф., КПІ ім. Ігоря Сікорського, Україна Правда В. І. к.т.н., проф., КПІ ім. Ігоря Сікорського, Україна Прудіус І. Н. д.т.н., проф., Нац. ун-т України «Львівська політехніка», Україна Раіда Збинек проф., Брно, Чеська республіка Чміль В. М. к.т.н., гол. правл., ПАТ «Науково-виробниче підприємство «Сатурн», Україна Шайко-Шайковський О. Г. проф., ЧНУ ім. Юрія Федьковича, Україна Яненко О. П. д.т.н., проф., КПІ ім. Ігоря Сікорського, Україна Організаційний комітет конференції Реутська Ю. Ю. голова організаційного комітету; Головня В. М. відп. секретар. Члени організаційного комітету: Адаменко В. О., Адаменко Ю. Ф., Захарченко О. С., Зінгер Я. Л., Кожухар П. В., Нікітчук А. В., Новосад А. А., Пільтяй С. І., Товкач І. О., Сушко І. О. Розроблення та супроводження сайту конференції: Адаменко Ю. Ф. Адреса оргкомітету: Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», 2100, радіотехнічний факультет, корп. 17, кім. 300, пр-т Перемоги, 37, м. Київ, 03056, Україна. Тел. (+38044) Сайт: Рекомендовано до друку рішенням програмного комітету конференції та вченої ради радіотехнічного факультету КПІ ім. Ігоря Сікорського (протокол 03/2018 від р.)

3 УДК 621 ISSN Международная научно-техническая конференция «Радиотехнические поля, сигналы, аппараты и системы». Киев, марта 2018 г.: материалы конференции Киев: с. В сборник материалов конференции включены тезисы представленных докладов, в которых приведены результаты исследований в радиотехнической и смежных областях, согласно тематике направлений работы секций: Радиотехнические цепи и сигналы. Вычислительные методы в радиоэлектронике. Проектирование, технология и эксплуатация радиоэлектронной техники. Теория и практика радиоизмерений. Электродинамика. Устройства СВЧ диапазона и антенная техника. Телекоммуникация, радиолокация, навигация. Радиоэлектроника биомедицинских технологий. Микроэлектронная техника. Функциональная и наноэлектроника. Защита информации. Сборник предназначен для научных работников и специалистов, работающих в области теоретических исследований и практического использования методов и средств радиотехники. Сборник будет полезен преподавателям, аспирантам и студентам радиотехнических, телекоммуникационных, радиоэлектронных, радиофизических факультетов высших учебных заведений. Программный комитет конференции Антипенко Р. В., к.т.н., проф., КПИ им. Игоря Сикорского, Украина председатель программного комитета; Шарпан О. Б., д.т.н., проф., КПИ им. Игоря Сикорского, Украина отв. секретарь (зам. председателя). Члены программного комитета Бондаренко Ю. PhD, Сіетл, США Достал Томаш проф., Прага, Чешская республика Дубровка Ф. Ф. д.т.н., проф., КПИ им. Игоря Сикорского, Украина Жук С. Я. д.т.н., проф., КПИ им. Игоря Сикорского, Украина Зиньковский Ю. Ф. д.т.н., проф., КПИ им. Игоря Сикорского, Украина Кичак В. М. д.т.н., проф., Винницкий нац. техн. ун-т, Украина Крижановский В. Г. д.т.н., проф., Донецкий нац. ун-т, Украина Манойлов В. П. д.т.н., проф., Житомирский нац. техн. ун-т, Украина Найденко В. И. д.ф.-м.н., проф., КПИ им. Игоря Сикорского, Украина Нелин Е. А. д.т.н., проф., КПИ им. Игоря Сикорского, Украина Правда В. И. к.т.н., проф., КПИ им. Игоря Сикорского, Украина Прудиус И. Н. д.т.н., проф., Нац. ун-т Украины «Львовская политехника», Украина Раида Збынек проф., Брно, Чешская республика Чмиль В. М. к.т.н., гл. правл., ЧАО «НПП «Сатурн», Украина Шайко-Шайковський О. Г. проф., ЧНУ им. Юрия Федьковича, Украина Яненко А. Ф. д.т.н., проф., КПИ им. Игоря Сикорского, Украина Организационный комитет конференции Реутская Ю. Ю. председатель организационного комитета; Головня В. М. отв. секретарь. Члени организационного комитета: Адаменко В. А., Адаменко Ю. Ф., Захарченко О. С., Зингер Я. Л., Кожухарь П. В., Никитчук А. В., Новосад А. А., Пильтяй С. И., Товкач И. О., Сушко И. А., Разработка и сопровождение сайта конференции: Адаменко Ю. Ф. Адрес оргкомитета: Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», 2100, радиотехнический факультет, корп. 17, к. 300, пр-т. Победы, 37, г. Киев, 03056, Украина. Тел. (+38044) Сайт: Рекомендовано к печати решением программного комитета конференции и ученого совета радиотехнического факультета КПИ им. Игоря Сикорского (протокол 03/2018 от г.)

4 UDK 621 ISSN International scientific and technical conference «Radioengineering fields, signals, apparatus and systems». Kyiv, March, 19 25, 2018: conference proceedings Kyiv: p. Collection of the conference materials include theses of reports in which the results of research in radio and related fields, according to the section subjects: Radiotechnical circuits and signals. Computing methods in radio electronics. Design, technology and operation of electronic equipment. Theory and practice of radiomeasuring. Electrodynamics. Devices of the super-high-frequency range and aerial equipment. Telecommunication, radio-location, navigation. Radio electronics of biomedical technologies. Microelectronic technology. Functional and nano electronics. Information protection. Collection of is designed for a wide range of scientists and specialists, working in the field of theoretical research and practical application of methods and means of radioengineering. The collection will be useful to teachers, graduate students and students of radioengineering, telecommunication, electronic, radio-physical faculties of higher educational institutions. Conference Program Committee: Antypenko R. V., Cand. Of Sci (Techn.), prof., Igor Sikorsky KPI, Ukraine Chairman of Program Committee Sharpan O. B., Doc. Of Sci (Techn.), prof., Igor Sikorsky KPI, Ukraine Executive secretary. Program Committee Members: Bondarenko Y. PhD, Seattle, USA Dubrovka F. F. Doc. Of Sci (Techn.), prof., Igor Sikorsky KPI, Ukraine Zbynek Raida Professor, Brno, Czech Republic Zinkovsky Y. F. Doc. Of Sci (Techn.), prof., Igor Sikorsky KPI, Ukraine Zhuk S. Y. Doc. Of Sci (Techn.), prof., Igor Sikorsky KPI, Ukraine Kryzhanivsky V. G. Doc. Of Sci (Techn.), prof., Donetsk National University, Ukraine Kychak V. M. Doc. Of Sci (Techn.), prof., Vinnytsia National Techn. Univ., Ukraine Kuraev О. О. Doc. Of Sci (Physics-Math.), prof., Minsk, Belarus Manoylov V. P. Doc. Of Sci (Techn.), prof., Zhytomyr National Univ. of Technology, Ukraine Naidenko V. I. Doc. Of Sci (Physics-Math.), prof., Igor Sikorsky KPI, Ukraine Nelin Ye. A. Doc. Of Sci (Techn.), prof., Igor Sikorsky KPI, Ukraine Pravda V. I. Cand. Of Sci (Techn.), prof., Igor Sikorsky KPI, Ukraine Prudius I. N. Doc. Of Sci (Techn.), prof., Nat. Univ. of Ukraine «Lviv Polytechnic», Ukraine Chmil V. M. Cand. Of Sci (Techn.), NVP «Saturn», Ukraine Shaiko-Shaikovskyi O. H. prof., Yurii Fedkovych Cher. Nat. Univ., Ukraine Tomash Dostal Professor, Prague, Czech Republic Yanenko O. P. Doc. Of Sci (Techn.), prof., Igor Sikorsky KPI, Ukraine Organize Committee conference: Reutska Yuliia Chairman of the Organizing Committee; Holovnia Viktoriia. Executive Secretary. Organize Committee Members: Adamenko V., Adamenko Yu., Zakharchenko O., Zinher Ya., Kozhukhar P., Nikitchuk A., Novosad A., Piltiai S., Tovkach I., Sushko I. Produce and technical support of the conference site: Yu. Adamenko Organize Committee address: 2100, radioengineering department. National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Peremogy Str., 37, Kyiv, 03056, Ukraine. Tel. (+38044) rtpsas@kpi.ua Site: It is recommended to seal by the decision of the programme committee and Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute Radoengineering Department Scientific Council (Record 3/2018 of ).

5 ЗМІСТ СЕКЦІЯ 1. РАДІОТЕХНІЧНІ КОЛА ТА СИГНАЛИ. ОБЧИСЛЮВАЛЬНІ МЕТОДИ В РАДІОЕЛЕКТРОНІЦІ. Дяченко Р. А., Дем яненко П. О. Використання АЦП для визначення інтервалу часу між імпульсами в акселерометрі з волоконнооптичним давачем 14 Неуймин А. С., Жук С. Я., Пархоменко В. А. Анализ алгоритма первичного распознавания групп целей в зоне обзора РЛС при наличии ложных отметок 17 Лазарєв О. О. Генератори електричних сигналів на С-негатронах 20 Артеменко М. Ю. Параметричний синтез реактивного компенсатора трифазної трипровідної системи живлення 23 Вишневый С. В., Ляшук А. Н., Жук С. Я. Каузальная двухэтапная марковская фильтрация цифровых изображений на фоне аддитивного белого гауссовского шума 26 Циганчук Т. Г., Булашенко А. В. Діагностика пасивних кіл методом вузлових опорів 29 Вистезенко Е. В., Мовчанюк А. В., Бойко Р. Д. Сейсмические датчики для задач обнаружения человека 32 Тарабаров С. Б., Шунков В. В. Обмеження при застосуванні паралельних обчислень для оптимізації схемних функцій РЕА 35 Товкач И. О., Жук С. Я. Анализ влияния конфигурации сенсорной сети на точность определения местоположения источника радиоизлучения на основе TDOA-измерений 38 Могильний С. Б., Чвикова В. С. Збільшення точності GPS з використанням Raspberry Pi 41 Могильний С. Б., Задорожний Г. С. Машинне навчання для розпізнавання об єктів на базі бібліотеки OpenCV 44 Тарабаров С. Б., П ятов С. В. Розробка та дослідження методу оптимізації схем з фіксованими прирощеннями функцій 47 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 5

6 Семибаламут К. М., Литвинцев С. Н., Жук С. Я. Анализ эффективности многоступенчатых адаптивных компенсаторов помех на основе LMS-алгоритма 50 Сушко І. О., Лащевська Н. О. Реставрація зображень в базисі перетворення АДАМАРА 53 Йосипок В. В., Шпилька О. О. Оцінювання 3D профілю поверхні фільтром калмана по інтерферометричним картинам 56 СЕКЦІЯ 2. ПРОЕКТУВАННЯ, ТЕХНОЛОГІЯ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЯ РАДІОЕЛЕКТРОННОЇ ТЕХНІКИ. УЛЬТРАЗВУКОВА ТЕХНІКА Ковбич А. О., Адаменко В. О., Адаменко Ю. Ф. Синтез квазізосереджених реактивних елементів на основі кристалоподібних структур за допомогою штучної нейронної мережі 60 Мовчанюк А. В., Фесич В. П., Новосад А. А. Влияние армирующего болта на рабочую частоту пакетного пьезопреобразователя 63 Мірських Г. О. Особливості оцінювання безвідмовності і безпеки апаратно-програмних комплексів 66 Грицевич І. Р., Піддубний В. О. Конструювання радіоелектронної апаратури розробленої в системі автоматизованого проектування без додаткового налаштування 69 Денисенко Р. О., Зіньковський Ю. Ф. Електромагнітна сумісність інтерфейсів цифрових технічних засобів 72 Корж А. О., Попсуй В. І. Вибір і аналіз схем десульфаторів свинцево кислотних акумуляторів 75 Мірських Г. О. Формування узагальненого показника якості технічного об єкта з урахуванням об єму фінансування проекту 78 Мовчанюк А. В., Середін А. П. Оцінка втрат в дроселях узгоджуючих фільтрів ультразвукових генераторів 81 6 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

7 Мірських Г. О. Прогнозування показників функціонування компонентів при їх застосуванні у складі систем 84 Риндін М. Д., Адаменко В. О. Джерело безперебійного живлення для мікрокомп ютерів 87 Рибченко Є. О., Іванов Д. Ю., Адаменко Ю. Ф. Алгоритмізація пошуку несправностей друкованої плати за допомогою штучної нейронної мережі 90 Нікітчук А. В., Уваров Б. М. Оптимізація розташування чарунок у блоці зі щільною компоновкою 93 Проскученко Р. С., Шульга А. В. Портативний GPS-трекер 96 Климук А. А., Уваров Б. М. Расчет коэффициентов облученности при лучистом теплообмене в блоках РЕА 99 Попсуй В. І., Новосад А. А. Ультразвуковий спосіб зняття скловолоконної ізоляції високотемпературного проводу 102 Бутырин А. В., Липатов В. П., Марков В. И., Хоменко Н. В. Управление активными фазированными антенными решетками 105 Ющенко В. С., Піддубний В. О. Прилад для підвищення ефективності роботи двигуна внутрішнього згоряння 108 СЕКЦІЯ 3. ТЕОРІЯ ТА ПРАКТИКА РАДІОВИМІРЮВАНЬ Бичковський В. О., Реутська Ю. Ю. Інформаційний аналіз радіотехнічних вимірювачів 112 Карлов В. А. Оцінювання оптичної активності рослинних олій та нафтопродуктів методом самокалібруючого чотирьохплечого аналізатора 115 Макаров І. В., Лісовий І. П. Синтез елементарного сигналу узгодженого з характеристикою тракту кабель коректор 118 Пилипенко Г. В., Лісовий І. П. Оцінка ступеня самоподібності трафіку мультимедійної мережі на основі нечіткої логіки 121 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 7

8 Троц А. А., Ружило З. В., Новицький А. В., Богомолов М. Ф., Реутська Ю. Ю. Високотемпературний твердоелектролітний датчик кисню та двоокису вуглецю 124 Яненко О. П., Лісовець С. М. Чисельний аналіз взаємодії акустичних хвиль з текстильними матеріалами 127 Кролевецький О. В., Забегалов І. В., Булашенко А. В. Цифровий вимірювач струму витоку 130 Сакір С. О., Дем яненко П. О. Прецизійний волоконно-оптичний давач температури 133 Кононов С. П. Ідентифікатор міток панорамного радіовимірювального приладу 136 Перегудов С. М., Снісар А. В. Статистичний метод визначення метрологічних характеристик радіометричних систем 139 Гузь В. И., Волошин А. П., Марков В. И., Остапенко Д. А. Встроенная система калибровки и контроля технического состояния АФАР 141 СЕКЦІЯ 4. ЕЛЕКТРОДИНАМІКА. ПРИСТРОЇ НВЧ ДІАПАЗОНУ ТА АНТЕННА ТЕХНІКА. Антоненко А. І. Структура тривимірної електромагнітної хвилі 145 Антоненко А. І. Динаміка руху в тривимірній електромагнітній хвилі 148 Мартинчук П. П., Манойлов В. П., Чухов В. В., Хоменко М. Ф. Дослідження антен радіоприймально-передавальних пристроїв цифрових систем радіозв’язку 151 Махно К. М., Василенко Д. О. PIFA-антена для низькочастотного діапазону LTE 154 Омеляненко М. Ю., Коломієць А. О. Радіальний суматор потужності Ku-діапазону «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

9 Підгорний Б. В. Прямофокусна параболічна дзеркальна антена S- діапазону 160 Стефанишина Ю. І., Василенко Д. О. Антени для MIMO-системи передачі даних 163 Чернов А. С., Прокопенко Ю. В. Перелаштовувані смугово-загороджуючі фільтри на основі копланарної лінії з дефектами у заземлюючому електроді 166 Омеляненко М. Ю., Правда В. І., Романенко Т. В. Хвилевіднопланарний підсилювач з просторовим сумуванням потужності діапазону частот ГГЦ 169 СЕКЦІЯ 5. ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЯ, РАДІОЛОКАЦІЯ, НАВІГАЦІЯ Абрамович А. О., Каширський І. С., Піддубний В. О. Метод графічних образів в радіотехнічній системі ближньої локації 173 Абрамович А. О., Піддубний В. О. Модифікована радіотехнічна система ближньої локації для ідентифікації прихованих металів 176 Бичков В. Є. Перетворювач частоти дискретизації на FPGA 179 Парфенюк В. Г. М яке декодування ФМ-2 радіосигналів з манчестерським кодуванням модулюючого сигналу 182 Бичковський В. О., Правенький Є. Є. Макроскопічний аналіз інформаційного обміну в ергатичних системах 185 Бичковський В. О., Реутська Ю. Ю. Оцінювання показників інформаційного забезпечення радіокомплексів керування 188 Целина С. В., Кузин С. Е. Мультирадарная (третичная) обработка радиолокационной информации 191 Котляров В. В., Шпилька О. О. Порівняння методів OMP і COSAMP в задачі відтворення імпульсної характеристики каналу зв язку в системах з OFDM 194 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 9

10 Головін В. А., Романеко Т. В. Модель приймача радіометра 198 Головін В. А., Бернацький С. О. Детектування сигналів в приймачах каналів MIMO 201 Славін В. В. Визначення технічного стану колісних транспортних засобів використанням програмно-апаратних пристроїв 204 Верченко О. С., Калюжний О. Я. Застосування ГІС-технології для проектування мереж мобільного зв язку поколінь 3G та 4G у програмному середовищі «АТОЛ» 207 Езерский Н. В., Калюжный А. Я. Прогнозирование радиопокрытия сетей мобильной связи новых поколений в вычислительной среде «АТОЛЛ» 210 Маленчик Т. В., Булашенко А. В. Особливості побудови інтелектуального автоінформатора на базі GSM-модуля 213 Козачук М. А., Найденко В. І. Моделювання трансмітера на основі Step recovery diode для портативного мікрохвильового радару для захисту персоналу 216 Бурдейний М. О., Лісовий І. П. Цифрова система передачі 219 Грабевник К. В. Пристрій виявлення цифрових сигналів в сильних шумах 222 Лисун С. О., Дюжаєв Л. П. Парктронік на базі ARDUINO 225 Дружинін В. А., Степанов М. М. Методи керування групою носіїв радіолокаційного вимірювання у складі напівактивної системи радіобачення 228 Уварова Т. В., Степанов М. М. Модель управління параметрами електромагнітної сумісності угруповання радіоелектронних засобів системи мобільного зв язку за їх станом «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

11 СЕКЦІЯ 6. РАДІОЕЛЕКТРОНІКА БІОМЕДИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЙ Крушець О. О., Яненко О. П., Адаменко В. О. Автоматизована система для світлотерапії з оптимізацією частот модуляції 235 Правда В. І., Богомолов М. Ф., Стародуб О. В. Математичне моделювання процесів розсіювання лазерного випромінювання від біологічних об єктів за допомогою Т-матриць 238 Сушко І. О., Лащевська Н. О. Класифікація біологічних сигналів методом нормалізації сигналів за кроком 241 Герус А. М., Нелін Є. А. Модель неоднорідної лінії передачі для біосередовища 244 Івановська К. О., Богомолов М. Ф. Дослідження онкоклітин за допомогою оптоелектронної системи 247 Перегудов С. М., Ступаренко А. В. Порівняння радіометричного та кількісного показників мікрофлори 250 Сичик М. М., Кравчук Б. Б., Філімонова В. В., Ковшевацька В. В. Методи підвищення ефективності катетерної радіочастотної абляції аритмогенних зон серця 253 Шайко-Шайковський О. Г., Білов М. Є., Крамар В. М., Дудко О. Г., Білик Г. А. Методика та математичне забезпечення її використання для безконтактної медичної діагностики запалень 256 СЕКЦІЯ 7. МІКРОЕЛЕКТРОННА ТЕХНІКА. ФУНКЦІОНАЛЬНА ТА НАНОЕЛЕКТРОНІКА Первак Є. О., Андрієць С. Г., Нелін Є. А. Особливості резонансного тунелювання електронів крізь трибар єрну квантово-механічну структуру 260 Прищепа М. М., Озірний С. Р. Симуляція аналогової інтегрованої мікросхеми 263 Зінгер Я. Л., Нелін Є. А. Фільтр нижніх частот п’ятого порядку на основі кристалоподібних неоднорідностей 266 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 11

12 СЕКЦІЯ 8. ЗАХИСТ ІНФОРМАЦІЇ Дюжаєв Л. П., Максимець Д. В. Апаратні методи захисту програмного забезпечення від несанкціонованого використання 270 Прогонов Д. О. Теоретико-інформаційні оцінки спотворень контейнерів при формуванні стеганограм 273 Наконечний Т. А., Євграфов Д. В. Перехоплення сигналу витоку інформації з екрану монітора 276 АЛФАВІТНИЙ ПОКАЖЧИК АВТОРІВ «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

13 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці Секція 1. Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці. Методи та алгоритми аналізу та синтезу лінійних, лінійно-параметричних, нелінійних кіл; синтез та аналіз оптимальних та квазіоптимальних алгоритмів виявлення, розрізнення, оцінки невідомих параметрів і фільтрації сигналів; адаптивні методи подолання апріорної невизначеності при обробці сигналів в радіотехнічних системах різноманітного призначення; розрахункові методи та алгоритми оброки сигналів, інформаційні технології. Керівник секції: д.т.н., проф. Жук С. Я. Секретар секції: Товкач І. О. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 13

14 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці ВИКОРИСТАННЯ АЦП ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ІНТЕРВАЛУ ЧАСУ МІЖ ІМПУЛЬСАМИ В АКСЕЛЕРОМЕТРІ З ВОЛОКОННО- ОПТИЧНИМ ДАВАЧЕМ Дяченко Р. А., Дем яненко П. О. к.т.н., доц. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Одна з основних задач в розробці пристроїв на основі волоконно-оптичних давачів (ВОД) полягає у збільшення точності визначення вимірюваних параметрів. Високу точність вимірювання забезпечують пристрої на основі ВОД з імпульсною модуляцією (ІМ) інтенсивності оптичного потоку [1]. Запорукою реалізації прецизійних вимірювань тут є можливість високоточного вимірювання часових інтервалів імпульсної послідовності, що може бути реалізовано за допомогою попередньої обробки отриманого сигналу аналого-цифровим перетворювачем (АЦП). Представимо сигнал ВОД у вигляді послідовних імпульсів з певною інтенсивністю, яку можна перетворити в напругу. Отже, оптичні імпульси отримані за допомогою ВОД будемо представляти як залежність напруги від часу U(t) (рис. 1). Збільшення точності Рисунок 1. Залежність напруги від часу в ВОД з ІМ визначення інтервалу часу T, дозволяє збільшити точність кінцевих параметрів, які вимірює прилад на основі ВОД з ІМ. Обравши певне порогове значення напруги U пор, яке буде відповідати логічній одиниці, отримаємо двійковий код вхідного сигналу за допомогою АЦП. Тобто після обробки сигналу, залежність U(t), буде мати вигляд набору бінарних значень. Порогове значення, нижче U max гарантує зміну логічного нуля на логічну одиницю у відповідних точках різних імпульсів з похибкою, яка визначається частотою дискретизації. Отриманий цифровий код попередньо оброблюється, залишаючи лише логічні одиниці на межі переходу від низького значення напруги, до значення, що відповідає логічній одиниці U пор (рис.2). Порахувавши кількість нульових значень між одиницями і знаючи t miт, можна визначити тривалість інтервалу між імпульсами. Точність з 14 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

15 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці якою буде визначений часовий проміжок, залежить тільки від частоти дискретизації АЦП. Рисунок 2. Бінарні значення оцифрованого сигналу В принципі, з метою зменшення похибки вимірювання, можна використовувати АЦП будь-якого типу, але для відображення результатів в реальному часі, тобто при потребі постійного відслідковування та передавання оброблених даних миттєво, краще використовувати флеш-ацп. Флеш АЦП це найбільш швидшкодіючі АЦП, в яких використовуються компаратори. Флеш АЦП складається з резисторів і компараторів, об єднаних відповідною схемою. На кожен компаратор поступає опорна напруга з ланцюжка резисторів, яка в нашому випадку складає U пор. Частота дискретизації таких АЦП сягає 1ГГц [2], що, в принципі, дозволяє визначити тривалість між імпульсами з похибкою 1нс. На рис. 3 зображено двохрозрядне АЦП прямого перетворення. Рисунок 3. Схема паралельного АЦП Вхідна напруга подається одночасно (паралельно) на всі компаратори АЦП, на другий вхід компаратора подається опорна напруга через резистивні дільники (для даної схеми нижній компаратор отримує 1/4 опорного значення напруги, середній 1/2, «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 15

16 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці а верхній 3/4 опорного значення). Якщо вхідна напруга АЦП перевищує значення на другому вході компаратора, то він перемикається в стан логічної одиниці. Наприклад, якщо опорна напруга 1 В, а на вхід АЦП подається напруга 0,6 В, то два нижні компаратори перемкнуться в стан логічної одиниці, а верхній на виході буде мати нуль, якщо напруга на вході знизиться до 0,4 В, то на виході середнього компаратора теж буде нуль. Дешифратор DC перетворює отримане після компараторів слово розміром 2 1 n в двійковий n розрядний код [3]. Так як основний недолік паралельних АЦП полягає у великих, габаритах при збільшенні розрядності, а нашому випадку трьох компараторів достатньо, щоб отримати двійковий код, де значення логічної одиниці буде значення вище значення U пор. Перелік посилань 1. Демьяненко П.А. Точность измерений посредством волоконно-оптических датчиков (проблемы и пути их решения) / Демьяненко П.А. // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника с Кестер У. Аналого-цифровое преобразование: пер. с англ. / Уолт Кестер. М.: Техносфера, с ISBN Автоматизація оброблення технічної інформації : конспект лекцій для студентів радіотехнічного факультету спеціальності 172 Телекомунікації та радіотехніка / Уклад. : В. О. Адаменко К. : КПІ ім. Ігоря Сікорського, с. Анотація Створення прецизійних вимірювачів на основі волоконно-оптичних давачів з імпульсною модуляцією інтенсивності оптичного потоку, потребує забезпечення високоточного вимірювання часових параметрів імпульсної послідовності. Попередня обробка сигналу, за допомогою АЦП, дозволяє зменшити похибку вимірювання часових інтервалів до значень, обернених частоті дискретизації АЦП. Оскільки частота дискретизації може сягати гігагерцових значень, то похибка визначення часових інтервалів імпульсної послідовності може складати наносекунди. Аннотация Создание прецизионных измерительных приборов на основе волоконно-оптических датчиков с импульсной модуляцией интенсивности оптического потока, требует обеспечения высокоточного измерения временных параметров импульсной последовательности. Предварительная обработка сигнала, с помощью АЦП, позволяет уменьшить погрешность измерения временных интервалов до значений, обратных частоте дискретизации АЦП. Поскольку частота дискретизации может достигать гигагерцовых значений, то погрешность определения временных интервалов импульсной последовательности может составлять наносекунды. Abstract The creation of precision meters based on fiber-optic sensors with pulsed modulation of the intensity of the optical stream requires the accurate measurement of the pulse sequence timing parameters. Pre-processing of the signal, using the ADC, allows you to reduce the measurement error of time intervals to values reversed by the sampling frequency of the ADC. Since the sampling rate can reach gigahertz values, the error in determining the pulse sequence time intervals can be nanoseconds. 16 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

17 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці АНАЛИЗ АЛГОРИТМА ПЕРВИЧНОГО РАСПОЗНАВАНИЯ ГРУПП ЦЕЛЕЙ В ЗОНЕ ОБЗОРА РЛС ПРИ НАЛИЧИИ ЛОЖНЫХ ОТМЕТОК Неуймин А. С., к.т.н.; Жук С. Я., д.т.н., профессор; Пархоменко В. А., студент КПИ им. Игоря Сикорского, г. Киев, Украина В условиях значительного числа сопровождаемых целей с целью исключения перегрузки вычислительных средств, а также каналов связи переходят от сопровождения одиночных целей к сопровождению групповых целей (ГЦ) [1]. Это обусловлено тем, что осуществляется сопровождение не всех целей в группе, а ее центра тяжести, что соответственно уменьшает количество траекторий, требующих обработки. Важное значение имеет задача обнаружения ГЦ при малых отношения сигнал/шум, которая характеризуется значительным числом ложных отметок, поступающих на вход подсистемы вторичной обработки радиолокационной информации. При этом ложные отметки влияют как на эффективность обнаружения ГЦ, так и их сопровождения. Поэтому, представляет интерес анализ влияния интенсивности ложных отметок на первичное распознавание групп целей в зоне обзора РЛС. Для выделения ГЦ в настоящее время применяются методы кластерного анализа [2], в которых кластер рассматривается как ГЦ. Одним з распространенных методов выделения кластера является определение евклидового расстояния между целями на основе имеющейся координатной информации. В общем случае в области обзора на k -м обзоре присутствует отметок у которых вектор измерений принимает вид z < >, m 1, Mk, где m иm иm иm T. Расстояние между i-й и j-й отметками опре- измерение zk ( xk, yk, zk ) деляется по формуле При выполнении условия k m z k M k i j иi иj 2 иi иj 2 иi иj 2 k k ( xk xk ) ( yk yk zk k d( z, z ) ) ( z ). (1) i k j k d( z, z ) d, (2) i-я и j-я отметки полагаются принадлежащими одной группе. Порог d th характеризует плотность целей в группе. При выполнении неравенства (2) вектор z k разделяется на n групп <. n l lj 1 2 U U U >l lj, где U < z k >, j 1, N k, z k — j- l е измерение в l-й группе, Nk — число отметок в l -й группе. th «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 17

18 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці При условии, если группы определены ранее, они также могут проверяться на принадлежность одной группе. Расстояние между группами определяется на основе алгоритма i U, U j l j lm jn k k d( U, U ) min< d( z, z )>, m 1, N k, 18 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» l j n1, N k. (3) Если расстояния между группами превышает порог, тогда предполагается что это две раздельные группы, в противном случае две группы объединяются в одну. Анализ влияния интенсивности ложных отметок на формирование групп целей в области обзора РЛС выполнен с помощью статистического моделирования. Количество ложных отметок в области обзора имеет закон распределения Пуассона, в котором параметр — среднее количество ложных измерений в области обзора, где — пространственная плотность ложных измерений (количество ложных измерений на единицу площади), — это объем области обзора. Ложные отметки распределены в области обзора по равномерному закону. Для упрощения анализа предполагаем, что m иm иm T измерения имеют вид zk ( xk, yk ). Количество испытаний Монте- Карло полагалось равным Порог для различения двух групп выбран V V d th = 3км, поскольку для радиолокатора с фазированной решеткой для уменьшения вычислительных ресурсов порог выбирается в диапазоне 3 5 км [1]. РЛС располагалась в начале системы координат. На рис. 1 показано результат работы алгоритма формирования ГЦ, при этом группу формируют отметки, которые соединены между собой линиями. На рис. 2, 3 приведены Рисунок 1 d th N gr зависимости: — среднее количество групп в области обзора, N p — среднее количество ложных отметок в группе от параметра. Как видно из результатов, с увеличением значения N gr и N p увеличиваются, однако после значения 220 число групп начинает уменьшаться. Это объясняется объединением сформированных групп при выполнении условия ( l j d U, U ) dth. Таким образом увеличение числа ложных отметок может приводить к увеличению вычислительных затрат ЭВМ

19 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці для обслуживания групп состоящих из ложны отметок, а также к формированию групп, включающих как ложные, так и целевые отметки. Рисунок 2 Рисунок 3 В данном анализе опущено предположение, что кластер должны составлять только те цели, которые двигаются в одном направлении и с одинаковой скоростью. Поэтому задачу обнаружения ГЦ целесообразно решать после этапа подтверждения завязки траектории, поскольку перебираются отметки завязанных траекторий, а не все обнаруживаемые в обзоре отметки и при отборе отметок ГЦ могут быть использованы имеющиеся оценки скорости, полученные при завязке траекторий. Это позволит значительно уменьшить количество формируемых ГЦ. Поэтому дальнейшим исследованием является анализ количества групп после этапа завязки траектории. Перечень источников 1. He You. Radar data processing with applications / You He, Xiu Jianjuan, Guan Xin. John Wiley & Sons Котов А. Кластеризация данных /А. Котов, Н. Красильников Анотація Виконано аналіз впливу інтенсивності помилкових відміток на первинне розпізнавання груп цілей в зоні огляду РЛС за допомогою статистичного моделювання. Ключові слова: групова ціль, хибні відмітки, РЛС. Аннотация Выполнен анализ влияния интенсивности ложных отметок на первичное распознавание групп целей в зоне обзора РЛС с помощью статистического моделирования. Ключевые слова: групповая цель, ложные отметки, РЛС. Abstract The analysis of false plots intensity influence on group targets primary recognition in the radar field of view by means of statistical modeling is performed. Keywords: group target, false plots, radar. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 19

20 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці ГЕНЕРАТОРИ ЕЛЕКТРИЧНИХ СИГНАЛІВ НА С-НЕГАТРОНАХ Лазарєв О. О., к.т.н., доцент Вінницький національний технічний університет, м. Вінниця, Україна Подальше підвищення ефективності радіотехнічних та телекомунікаційних пристроїв вимагає використання нової елементної бази та схемотехнічних підходів, що забезпечують зменшення енергоспоживання, збільшення швидкої, схемотехнічну простоту та покращення надійності. В багатьох випадках це можна досягнути за рахунок використання R-, L-, C-негатронів (приладів, що в певному режимі роботи мають від ємне значення основного диференційного параметру: від ємний активний опір (R-негатрони), від ємна індуктивність (L-негатрони), від ємна ємність (C-негатрони) [1]. Метою роботи є покращення характеристик генераторів електричних сигналів за рахунок використання С-негатрона. Для досягнення поставленої мети в роботі виконуються такі задачі: 1. Аналіз режимів роботи схеми з С-негатроном в яких забезпечується режим автогенерації. 2. Розробка та дослідження схем автогенераторів на С-негатронах. 3. Аналіз параметрів та характеристик запропонованих автогенераторів на С-негатронах. Найпростішу еквівалентну схему навантаженого С-негатрона N-типу можна представити в вигляді рис. 1, де враховані: R н загальний активний опір навантаження та внутрішнього опору джерела живлення; C н ємність навантаження; L сумарна індуктивність навантаження та С-негатрона; С (-) від ємна диференційна ємність С-негатрона; R (-) від ємний диференційний активний опір С-негатрона N-типу, електрорушійна сила (ЕРС) джерела живлення. Дана схема, в залежності від співвідношення параметрів навантаження та С-негатрона, може працювати в різних режимах, зокрема в режимі автогенерації електричних коливань [2]. E г R н C н ( ) С N Е г i С (-) L R (-) Рисунок 1. Еквівалентна схема навантаженого С-негатрона N-типу 20 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

21 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці В залежності від параметрів навантаження, пряма навантаження перетинає кулон-вольтну характеристику С-негатрона в одній або в трьох точках (рис. 2). На падаючій ділянці кулон-вольтної характеристики диференційна ємність С-негатрона є від ємною і схема може бути стійкою, або не стійкою. q E г C н C C н q С С н Рисунок 2. Можливі положення рівноваги навантажених С-негатронів N-типу Припустивши, що С (-) і R (-) є лінійними елементами, що справедливо для режиму малого сигналу, схема на рис. 1 описується диференційним рівняння: 2 d u C Rн R duс uс Eг 2. dt L E г dt C L C н н C C C L C C В цьому випадку характеристичне рівняння для cхеми запишемо в виді: 2 p 0, R R 2 н Cн C де, p, L LC C 1, 2 p, корені характеристичного рівняння. 2 4 н Проаналізувавши корені характеристичного рівняння можна визначити умови, при яких схема може працювати в режимі генерації гармонійних та релаксаційних коливань. На рис. 3 наведена схема генератора гармонійних коливань на схемотехнічному С-негатроні, реалізованому на операційному підсилювачі [2]. Реалізована від ємна ємність знаходиться за формулою: С (-) = — С 1 (K — 1), де K коефіцієнт підсилення, який визначається резисторами R1 і R2. Від ємний опір визначається за формулою: R (-)= -K 2 /(2πf 1 C 1 (K-1) 2 ), u а) б) «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 21 н н E г C 1,2 u

22 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці де f 1 частота одиничного підсилення операційного підсилювача. 100p C generator.cir :58:10 5p C2 1k R3 VC X1 VE 1k R1 Out k R u u v(out2) (V) T (Secs) Рисунок 3. Схема генератора гармонійних коливань на С-негатроні та часова діаграма сигналу на виході Перевагою запропонованої схеми є менша кількість елементів та більша частота генерації за відомі схеми RC генераторів гармонійних коливань, так як необхідне значення коефіцієнта підсилення лише K>1, а для схеми генератора на основі моста Віна K=3, для генератора з фазозсувним колом K=29. Перелік посилань 1. Filinyuk N.A. Short historical review of development of scientific branch negatronics / N.A. Filinyuk A.A. Lazarev // AEU — International Journal of Electronics and Communications, Volume 68, Issue 2, February 2014, P , ISSN , 2. Філинюк М.А. LC-негатрони та їх застосування: монографія / М.А. Філинюк, О.О. Лазарев, О.В. Войцеховська. — Вінниця: ВНТУ, с. Анотація Розглянуто генератори електричних сигналів на С-негатроні. Показано, що використання С-негатрона дозволяє збільшити максимальну частоту генерації та зменшити кількість елементів схеми. Ключові слова: С-негатрон, від ємна ємність, генератор електричних сигналів. Аннотация Рассмотрены генераторы электрических сигналов на С-негатроне. Показано, что использование С-негатрона позволяет увеличить максимальную частоту генерации и уменьшить количество элементов схемы. Ключевые слова: С-негатрон, отрицательная емкость, генератор електричних сигналів. Abstract Oscillators on C-negatrons are considered in paper. It is shown that the use of C-negatrons allows increasing maximum oscillation frequency and decreasing number of circuit elements. Keywords: C-negatron, negative capacitance, oscillator on C-negatron. 22 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

23 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці ПАРАМЕТРИЧНИЙ СИНТЕЗ РЕАКТИВНОГО КОМПЕНСАТОРА ТРИФАЗНОЇ ТРИПРОВІДНОЇ СИСТЕМИ ЖИВЛЕННЯ Артеменко М. Ю., д.т.н, професор Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Несиметричне навантаження трифазних трипровідних систем живлення призводить до погіршення якості електроенергії, що проявляється у появі струмів зворотної послідовності та пульсації миттєвої потужності, які спричинюють додаткові втрати на активних опорах лінії електропередачі та несиметрію напруг живлення у вузлах загального підключення навантажень. Для врівноважування несиметричного стаціонарного лінійного навантаження ефективно застосовуються пасивні фільтри на реактивних елементах, розрахунок яких базується на двох підходах: усунення пульсуючої складової миттєвої потужності [1] та компенсація неактивних складових вхідних струмів [2, 3]. В [3] продемонстрована можливість формування активного струму трифазної системи живлення застосуванням реактивного компенсатора для конкретного виду несиметрії трифазного джерела. Отримаємо формули прямого розрахунку параметрів реактивного компенсатора для генерації неактивного струму Фрізе при довільній комбінації параметрів лінійного навантаження та несиметричного синусоїдного джерела та проілюструємо методику їх застосування. Нехай лінійне стаціонарне навантаження характеризується комплексними провідностями L L L AB AB AB BC BC BC CA CA CA y g jb ; y g jb ; y g jb. В [3] було показано, що закон Ома для вхідних векторів струму та напруги описується виразом в симетричних координатах L g g b b L U i Yu j, g g L b U L b (1) де g jb L y y y ; g ( ag g ag ); b ( ab L b L ab L ). AB BC CA AB BC CA L AB BC CA R R R b bab bbc R R R ~ R ( AB BC CA) C для реалізації вектора струмів компенсації ic I R Подібні параметри реактивного компенсатора b ; b ab b ab визначаються матрично-векторним рівнянням [3]: R R C j U U I 2 2 U U C b b U U I Покажемо, що для вектора струмів компенсації у вигляді неактивного струму Фрізе CA C I «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 23. (2)

24 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці P ic Yu u 2 2 (3) U U параметр завжди буде дійсним числом. Для цього знайдемо вираз для активної потужності навантаження R b * * 2 2 P Re( i u ) Re( u Y u ) ( g g)( U U ), j де g 2U Re( gu ) / ( U U ) 2Re( g) / (1 ), U / U e комплексний параметр несиметрії трифазного джерела та підставимо цей вираз у формулу (3) і далі в (2). Після перетворень матимемо R L b b j U U U U g 1 2Im( g) b b g R bl U U U U U U 1 j 2 g (1 ) g b Перші координати векторів з формули (4) є дійсними числами, що і доводить можливість реалізації реактивного компенсатора неактивного струму Фрізе при довільному сполученні параметрів лінійного навантаження та несиметричного джерела. Реактивні провідності компенсатора визначаються із системи рівнянь (4) у вигляді R b 2Re( ab) L R b 2Re( b) L R b 2Re( ab) L bab bab ; bbc bbc ; bca bca. (5) Розглянемо приклад параметричного синтезу реактивного компенсатора трипровідної системи з параметром несиметрії джерела 0.2 j та лінійним навантаженням, що визначається комплексними провідностями YAB G / (4 j3) (0.16 j0.12) G; YBC 0; YBC G / (1 j) (0.5 j0.5) G, Визначаємо параметри матриці комплексних провідностей L L L L AB BC CA AB BC CA g g g g ( ) G 0.66 G; b b b b ( ) G 0.38 G; L L L g ag g ag j G; b ab b ab j G. AB BC CA L AB BC CA Значення матриці комплексних провідностей відповідно до (1): L g g b bl j j Y j g g L b b j j Вектор струму навантаження ~ ~~ ~ 1 i Yu Y U 0.2 j L j U j Визначаємо параметр g 2Re( g) / (1 ) 0.113G і знаходимо вектор активного струму Фрізе: ia g g u UG j Далі за (4) визначаємо параметри реактивного компенсатора: G. G.. (4) 24 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

25 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці R 2Im g L L b 1 b b G G 2 b j j R j g g bl b L і формуємо матрицю провідностей з елементами реактивної компенсації: R b br j j YR Y j R b b j j R Множення цієї матриці на вектор вхідної напруги дає вектор вхідного струму за наявності реактивного компенсатора ~ ~ ~ i SR YRu UG, який повністю збігається з раніше визначеним вектором активного струму Фрізе, що свідчить про коректність розрахунку параметрів компенсатора. Реактивні провідності компенсатора розраховуються за (5): i A R R R AB BC CA b G; b G; b G. Їм відповідають такі параметри реактивних елементів для G=1 Cм і ω = 100π рад/с: С АВ =1.18 мф; L BC =14.02 мгн; L CA =4.81 мгн. Перелік посилань 1. Шидловский A. K., Кузнецов B. Г. Повышение качества энергии в электрических сетях. Киев: Наукова думка, c. 2. Czarnecki L. Unbalanced Power in Four-Wire Systems and Its Reactive Compensation /L. Czarnecki, P. Haley // IEEE Trans. on Power Delivery Vol.30. No.1. P Sirotin Iu. A. Fryze s compensator and Fortescue transformation // Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review) No.1. Р Анотація Доведена можливість компенсації неактивного струму Фрізе реактивними елементами при довільній комбінації параметрів лінійного навантаження та несиметричного синусоїдного джерела. Отримані формули для параметричного синтезу реактивного компенсатора трифазної трипровідної системи живлення. Ключові слова: реактивний компенсатор, трифазна система живлення. Аннотация Доказана возможность компенсации неактивного тока Фризе реактивными элетами при произвольной комбинации параметров линейной нагрузки и несимметричного синусоидального источника. Получены формулы для параметрического синтеза реактивного компенсатора трехфазной трипроводной системы питания. Ключевые слова: реактивный компенсатор, трехфазная система питания. Abstract The possibility of inactive Fryse s current compensation by reactive elements for an arbitrary combination of linear load parameters and asymmetric sinusoidal source is proved. Formulas for the parametric synthesis of a reactive compensator of a three-phase three-wire power supply system are obtained. Keywords: reactive compensator, three-phase three -wire power system. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 25 G.

26 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці КАУЗАЛЬНАЯ ДВУХЭТАПНАЯ МАРКОВСКАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ФОНЕ АДДИТИВНОГО БЕЛОГО ГАУССОВСКОГО ШУМА Вишневый С. В., к.т.н.; Ляшук А. Н.; Жук С. Я., д.т.н., проф. КПИ им. Игоря Сикорского, г. Киев, Украина Современные системы технического зрения формируют данные в виде цифровых изображений. При этом особенность объекта регистрации влияет на характер получаемого изображения. Например, одним из классов изображений являются изображения, объекты на которых представляют собой области с постоянными, либо слабо изменяющимися значениями яркости. Несовершенство аппаратуры регистрации может приводить к наличию на изображении помех. В качестве модели помехи часто применяется модель в виде аддитивного белого гауссовского шума. Таким образом, возникает необходимость в применении алгоритмов фильтрации, полученных с учётом особенностей обрабатываемых изображений, с целью подавления помех. Цифровое изображение, подлежащее обработке, можно представить в виде матрицы размером N M, где N количество строк, а M количество столбцов. Яркость элемента изображения с координатами ( nm, ) может быть обозначена как x j ( n, m ), n 1, N, m 1, M, j 1, L; L количество дискретных уровней яркости, которые соответствуют объектам, присутствующим на изображении. Индекс указывает какому дискретному уровню ярости относиться отсчет изображения. Обозначим через постоянное значение яркости отсчетов, которые соответствуют каждому объекту на изображении. На рис.1 показан пример тестового цифрового изображения с параметрами N 250, M 250, L 4, a1 210 (яркость прямоугольника), a2 150 (яркость треугольника), a3 50 (яркость круга), a4 100(яркость фона). Для последующей обработки указанные яркости пересчитываются из дискретного диапазона к диапазону 0 1: a , a , Рисунок 1. Пример тестового цифрового изображения j a , a На рис.2 показано тестовое изображение, иска- a j 26 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

27 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці Рисунок 2. Тестовое изображение, искаженное помехой с 0.15 a j женное аддитивным белым гауссовским шумом с нулевым математическим ожиданием и среднеквадратическим отклонением (СКО) Задача фильтрации сводиться к подавлению помехи и восстановлению искаженных значений яркости отсчетов изображения, полагая, что значения, j 1, L являются известными. Значение СКО помехи также считается известным и может быть оценено по имеющимся тестовым изображениям, сформированным в соответствующей системе технического зрения. Каузальная обработка предполагает учет отсчетов, которые находятся в «прошлом» относительно текущего элемента. Алгоритм каузальной марковской фильтрации получен в предположении свойства условной независимости [1]: n j m j n m j j n j m j P X P X, x, X p x P X, X x p x P X x P X x, (1) где x j текущий отсчет изображения с координатами ( nm;, ), векторы, которые содержат отсчеты изображения от начала n -й строки и от начала m -го столбца до текущей точки с координатами ( nm, ) и не включают её. В соответствии со свойством (1) процедура каузальной марковской фильтрации может быть разбита на два этапа. На первом этапе выполняется одномерная обработка изображения независимо вдоль строк и вдоль столбцов. На втором этапе производиться объединение полученных данных и вычисляется апостериорная вероятность (АВ) p( x Y ). По максимуму АВ определяется значение j и уровень яркости a j j X n X m отфильтрованного отсчета изображения. Алгоритм, который выполняется на первом этапе описан в [2]. Следуя методике [3], запишем АВ p( x j Y ) : m j (, ) j (, ) n, (, ) P Y x n m p x n m Y y n m p( x j ( n, m) Y ), (2) P Y Y, y где Y m, Y n имеют вид аналогичный X n, X m и содержат наблюдения, искаженные помехой; y( n, m ) наблюдение в текущей обрабатываемой точке; вектор Y включает в себя Y m, Y n, y( n, m ). На рис.3 и рис.4 представлены результаты фильтрации, полученные с помощью одномерного алго- m n «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 27

28 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці ритма при обработке вдоль строк, а также с помощью каузального двухэтапного алгоритма. Рисунок 3. Результат фильтрация одномерным алгоритмов вдоль строк Рисунок 4. Результат фильтрация каузальным двухэтапным алгоритмом Для рассмотренного тестового изображения, вероятность ошибки распознавания (восстановления) отсчетов изображения составила и соответственно при одномерной фильтрации вдоль строк и при каузальной двухэтапной фильтрации. Перелік посилань 1. Грузман И.С. Двухэтапная фильтрация бинарных изображений / И.С. Грузман // Автометрия С Жук С.Я. Методы оптимизации дискретных динамических систем со случайной структурой: монография / С.Я. Жук. К.:НТУУ КПИ, с. 3. Вишневый С.В. Двухэтапная каузальная фильтрация цифровых полутоновых изображений / С.В. Вишневый, С.Я. Жук // Вісник НТУУ КПІ Серія Радіотехніка. Радіоапаратобудування Вип. 41. С Анотація Виконано аналіз алгоритму каузальної двоетапної марківської фільтрації цифрових зображень із областями, що мають постійні рівні яскравості, при наявності завади у вигляді адитивного білого гаусівського шуму. Представлено результати моделювання при фільтрації тестового зображення. Ключові слова: двоетапна фільтрація, апостеріорна імовірність. Аннотация Выполнен анализ алгоритма каузальной двухэтапной марковской фильтрации цифровых изображений с областями, имеющими постоянные уровни яркости, при наличии помехи в виде аддитивного белого гауссовского шума. Представлены результаты моделирования при фильтрации тестового изображения. Ключевые слова: двухэтапная фильтрация, апостериорная вероятность. Abstract It is analyzed the algorithm of causal two stage Markov filtering of digital images with regions of constant levels of intensity with presence of additive white Gaussian noise. The results of filtering of modeled test image are presented. Keywords: two stage filtering, a posteriori probability. 28 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

29 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці ДІАГНОСТИКА ПАСИВНИХ КІЛ МЕТОДОМ ВУЗЛОВИХ ОПОРІВ Циганчук Т. Г., студент; Булашенко А. В., ст. викладач; КПІ ім. Ігоря Сікорського, м. Київ, Україна Останнім часом одним з інтенсивно розвиваючих розділів теорії кіл є діагностика електричних кіл. Дослідження питань діагностики електричних кіл залишається актуальним, оскільки існує необхідність в її здійсненні для профілактики відмов електричного обладнання, що ведуть до значних матеріальних затрат чи загрозі людського життя. Під діагностикою електричних кіл розуміють визначення невідомих параметрів електричного кола за відомих топології кіл, частини параметрів кола та її реакції на різні дії. Тестова діагностика багатополюсника П (рис. 1 а), що спостерігається за напругою пасивного, топологічна структура якого не відома. Задачу тестової діагностики можна вважати розв язаною, якщо знайти матрицю вузлових провідностей кола: Y 11 Y 1n Y = n,n =, Y n1 Y nn де: (n + 1) число вузлів кола. Матриця Y 1 = Z = n,n матриця вузлових опорів. Метод вузлових опорів метод діагностики пасивних електричних кіл, який заснований на дослідному визначенню вузлових опорів Z ij, де i, j = 1, 2. n, і подальших числових розрахунків матриці Y = Z 1. Для того, щоб реалізувати метод вузлових опорів між вузлами 0 та 1 багатополюсника П (рис. 1 б) необхідно ввімкнути джерело струму 1А. У випадку першого діагностичного досліду були виміряні вузлові напруги U 1 i, i = 1,2. n, що задовольняють систему рівнянь, в якій невідомими є коефіцієнти матриці Y: Y 11 Y 1 1n U 1 1 = J. Y n1 Y 1 nn U n 0 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 29

30 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці Рисунок 1 Для однозначного визначення коефіцієнтів матриці Y необхідно провести ще (n 1) дослідів [2]. В кожному j-му досліді необхідно між вузлами 0 та j (рис. 1 в) підключити джерело струму, щоб забезпечити задаючий струм j-го вузла рівним 1 А. Після цього вимірюють n вузлових напруг U i j, i = 1,2. n. Система рівнянь набуває вигляду: Y 11 Y 12 Y 1j Y 1n 0 j Y 21 Y 12 Y 1j Y 2n U 2 0 = Y j1 Y j2 Y jj Y jn 1 U j J 1 Y n1 Y n2 Y nj Y nn j U 0 n де: U j i, i = 1,2. n вузлові напруги, що виміряні в j-му дослідженні, а J J = 1 A. Поєднуємо данні системи: 1 1 j Y 11 Y 12 Y 1j Y 1n U 1 U 2 U n 1 U Y 21 Y 12 Y 1j Y 2n U 2 U j n 2 U U 2 2 Y j1 Y j2 Y jj Y 1 2 j = n jn U j U j U j U j Y n1 Y n2 Y nj Y nn 1 2 j n U n U n U n U n J J = 0 0 J. j J n або: Y U = J. Здійснюючи досить точні вимірювання напруг, їх значення будуть чисельно співпадати зі значенням вузлових напруг, тобто U j i = Z ij. Тоді розв язок задачі діагностики має вигляд: 1 1 Y 11 Y 12 Y 1j Y 1n U 1 U Y 21 Y 12 Y 1j Y 2n U 2 U 2 Y j1 Y j2 Y jj Y 1 2 jn U j U j Y n1 Y n2 Y nj Y nn 1 2 U n U n U 1 j U 1 j U 2 j U j j U n j n U 1 n U 2 U j n U n n 1 = 30 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

31 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці Z 11 Z 12 Z 1j Z 1n Z 21 Z 12 Z 1j Z 2n =. Z j1 Z j2 Z jj Z jn Z n1 Z n2 Z nj Z nn Таким чином, сформувавши за даними діагностичних дослідів матрицю вузлових опорів Z можна розрахувати шукану матрицю Y = Z 1. При досить малих похибках (0.01-3%) результати діагностики виявляються досить точними. Зі збільшення похибки (7%) погіршується точність розв язку, а отже визначити структуру невідомого кола виявляється неможливо. Перелік посилань 1.Панкин А.М. Качественное определение информативности измерений в резистивной цепи при диагностировании параметров ее элементов // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество» / Пенза, с Демирчан К.С. Проблемы диагностики электрических цепей // Диагностика и специальные методы анализа электрических цепей: труды ДВПИ. Владивосток: ДВПИ, Т.105. с Быковская Л.В. Методы исследования дифференцирующих и интегрирующих электрических цепей / Л.В. Быковская, Д.Р. Каримов// Вестник Оренбургского государственного университета с Васьковская Т.А. Диагностика сложных резистивних цепей по частям // Шестая международная научно-техническая конференція студентов и аспирантов: Тезисы докладов. В 3-х т. М.: МЭИ, т С Анотація У статті розглянутий метод діагностики пасивних електричних кіл методом вузлових опорів. Ключові слова: діагностика, метод вузлових опорів. Аннотация В статье рассмотренный метод диагностики пассивных электрических цепей методом узловых сопротивлений. Ключевые слова: диагностика, метод узловых сопротивлений. Abstract The abstracts discussed the method diagnostics of passive electric circuits by method of nodal resistances is considered. Keywords: diagnostics, nodal resistance method. 1 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 31

32 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці СЕЙСМИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ ДЛЯ ЗАДАЧ ОБНАРУЖЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА Вистезенко Е. В., Мовчанюк А. В., к.т.н. доцент; Бойко Р. Д. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», г. Киев, Украина. Сейсмические датчики используются для обнаружения сейсмических колебаний, распространяющихся в грунте. Детектирование сейсмических колебаний применяется для решения большого количества задач от георазведки, промышленного мониторинга до применения в охране периметра. В данном докладе будет рассмотрена задача обнаружения человека с помощью возбуждаемых им при ходьбе сейсмических колебаний. Любое ударное воздействие на грунт является источником сейсмических колебаний. В тоще земли возникает целый набор волн, общепринятой является классификация волн на основе направление колебаний частиц по отношению к направлению распространения волнового фронта. Согласно данной классификации выделяют: продольные, поперечные, волны Рэлея, волны Лява. Продольные и поперечные волны слабо затухают с глубиной что обусловливает их равномерное распространение в трех координатах. Амплитуда данных типов волн с расстоянием от источника уменьшается по закону 1/r. В то время как поверхностные волны Рэлея и Лява затухают с глубиной, что приводит к их распространению только вблизи поверхности. Для поверхностных волн амплитуда с расстоянием уменьшается по закону 1/r 0.5 [1]. Не менее важной особенностью является распределение энергии в разных типах волн. Волны Рэлея переносят 67% энергии удара, поперечные волны 26% а продольные 7% [2]. Волны Рэлея представляет из себя волну с эллиптической поляризацией с преобладающей вертикальной компонентой. Для задачи регистрации шагов человека наиболее информативной является вертикальная составляющая волны Рэлея. Для регистрации шагов человека был выбран индуктивный датчик скорости (велосиметр) с вертикальной ориентацией. Датчик GS-ONE фирмы Geospace Technology обладает наивысшей чувствительностью в своем классе, 85 В/м/с, и резонансной частотой 10 Гц. Конструктивно датчик представляет из себя две последовательно соединенные катушки, намотанные в противоположном направление на подпружиненном каркасе, помещенном в постоянное магнитное поле корпуса датчика. При смещении корпуса относительно катушки, в ней, согласно закону Фарадея, возникает ЭДС пропорциональная скорости изменения магнитного поля. Встречное включение 32 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

33 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці катушек необходимо для минимизации влияния наведенной помехи. Для создания экспериментального стенда был собран усилитель на базе операционного усилителя LMV 321 с коэффициентом усиления 60 дб. Для записи сигнала использовалась плата АЦП ADS-1220, и штатное программное обеспечение от производителя платы АЦП. Для проверки работоспособности концепции был произведен полевой выезд, в рамках которого записаны сигналы шагов человека и собраны данные для дальнейшей классификации и обработки. На рис.1 приведена типовая форма сигнала шага человека, после фильтрации, записанного с помощью экспериментального стенда. Рисунок 1. Типовая форма сигнала шага человека. На рис.2 представлена оригинальная запись шагов человека на расстоянии 30 метров от датчика без фильтрации. Как видно из изображения, шумовая составляющая в записанном сигнале достаточно сильна что выдвигает строгие требования к системе фильтрации. Рисунок 2. Оригинальная запись шагов человека на расстоянии 30 метров от датчика без фильтрации Также следует заметить, что с увеличением расстояния до источника сигнала соотношение сигнал шум будет падать. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 33

34 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці По результатам замеров были сделаны следующие выводы: — основная энергия шага человека сосредоточенна в диапазоне частот Гц, что полностью соответствует данным приведенным в [3]. — в данной конфигурации чувствительность системы позволяет достичь дальности обнаружения в 90 м. — большая зашумленность и низкие частоты сигнала требуют применения фильтров больших порядков. — исходя из характера сигнала наиболее перспективной выглядит статистические методы обработки Перечень ссылок 1. George P. Succi, Gervasio Prado, Robert Gampert, Torstein K. Pedersen, Hardave Dhaliwal, «Problems in seismic detection and tracking», Proc. SPIE 4040, Unattended Ground Sensor Technologies and Applications II, (21 July 2000) 2. H. Miller, G. F.and Pursey, On the partition of energy between elastic waves in a semi-infinite solid, in Proc. Royal Society London, Series A, vol. 233, 1955, pp Gerard E. Sleefe, Mark D. Ladd, Timothy S. McDonald, and Gregory J. Elbring Sandia Acoustic and seismic modalities for unattended ground sensors Proc. SPIE 3713, Unattended Ground Sensor Technologies and Applications, (30 July 1999) Анотація Розглянуто типи сейсмічних коливань та особливості їх поширення. Описано датчик та експериментальний стенд. Представлено висновки зроблені на основі експериментальних даних. Ключові слова: сейсмічні коливання, індуктивний датчик, хвилі Релєя Abstract The types of seismic oscillations and peculiarities of their distribution are considered. A pilot and an experimental stand are described. Presented conclusions based on experimental data. Keywords: seismic oscillations, inductive sensor, Rayleigh wave Аннотация Рассмотрены типы сейсмических колебаний и особенности их распространения. Описаны да-тчик и экспериментальный стенд. Представлены выводы сделаны на основе экспе-риментально данных.. Ключевые слова: сейсмические колебания, индуктивный датчик, волны Рэлея 34 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

35 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці ОБМЕЖЕННЯ ПРИ ЗАСТОСУВАННІ ПАРАЛЕЛЬНИХ ОБЧИСЛЕНЬ ДЛЯ ОПТИМІЗАЦІЇ СХЕМНИХ ФУНКЦІЙ РЕА Тарабаров С. Б., Шунков В. В. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Однією з задач проектування сучасної радіоелектронної апаратури є оптимізація схемних функцій. Розробникам доводиться застосовувати ітераційні методи багатовимірної оптимізації з обмеженнями. Ефективний з точки зору швидкодії пошук екстремумів схемних функції задача нетривіальна. При оптимізації схемних функцій застосовують методи нульового (метод Хука-Дживса, метод Нелдера-Міда), першого (градієнтний метод) і другого порядку (метод Ньютона), а також, евристичні методи (генетичний метод, метод бджолиного рою). Розглянемо математичні операції, які виконуються на кожній ітерації в процесі пошуку екстремуму функції: — Матриця Гессе в методі Ньютона; — Матриця Якобі в методі Бройдена; — Розрахунок значення цілющої функції для більшості алгоритмів. Наведені вище операції є затратними з точки зору часу. Цільова функція часто є складною, тому її багатократний розрахунок займає багато часу. Матриці Гессе та Якобі також потребують розрахунку цільової функції. Оскільки матриця Гессе є квадратною, то кількість розрахунків цільової функції зростає пропорційно квадрату кількості змінних. Аналіз публікацій підтверджує, що виконання алгоритмів на багатопоточних системах дозволяє отримати багатократне прискорення обчислень [1]. При цьому найкращий результат досягається при наявності матричних операцій, оскільки графічні процесори (GPU) виконують матричні розрахунки значно швидше за центральні процесори (CPU). Відомо, що фундаментальним обмеженням прискорення обчислень є закон Амдала [2]. Для задачі, яка розділена на декілька паралельних частин, час виконання не може бути меншим за час виконання найдовшого її фрагмента. Відповідно до закону, прискорення виконання задачі на паралельній системі може бути виражено формулою 1 S, 1 p де частка обчислень, що може бути отримана тільки послідовними операціями; p кількість розрахункових вузлів (процесорів). «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 35

36 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці Графік, що ілюструє залежність прискорення обчислень від кількості процесорів для різних значень показано на рис. 1. Рисунок 1. Закон Амдала Аналіз графіку показує, що прискорення виконання програми за рахунок розділення операцій на паралельні процеси обмежено часом, необхідним для виконання послідовних операцій. Для програми, 50% операцій якої виконуються паралельним способом, максимально можливе прискорення не перевищує 2. На практиці існує розбіжність з теоретичною моделлю закону Амдала. Особливістю паралельних розрахунків на реальних системах є наявність пропускної спроможності пам яті та шин процесорів. Центральний процесор може отримувати результати обчислень від інших вузлів одночасно лише при певній кількості обчислювальних вузлів. При перевищенні цієї межі виникає черга на передачу даних по шині або по каналу зв язку між процесорами. Так само є обмеження в записі и читанні з пам яті, оскільки шина пам яті має скінченну кількість розрядів. Таким чином, існує мінімум залежності часу виконання обчислень від числа вузлів. Це означає, що в деяких задачах збільшення кількості вузлів призводить до зменшення продуктивності обчислень. Існують обмеження при розрахунках на графічних процесорах. Особливість моделі пам яті графічних процесорів не дозволяє використовувати 36 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

37 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці глобальні змінні в програмі, тому що це значно збільшує час розрахунку. Кожне обчислювальне ядро в графічному процесорі має швидкодіючу локальну пам ять, але при передачі інформації до глобальної пам яті витрачається значний час. З іншого боку, матричні операції, подібні до матричних операцій, які виконуються при обробці зображень, на графічних процесорах виконуються із значним прискоренням. Ще одним обмеженням при розрахунках на графічних процесорах є неможливість одночасного виконання різнорідних операцій. В більшості GPU можливо виконувати лише однакові операції над великими матрицями. Однією з актуальних задач проектування радіоелектронної апаратури є створення високо добротних фільтрів по заданим характеристикам. Це потребує застосування умовної оптимізації. Метою подальших досліджень є практичне вирішення цієї задачі із застосуванням паралельних обчислень. Перелік посилань 1. Реутська Ю. Ю. Підвищення ефективності цифрової обробки сигналів в радіотехнічних системах / Ю. Ю. Реутська // «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи». Київ, березня 2016 К. : НТУУ «КПІ», С Закон Амдала Режим доступу: Назва з екрану. 3. Дороганов В. С. Современные проблемы распределнных информационных систем / В. С. Дороганов. Кемерово: КузГТУ, с. (КузГТУ). Анотація Розглянуто обмеження при застосуванні паралельних обчислень в задачах пошуку екстремуму схемних функцій. Проведено аналіз найскладніших математичних операцій в ітераційних методах. Наведено основні відмінності теоретичної моделі закону Амдала від практичних результатів. Визначено напрямок подальших досліджень. Ключові слова: методи оптимізації, CPU, GPU, багатопоточність, паралельні обчислення, закон Амдала. Аннотация Рассмотрено ограничения при применении параллельных вычислений в задачах поиска экстремума схемных функций. Проведен анализ самых сложных математических операций в итерационных методах. Приведены основные отличия теоретической модели закона Амдала от практических результатов. Определено дальнейшее направление исследований. Ключевые слова: методы оптимизации, CPU, GPU, многопоточность, параллельные вычисления, закон Амдала. Abstract The restrictions in parallel computing for mathematical optimization are presented. Analyzed complex mathematical operation in iterative methods. The main differences between the theoretical model of Amdahl’s law and practical results are given. Defined further research direction. Keywords: optimization methods, CPU, GPU, multithreading, parallel calculations, Amdahl s law. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 37

38 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КОНФИГУРАЦИИ СЕНСОРНОЙ СЕТИ НА ТОЧНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ TDOA-ИЗМЕРЕНИЙ Товкач И. О., аспирант; Жук С. Я., д.т.н., профессор Национальный технически университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», г. Киев, Украина Для интегрального описания точностных характеристик сенсорной сети, использующей TDOA-измерения, применяется семейство изолиний СКО ошибки измерения дальности источника радиоизлучения (ИРИ), построенных в координатах x,y [1,2]. Каждая изолиния, начиная от центра, ограничивает область, где ошибка не превосходит заданного значения. По скорости изменения Рис. 1 Рис. 2 r r доп расстояний между изолиниями можно также выявить азимутальные направления, где ошибки по мере удаления от центра растут более медленно или более быстро. Графики семейства изолиний для случая СКО ошибки измерения разности расстояний v 3м, построены для двух конфигураций сенсорной сети с разным числом датчиков расположенных на окружности 100 м. Первая конфигурация сенсорной сети состоит из четырех датчиков рис. 1. При TDOA-измерениях рис. 2, СКО ошибки определения местоположения, в зависимости от направления носит неравномерный характер. В направлениях,, 120, 180, 240, 300 оно растет наиболее медленно и не превышает допустимого значения r 50, 150, 250, 350 м на расстояниях 287, 475, 603, 706 м, соответственно. На азимутах 30, 90, 150, 210, 270, 330 СКО ошибки растет наиболее быстро и не превышает допусти 0 60 r Рис «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

39 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці 150, 250, 350 м на расстояниях 309, 528, 680, 804 м, соответственно. При увеличении числа датчиков изолинии сохраняют форму концентрических окружностей и при этом существенного прироста в точности определения местоположения ИРИ не происходит. Поэтому, рассмотренная топология сети из девяти датчиков, может быть рекомендована для использования на практике, если направление появления цели неизвестно. Была также исследована конфигурация сенсорной сети из пяти датчиков, которая обладает направленными свойствами рис. 5. Для TDOA рис. 6, СКО ошибки определения местоположения: при азимуте 90 растет более медленно и не превышает допустимых значений r 50, 150, 250, 350 м на расстояниях 303, 541, 704, 835 м, соответственно; при азимуте 270 также растет более медленно и не превышает допусти- 50, 150, 250, 350 м на расстояниях 326, 559, 720, 852 м, мых значений мого значения r 50, 150, 250, 350 м на расстоянии 163, 310, 416, 492 м, соответственно. Вторая конфигурация сенсорной сети состоит из девяти датчиков рис. 3. При TDOA-измерениях рис. 4, СКО ошибки на азимутах растут равномерно и не превышают допустимых значений 50, Рис. 4 Рис. 5 Рис. 6 r соответственно; при азимутах 0, 180 растет более быстро и не превышает допустимых значений r 50, 150, 250, 350 м на расстояниях 147, 224, 268, 302 м, соответственно. Рассмотренная конфигурация сенсорной сети из пяти датчиков, позволяет в заданных секторах получить более высоки точностные характеристики при меньшем числе датчиков по сравнению с конфигурацией сети из девяти датчиков, обеспечивающей равномерную зону покрытия. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 39 r

40 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці Выводы Конфигурация из девяти датчиков, восемь из которых расположены равномерно на окружности, обеспечивает равномерную область покрытия. При дальнейшем увеличении числа датчиков, существенного прироста в точности определения местоположения ИРИ не происходит, и она может быть рекомендована, если направление появления цели неизвестно. Рассмотренная конфигурация сенсорной сети из пяти датчиков, которая обладает направленными свойствами, позволяет в заданных секторах получить более высоки точностные характеристики при меньшем числе датчиков по сравнению с равномерной конфигурацией сети. Перечень источников 1. I.O. Tovkach, S.Ya. Zhuk (2017). Recurrent Algorithm for TDOA Localization in Sensor Networks, J. Aerosp. Technol. Manag., São José dos Campos, Vol.9, 4, pp , Oct.-Dec., Симаков В.А. Построение адаптивных систем пассивной радиолокации на принципах разностно-дальномерной координатометрии / В.А. Симаков // Научные ведомости Белгородский государственный университет С Анотація За допомогою статистичного моделювання проведено аналіз впливу конфігурації сенсорної мережі і числа її датчиків на точність визначення місця розташування джерела радіовипромінювання на основі TDOA-вимірювань за допомогою сімейства ізоліній. Розглянуто конфігурації, які володіють як спрямованими, так і неспрямованими властивостями. Ключові слова: БПЛА, бездротові сенсорні мережі, TDOA-вимірювання, сімейство ізоліній. Аннотация С помощью статистического моделирования проведен анализ влияния конфигурации сенсорной сети и числа ее датчиков на точность определения местоположения источника радиоизлучения на основе TDOA-измерений с помощью семейства изолиний. Рассмотрены конфигурации обладающие как направленными, так и ненаправленными свойствами. Ключевые слова: БПЛА, беспроводные сенсорные сети, TDOA-измерения, семейство изолиний. Abstract With the help of statistical modeling, the effect of the configuration of the sensor network and the number of its sensors on the accuracy of determining the location of the radio source based on the TDOA measurements using an isoline family was analyzed. The configurations possessing both directional and non-directional properties are considered. Keywords: UAVs, wireless sensor networks, TDOA-measurement, isolines. 40 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

41 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці ЗБІЛЬШЕННЯ ТОЧНОСТІ GPS З ВИКОРИСТАННЯМ RASPBERRY PI Могильний С. Б. к.т.н., доц.; Чвикова В. С., студентка Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Іѓоря Сікорського», м. Київ, Україна Визначення точного місцезнаходження за допомогою регістратора GPS з використанням Raspberry Pi (рис. 1) дозволяє створити систему керування роботом, розширяючи спектр застосування існуючої космічної системи навігації. Складність реалізації даного проекту полягає в значній похибці визначення координат GPS-регістратором (близько 30 метрів) (рис. 2) через недостатню чутливість приймача, який не приймає сигналів, що проходять через завади типу будівельних споруд [1, 2]. Для вирішення даної проблеми пропонується застосувати машинне навчання. Знаючи точні координати Raspberry Pi та вибравши алгоритм обробки даних, можна скористатися одним з фреймворків машинного навчання. Параметрами для навчання є координати, які визначає GPS регістратор. Відомі точні координати дозволяють використати алгоритми навчання «з учителем» і «з підкріпленням». запускаємо в дію алгоритм який в ході роботи визначає вагові коефіцієнти які дозволяють корегувати отримані координати. Виконавши певну кількість вимірювань для різних локацій ми навчаємо нейронну мережу Рисунок 1. Підключення модуля GPS до Raspberry Pi значно точніше визначати координати місцезнаходження мікрокомп ютера. Вибір фреймворка для реалізації проекту досить широкий [3]. Серед тих, що розглядалися: Apache Spark відомий як частина системи Hadoop. Завдяки своїй зростаючої бібліотеці алгоритмів, Spark став надійним інструментом машинного навчання, який можна застосувати для високошвидкісної обробки даних.h2o — надає доступ до алгоритмів машинного навчання і працює з та- «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 41

42 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці кими поширеними середовищами розробки як Python, Java, Scala, R, системами big data (Hadoop, Spark) і джерелами даних (HDFS, S3, SQL, NoSQL). Caffe2 друга ітерація фреймворка Caffe від Facebook. Головні риси Caffe2 — це швидкість і модульність, тому фреймворк написаний переважно на C++. TensorFlow відкрита програмна бібліотека для машинного навчання, розроблена Google для вирішення завдань побудови і тренування нейронної мережі з метою автоматичного знаходження та класифікації образів, досягаючи якості людського сприйняття. Застосовується як для досліджень, так і для розробки власних продуктів Google. Основне API для роботи з бібліотекою реалізоване для Python, хоча також існують реалізації для C++, Haskell, Java і Go. Amazon Machine Learning надає дані з Amazon S3, Redshift і RDS для створення моделей бінарної класифікації, мультикласової класифікації та регресії, але моделі не можна експортувати.. Microsoft Azure ML Studio дозволяє користувачам створювати і тренувати моделі, перетворювати їх в API і використовувати в інших сервісах. Сервіс включає безліч навчальних алгоритмів як від Microsoft, так і від сторонніх компаній. Veles розпо- Рисунок 2. Відхилення визначених координат від реального місцеположення модуля GPS ділена платформа для створення моделей глибокого навчання. Набори даних перед відправкою в кластер можна проаналізувати і нормалізувати, а REST API дозволяє відразу використовувати модель після тренування. mlpack2 бібліотека для машинного навчання, написана на C++ і призначена для швидкого, простого і масштабування при використанні. Бібліотека має безліч алгоритмів. Neon open source-проект компанії Nervana, яка входить до складу Intel. Neon написаний переважно на Python, а багато стандартних моделей нейронних мереж доступні як готові моделі. В даній роботі вибраний фрейворк TensorFlow. Це обумовлене різними 42 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

43 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці факторами, але основний можливість подальшого розвитку проекту. TensorFlow значно масштабніший, ніж здається на перший погляд. Це бібліотека для глибинного навчання, а авторство Google допомогли TensorFlow залучити багато уваги. Але об єктивно, деякі його унікальні деталі заслуговують більш глибокого вивчення: — основна бібліотека підходить для широкого сімейства технік машинного навчання, а не лише для глибинного навчання; — лінійна алгебра та інше наповнення добре видно зовні, що сприяє більш швидкому освоєнню фреймворка; — крім основної функціональності машинного навчання, TensorFlow також включає власну систему формування логів, власний інтерактивний візуалізатор логів і навіть потужну архітектуру з доставки даних. Виконані дослідження дозволяють не лише збільшити точність визначення координат, але й знайти обмеження геометричних розмірів ділянки на місцевості, в рамках якої досягається задана точність. Це дозволяє організувати автоматизацію переміщення роботизованих платформ та дронів, які використовують для керування Raspberry Pi. Перелік посилань 1. Antijam GPS. // Aviation Week and Space Technology , c Spilker J. Signal Structure and Performance Characteristics //Navigation , c Машинное обучение. Фреймворки и платформы для разработчиков. Режим доступу: Назва з екрану. Анотація Запропонований метод зменшення похибки визначення координат за допомого. модуля GPS і мікрокомп ютера Raspberry Pi. Зроблені припущення відносно причин виникнення похибки, виконані навчання системи та оцінка точності визначення координат. Ключові слова: GPS, навігація, координати. Аннотация Предложен метод уменьшения погрешности определения координат с помощью модуля GPS и микрокомпьютера Raspberry Pi. Сделаны предположения относительно причин возникновения погрешности, выполнены обучения системы и оценка точности определения координат. Ключевые слова: GPS, навигация, координаты. Abstract A method for reducing the error in determining the coordinates using a GPS module and a Raspberry Pi microcomputer is proposed. We make assumptions about the causes of the error, complete the training of the system and evaluate the accuracy of determining the coordinates. Keywords: GPS, navigation, coordinates. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 43

44 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці МАШИННЕ НАВЧАННЯ ДЛЯ РОЗПІЗНАВАННЯ ОБ ЄКТІВ НА БАЗІ БІБЛІОТЕКИ OPENCV Могильний С. Б., к.т.н., доцент; Задорожний Г. С., студент Національний технічний університет України «Київський політехнічний Інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна OpenCV бібліотека, створена для використання у реальному часі, розвитком якої займається корпорація Intel. Бібліотека є кросплатформенною та безкоштовною для використання у межах ліцензії BSD для відкритих ресурсів. Метою дослідження є використання методів даної бібліотеки разом з машинним навчанням для розпізнавання об єктів. У роботі використана версія OpenCV 3.4.0, яка є останньою на даний час. Розглянуті 3 методи розпізнавання, а саме: — k-nearest Neighbour (knn) — Support Vector Machines (SVM) — k-means Clustering knn один із найпростіших алгоритмів класифікації доступний для контрольованого навчання, ціль якого класифікувати об єкт відносно k- того найближчого заданого елемента. Наприклад, є два типи будівель (рис. 1): сині квадрати та червоні трикутники. Кожен тип будівлі будемо називати Клас (Class). Карта, на якій зображене розташування будівель, це простір характеристик. (У нашому випадку розглядаємо двовимірні координати Х та У, але цей простір може бути N вимірним, залежно від характеристик об єкту). Додаємо новий клас зелене коло. Процес визначення класу нового елемента називається Класифікація (Classification). Залежно від k новий елемент можна віднести до того чи іншого класу, тому кожному елементу надаємо вагу, залежно від відстані до нового класу. Чим менша відстань тим менша вага. Знаходимо вагу для кожного класу, додаючи вагу всіх елементів. Класифікуємо елемент відносно більшої ваги. SVM має методи: Lineary Separable Data та Non- Lineary Separable Data. Рисунок 1. Алгоритм knn Рисунок 2. Алгоритм SVM У Line Separable Data знаходять пряму f (x) ax1 bx2 c, яка ділить данні на два регіони (рис.2). Ця лінія називається Границя Рішення (Decision Boundary). Дані, які можна розділити прямою лінією називаються 44 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

45 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці Лінійно Подільні (Linear Separable). Новий елемент стає простіше класифікувати оскільки маємо усього два варіанти (для більшої кількості параметрів використовуються гіперплощини (hyperplanes)), які розділені лінією. T Наприклад, сині значення представлені як w x b0 1, а червоні T w x b0 1. Де w (weight vector) це вектор ваги w [w 1,w 2. w n], x (feature vector) вектор характеристики x [x 1,x 2. x n] та b 0 (bias) зміщення. Вектор ваги визначає орієнтацію границі рішення, у той час як точка зміщення визначає розташування. Границю рішення можна визначити як середину між гіперплощинами (рис. 3), отже вона записується як w x b0 1. Мінімальна відстань від T допоміжного вектору до границі рішення 1 dis tan cesupp ort vectors. Треба вибрати найбільшу w Рисунок 3. Визначення границі рішення відстань до класів, тобто мінімізувати функцію L(w, b 0 ): 1 T T min L( w,b 0) w subject to ti (w x b 0) 1 i w,b0 2 де t i позначка кожного класу ti [ 1,1]. k-means Clustering. Метод має досить складне математичне пояснення, тому буде представлений поверхневий опис. Наприклад, компанія виготовляє футболки. Будується зібрана статистика про розміри (рис. 4), та, відповідно ділиться на області, щоб визначити обсяги виробництва. Потрібно розділити два типи даних (рис. 5). Крок 1: випадковим чином вибираємо два центри Крок 2: розрахунок відстані від кожної точки до центрів. Дані, ближчі до С1 позначаються «0», до С2 «1». (більше центрів більше позначень). Всі 0 позначимо червоним, 1 синім (рис. 6) Крок 3: Знаходимо середнє значення усіх синіх точок окремо, щоб знайти нове Рисунок 4. Алгоритм k-means Clustering Рисунок 5. Приклад розділення двох типів даних «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 45

46 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці положення центу. Потім знову крок 2, щоб отримати нові центри з позначенням даних 0 та 1. (рис. 7) Рисунок 6. Розрахунок відстані від точок до центру Рисунок 7. Нові центри для даних 0 і 1 min[ dis tan ce(c1,red_point) dis tan ce(c2, Blue _Point)] All Re d _ Point s All Blue _ Point s Рисунок 8. Фіксація положень центрів Повторюємо крок 2 та крок 3 поки обидва центри (рис. 8) не зафіксують свої положення (це можна зупинити, поставивши певну кількість ітерацій, або до певної точності). Ці точки це мінімум суми відстаней між даними та відповідними місцями центрів. Цей метод має багато модифікації, як наприклад, спеціальний вибір центрів, або збільшення швидкості ітерацій кроків 2 та 3. Перелік посилань 1. OpenCV dev. Open Source Computer Vision. Режим доступу: Назва з екрану. Анотація Запропоновані методи класифікації об єктів на базі бібліотеки OpenCV (Open Source Computer Vision). Тестування методів виконане на задачі розпізнавання фруктів. Зроблено порівняння точності кожного метода при однакових розмірах масивів даних, використаних для навчання. Ключові слова: OpenCV, розпізнавання. Аннотация Предложены методы классификации объектов на базе библиотеки OpenCV (Open Source Computer Vision). Тестирование методов выполнено на задаче распознавания фруктов. Сделано сравнение точности каждого метода при одинаковых размерах массивов данных, использованных для обучения. Ключевые слова: OpenCV, распознавание. Abstract Methods for classifying objects on the basis of the OpenCV library (Open Source Computer Vision) are proposed. Testing methods is performed on the problem of fruit recognition. A comparison is made between the accuracy of each method with the same size of the data sets used for training. Keywords: OpenCV, recognition. 46 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

47 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДУ ОПТИМІЗАЦІЇ СХЕМ З ФІКСОВАНИМИ ПРИРОЩЕННЯМИ ФУНКЦІЙ Тарабаров С. Б., П ятов С. В. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Сьогодні сучасність диктує свої вимоги для вирішення більшості завдань, основний акцент зроблено на обмеженості ресурсів та часу. Велику кількість задач проектування можна розв язати, використавши екстремуми функції якості радіоелектронної апаратури. Функція якості відображає степінь відповідності поточних параметрів апаратури параметрам технічного завдання на розробку. Щоб вирішити конкретну поставлену задачу потрібно правильно вибрати метод пошуку екстремуму. Обраний метод повинен давати кінцевий результат з найменшими витратами. Для знаходження екстремуму функції можна використовувати методи нульового, першого та другого порядків. Вибір методу залежить від заданої функції. Наприклад, метод Хука-Дживса (метод пробних кроків) не потребує розрахунку похідних але для знаходження екстремуму потрібна велика кількість обчислень. В свою чергу метод Ньютона характеризується розрахунком матриці Гессе, на розрахунок якої піде чимало часу, адже задана початкова функція часто є складною. Для вирішення вище вказаних проблем пропонується такий метод пошуку екстремуму, суть якого полягає у розрахунку та фіксації прирощення заданої функції. В результаті розрахунку прирощення буде отримано складові напрямку одновимірного пошуку з використанням інтерполяції. В основі методу, який розробляється можливо краще використати значення чутливостей функції. Данну ідею ще не було докладно досліджено. [1] На перших ітераціях розраховується перша похідна функції та значення прирощення функції, яке буде зафіксовано для подальшого розрахунку напрямку одновимірного пошуку. Використовуючи отримані значення складових напрямку пошуку по змінним знаходиться нова початкова точка. З нової початкової точки виконується розрахунок значення функції і повторення операцій пошуку мінімуму. Дослідивши розроблений метод на прикладі функції двох змінних f1( x1, x2) x1 4 x2 було помічено, що фіксація при- 2 2 рощень пришвидшує розрахунок складових напрямку пошуку. В цьому випадку виграш складатиме приблизно в 30 ітерацій в порівнянні з методом пробних кроків. [2] На рис. 1 показано останні кроки пошуку екстремуму. Мінімум функції було знайдено за 9 ітерацій. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 47

48 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці Таким чином, використовуючи розроблений метод мінімум функції 2 2 f1 x1 4 x2 знайдено за 6 ітерацій. Щоб оцінити якість пошуку потрібно використати значення глибини пошуку, яке розраховується за формулою q lg( f m fmin ), де f m, f min відповідно мінімальне знайдене та мінімальне точне значення функції, що досліджується. Таким чином, виграш у 3 ітерації зменшує час пошуку екстремуму фуf=x1^2+4*x2^2 3 2 x2 x Рисунок 1. Останні кроки пошуку екстремуму На рис. 2 показано за яку кількість ітерацій знайдено мінімум, використовуючи розроблений алгоритм методу. x1 60 f=x1^2+4*x2^ x1 Рисунок 2. Пошук екстремуму з використанням фіксації прирощення функції 48 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

49 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці нкції, що є одною основних задач оптимізації. Якщо провести більш детальний аналіз методу то можна знайти виграш не лише в кількості ітерацій, а й в швидкодії методу при високій заданій точності пошуку (10-6 ). Дослідження точності і швидкодії методу пошуку екстремуму було проведено з різних початкових точок багатовимірного простору. Наступним етапом дослідження є розробка програми, в основі якої буде метод оптимізації схем з фіксованими прирощеннями. Програма розробляється для автоматизованого пошуку екстремуму, яка повинна пришвидшити проведення детального порівняння з класичними методами пошуку екстремуму на прикладах функцій двох, трьох та чотирьох змінних. Перелік посилань 1. Б.Банди. Методы оптимизации. Вводной курс. Москва : Радио и связь, Пантелеев А. В. Методы оптимизации в примерах и задчах / А. В. Пантелеев, Т. А. Летова. Москва: высшая школа, с. Анотація Розроблено метод оптимізації схем з фіксованими прирощеннями функцій. Досліджено ефективність пошуку екстремуму функції з фіксацією її прирощення. Наведено приклади існуючих рішень. Проведено аналіз отриманих результатів. Наведено основні теоретичні відомості, які використовувалися для розробки методу. Ключові слова: екстремум, методи оптимізації, кількість ітерацій, ефективність, глибина пошуку. Аннотация Разработан метод оптимизации схем с фиксированными приращениями функций. Исследована эффективность поиска экстремума с фиксацией ее приращения. Приведены примеры существующих решений. Проведен анализ полученных результатов. Приведены основные теоретические сведения, которые использовались для разработки метода. Ключевые слова: экстремум, методы оптимизации, количество итераций, эффективность, глубина поиска. Abstract A method for optimization of schemes with fixed increments of functions has been developed. The efficiency of the search for an extremum with fixation of its increment is investigated. Examples of existing solutions are given. The analysis of the obtained results is carried out. The main theoretical information that was used to develop the method is given. Keywords: extremum, optimization methods, number of iterations, efficiency, depth of search. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 49

50 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ АДАПТИВНЫХ КОМПЕНСАТОРОВ ПОМЕХ НА ОСНОВЕ LMS- АЛГОРИТМА Семибаламут К. М. 1 ; Литвинцев С. Н. 2, Жук С. Я. 2, д.т.н., профессор 1 Военно-дипломатическая академия имени Евгения Березняка, г. Киев, Украина 2 Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», г. Киев, Украина Одним из способов защиты радиоэлектронных средств различного назначения от преднамеренных и непреднамеренных радиоэлектронных помех является применение пространственной селекции сигналов с помощью антенн, которые имеют острые диаграммы направленности (ДН) и малые уровни боковых лепестков. Однако, существует ряд ситуаций, когда для обеспечения требуемого отношения сигнал/помеха необходимо дополнительное снижение влияния радиопомех, которые принимаются по боковым лепесткам. Задача эта актуальная как с точки зрения защиты от помех, так и для обеспечения электромагнитной совместимости близко расположенных радиоэлектронных средств. Известно ряд схемных решений для построения адаптивных компенсаторов помех (АКП), которые позволяют динамически изменять ДН антенны в области боковых лепестков, что важно при нестационарной радио-электронной обстановке [1]. Структурная схема цифровой линейной антенной решетки на Рис. 1. основе многоступенчатого АКП приведена на рис. 1. Блок многоступенчатого цифрового АКП представляется в виде ступенчатых структур составленных из модулей одноступенчатых параллельных весовых сумматоров [2, 3]. Как известно, широкое распространение для адаптивной настройки весовых коэффициентов АКП получил LMS-алгоритм [1], который относится к классу алгоритмов стохастического градиентного поиска и обеспечивает квазиоптимальное решение определения весовых коэффициентов весовых сумматоров (модулей) по критерию минимума среднего квадрата ошибки при априорной неопределенности характеристик помех. 50 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

51 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці Вычисление весовых коэффициентов на основе LMS-алгоритма для модулей первой ступени выполняется по формуле [4]: T где ( i) x ( i). x ( i) 1 1 βˆ j,1 β T ˆ ˆ * ˆ j,1 ( i) β j,1( i 1) 2 x 1( i) x j( i) 1 ( i) j,1( i 1) x β, (1) x вектор, отсчетов помеховых сигналов на входах k компенсационных каналов АКП j 1, k на i -ом шаге (итерации); шаговый множитель, определяющий скорость адаптации итерационного процесса и устойчивость адаптации; * знак комплексного сопряжения. Определение весовых коэффициентов для модулей второй и последующих ступеней выполняется аналогично (1), но с использованием ортогонализированных регрессоров [4] и векторов остатков последующих ступеней. Для анализа эффективности компенсации помех многоступенчатыми АКП на основе LMS-алгоритма вычисления весовых коэффициентов выполнено компьютерное моделирование его работы. Результаты моделирования представлены на рис. 2 в виде зависимостей мощности ошибок компенсации помех на выходе АКП от шага настройки (итерации). Для сравнения на рис. 2 приведены кривые адаптации для АКП, построенного по известной схеме одноступенчатого параллельного весового суммирования [1]. Моделирование выполнено для цифровой линейной эквидистантной антенной решетки с полуволновым расстоянием между приемными элементами решетки и АКП: 2-х ступенчатого, 3-х ступенчатого и 6-ти ступенчатого. Мощность ошибок компенсации помех, дб Обусловленность КМ помех — 1,5 дб Одноступенчатый АКП 6-ти ступенчатый АКП 2-х ступенчатый АКП 3-х ступенчатый АКП Количество итераций, n Рис. 2. Исходные данные для моделирования выбраны следующие: количество приемных элементов основного канала антенной решетки N=6; количество компенсационных каналов АКП m=6; сигнал основного канала формируется путем суммирования входных сигналов x ( i), n 1, N антенной реше- Мощность ошибок компенсации помех, дб Количество итераций, n n Обусловленность КМ помех — 21 дб 6-ти ступенчатый АКП Одноступенчатый АКП 2-х и 3-х ступенчатый АКП «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 51

52 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці тки (рис. 1); в качестве компенсационных каналов используются каналы антенной решетки с номерами ; количество постановщиков активных шумовых помех (ПАП) 2; положения ПАП на азимутах: 35 и -35; суммарная мощность ПАП по отношению к уровню собственных шумов приемных каналов 600, которая создает помеховую обстановку, характеризуемую хорошей (1,5 дб) и плохой (21 дб) обусловленностью корреляционной матрицы (КМ) помех [2, 3]. Размер шагового множителя выбран для всех схем АКП и ситуаций равным 1, , что обеспечивает устойчивость адаптации и приемлемый уровень шумов градиента. Результаты моделирования (рис. 2) подтверждают практически равную эффективность рассмотренных схем АКП по уровню мощности ошибок компенсации помех, а также демонстрируют потенциальные возможности ускорения переходных процессов для схем многоступенчатых АКП в условиях плохой обусловленности КМ. Перечень источников 1. Monzingo, Robert A. Introduction to adaptive arrays / Robert A. Monzingo, Randy L. Haupt, Thomas W. Miller. -2nd ed. Scitech publishing, inc p. 2. Жук С.Я., Семибаламут К.М., Литвинцев С.Н. Многоступенчатая адаптивная компенсация активных шумовых помех с блочной ортогонализацией сигналов компенсационных каналов. Изв. вузов. Радиоэлектрон Т. 60, 6 (660). С Жук С.Я., Семибаламут К.М. Двухступенчатая адаптивная компенсация активных шумовых помех с ортогонализацией сигналов части компенсационных каналов. Вестник НТУУ КПИ. Серия Радиотехника, радиоаппаратостроение С Жук С.Я., Семибаламут К.М. Определение весовых коэффициентов двухступенчатого автокомпенсатора на основе LMS-алгоритма и корреляционных характеристик помех. Вестник НТУУ КПИ. Серия Радиотехника, радиоаппаратостроение С Анотація Виконано комп ютерне імітаційне статистичне моделювання та аналіз ефективності роботи цифрових багатоступеневих адаптивних компенсаторів активних шумових перешкод на основі LMS-алгоритму. Ключові слова: Активна шумова перешкода, багатоступеневий адаптивний компенсатор перешкод, LMS-алгоритм. Аннотация Выполнено компьютерное имитационное статистическое моделирование и анализ эффективности работы цифровых многоступенчатых адаптивных компенсаторов активных шумовых помех на основе LMS-алгоритма. Ключевые слова: Активная шумовая помеха, многоступенчатый адаптивный компенсатор помех, LMS-алгоритм. Abstract Computer simulated statistical modeling and analysis of the efficiency of digital multistage adaptive compensators for active noise interference based of the LMS-algorithm. Keywords: Active noise interference, multistage adaptive compensator of active noise interference, LMS-algorithm. n1, m 52 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

53 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці РЕСТАВРАЦІЯ ЗОБРАЖЕНЬ В БАЗИСІ ПЕРЕТВОРЕННЯ АДАМАРА Сушко І. О., к.т.н.; Лащевська Н. О., к.т.н. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна На сьогоднішній день багато галузей діяльності людини в тій чи іншій мірі пов язані з обробленням сигналів та зображень, в тому числі медичні системи обробки даних, системи спостереження, охоронні системи тощо. Однією з важливих задач оброблення сигналів є задача їх реставрації (відновлення). При передачі інформації сигнал спотворюється за рахунок неточковості результуючої імпульсної характеристики системи відображення, шумів, певних систематичних похибок та ін. Результат реставрації значною мірою залежить від наявності апріорної інформації про джерело спотворення (деградації) сигналу та зображення. Одним з методів, що потребує мінімальної апріорної інформації для вирішення задачі реставрації, є метод умовної деконволюції. Реалізація методу можлива в натуральних координатах та в базисах різних ортогональних перетворень (Фур є, Адамара) [1]. В даній роботі представлено результати реставрації зображень з накладанням шумів, що різняться за рівнем в області перетворення Адамара, оскільки реставрація в натуральних координатах є задачею занадто громіздкою, а розв язання даної задачі в базисі перетворення Фур є пов язане з проявом ефекту розмиття границь сигналу (образу). Для реалізації запропонованої модифікації методу реставрації в базисі функцій Адамара використовуються алгоритми символьного формування матричних операндів реставрації, які дозволяють підвищити точність та швидкодію процесів формування розв язків. Оцінка спектру зображення в області ортогонального перетворення Адамара має вигляд [2]: ˆ 1 1 T fhad [ G2Had c2had ] G 1Had LHad (1) де f ˆHad, L Had стовпці відліків спектрів Адамара реставрованого та деградованого образів відповідно розміру N 1; T 1 Had G блочно-діагональна матриця Had G1 Had порядку N; T T T 2 Had N 2 N N N T T T 2 Had N N G Had G Had та с Had с2 Had ; G матричний оператор дискретної згортки порядку N; c матричний дискретний оператор умови «гладкості» оцінки порядку N ; «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 53 T T

54 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці Блочний характер матриць дозволяє проводити обернення матриць для кожного блоку окремо, що значно пришвидшує процедуру їх обчислення та зменшує накопичення операційної похибки результатів реставрації [2]. В програмному пакеті Matlab була написана програма для реставрації образів за методом умовної деконволюції в базисі трансформант перетворення Адамара. Алгоритм реставрації двовимірних сигналів включає в себе наступні кроки: 1. Формування двовимірної матриці деградації образу за допомогою символьного методу для будь-якого порядку матриці, який залежить від розміру зображення, що реставрується. 2. Для блоків різного порядку N, для двовимірного образу формат N 2 2, побудовані блочно-діагональні матриці. 3. Для розв язання задачі реставрації необхідно обчислити обернену матрицю деградації. Оскільки вона приведена до діагонального вигляду, задача зводиться до обчислення зворотних значень елементів діагоналі. 4. Отримання результатів реставрації з використанням моделі деградації для двовимірного образу за (1). Вирішення задачі реставрації зображень в області перетворення Адамара відбувалося при різних значеннях дисперсії шуму деградованого сигналу (від 0,001 до 1). Вихідні, деградовані та реставровані зображення представлено на рис. 1, рис. 2. та рис. 3 відповідно. N Рисунок 1. Вихідні зображення. Рисунок 2. Спотворені зображення з середньоквадратичним відхиленням адитивного шуму σ=0,8 та σ=0,9 відповідно. 54 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

55 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці Рисунок 3. Реставровані зображення в базисі перетворення Адамара. За отриманими результатами за візуальною оцінкою можна зробити висновок, що отримані реставровані зображення в області перетворення Адамара мають достатню якість та інформативність без проявів ефекту Гіббса. В подальшому планується провести роботу для визначення кількісної оцінки реставрованого зображення. Перелік посилань 1. Рибін О. І. Аналіз лінійних систем в області трансформант перетворення Уолша-Адамара / О. І. Рибін, А. П. Ткачук // Вісник НУТУ «КПІ». Сер. Радіотехніка. Радіоапаратобудування С Иванюк Н.А. Реставрация образов методом условной деконволюции в базисе дискретного преобразования Адамара / Н.А. Иванюк, А.И. Рыбин // Радиоэлектроника С (Изв. вузов). Анотація В роботі представлені результати реставрації деградованих зображень з різною дисперсією шуму за методом умовної деконволюції в області перетворення Адамара. Отримані реставровані зображення в області перетворення Адамара мають достатню якість та інформативність без проявів ефекту Гіббса. Ключові слова: умовна деконволюція, перетворення Адамара, матриця деградації образу. Аннотация В работе представлены результаты реставрации деградированных изображений с разной дисперсией шума методом условной деконволюции в области преобразования Адамара. Полученные изображения в области преобразования Адамара имеют достаточное качество и информативность без проявлений эффекта Гиббса. Ключевые слова: условная деконволюции, преобразования Адамара, матрица деградации образа. Abstract The results of degradation images restoration with different values of noise dispersion by conventional deconvolution method in Hadamard transformation field are presented. The resulted images have sufficient quality and informativeness without Gibbs effect. Keywords: conventional deconvolution, Hadamard transformation, image degradation matrix. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 55

56 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці ОЦІНЮВАННЯ 3D ПРОФІЛЮ ПОВЕРХНІ ФІЛЬТРОМ КАЛМАНА ПО ІНТЕРФЕРОМЕТРИЧНИМ КАРТИНАМ Йосипок В. В.; Шпилька О. О., к.т.н. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Безконтактні методи дослідження поверхонь об єктів, без безпосереднього впливу на них, користуються попитом в медицині, метрології, криміналістиці, матеріалознавстві та інших областях діяльності людини. Традиційно для подібних досліджень використовують інтерференційні методи, так як вони забезпечують найвищу точність та роздільну здатність. Для фізичних вимірів в технічних пристроях широко використовують інтерферометр Майкельсона. В якому значення електричного поля опорної та вимірювальної інтерференційних хвиль у фіксованій точці спостереження (x, y) визначаються наступним чином: E ( t) ( t)exp( j2 t ); 1i i i 1 E2i ( t) ri ( t )exp[ j2 i( t )], де індекс i позначає різні хвильові цуги з амплітудами i() t і частотами в середині вузької спектральної зони, враховувати без загальних втрат, / c 2 z / c час затримки випромінюваної хвилі, а c швидкість світла. Потужність i() t вважається некогерентною одна з одною, а інтенсивність світла на виході інтерферометра визначається усередненням по ансамблю хвилеподібних цугів, як 2 2z I( z ) E 1i( t ) E 2i( t ) I0 1 V( z )cos 2 0, i c (1) 2z де усереднене значення інтенсивності світла; V( z) i(t) it c i функція когерентності; різниця оптичного ходу хвильових цугів по опорному та вимірювальному каналу. Для відновлення профілю поверхні набирається фрейм таких інтерефернційних картин для різних значень z, де відповідна точка кожної картини утворює інтерферометричний сигнал (рис 1). Висота профілю Рисунок 1. Інтерферометричний сигнал поверхні h, що відповідає точці (x, y) I 0 56 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» i 1 початкова фаза, яку можна не z

57 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці v 0 частота світло- I,V,. Дискретна лінійна фільтрація Калмана, зазвичай, визначена за допомогою векторного рівняння спостереження: 2kz yk Ik Vk cos2v0 k nk c і рівняння еволюції системи в просторі: k k 1 wk де I k невідоме значення інтенсивності фонового освітлення; V k невідома амплітуда огинаючої інтерферометричного сигналу; невідоме значення фази інтерферометричного сигналу; крок зміни довжини оптичного шляху вимірювального плеча інтерферометра; вого випромінювача; шум спостереження з нульовим математичним в фреймі картин, міститься в фазі цього сигналу. Таким чином актуальною являється задача оцінювання фази інтерферометричного сигналу в кожній точці (x, y) фрейму інтерференційних картин. Для оцінювання параметрів інтерференційного сигналу (1), використаємо дискретний фільтр Калмана, з вектором стану T n k 2 n z k очікуванням і дисперсією ; wk ( ) вектор шуму збудження моделі, який враховує зміну невідомих коефіцієнтів на інтервалі виміру, з нульовим ма тематичним очікуванням і кореляційною матрицеюdiag I, V,. Результат оцінювання фази за допомогою фільтра Калмана по фрейму інтерференційних картин для зрізу оптоволоконної жили діаметром 125мкм зображена на рис. 2а. Як видно з результатів моделювання отриманий профіль поверхні являється згорнутим по модулю 2, тому необхідно виконати двовимірне розгортання отриманого профілю. ˆk а Рисунок 2 Розгортання фази являє собою реконструкцію функції (x, y) для якої б «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 57

58 Радіотехнічні кола та сигнали. Обчислювальні методи в радіоелектроніці виконується залежність (x, y) (x, y)mod2. Метод розгортання, що використовується, побудований на оцінці дискретних часткових похідних функції, які можуть бути оцінені з помилкою рівною цілому числу 2. Це приводить до задачі мінімізації з цілими змінними: зважене відхилення між оціненими та невідомими дискретними похідними нерозгорнутої фази мінімізується з урахуванням обмеження на те, що дві функції не повинні відрізнятися на число кратне 2. За допомогою цього обмеження обмежується розповсюдження помилок, і згортка по модулю 2 розгорнутої фази, ідентична оціненій за допомого фільтра Калмана. Результати розгортання фази (x, y) зображені на рис. 2б (x,y) Перелік посилань 1. Васильев В. Н., Гуров И. П. Компьютерная обработка сигналов в приложении к интерферометрическим системам СПб.: БХВ Санкт-Петербург, с. ил. 2. M. Costantini A Nowel Phase Unwrapping Method Baset on Network Programming, IEEE Trans. Geosci. Remote sensing, vol. 36, pp , May Юдин Д. Б., Гольдштейн Е. Г. Линейное программирование. Теория, методы и приложения. — М.: Наука, с. Анотація Представлений динамічний метод вимірювання 3D профілю поверхні з використанням фільтру Калмана для оцінки фази інтерференційного сигналу. На основі методів лінійного програмування проводиться розгорнення отриманих значень фаз, що може бути промасштабовано до реальних значень розмірів профілю поверхні. Ключові слова: Калманівська фільтрація, лінійне програмування, інтерференційний сигнал. Аннотация Представлен динамический метод измерения 3D профиля поверхности с использованием фильтра Калмана для оценки фазы интерференционного сигнала. На основе методов линейного программирования проводится разворачивание полученных значений фаз, что может быть промасштабировано к реальным значениям размеров профиля поверхности. Ключевые слова: Калмановская фильтрация, линейное программирование, интерференционный сигнал. Abstract A dynamic method for measuring the 3D surface profile using a Kalman filter for estimating the phase of the interference signal is presented. On the basis of linear programming methods, the resulting values of phases are unwraped, which can be scaled to real values of the surface profile sizes. Keywords: Kalman filtration, linear programming, interferential signal. 58 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

59 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка Секція 2. Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка. Методи та засоби проектування радіоелектронної апаратури, включаючи розв’язання схемотехнічних, конструкторських та технологічних проблем; системи автоматизованого проектування; методи та засоби забезпечення якості радіоелектронної техніки та підтримання її працездатності під час експлуатації. Проектування та застосування технологічної ультразвукової апаратури. Керівник секції: д.т.н., проф. Зіньковський Ю. Ф. Секретар секції: Новосад А. А. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 59

60 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка СИНТЕЗ КВАЗІЗОСЕРЕДЖЕНИХ РЕАКТИВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ НА ОСНОВІ КРИСТАЛОПОДІБНИХ СТРУКТУР ЗА ДОПОМОГОЮ ШТУЧНОЇ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ Ковбич А. О., студент; Адаменко В. О.; Адаменко Ю. Ф., к. т. н. КПІ ім. Ігоря Сікорського, м. Київ, Україна а б Рисунок 1. Зовнішній вигляд ємнісної (а) та індуктивної (б) ЕК-неоднорідності Фільтри на основі кристалоподібних структур (КС) широко використовуються при проектуванні сучасних НВЧ пристроїв, і хоч вони мають значне теоретичне підґрунтя під собою, але їх моделювання є досить витратним процесом з точки зору часу та машинних ресурсів. В даній роботі представлено результати використання штучних нейронних мереж (ШНМ) для синтезу конструкцій КС (наприклад, з [1]) за заданими частотними характеристиками (ЧХ) з метою пришвидшення процесу проектування фільтрів. У загальному випадку ємнісна чи індуктивна електромагнітно-кристалічна неоднорідність (ЕК) [1] є реактивним елементом, на основі якої можна спроектувати фільтр (рис. 1), що описується певним набором параметрів ЧХ. Ці параметри подаються на вхід ШНМ, а як результат роботи отримаємо геометричні параметри ключового елементу структури. Для ємнісної ЕК-неоднорідності основними показниками є діаметр зони металізації та товщина діелектрика під цією зоною. Для індуктивної ЕК-неоднорідності діаметр наскрізного отвору та навісного провідника над ним. Моделювання структур виконувалось за допомогою програмного пакету CST Microwave Studio, що дозволило отримати велику кількість тренувальних даних для ШНМ. Параметри ємнісної та індуктивної ЕК-неоднорідностей: матеріал підкладки Rogers RO3010 з товщиною 1,27 мм, товщиною металізації 0,035 мм; ширина 50-омного сигнального провідника 1,1 мм; діелектрик має форму квадрату, розміри якого у два рази більші діаметру ЕК-неоднорідності. Для ємнісної ЕКнеоднорідності діаметр змінювався в межах 6 10 мм з кроком 0,2 мм, товщина діелектрика в межах 0,17 1,17 мм з кроком 0,05 мм. Для індуктивної ЕК-неоднорідності діаметр отвору змінювався в межах 6 10 мм з кроком 0,4 мм, діаметр навісного дротового провідника 0,02 0,5 мм з кроком 0,04 мм. Таким чином, для навчання ШНМ було отримано ЧХ для 441 варіанта ємнісної та 143 варіантів індуктивної ЕК-неоднорідності. ШНМ для ємнісної ЕК-неоднорідності буде шукати відповідність між наступними даними: 60 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

61 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка Tmin, Fmin, F1, F2, F0, F1( 3 db), F2( 3 db) ШНМ dс, b де та мінімальне значення коефіцієнта проходження та відповідна йому частота; частоти мінімумів коефіцієнта відбиття; середнє значення між частотами ; та частоти, F 0 T min F min F 1 та F 2 F 1 та F 2 F1( 3 db) F2( 3 db) які відповідають смузі 3 дб по коефіцієнту відбиття; та b діаметр отвору та товщина діелектрика ЕК-неоднорідності. Для індуктивної ЕК-неоднорідності відповідність буде знаходитись між наступними даними: Tmin, Fmin, F1, F2, F0, F1( 3 db), F2( 3 db) ШНМ dl, d p де d L діаметр отвору; діаметр навісного провідника. Сама ШНМ була створена за допомогою мови програмування Python та додаткових бібліотек для цієї мови програмування, а саме CNTK та Keras. Даний набір прикладного програмного забезпечення дозволяє створити ШНМ будь-якої складності для різноманітних задач [2]. Обрано багатошарову нейронну мережу (глибока ШНМ) прямого поширення, наступної архітектури: вхідний шар 1000 нейронів (Жорстка сигмоїда), перший прихований 500 (Гіперболічний тангенс), другий 250 (Сигмоїда), вихідний 2 (Лінійна). Методом оптимізації обрано стохастичний градієнтний спуск з моментом. Тренування виконувалося протягом 1600 епох для ємнісної неоднорідності та протягом епох для індуктивної. Після експериментальних досліджень така архітектура була обрана як найбільш оптимальна з точки зору часу та швидкості навчання. Результатом навчання стали дві ШНМ для обох структур, кожна з яких може генерувати геометрію потрібної ЕК-неоднорідності за заданими параметрами частотних характеристик. Перевірка роботи ШНМ виконувалась наступним чином: у ШНМ вводились параметри ЧХ бажаного фільтра, отримувались параметри геометрії, яка моделювалась у CST Microwave Studio, надалі змодельована ЧХ порівнювалися з бажаною ЧХ. Так, для ШНМ, яка моделює ємнісну ЕКнеоднорідність, задано наступні параметри ЧХ фільтра та отримано результати: 16;3;0,1; 6,3; 3,2; 0,3; 6 ШНМ 7,9; 0,27 Тобто ШНМ запропонувала структуру, у якій діаметр ЕКнеоднорідності складав 7,9 мм, товщина діелектрика під неоднорідністю 0,27 мм. На рис. 2 наведено результати моделювання цієї структури в CST Microwave Studio. Результат моделювання підтвердив високу точність даного способу синтезу, так, на заданих частотах зрізу F1( 3 db) та F2( 3 db) отри- d p d C «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 61

62 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка отримано послаб- мано послаблення 3,32 та 2,81 дб відповідно; на лення 16,2 дб. Рисунок 2 Результати моделювання отриманої структури ємнісної неоднорідності F min Витрати часу для створення навчальної вибірки та навчання ШНМ склали близько 12 годин на кожну неоднорідність, що більше, ніж зазвичай потрібно на моделювання однієї структури в CST Microwave Studio. Проте використання останньої потребує порівняно високої кваліфікації робітника. Навчена ШНМ дозоляє вираховувати потрібну геометрію неоднорідності практично миттєво, при цьому не потребує специфічних знань для використання CST Microwave Studio, як, власне, і самої програми, що є актуальним з погляду на її вартість. Подальші дослідження варто спрямувати на розгляд можливості комбінування навчених ШНМ у більш складні структури, які міститимуть різні неоднорідності та проведення експериментальних досліджень для підтвердження теоретичних моделей. Перелік посилань 1. Биденко П. С. Квазисосредоточенные реактивные элементы на основе кристаллоподобных неоднородностей / П. С. Биденко, Е. А. Нелін, А. І. Назарько, Ю. Ф. Адаменко // Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника Т. 58, 11 (2015). С. ХХ ХХ 2. Benchmarking CNTK on Keras: is it Better at Deep Learning than TensorFlow? Режим доступу: Назва з екрану. Анотація Запропоновано та практично підтверджено використання штучних нейронних мереж для синтезу квазізосереджених реактивних елементів на основі кристалоподібних структур. Ключові слова: кристалоподібні структури, електромагнітнокристалічні неоднорідності, штучна нейронна мережа. Аннотация Предложено и подтверждено на практике использование искусственных нейронных сетей для синтеза квазисосредоточенных реактивных элементов на основе кристаллоподобных структур. Ключевые слова: кристаллоподобные структуры, электромагнитнокристаллические неоднородности, искусственная нейронная сеть. Abstract The usage of artificial neural networks for the synthesis of quasi-concentrated reactive elements based on crystal-like structures are proposed and confirmed in practice. Keywords: crystal-like structures, electromagnetic inhomogeneities, artificial neural network. 62 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

63 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка ВЛИЯНИЕ АРМИРУЮЩЕГО БОЛТА НА РАБОЧУЮ ЧАСТОТУ ПАКЕТНОГО ПЬЕЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Мовчанюк А. В., к.т.н., доц.; Фесич В. П., Новосад А. А. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Для получения ультразвуковых колебаний средней и большой интенсивности получили преобразователи Ланжевена на основе пьезокерамики [1, 2]. Преобразователь Ланжевена (рис. 1) состоит из пакета пьезоэлементов, включенных встречно, армирующего болта и двух частотопонижающих накладок. В случае необходимости, к одной из накладок может быть присоединен трансформатор скорости, для изменения амплитуды механических колебаний и согласования пьезопреобразователя с технологической нагрузкой. При расчете пакетного преобразователя влиянием армирующего болта пренебрегают. Это связано с тем, что акустические параметры материалов имеют большой разброс, и результаты расчетов будут отличаться от экспериментальных данных. Однако, помимо основного «рабочего» резонанса, возможно возникновение «паразитных». При этом частоты Рисунок 1. Преобразователь Ланжевена «паразитных резонансов» желательно рассчитывать, а не получать их фактические значения на основе экспериментальных данных. Поэтому учет различных факторов, влияющих на характеристики преобразователей, является актуальной задачей. Для упрощения рассмотрим пьезокерамический пакет, стянутый армирующим болтом без частотопонижающих накладок. Это позволит рассмотреть вопрос на качественном уровне. Для моделирования пьезопреобразователей удобно пользоваться прямым методом электромеханических аналогий [3]. Ток принимается пропорциональным колебательной скорости, а напряжение Рисунок 2. Т-образная схема замещения пьезоэлемента силе. При этом составные части преобразователя представляются отрезками эквивалентных длинных линий с Т или П- образными схемами замещения. Для Т- «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 63

64 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка образной схемы замещения (рис.2) связь электрических и механических параметров осуществляется при помощи электромеханического трансформатора, с коэффициентом трансформации N ( d E 33 SK E33 ) / l. Если считать K волновое сопротивление материала пьезокерамики равным произведению плотности, на скорость звука и на площадь: Z0K K ck SK, то параметры схемы замещения без учета потерь: Z l Z Z j Z tg Z j K 0K 1K 2K 0K, 3K. ck 2 l K sin При добавлении в схему армирующего болта (рис.3), колебательные скорости торцов болта и пьезокерамики должны совпадать. После преобразований, приходим к схеме (рис.4) на которой импеданс пьезокераиткт и болта в соответствующих ветвях включен последовательно. Полученная эквивалентная схема может быть использована для анализа преобразователя с частотопонижающими накладками. При этом достаточно нагрузить четырехполюсник входными импедансами накладок. Рисунок 3. Т-образная схема замещения пьезоэлемента с армирующим болтом Рассмотрим собственные колебания армированного пьезопреобразователя. Это соответствует электрическому короткому замыканию. В результате преобразований, эквивалентная схема (рис.5) приводиться к достаточно простой форме. На частоте механического резонанса входной импеданс преобразователя чисто активен и минимален. Это позволяет исключить из анализа электромеханический трансформатор. В таком случае, входной механический импеданс равен: Рисунок 4. Преобразованая Т-образная схема замещения пьезоэлемента с армирующим болтом уравнение для нахождения резонансных частот: ZBX Z3K Z3B 0,5 Z1K Z1B. Приравнивания мнимую часть входного импеданса нулю, можем получить Z0K Z 0B l K l K 0,5 Z0K tg Z0Btg. l ck 2 cb 2 K l K sin sin ck cb c K 64 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

65 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка После преобразований, получаем выражение: l Z l K 0B K cos cos 0. ck 2 Z0K cb 2 Как показывает анализ данного выражения, в зависимости от соотношения волновых сопротивлений материала болта и керамики, будет изменяться степень влияния армирующего болта на частоту основного механического резонанса. Так же видно, что помимо основного резонанса будет как минимум один побочный, определяемый армирующим болтом. Видно, Рисунок 5. Эквивалентная схема пьезоэлемента с армирующим болтом на холостом ходу что степень разнесения резонансов будет зависеть от отношения волновых сопротивлений. Помимо сдвига основной частоты, будет наблюдаться и степень сдвига частот обертонов. Как видим, в зависимости от своих акустических параметров, армирующий болт может оказать существенное влияние на частоту основного механического резонанса преобразователя Ланжевена. Перечень ссылок 1. Луговской А.Ф., Фесич В.П., Мовчанюк А.В. Ультразвуковые приводы для кавитационных технологий.- Промислова гідравліка і пневматика, 4 (22),-Вінниця, 2008, с Свердлин Г.М. Прикладная гидроакустика: Учеб. пособие.-2-е изд., перераб. и доп.-л.: Судостроение, с., ил.. 3. Ленк А. Электромеханические системы: Системы с распределенными параметрами. Пер. с нем. М.: Энергоиздат, с. Анотація Представлено еквівалентну схему заміщення п єзоперетворювача з врахуванням армуючого бовта. Наведено приведення даної схеми до еквівалентного чотириполюсника. Приведено аналітичний вираз для розрахунку резонансної частоти п єзоперетворювача. Ключові слова: п єзоретворювач, армування, резонансна частота. Аннотация Представлено эквивалентную схему замещения пьезопреобразователя с учетом влияния армирующего болта. Приведены преобразование схемы к эквивалентному четырехполюснику. Приведено выражение для расчета резонансной частоты пьезопреобразователя. Ключевые слова: пьезопреобразователь, армирование, резонансная частота. Abstract An equivalent circuit for replacing the piezoelectric transducer is considered, taking into account the effect of the reinforcing bolt. The transformation of the circuit to the equivalent four-terminal network is given. The expression for calculating the resonance component is given taking into account the influence of the reinforcing bolt. Keywords: piezo transducer, reinforcement, resonant frequency «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 65

66 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка ОСОБЛИВОСТІ ОЦІНЮВАННЯ БЕЗВІДМОВНОСТІ І БЕЗПЕКИ АПАРАТНО-ПРОГРАМНИХ КОМПЛЕКСІВ Мірських Г. О., к.т.н., доцент Національний університет біоресурсів і природокористування України, м. Київ, Україна Основні принципи оцінювання безвідмовності та безпеки функціонування технічних об єктів (ТО) мають чимало загальних рис, але й багато в чому відрізняються. Особливо це стосується об єктів, які визначаються як апаратно-програмні комплекси (АПК), тобто об єкти функціонування яких напряму пов язане з якістю відповідного програмного забезпечення (ПЗ). Адже сучасні парадигми побудови ПЗ передбачають наявність модулів, до яких програма в процесі функціонування «звертається» багаторазово. Причому це відбувається в різні моменти часу, при обробленні даних, що надходять від різних складових. Мета даної роботи провести аналіз загальних принципів оцінювання безвідмовності та безпеки ТО (як і апаратних складових АПК), а також АПК в цілому, виявити загальне та відрізнене у відповідних алгоритмах оцінювання показників вказаних категорій та запропонувати до використання алгоритми, які б надавали можливість узагальнити основні етапи відповідних обчислень. Основним поняттям теорії надійності є відмова, а отже всі розрахунки, пов язані з визначенням безвідмовності починаються з усвідомлення понять працездатного і непрацездатного станів. За вказаних умов обчислення безвідмовності ТО нерідко здійснюється (принаймні на рівні складових) без урахування його структурних особливостей, що приводить до найпростішої каскадної моделі включення окремих елементів. Такий підхід можна вважати прийнятним виключно для структурно-простих ТО, і не може бути застосований до АПК, адже наявність ПЗ «автоматично переводить» ТО до класу структурно-складних, а тим більше для АПК, при аналізі яких доводиться враховувати логіку зв язків не тільки окремих складових, але й логіку побудови ПЗ, що виключає можливість зведення задачі обчислення безвідмовності (як і інших показників надійності) до аналізу каскадної моделі [1]. Більше того, проявлення помилки в ПЗ, або його функціонування в умовах надходження неповної та/або викривленої інформації від складової, що відмовила, може призвести до ситуації, яка подібна одночасній відмові декількох складових з мало прогнозованими наслідками. Основним поняттям теорії безпеки є поняття аварійної ситуації, а отже аналіз ТО щодо його стійкості до деградації починається з усвідомлення сутності поняття аварійного стану, при ідентифікації якого об єкт аналізується з точки зору можливості відмови будь-якої складової (незалежно від того чи відмовили на даний момент інші складові) на шляху до повної де- 66 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

67 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка градації цього об єкта [2]. Це в багатьох випадках може в більшій або меншій мірі співпадати з результатом проявлення помилки у ПЗ. За вказаних умов найбільшу інформацію можна отримати на підставі не стільки прямих розрахунків безвідмовності АПК, скільки на підставі розроблення відповідних сценаріїв його функціонування під час переходу від одного стану до іншого. Розроблені сценарії відображаються відповідною моделлю АПК, якою враховуються як матеріальні, так і віртуальні (реалізовані відповідним ПЗ) зв язки окремих складових. Звичайно, отриману модель не можна звести до каскадної. На підставі розробленої моделі будується логічна функцію, що описує той чи інший стан АПК в залежності від конкретного сценарію. Вказана логічна функція стає основою реалізації алгоритму обчислення безвідмовності АПК, розроблення алгоритму процесу діагностування з метою встановлення місця відмови, а також основою встановлення ознак переходу АПК до аварійного стану, який можна ідентифікувати на підставі відповідних алгоритмів [2], серед яких найбільше поширення отримали алгоритми засновані на принципах: «від кінця у початок» та «від початку у кінець». Алгоритм аналізу аварії за принципом «від кінця у початок» полягає в тому, що після визначення аварійного стану розробляється сценарій, в процесі якого будується логічна схема зв язків (це пропонується робити на підставі відповідної форми подання структурно-логічної схеми АПК, звичайно, з урахуванням логіки побудови ПЗ). Побудована логічна схема відображатиме відповідний сценарій, який містить всі можливі сполучення подій, здатних (окремо або у сукупності) привести до аварійної ситуації. Алгоритм аналізу аварії за принципом «від початку у кінець». реалізує пошук шляхів переходу АПК з працездатного стану до аварійного, який спирається на факт виникнення події, що ініціює вказаний перехід. Як і в описаному вище алгоритмі за результатами аналізу будується відповідна логічна схема зв язків, що відображає розроблений сценарій небезпечного функціонування АПК, виникнення негативних подій, які здатні привести даний АПК до аварійного стану та ін. Таким чином, встановивши відповідні ознаки, які сприяють ініціюванню аварійної ситуації, розробляється сценарій можливого розвинення аварії всередині АПК, що є наслідком виникнення вказаних ознак. При цьому особлива увага приділяється ПЗ (звичайно за його наявності у ТО), властивості якого можуть як сприяти розвиненню аварійної ситуації (при відсутності відповідних вимог до цього ПЗ), так і «парирувати» її (за умови розроблення ПЗ з урахуванням наявності інформації щодо відповідних сценаріїв). Отриманий сценарій розвинення аварії в АПК має вигляд «дерева подій», циклу, відповідної мережі тощо й являє собою логічну схему зв язків окремих складових, яка відображає як саме розвивається аварія, які складові вона охоплює, яке обладнання зачіпатиме і т.п. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 67

68 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка Після розроблення сценаріїв щодо розвинення виявлених (звичайно, бажано всіх можливих) аварійних ситуацій (і побудови відповідних логічних функцій) здійснюються оцінки ймовірності реалізації цих сценаріїв (кожного окремо і всієї сукупності в цілому). При цьому на практиці нерідко можуть виникати ситуації, за яких обчислення вказаних оцінок викликає суттєві труднощі, або взагалі з тих чи інших причин неможливе. За таких умов рекомендується перейти до виявлення складової АПК, яка є найбільш значима, найвагоміша або найважливіша з огляду на реалізацію відповідного сценарію. Це в більшості випадків дає можливість суттєво знизити ймовірність реалізації відповідного сценарію за рахунок підвищення безвідмовності цієї складової або за рахунок прискіпливішої уваги до ПЗ, яке забезпечує відповідним чином організоване управління вказаною і пов язаними з нею складовими. Перелік посилань 1. Черкесов Г.Н. Надежность аппаратно-программных комплексов. СПб.: Питер, с. 2. Рябинин И.А. Надежность и безопасность структурно-сложных систем. СПб.: Изд-во С.-Петербургского ун-та, с. 3. Горопашная А. В. Оценка важности аргументов немонотонных логических функций при логико-вероятностном анализе безопасности сложных технических систем / Вестник С.-Петербургского ун-та, Сер. 10. Вып. 1. С Анотація На підставі аналізу станів технічного об єкта, до складу якого входить відповідне програмне забезпечення, зроблено висновок щодо необхідності оцінювання стабільності експлуатації таких об єктів на підставі розроблення сценаріїв переходу об єкту з одного стану до іншого з виділенням тих складових, які в найбільшій мірі відповідальні за реалізацію відповідного сценарію. При цьому мірою усталеного функціонування об єкту може бути ймовірність реалізації якого-небудь сценарію, а краще всієї сукупності сценаріїв. Ключові слова: технічний стан, безвідмовність, аварійність. Аннотация На основании анализа состояний технического объекта, в состав которого входит соответствующее программное обеспечение, сделаны выводы о необходимости оценивания стабильности эксплуатации таких объектов на основе разработки сценариев перехода объекта от одного состояния к другому с выделением тех составляющих, которые в наибольшей мере ответственны за реализацию соответствующего сценария. при этом мерой стабильности функционирования объекта может быть вероятность реализации какого-нибудь сценария, а лучше всей совокупности сценариев. Ключевые слова: техническое состояние, безотказность, аварийность. Abstract On the basis of the technical state of the object, this includes appropriate software, concluded on the need assessment stabilization operation of those facilities on the basis of the development scenarios of transition from objection state to another with the release of components that are most responsible for the implementation of the relevant scenario. At the same time, the measure of the stable functioning of the object may be the likelihood of implementation of a script, but preferably the whole set of scenarios. Keywords: technical condition, failure-free operation, accident rate. 68 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

69 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка КОНСТРУЮВАННЯ РАДІОЕЛЕКТРОННОЇ АПАРАТУРИ РОЗРОБЛЕНОЇ В СИСТЕМІ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ БЕЗ ДОДАТКОВОГО НАЛАШТУВАННЯ Грицевич І. Р., магістрант, Піддубний В. О., к.т.н. доцент. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна При проектування радіоелектронної апаратури широко використовуються системи автоматизованого проектування (САПР) такі як Micro-Cap, OrCAD, Multisim та ін. Всі вони для опису транзисторів використовують їх математичні моделі. Найбільш розповсюдженою в системах САПР для опису параметрів біполярних транзисторів є модель Гуммеля-Пуна [1]. В ній використовується біля 20 незалежних параметрів. Така кількість параметрів обумовлена в першу чергу тим, що рівняння, які описують математичну модель, враховують різні режими роботи транзистора. Але як відомо, в аналоговій схемотехніці транзистори рідко використовують в режимі насичення та інверсному режимі, тому при проектуванні аналогових пристроїв можна розглядати лише активний режим роботи транзистора, а це призводить до значного зменшення визначальних параметрів. Ними є: IS — струм насичення при температурі 27 С. BF — ідеальний коефіцієнт підсилення струму бази при 27 С. NF — коефіцієнт емісії (неідеальності) для нормального режиму. VAF — напруга Ерлі для прямого активного режиму. IKF — струм початку спаду залежності BF від струму колектора. RE — опір емітера. Саме ці параметри на практиці мають найбільший розкид для транзисторів одного типу, а в базі даних САПР заведені середньостатистичні, усереднені їх значення. Тому на етапі проектування допускаються помилки, які спричиняються розбіжностями параметрів реальних елементів відносно заведених в базу даних. Тому достовірна інформація про кожен використаний елемент вкрай необхідна і описувати його математичну модель в САПР доцільно параметрами реальних елементів, що будуть використовуватися в схемі. Це дозволить покращити результат симуляції в разі наявності достовірних параметрів компоненту, що можуть бути виміряні експериментально, та створювати таку схему, яка не вимагає подальшого налагодження. З цією метою розроблено лабораторний макет приладу, який дозволяє отримувати реальні параметри для кожного компоненту, корегувати їх в значення в бібліотеці САПР та вносити безпосередньо в бібліотеку системи параметри при відсутності даних про компонент, який збираємося використати при проектуванні. Структурна схема приладу, розробленого та описаного авторами в [2], «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 69

70 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка показана на рис.1. Керує роботою приладу персональний комп ютер (PC). Команди з нього через універсальний асинхронний приймач-передавач (USB-UART) передаються на мікроконтролер (MCU), який керує модулем формування тестових Рисунок 1. Структурна схема приладу для вимірювання параметрів напівпровідникових компонент напруг (Controlled voltage source). Модуль формує тестові напруги для кожної робочої точки транзистора. Полярність тестової напруги перемикається в залежності від типу досліджуваного компоненту. Блоки перестройки опорів 1 та 2 забезпечують необхідну точність вимірювання для різних значень струмів через електрод та для різних типів вольт-амперних характеристик що вимірюються. Значення виміряних величин за допомогою ADC перетворюються в код, який в реальному часі надходить до мікроконтролера і далі до комп ютера і зберігається в пам яті. Після закінчення вимірювання на екрані PC відображаються вхідна та вихідна ВАХ досліджуваного приладу, на основі яких розраховуються параметри моделі. Параметри NF, RE, IS, BF, IKF можуть бути отримані рішенням систем рівнянь, що пов язують експериментальні значення струмів бази і колектора I B, I C та напруги база-емітер V BE. Параметр VAF знаходиться з залежності I C від напруги колектор-емітер V CE. На рис.2 наведено вихідну ВАХ транзистора КТ315Б. Вимірювання тривало близько 20 секунд. Кожна крива сімейства побудована на основі 20 точок [2]. Рисунок 2. Сімейство вихідних характеристик транзистора КТ315Б знятих розробленим приладом. Порівняння експериментально виміряних параметрів транзистора з його параметрами в моделі 70 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

71 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка САПР покажемо на прикладі транзистора BD139, оскільки його можна знайти в багатьох сучасних САПР. В таблиці наведені теоретичні (із бази даних бібліотеки) та експериментально виміряні і автоматично розраховані параметри моделі транзистора BD139. Таблиця Параметри транзистора BD139 з бази даних та експериментально виміряних Параметр NF RE [Ом] IS [А] BF IKF [А] VAF [В] Бази. 1,002 0, , Експ. 0,788 0,174 10, ,3 0, Як бачимо значення параметрів транзистора, які задані в бібліотеці САПР, суттєво відрізняються від тих, що експериментально виміряні для конкретного компоненту, що буде використовуватися в схемі. Корегування параметрів моделі дозволить підвищити достовірність результату симуляції. Це в свою чергу буде гарантією того, що РЕА побудована на основі схеми розрахованої в САПР, буде працювати з заданими характеристиками без додаткового налаштування. Перелік посилань 1. Амелина М. А Программа схемотехнического моделирования MicroCap 8.0 / Амелина М.А., Амелин С.А. М:. М.: Горячая линия Телеком, с. 2. Грицевич І. Р. Прилад для дослідження напівпровідникових елементів /І.Р.Грицевич, В.О.Піддубний// Міжн. наук.-техн. конф. РТПСАС 2016 «Радіотехнічні поля, сигнали та системи». Київ, С Анотація Представлено прилад для автоматизованого дослідження електричних характеристик напівпровідників, що дозволяє корегувати параметри математичної моделі біполярних транзисторів в САПР. Описано алгоритм роботи приладу. Обґрунтовано доцільність корекції параметрів в бібліотеці САПР для проектування РЕА без наступного її налаштування. Ключові слова: параметри моделей, характеристики транзистора, САПР. Аннотация Представлен прибор для автоматизированного исследования электрических характерыстик полупроводников, который позволяет корректировать параметры математической модели биполярных транзисторов в САПР. Описан алгоритм работы прибора. Обоснованно целесообразность коррекции параметров в библиотеке САПР для проектирования РЭА без последующей ее настройки. Ключевые слова: параметры моделей, характеристики транзистора, САПР. Abstract Presented is the contingency for the automated dosage of electric characteristics, which allows to adjust the parameters of the mathematical model of bipolar transistors in CAD. The robotics algorithm is described. The rationale for the correction of parameters in the CAD library for the design of CEA without further adjustment is justified. Keywords: parameter models, transistor characteristics, CAD. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 71

72 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка ЕЛЕКТРОМАГНІТНА СУМІСНІСТЬ ІНТЕРФЕЙСІВ ЦИФРОВИХ ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ Денисенко Р. О., магістрант; Зіньковський Ю. Ф., д.т.н., проф. КПІ ім. Ігоря Сікорського, м. Київ, Україна Рисунок 1. Структурна схема модульних ЦТЗ: УМФ уніфікований функціональний модуль, ІМ інтерфейсний модуль, КМ модуль для керування, К контролер Основна відміна уніфікованих функціональних модулів їхня сполучність, тобто широка можливість з єднання з іншими функціональними частинами цифрових технічних засобів (ЦТЗ). Через різницю в принципах дій модулів у структурну схему ЦТЗ (рис. 1) доводиться додатково вводити каскади, інтерфейсні блоки, що виконують функцію сполучення [1]. Це устаткування створює самостійну частину системи канал передачі даних. В задачу каналу входить формування даних, розподіл їх між складовими частинами системи, задання черговості та пріоритетності роботи модулів тощо. У загальному випадку такий канал містить інтерфейсні модулі, кола передачі цифрових кодованих даних та команд, пристрої керування роботою схеми керуючі модулі і контролери (сервери), що контролюють та координують дії окремих складових частин ЦТЗ. Розглядаючи логічні схеми сполучення функціональних, інтерфейсних керуючих модулів або контролерів окремо від інших складових частин, відкидають відповідні зв язки. Місця розриву зв язків іменують точками сполучення [1]. Через такі точки здійснюється взаємодія функціональних модулів або інших складових частин систем один з одним. У точки сполучення по цифрових лініях колективного користування (ЛКК) або по загальних шинах (ЗШ) надходять цифрові дані та вхідні керуючі сигнали X. Вхідні сигнали описуються набором характеристик: X i X де X задана дискретна множина вхідних сигналів; X i вхідний сигнал; i = 1,2,, m (для даного модуля i -й вхідний сигнал являє собою двійковий код). Модулі ЦТЗ відповідно до інтерфейсних повідомлень видають дискретні сигнали, що описуються набором характеристик: Y i Y де Y задана множина вихідних сигналів; Y i вихідний сигнал; i = 1,. n 72 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

73 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка Для даного модуля вихідний сигнал визначається співвідношенням: Y i = f(x i ) де f(x i ) функція алгебри логіки, визначена на наборах X i. Одним із головних принципів створення ЦТЗ є вимога, щоб засоби одного функціонального призначення утворювали параметричні ряди. Параметричним рядом є обмежена сукупність однакових за функціональним призначенням технічних засобів, що володіють взаємозамінністю та упорядковані за значеннями ключових вхідних і вихідних параметрів (X, Y). Очевидно для модулів, що сполучаються, чим більший набір X та Y характеристик сигналів, тим більш обмеженим буде і більш широкі можливості для взаємозамінності та сполучення з іншими пристроями. Типи обчислювальних керуючих засобів, які сьогодні застосовуються, сприяють також зниженню габаритних розмірів, досягненню необхідного відношення вартості до продуктивності, гнучкості у побудові мультисистем та їхньої надійності, високого ступеня адаптації до цільової функції. Для удосконалення функціональної повноти, структури, надійності, завадозахищеності модульних ЦТЗ поряд з традиційними властивостями сумісності модулів (логічної, інформаційної, програмної, конструктивної, електричної)повинна забезпечуватися додаткова властивість їхньої сумісності властивість електромагнітної сумісності [2]. Інтерфейси повинні самі мати досконалі властивості електромагнітної сумісності, електромагнітної та інформаційної захищеності і сприяти розвитку цих властивостей модульних ЦТЗ. Перелік посилань 1. Зіньковський Ю.Ф. Електромагнітна, інформаційна захищеність та сумісність електронних апаратів / Ю.Ф. Зіньковський, В.Г. Клименко ; Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів. Житомир : ЖІТІ, с. : іл Табл.: 23 Бібліогр.: с ISBN Зіньковський Ю.Ф. Моделі фізичної аналогії при синтезі системної сумісності і інформаційної захищеності електронних апаратів / Ю.Ф. Зіньковський, В.Г. Клименко. К.: Міністерство освіти України, с. Анотація Сукупність уніфікованих апаратних, програмних і конструктивних засобів, необхідних для реалізації взаємодії різноманітних функціональних елементів у автоматичних системах при умовах забезпечення інформаційної, логічної, електричної та конструктивної сумісності елементів. Ключові слова: електромагнітна сумісність, цифровий технічний засіб, уніфікація функціональних модулів. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 73

74 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка Аннотация Совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, нужных для реализации взаимодействия различных функциональных элементов в автоматических системах при условиях обеспечения информационной, логической, электрической и конструктивной совместимости элементов. Ключевые слова: электромагнитная совместимость, цифровое техническое средство, унификация функциональных модулей. Abstract A set of unified hardware, software and constructive means, which are indispensable for the implementation of the interaction of various functional elements in automated systems under the conditions of providing information, logical, electrical and consistency of elements compatibility. Keywords: Electromagnetic compatibility, digital technical means, unification of functional modules. 74 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

75 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка ВИБІР І АНАЛІЗ СХЕМ ДЕСУЛЬФАТОРІВ СВИНЦЕВО- КИСЛОТНИХ АКУМУЛЯТОРІВ Корж А. О., Попсуй В. І. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна За прийнятою на сьогодні теорією, основною причиною передчасного зносу свинцево-кислотних акумуляторів є зменшення площі активної маси пластин акумулятора в результаті наростання на їх поверхні кристалів сульфату свинцю. До факторів, що сприяють цьому процесу відносять: а) часті глибокі розряди до ємності менше 30% від номінальної; б) недотримання умов зберігання; в) недотримання температурних режимів експлуатації; г) неправильні режими заряду. При експлуатації акумулятора між губчастим свинцем Pb і двоокисом свинцю PbO 2 негативного і позитивного електродів відбуваються наступні реакції: Заряд: 2PbSO 4 + 2H 2 O PbO 2 + 2H 2 SO 4 + Pb Розряд: PbO 2 + 2H 2 SO 4 + Pb 2PbSO 4 + 2H 2 O Проте через вплив вище згаданих факторів сульфат свинцю PbSO 4 може не відновлюватись до PbO 2 або Pb і накопичуватись на пластинах акумулятора. Це відбувається внаслідок затвердіння кристалів сульфату свинцю на поверхні, та призводить до зменшення активної площі поверхні, а відповідно і ємності акумулятора. Саме руйнування цих кристалів і є основною задачею при відновленні акумулятора. Найпоширенішим методом відновлення свинцево-кислотних акумуляторів є використання імпульсних струмів.. Схема типового десульфатуючого пристрою наведена на рис. 1 [1]. Коли транзистор VT1 на короткий час відкри- Рисунок 1. Десульфатуючий пристрій ДедИван вається, починає протікати струм крізь індуктивність L1. У магнітному полі «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 75

76 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка цієї індуктивності запасається енергія, яка після закінчення дії імпульсу створює високовольтний імпульс напруги (його величина визначається швидкістю зміни струму в індуктивності). «Плюс» цього імпульсу подається на «плюс» акумулятора, а «мінус» через конденсатори СЗ, С4 подається на загальний провід пристрою («мінус» акумулятора). Якщо конденсатори з малими втратами і мають низький еквівалентний послідовний опір, а дроти від пристрою до акумулятора короткі і відповідного перетину, то піковий струм в імпульсі може досягати близько 10 А. При цьому споживаний струм від акумулятора становить близько 50 ма. На рис. 2 наведена Рисунок 2 Десульфатуючий пристрій А. Макаренка (доданий трансформатор Т1 для гальванічної розв язки від мережі) схема десульфатуючого пристрою, здатного забезпечити струм до 500 А, та напругу до 50 В на банку акумулятора. В работі [2] стверджується, що напруга менша ніж 30 В на банку не спроможна руйнувати кристали сульфату свинцю завдячуючи низькій електропровідності Рисунок 3 Осцилограма ударного збудження останнього. Набір конденсаторів сумарною ємністю 15 мкф заряджається через діод та резистор до тих пір поки напруга на ньому не перевищить 180 В і не відкриється стабілітрон VD1, після чого відкривається тиристор і енергія, накопичена в конденсаторах, подається на акумулятор. Десульфатори за наведеними схемами рис. 1, 2 були виготовлені і проведені попередні дослідження їх взаємодії з різними акумуляторами. Отримані наступні результати: — десульфатор за схемою рис. 1 формує 5 нс імпульси з амплітудою 60 В і шпаруватістю 0,75 мс.; — повністю працездатний акумулятор, як і стверджує багато авторів, шунтує амплітуду імпульсу до залишкової напруги акумулятора; — засульфатовані старі акумулятори або зовсім не шунтують імпульс, або шунтують його частково; — спостерігається ударне збудження (рис. 3) коливального контуру, що складається з вихідної індуктивності і ємності акумулятора (при 76 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

77 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка формуванні аналогічного за характеристиками імпульсу генератором Г5-54 ударне збудження не спостерігається); — у десульфатора за схемою рис. 2 напруга на акумуляторі спадає за експонентою від 180 В до залишкової напруги акумулятора. Час зменшення напруги залежить від ступеню сульфатації акумулятора і вироджується у наносекундні імпульси амплітудою близько 30 В у робочого акумулятора; — на засульфатований акумулятор впродовж тривалого часу (до десятків мс) діє висока напруга, що може призвести до його остаточної руйнації. За результатами досліджень можна зробити наступні висновки: — ступінь шунтування може слугувати критерієм можливості відновлення або десульфатації акумулятора (існують схеми з світлодіодною індикацією амлітуди імпульсу на акумуляторі під час дії десульфатуючого імпульсу); — кількість періодів згасаючих коливань (рис. 3) може слугувати критерієм відновлення акумулятора; — десульфатор за схемою А. Макаренка не можна використовувати для відновлення засульфатованих акумуляторів; — кращі результати десульфатації можна отримати при поєднанні першого і другого зроблених десульфаторів. Діагностика стану акумулятора краща при використанні десульфа за схемою, наведеною в [1]. Перелік посилань 1. Десульфатор или зарядка dedivan-а своими руками Режим доступу: Назва з екрану. 2. Десульфатация аккумулятора Режим доступу: Назва з екрану. Анотація Проведені дослідження ефективності поширених схем відновлення свинцево-кислотних акумуляторів. Запропоновано метод оцінки засульфатованості акумулятора за формою сигналу. Ключові слова: свинцево-кислотний акумулятор, десульфатація, відновлення. Аннотация Проведены исследования эффективности распространенных схем восстановления свинцово-кислотных аккумуляторов. Предложен метод оценки засульфатированности аккумулятора по форме сигнала. Ключевые слова: свинцово-кислотный аккумулятор, десульфатация, восстановление. Abstract Conducted studies of the effectiveness of common schemes for recovery of lead-acid batteries. The method of evaluation saalvatorio battery in the shape of the signal. Keywords: lead acid battery, desulfatace, recovery. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 77

78 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка ФОРМУВАННЯ УЗАГАЛЬНЕНОГО ПОКАЗНИКА ЯКОСТІ ТЕХНІЧНОГО ОБ ЄКТА З УРАХУВАННЯМ ОБ ЄМУ ФІНАНСУВАННЯ ПРОЕКТУ Мірських Г. О., к.т.н., доцент Національний університет біоресурсів і природокористування України м. Київ, Україна Життєвий цикл будь-якого технічного об єкта (ТО) починається із встановлення показників якості цього об єкта і їх узгодження між замовником і виконавцем одночасно з узгодженням питань вартості як проекту так і кінцевого продукту. В рамках вказаного процесу зазвичай виникає необхідність у порівнянні різних варіантів реалізації ТО. Це актуалізує завдання розроблення узагальненого показника, який, відображаючи властивості ТО, придатний для здійснення процедури порівняння вказаних варіантів. Однак на даній стадії життєвого циклу ТО інформація щодо показників якості, які передбачається досягти, є неповною, неточною, а нерідко й нечисловою. При цьому питання фінансування проекту і подальшого впровадження розробленого ТО у виробництво додають даній ситуації додаткової невизначеності, збільшуючи кількість можливих варіантів. На сьогодні одним з найпоширеніших алгоритмів агрегування окремих показників якості ТО в узагальнений показник є формування адитивної функції, поданої як сума добутків показників якості ТО на відповідні вагові коефіцієнти. При цьому всі складові такого узагальненого показника часто розглядаються як детерміновані величини, отримані переважно на підставі експертного опитування або аналізу відомого прототипу. Зважаючи на неповноту, неточність і нечисловий характер інформації щодо показників якості ТО і відповідного кожному такому показнику вагового коефіцієнта, на сьогодні для формування узагальненого показника якості все частіше застосовують методи теорії ймовірностей і нечітких множин [1, 2], які дозволяють врахувати особливості встановлення вказаних показників і коефіцієнтів до початку активної фази проекту. Однак, для прийняття ефективного рішення по вибору того чи іншого варіанту реалізації ТО замовнику зазвичай необхідна також інформація щодо параметрів фінансування відповідних робіт. В той же час фінансові питання нерідко розглядаються і враховуються окремо, без щільної прив язки до інших показників пропонованого варіанту, хоча цілком зрозуміло, що показники якості ТО в значній мірі залежать від об ємів і терміну фінансування відповідних робіт. В представленій роботі пропонується заснований на нечіткій логіці алгоритм обчислення узагальненого показника якості, яким враховується залежність кожного окремого показника від параметрів фінансування робіт з боку замовника. 78 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

79 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка Зв’язок між об ємом фінансування і прогнозованою нормою деякого показника якості ТО пропонується подати функцією, яка змінюється в межах від нуля до одиниці і не спадає в просторі можливого змінення аргументу. Зважаючи на роль даної функції в процесі встановлення фінансових параметрів проекту і норм показників пропонованого варіанту (ці категорії щільно пов язані одна з одною, можна сказати, що знаходяться у деякому паритеті), назвемо її функцією паритету. В якості аргументу функції паритету приймемо відношення вартості робіт із забезпечення норми відповідного показника якості до загальної суми, яку замовник передбачає витратити на реалізацію всіх показників якості (тобто ТО в цілому). Звичайно, аргумент функції паритету змінюватиметься в межах від нуля до одиниці. Функція паритету відображає суб єктивне уявлення щодо впливу на норму показника об єму фінансування відповідних робіт. Характеристики цієї функції можна визначити за результатами експертного опитування в процесі оцінки варіантів реалізації ТО під час узгодження показників якості між замовником і виконавцем на ранніх (до проектних) стадіях життєвого циклу вказаного об єкту. В подальшому за необхідністю вид і параметри цієї функції, звичайно, можуть корегуватися. В процесі формування узагальненого показника якості функція паритету виконує роль оператора, яким відображається зв’язок між нормою показника і об ємом фінансування відповідних робіт. Ця функція застосовується на етапі встановлення норми показника, що саме й відрізняє пропонований алгоритм від широковживаних. При цьому найбільшої ефективності можна досягти за умови, що показники якості ТО подані нечіткими множинами і відображаються відповідними функціями приналежності в просторі лінгвістичних змінних. Процедуру врахування параметрів фінансування при формуванні узагальненого показника можна подати наступною схемою. Припустимо, що на підставі попередніх процедур (пов язаних з відповідними розрахунками, експертним опитуванням тощо) знайдена деяка оцінка норми показника і відповідна цій оцінці функція приналежності. Знайдена функція приналежності відображається в системі координат функції паритету, при цьому координата максимуму функції приналежності має бути суміщена з точкою, яка вказує на пропонований для реалізації даного показника об єм фінансування. Сприймаючи функцію паритету як визначений оператор проецируємо функцію приналежності аналізованого показника у простір, де подані функції приналежності оцінок норми цього показника. Вказані оцінки можуть бути встановлені, наприклад, за принципом «погано», «гірше ніж середньо», «середньо», «краще ніж середньо», «добре», «дуже добре» і т.п. Як результат, отримуємо функцію приналежності аналізованого показника у просторі вказаних оцінок. Причому положення цієї функції принале- «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 79

80 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка жності у просторі оцінок відповідатиме пропонованому для реалізації даного показника об єму фінансування. Для прийняття рішення щодо норми аналізованого показника у просторі встановлених оцінок необхідно здійснити дефазифікацію отриманих результатів, скориставшись будь-якої з відомих процедур дефазифікації нечіткого висновку [1]. Якщо отриманий результат визнаний незадовільним, то слід внести відповідні корективи у реалізацію наведеної процедури. За умови, що функції приналежності оцінок норми показника, а також вид і параметри функції паритету не викликають нарікань з боку замовника, залишається єдиний варіант виправлення ситуації збільшити об єм фінансування робіт з реалізації даного показника. Перелік посилань 1. Чернов В. Г. Основы теории нечетких множеств. Решение задач многокритериального выбора альтернатив / В. Г. Чернов ; Владим. гос. ун-т. Владимир : Изд-во Владим. гос. ун-та, с. 2. Хованов Н. В. Модели учета неопределённости при построении сводных показателей эффективности деятельности сложных производственных систем / Н. В. Хованов, Федотов Ю. В. / Научные доклады 28R СПбГУ, с. Анотація Для побудови узагальненого показника якості технічного об єкта з метою порівняння варіантів його реалізації на стадії, що передує етапу проектування, пропонується алгоритм, яким враховується об єм фінансування на реалізацію окремих показників якості. Алгоритм базується на нечіткій логіці і передбачає введення спеціальної функції, якою встановлюється взаємна залежність норми показника від об єму фінансування. Ключові слова: проектування, показники якості, узагальнений показник якості. Аннотация Для построения обобщенного показателя качества технического объекта с целью сравнения вариантов его реализации на предпроектной стадии, предлагается алгоритм, которым учитывается объём финансирования на реализацию отдельных показателей качества. Алгоритм базируется на нечёткой логике и предусматривает введение специальной функции, которой устанавливается взаимная связь нормы показателя от объёма финансирования. Ключевые слова: проектирование, показатели качества, обобщённый показатель качества. Abstract It is to construct of the general quality indicator of a technical object in order to compare the options for its implementation at the pre-project stage, an algorithm is proposed that takes into account the amount of funding for the implementation of individual quality indicators. The algorithm is based on fuzzy logic and provides for the introduction of a special function, which establishes the relationship between the norm of the indicator and the volume of financing. Keywords: design, quality indicators, generalized quality index. 80 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

81 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка ОЦІНКА ВТРАТ В ДРОСЕЛЯХ УЗГОДЖУЮЧИХ ФІЛЬТРІВ УЛЬТРАЗВУКОВИХ ГЕНЕРАТОРІВ Мовчанюк. А. В., к.т.н., доц.; Середін А. П. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Складовою частиною майже усіх ультразвукових генераторів, що керують ультразвуковими перетворювачами, є узгоджуючий фільтр. Це пов язано з тим, що транзистори ультразвукового генератора працюють в ключовому режимі, а для живлення ультразвукового перетворювача бажано використовувати гармонійну напругу. Невиконання цієї умови веде до зниження к.к.д. ультразвукової апаратури. Невід ємною складовою частиною узгоджуючого фільтра є один або декілька дроселів [1,2]. В зв язку з тим, що дроселі узгоджуючого фільтра встановлюються між ключовим каскадом і ультразвуковим перетворювачем, можна стверджувати, що втрати в дроселях будуть суттєво впливати на енергетичну ефективність ультразвукової апаратури. Слід відмітити, що в літературі відсутні рекомендації, щодо проектування та конструювання дроселів узгоджуючих фільтрів, що працюють на ультразвукових частотах. Тому питання, пов язані з особливостями проектування таких дроселів є актуальними. Отже, розглядають омічні втрати, втрати на скін-ефект та втрати від ефекту близькості. Втрати від скін-ефекту залежать від робочої частоти, а втрати від ефекту близькості від відстані між витками та кількістю шарів обмотки. Збільшення опору враховують за допомогою коефіцієнта, на який множать опір провода обмотки на постійному струмі [3] (збережено позначення першоджерела): K n d K f (1 F) G, 2 D де: (1 F) коефіцієнт, що враховує збільшення опору від поверхнефого ефекту (скін-ефекту), K — коефіцієнт, що враховує вплив на ефект близькості основних розмірів котушки, -число витків котушки, d — діаметр проводу без ізоляції, D — зовнішній діаметр котушки, G — коефіцієнт, що враховує вплив частоти та діаметра провода на ефект близькості. Для визначення коефіцієнтів (1 F) и G, розраховують для робочої частоти допоміжну величину, що дорівнює відношенню товщини провода без ізоляції до товщини скін-шару на робочій частоті: f n d f 92.8 Після розрахунку допоміжної величини по таблицям визначають значення коефіцієнтів (1 F) та G. Коефіцієнт K в залежності від відношення «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 81

82 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка довжини обмотки до зовнішнього діаметру та багатошаровій намотці знаходиться графічним методом. При використанні такого підходу дуже важко оптимізувати вибір діаметру проводу та конструкції дроселя. Перспективними є використання формули Доуела [4], уточненої в [5, 6]. Вона не тільки дозволяє оптимізувати конструкцію дроселя, а й врахувати вплив вищих гармонік струму [7]. Відношення еквівалентної товщини проводу обмотки до товщини скіншару складе: d fp 0 dm,, 2 M DM 7 8 де: магнітна стала; M 1,72 10 питомий опір міді (Ом/м). Опір змінному струму мідного дроту в обмотці дроселя складе: sinh(2 ) sin(2 ) sinh( ) sin( ) R RM 2mСЛ 1, cosh(2 ) cos(2 ) 2 cosh( ) cos( ) Рисунок 1a. Порівння формул для розрахунків втрат від скін-ефекту Рисунок 1б. Порівння формул для розрахунків втрат від ефекту близькості m СЛ де: кількість шарів обмотки дроселя. Як бачимо, формула Доуєла подібна до формули, що використовується при графоаналітичних розрахунках. Але слід зазначити, що при співставленні результатів, зробленими за різними методиками показує їх суттєву розбіжність з експериментальними даними. На жаль, для графоаналітичного методу розрахунку авторами не було наведено спосіб виконання обмотки, але можна припустити, що мова іде про намотку «універсаль». Тому дані отримані графоаналітичним методом відображують найменші втрати. Формула Доуєла та її похідні виконана на основі одномірної 82 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

83 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка моделі. Тому результати розрахунків можуть суттєво відрізнятися від експериментальних даних (рис. 1). Як бачимо, з зростом частоти відбувається суттєва розбіжність в розрахунках, що пов язані з впливом ефекту близькості. Тому можна стверджувати, що отримання більш точних аналітичних виразів є перспективною задачею. Як показали експериментальні дослідження, втрати від ефекту близькості можна зменшити обранням проводу з різним відношенням. Перелік посилань 1. Movchanyuk, A., Fesich, V., Sushko, I. and Vistyzenko, Y., 2016, September. The research of L-type matching filter parameters. In Radio Electronics & Info Communications (UkrMiCo), 2016 International Conference (pp. 1-5). IEEE. 2. Vistyzenko, Y., Movchanyuk, A., Sushko, I. and Novosad, A., 2017, September. LLtype filter for piezoelectric transducer. In Information and Telecommunication Technologies and Radio Electronics (UkrMiCo), 2017 International Conference on (pp. 1-6). IEEE. 3. Волгов, В.А., Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры. 4. Dowell, P.L., 1966, August. Effects of eddy currents in transformer windings. In Proceedings of the Institution of Electrical Engineers (Vol. 113, No. 8, pp ). IET Digital Library. 5. Ferreira, J.A., Improved analytical modeling of conductive losses in magnetic components. IEEE transactions on Power Electronics, 9(1), pp Nan, X. and Sullivan, C.R., 2004, June. Simplified high-accuracy calculation of eddycurrent loss in round-wire windings. In Power Electronics Specialists Conference, PESC IEEE 35th Annual (Vol. 2, pp ). IEEE. 7. Hurley, W.G., Gath, E. and Breslin, J.G., Optimizing the ac resistance of multilayer transformer windings with arbitrary current waveforms. IEEE transactions on power electronics, 15(2), pp Анотація Представлені результати порівняння результатів розрахунків втрат в проводі обмотки узгоджуючих дроселів ультразвукових генераторів. В результаті порівняльного аналізу доведено, що результати розрахунків за різними моделями потенційно мають велику розбіжність. Окреслено перспективний метод впливу на втрати в дроселях за рахунок вибору різних за конструкцією проводів. Ключові слова: узгоджуючий дросель, скін-ефект, ефект близькості. Аннотация Представлены результаты сравнения методик расчета потерь в проводе обмотки согласующих дросселей ультразвуковых генераторов. В результате сравнительного анализа доказано, что результаты расчетов потенциально имеют большое расхождение. Предложен перспективный метод воздействия на потери в дросселях за счет выбора различных по конструкции проводов. Ключевые слова: согласующий фильтр, скин-эффект, эффект близости. Abstract The results of a comparison of the methods for calculating losses in the winding wire of the matching chokes of ultrasonic generators are presented. As a result of the comparative analysis, it is proved that the results of calculations potentially have a large discrepancy. A perspective method of influencing the losses in throttles is proposed due to the choice of wires different in design. Keywords: matching filter, skin depth, eddy current. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 83

84 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка ПРОГНОЗУВАННЯ ПОКАЗНИКІВ ФУНКЦІОНУВАННЯ КОМПОНЕНТІВ ПРИ ЇХ ЗАСТОСУВАННІ У СКЛАДІ СИСТЕМ Мірських Г. О., к.т.н., доцент Національний університет біоресурсів і природокористування України м. Київ, Україна При застосуванні компонентів в трактах реальних систем нерідко доводиться стикатися із ситуацією, за якої норми показників функціонування (ПФ) цих компонентів відрізняються (часто суттєво) від тих, що спостерігалися в процесі їх експериментального дослідження як окремих пристроїв. Серед причин такого відрізнення перш за все слід вказати на вплив параметрів включення (ПВ), під якими розумітимемо вхідні імпеданси тракту системи в перерізах підключення компонента з боку його входів/виходів. Вказані імпеданси зазвичай відрізняються від тих, що підключалися до компоненту під час вимірювання його ПФ в процесах проектування та виробництва. Останнє і призводить до викривлення ПФ компонента при його включенні у тракт системи. Ці викривлення неможливо виявити експериментально, адже вимірювання ПФ компонента можна здійснити тільки в трактах відповідних вимірювальних систем (зазвичай стандартизованих). Більше того, на стадії проектування (а часто, і на стадії виробництва) ПВ компонента в повному об ємі не відомі, відповідна інформація зазвичай є неповною і неточною. За таких умов прогнозування ПФ компонента пропонується реалізувати в рамках деякого стохастичного процесу [1], який можна розділити на три етапи (процедури), а саме — математичне моделювання компонента з урахуванням підключення до його входів/виходів довільних навантажень (довільних ПВ); — розроблення стохастичної моделі ПВ; — реалізація стохастичного процесу при забезпеченні достатнього рівня надійності отриманих результатів. Завдання розроблення математичної моделі компонента з урахуванням ПВ має специфічний характер і залежить, перш за все, від виду компонента і природи перетворень енергії в ньому, які призводять до формування ПФ. Наприклад, для мікрохвильового пристрою такою моделлю може бути опис в термінах матриці розсіювання з урахуванням підключення до входів/виходів комплексних навантажень (див., наприклад, [2]). Стохастична модель ПВ базується на відповідному аналізі структури тракту системи, а також на організаційних принципах розробки і застосування компонента. При цьому ПВ мають відображати такі параметри тракту, які можна виміряти. Наприклад, для мікрохвильового тракту доцільно прийняти модуль і фазу коефіцієнту відбиття в тих перерізах цього тракту, в яких передбачається підключення компонента. 84 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

85 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка Модель ПВ має визначати границі можливого змінення окремих складових ПВ та відповідні закони розподілення ймовірностей. Дослідження показують, що для реальних трактів найчастіше можна прийняти рівноймовірний або гіпергеометричний закон розподілення ймовірностей ПВ. При цьому рівноймовірний закон доцільно застосовувати при наявності надто обмеженої інформації щодо ПВ, а гіпергеометричний при наявності в тракті компонентів, ПФ яких в процесі ладнання (і контролю) визначаються за принципом «не більше» або «не менше» заданої величини. Наприклад, якщо компонента проектується як складова, застосування якої передбачається в різних трактах, то параметры ПВ проектувальнику виявляються невідомими. При цьому вимоги до ПВ доцільно сформулювати у вигляді обмежень, які накладаються на ці параметри для попередження неприпустимого викривлення ПФ компонента. Так якщо ПВ на кожному вході/виході компонента описуються двома складовими, які утворюють вектори А і В, а також відомо, що збільшення координат вектора А призводить до монотонного погіршення ПФ компонента при всіх можливих у даній ситуації значеннях координат вектора В, то відповідні застереження можно сформулювати як: ПФ компонента задовольнятимуть вказаним у документації нормам при його включенні до тракту, в якому до входів/виходів компонента підключаються навантаження, величина параметрів А, яких не перевершує величини Амакс, при довільних величинах параметрів В. Тобто для значень координат вектора А слід прийняти найпростіше розподілення (ε-розподілення [3]), а для значень координат вектора В — прямокутне (рівномірне) розподілення ймовірностей у всьому діапазоні можливого змінення вказаних координат. В конкретних випадках наведені вимоги приймають простий і зрозумілий спеціалістам відповідного профілю вигляд. Наприклад в мікрохвильовому діапазоні вони формулюватимуться як: ПФ компонента задовольнятимуть вказаним у документації нормам при його включенні до тракту, в якому на входах/виходах компонента модуль коефіцієнта відбиття не перевищуватиме величини Гмакс (або відповідної величини модулю імпедансу, або коефіцієнту стоячої хвилі), при довільних величинах фази. Така модель ПВ разом з відповідною моделлю компонента дозволяє розробникам цього компонента вже на ранніх стадіях проектування прогнозувати можливі викривлення ПФ цього компонента, своєчасно інформувати про це потенційних споживачів цього компонента і, за необхідністю, вводити до конструкції компонента необхідні корективи. З іншого боку, наявність вказаних вимог до тракту, де може застосовуватися відповідна компонента, забезпечує (і також на ранніх стадіях проектування) її споживачів (проектувальників відповідних систем) вказівками щодо умов нормального функціонування передбачуваного до застосування компонента. Моделі ПВ «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 85

86 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка можуть бути різноманітнішими, однак за будь-яких умов ці моделі за результатами реалізації відповідного стохастичного процесу мають надавати максимальну інформацію щодо прогнозування розробниками як компонента, так і системи допустимих викривлень відповідних показників функціонування. З урахуванням наведених даних безпосередня реалізація відповідного стохастичного процесу та обчислення відповідних довірчих інтервалів для отриманих даних [3] не викликає труднощів. Зазначимо, що наведені принципи дозволяють розробити алгоритми, спрямовані на встановлення похибки вимірювання, яка пов язана з наявністю неузгодженості виходу вимірюваного обладнання зі входом елементів, параметри яких вимірюються. Перелік посилань 1. Лебедь Б. М. Статистический анализ затухания полосовых фильтров при произвольных нагрузках // Б. М. Лебедь, Г. А. Мирских, В. А. Лаврович. Электронная техника. Серия 1 Электроника СВЧ. Вып. 4, с Marks R. B., Williams D. F. A General Waveguide Circuit Theory // J. Res. Natl. Inst. Stan., Vol. 97, 1992, pp Вентцель Е. С. Теория вероятностей и ее инженерные приложения / Е. С. Вентцель, Л. А. Овчаров / М.: Высшая школа, с. Анотація Для прогнозування викривлення показників функціонування компонентів при їх включенні в тракти реальних систем пропонується застосувати стохастичний процес, в якому параметри навантажень, що виявляються підключеними до входів/виходів компонента в тракті, подаються як відповідним чином розподілені випадкові величини. Показано, що оброблення результатів реалізації вказаного процесу дозволяє на ранніх стадіях проектування прогнозувати показники функціонування компонентів в трактах систем. Ключові слова: проектування, усталеність показників функціонування, тракти систем. Аннотация Для прогнозирований искажений показателей функционирования компонентов при их включении в тракты реальных систем предлагается использовать стохастический процесс, при котором параметры нагрузок, которые оказываются подключенными к входам/выходам компонента в тракте, представляются как соответствующим образом распределённые случайные величины. Показано, что обработка результатов реализации указанного процесса позволяет на ранних стадиях проектирования прогнозировать показатели функционирования компонентов в трактах систем. Ключевые слова: проектирование, устойчивость показателей функционирования, тракти систем. Abstract For predictions of distortions in the performance of components when they are included in the tracts of real systems, it is proposed to use a stochastic process in which the parameters of the loads that are connected to the inputs/outputs of the component in the path are represented as appropriately distributed random variables. It is shown that the processing of the results of the implementation of this process makes it possible to predict the performance of components in system paths in the early stages of design. Keywords: design, stability of performance indicators, tract systems 86 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

87 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка ДЖЕРЕЛО БЕЗПЕРЕБІЙНОГО ЖИВЛЕННЯ ДЛЯ МІКРОКОМП ЮТЕРІВ Риндін М. Д., студент; Адаменко В. О. ст. викл. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Важливою частиною системи домашньої автоматизації (інтернету речей) є центральний контролер (ЦК), який займається збиранням, зберіганням та обробленням інформації, координацією та керуванням процесами, які відбуваються у розумному будинку. В більшості випадків в ролі ЦК виступає одноплатний мікрокомп ютер. Для підвищення надійності та можливості виконувати свої функції в різні критичні моменти важливим є забезпечення неперервності роботи ЦК та потрібної йому периферії, тому забезпечення безперебійного живлення є важливою задачею. Звичайно професійні системи для розумного будинку та інтернету-речей зазвичай містять повноцінні системи резервування живлення. Проте вони (системи) мають високу вартість та в більшості випадків призначені для розгортання в новобудовах чи при капітальних ремонтах приміщення. В останній час значної популярності набувають невеликі системи, які призначені для швидкого та зручного розгортання, проте проблема забезпечення безперебійної роботи ЦК при цьому залишається незмінно. Адже у випадку зникнення напруги в домашній мережі критична інфраструктура, наприклад, системи контролю доступу (кодові замки, давачі присутності) та протипожежні (протизаливні) системи повинні працювати безперебійно. Тому створення портативного та дешевого джерела безперебійного живлення (ДБЖ) є актуальною задачею. Провівши аналіз поширених одноплатних комп ютерів, таких як Raspberry Pi, Banana Pi, BeagleBone Black, можна зробити висновок, що типовими параметрами живлення є напруга 5 В та струм до 3 А (враховуючи необхідність живлення ще й критичної периферії). Відповідно ці параметри та час неперервної роботи не менше 4 годин є вихідними даними для проектування ДБЖ. Важливою складовою ДБЖ є акумуляторні батареї, тому в процесі проектування значну увагу відведено вибору оптимальних акумуляторів з точки зору терміну роботи, масогабаритних параметрів та зручності експлуатації. До таблиці 1 зведено основні характеристики найпоширеніших типів акумуляторів. Після порівняння можна зробити висновок що найкращим вибором для оголошених умов буде Li-Ion акумулятор так як він має найвищу питому енергоємність та велику кількість циклів заряд/розряд. Проте даний «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 87

89 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка який забезпечує перемикання режимів 220 В AC/DC КН DC/DC роботи мережа/акумулятори, DC/DC перетворювача на основі MP1584, який забезпечує вихідну напругу на рівні 5 В (ККД не менше 90%), адже при такому ЗП АК ЦК з єднанні акумуляторів їх сумарна напруга коливається в межах 5,5 8,4 В та Рисунок 1. Структурна схема ДБЖ власне ЦК. Блок живлення повинен забезпечувати напругу 9 12 В та струм не менше 3 А з високим ККД тому прийнято рішення використовувати імпульсний модульний перетворювач S-40-12, який має ККД 84%. Запропоноване ДБЖ забезпечує двогодинну автономність роботи при максимальній потужності навантаження та близько 5 годин роботи, в режимі заощадження (струм споживання на рівні 1 А). Також система може бути доволі просто масштабована на більшу автономність шляхом збільшення кількості акумуляторів. При виборі елементної бази основна увага приділялася компактності та модульності приладу, а також максимально високому ККД перетворювачів, для збільшення часу автономної роботи. В подальшому заплановано тестування системи та проведення вдосконалення окремих вузлів. Перелік посилань 1. Типи акумуляторних батарей [Електронний ресурс] Режим доступу: Назва з екрана. 2. Розрахунок часу автономної робити ДБЖ [Електронний ресурс] Режим доступу: Назва з екрана. Анотація У роботі представлено розробку джерела безперебійного живлення для мікро-комп’ютерів. Проведено аналіз ринку сучасних мікрокомп ютерів та порівняння параметрів поширених акумуляторів. Розраховано час автономної роботи БДЖ. Підібрано компоненти з урахуванням компактності пристрою. Ключові слова: мікрокомп ютер, ДБЖ, акумулятор. Аннотация В работе представлена разработка источника бесперебойного питания для микрокомпьютеров. Проведен анализ рынка современных микрокомпьютеров и сравнение параметров распространенных аккумуляторов. Рассчитано время автономной работы ИБП. Подобраны компоненты с учетом компактности устройства. Ключевые слова: микрокомпьютер, ИБП, аккумулятор. Abstract The paper presents the development of an uninterruptible power supply for micro-computers. The analysis of the market of modern microcomputers and comparison of the parameters of common batteries is carried out. The battery life of the UPS is calculated. The components are selected taking into account the compactness of the device. Keywords: microcomputer, UPS, battery. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 89

90 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка АЛГОРИТМІЗАЦІЯ ПОШУКУ НЕСПРАВНОСТЕЙ ДРУКОВАНОЇ ПЛАТИ ЗА ДОПОМОГОЮ ШТУЧНОЇ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ Рибченко Є. О., магістрант; Іванов Д. Ю.; Адаменко Ю. Ф., к.т.н. КПІ ім. Ігоря Сікорського, м. Київ, Україна З розвитком науки і техніки, одним із етапів середньо- та багатосерійного виробництва друкованих плат (ДП) є візуальна перевірка правильності друкованого рисунку та монтажних отворів, встановлення радіоелементів. Як правило, на підприємствах для автоматизації цього процесу використовують алгоритми обробки та порівняння зображення [1]. У даній роботі пропонується алгоритм автоматизації перевірки наявності радіоелементів на ДП за допомогою нейронної мережі НМ. Розглянемо послідовність методу на прикладі тестової ДП (рис.1): 1. За допомогою камери виконати знімок (групу знімків) ДП (рис.1, а). а Рисунок 1. Знімок тестової ДП: а оригінал, б конвертоване зображення 2. Для спрощення аналізу необхідно конвертувати знімки у чорно-білий формат. Таким чином, чорному відповідатиме «1», білому «0» (рис.1,б). 3. Для підвищення швидкості опрацювання НМ знімок «розрізається» на n частин (кадрів) (рис.2). б Рисунок 2. Кадрований знімок тестової ДП на 6 кадрів Знімок розрізається для підвищення швидкості «навчання» НМ 90 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

91 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка табл.1. [2] за рахунок зменшення об єму інформації, зменшується кількості нейронів НМ та кількісті машинних операцій. Таблиця.1. Порівняльна характеристика операцій навчання Розмір кадру/ Кількість кадрів Кількість вхідних нейронів Орієнтовна кількість операцій для навчання НМ НМ без та з розбиттям на кадри Загальна кількість операцій 720х480 / ~ 1 млн операцій ~ 1 млн операцій 360х240 / ~ операцій ~960 тис операцій 240х240 / ~ операцій ~900 тис операцій 4. Кожний кадр перевіряється НМ на предмет відповідності. Оскільки кожен кадр має різну кількість радіолементів для кожного кадру вагові коефіцієнти будуть різні. 5. Якщо знайдено помилку при порівнянні з еталонною моделлю у i- тому кадрі до нього додається елемент іншого кольору (наприклад синього) [3] (рис.3). 6. Останнім етапом є збірка кадрів у єдиний знімок та виведення несправностей. Рисунок 3. Приклад не знайденого елемента на платі До переваг такого методу можна віднести значне зменшення кількості зовнішніх та внутрішніх нейронів. Кількість входів на кожному кадрі однакова змінюється лише вага нейронів на кожному кадрі. Крім того, немає жорсткої прив язки до типу нейронної мережі (у даній статті вона розглядається за принципом «чорного ящика»). До недоліків відноситься поява задачі пошуку оптимальної кількісті кадрів та ускладнення задачі пошуку позиціонування об єкту. До того ж час візуальної перевірки НМ плати буде залежати від кількості кадрів та наявних машинних ресурсів. Представлений алгоритм дозволяє тільки визначити наявність радіоелементів на ДП, однак даний метод можна покращити, створивши групу фільтрів для перевірки доріжок, монтажних та перехідних отворів. Для автоматизації обробки можна взяти CheckList ДП з середовища Altium Designer. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 91

92 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка Додаванням перевірки позиціонування радіоелементів можна значно спростити пошук несправностей. Також при створенні взаємозв язків між кадрами можна буде перевіряти на відповідність радіолементи, паяльні доріжки, та отвори які знаходяться в декількох кадрах одночасно [4]. Перелік посилань. 1. Инютин А.В.. Алгоритм поиска и классификации дефектов топологии печатных плат [Електроннний ресурс] Режим доступа: Назва з екрана. 2. Симуляція роботи нейроних мереж [Електроннний ресурс] Режим доступа: Назва з екрана. 3. Kraidiki. Что происходит в мозгах у нейронной сети и как им помочь плат [Електроннний ресурс] Режим доступа: Назва з екрана. 4. Сиротенко М.Ю. Применение нейросетей в распознавании изображений [Електроннний ресурс] Режим доступа: Назва з екрана. Анотація Представлено алгоритму перевірки наявності необхідних встановлених радіоелементів на друковану плату. Показано, що кадрування зображення дозволяє зменшити витрати часу та машинних ресурсів. Показані переваги та недоліки запропонованого методу та подальші можливості його розширення. Ключові слова: друкована плата, вихідний контроль, розпізнавання образів, нейронна мережа, машинне навчання. Аннотация Представлен алгоритм проверки наличия необходимых установленных радиоэлементов на печатную плату. Показано, что кадрирование изображения позволяет уменьшить затраты времени и машинных ресурсов. Показаны преимущества и недостатки предложенного метода и дальнейшие возможности его расширения. Ключевые слова: печатная плата, выходной контроль, распознавание образов, нейронная сеть, машинное обучение. Abstract An algorithm for checking the presence of necessary radioelements on a printed circuit board is presented. It is shown that cropping the image reduces the time and machine resources. The advantages and disadvantages of the offered method and the further possibilities of its expansion are shown. Keywords: printed circuit board, initial control, pattern recognition, neural network, machine learning. 92 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

93 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка ОПТИМІЗАЦІЯ РОЗТАШУВАННЯ ЧАРУНОК У БЛОЦІ ЗІ ЩІЛЬНОЮ КОМПОНОВКОЮ Нікітчук А. В., асистент; Уваров Б. М., д.т.н., професор КПІ ім. Ігоря Сікорського, м. Київ, Україна Сумарна дія зовнішніх та внутрішніх теплових факторів може призвести до неприпустимого підвищення температур окремих елементів електронної структури (ЕЕС), та їх подальшого виходу з ладу, а у більшості таких випадків до відмови всього радіоелектронного апарату (РЕА). Температури ЕЕС напряму пов язані з надійністю останніх, тобто й з надійністю всього РЕА. Методи автоматизованого розміщення тепловиділяючих функціональних вузлів та електрорадіоелементів на друкованій платі радіоелектронного апарату забезпечують оптимальність теплового режиму і підвищення надійності. Всі ці обставини призводять до необхідності використовувати об єктно-орієнтовані програмні модулі САПР. Створене програмне забезпечення [1] дає змогу провести відповідні розрахунки для оптимізації розташування ЕЕС на платі та визначення надійності чарунки. Подальшим кроком у підвищенні надійності РЕА є оптимізація положення друкованих плат у блоці радіоелектронного апарату. Тепловий режим в блоці можна оптимізувати, раціонально розташовуючи чарунки відносно одна одної. Тепловиділення в чарунках неоднакові, а залежать від теплової потужності встановлених на них ЕЕС. Тому можливо так розмістити чарунки, щоб температури найбільш навантажених ЕЕС в них були мінімальними. Кожну чарунку можна представити як паралелепіпед з розмірами alh (ширина, глибина, висота), що розміщений у корпусі блока з розмірами ALH. Тепловиділення у її об ємі це сума тепловиділень ЕЕС. У внутрішньому об ємі корпусу знаходиться повітря, завдяки циркуляції якого ЕЕС у чарунках охолоджуються, а внаслідок цього це повітря нагрівається. Внутрішні поверхні стінок корпусу сприймають теплоту від повітря конвекцією, а від поверхонь ЕЕС радіацією. Теплота від зовнішніх поверхонь корпусу віддається оточуючому середовищу конвекцією та радіацією. Структурна модель теплових потоків у корпусі блока з чарунками подана на рисунку 1. Усереднені температури чарунок Т і, km теплові провідності, що є аналогами комплексів і S і у рівнянні для конвективного теплообміну [2]: Q i = і S і (T i T v ), де і критерій тепловіддачі від поверхонь ЕЕС до теплоносія; S і площа тепловіддаючої поверхні; T v температура теплоносія, до якого відводиться теплота від чарунок. Для радіаційного теплообміну, згідно з законом Стефана Больцмана, «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 93

94 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка рівняння, що визначає кількість теплоти, якою обмінюються дві поверхні з температурами T i, T j : Q c S T T де c0 cij 1/ 1/ 1 i j 4 4 ij ij ij i j, r критерій взаємного радіаційного теплообміну між поверхнями з номерами i та j; с 0 = 5, Вт/м 2 К 4 константа Стефана Больцмана; і, j степені чорноти поверхонь; S іj еквівалентна поверхня радіаційного теплообміну. 1k 1v n-1,k 1 T T 2 T3 Tn-1 Tn k ik n-2, n-1 T i n-1, n 2v 3v T v n-1,v nv i-1, i i,i+1 iv vk T v T vk k T 2k 3k nk kc T k а T c б Рисунок 1. Теплові потоки у корпусі блока: а теплові потоки від чарунок до повітря та стінок корпусу; б теплові зв язки окремої чарунки з іншими, повітрям та стінками корпусу Згідно зі схемою рисунка 1а теплота від всіх чарунок відводиться до стінок корпусу, а потім віддається до оточуючого середовища. Для чарунки, що знаходиться між іншими, схема теплових потоків наведена на рисунку 1б. Дві крайні чарунки з температурами Т 1 та Т n мають кожна один радіаційний зв язок із сусідньою чарункою та ще радіаційний зв язок зі стінкою корпусу. Система рівнянь математичної моделі теплових потоків: S1 T1 Tv c1k S1k T1 Tk c12s12 T1 T2 Q1 0; k r r isi Ti Tv ciksik k rti Tk ci, i1 Si, i1 Ti Ti 1 r 4 4 ci, i1 Si, i1 Ti Ti 1 Q r i 0; (1) S T T c S T T c S T T Q 0; v k k k, 1, 1 1 n n n n n n k r n n n n r n n n де ( і S i ) k = іv конвективна провідність від чарунки до повітря всередині корпусу з температурою T v ; (c іk S ik ) r = іk радіаційна провідність від чарунки 94 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

95 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка до стінки корпусу з температурою T k ; (c і,i-1 S i,i-1 ) r = і,i-1 радіаційна провідність від чарунки до сусідньої з номером і 1 та температурою T і-1 ; (c і,i+1 S i,i+1 ) r = і,i+1 радіаційна провідність від чарунки до сусідньої з номером і + 1 та температурою T і+1 ; Q i тепловиділення чарунки з номером і. Значення критеріїв і конвективного теплообміну у зазорах між чарунками чи між чарункою та стінкою корпусу знаходять в залежності від того, який процес конвекції природний чи вимушений [2]. Для розв язання системи (1), тобто знаходження значень усереднених температур чарунок T і, використовують різні методи простої ітерації, Ньютона, збурення параметрів. При великій кількості чарунок в корпусі блоку раціонального їх розміщення домогтися складно, оскільки це число для субблоків, спроектованих, наприклад, відповідно до стандарту МЕК 20697, може досягати 21. Число неповторюваних варіантів P k розміщення k чарунок в блоці дорівнює числу перестановок: P k = k!, тому навіть для невеликого числа чарунок кількість варіантів їх розміщення досить велика (для п’яти чарунок P k = 5432 = 120). Тому був розроблений модуль у програмі ReliaREA для розміщення чарунок в блоці, що забезпечує мінімум температур ЕЕС в чарунках і максимальну надійність всього електронного апарата. Перелік посилань 1. Optimization of Arrangement Heat-Producing Functional Units and Radio Elements on the Printed Circuit Board / A. V. Nikitchuk, B. M. Uvarov // Electronics and control systems С Исаченко В.П., Осипова В.А, Сукомел А.С. Теплопередача. Учебник для вузов, изд. 3-е, перераб. и доп. М., Энергия, с. Анотація Розглянуто фактори які впливають на надійність радіоелектронних чарунок у блоці зі щільною компоновкою. Наведено параметри блоку, які необхідно враховувати при розрахунках теплових потоків. Обґрунтовано необхідність створення та використання програмних модулів для оптимізації надійності радіоелектронних блоків. Ключові слова: теплообмін, надійність, блок, РЕА. Аннотация Рассмотрены факторы, которые влияют на надежность радиоэлектронных ячеек в блоке с плотной компоновкой. Приведены параметры блока, которые необходимо учитывать при расчетах тепловых потоков. Обоснована необходимость создания и использования программных модулей для оптимизации надежности радиоэлектронных блоков. Ключевые слова: теплообмен, надежность, блок, РЭА. Abstract The factors that affect the reliability of electronic cells in a block with a dense layout are considered. The parameters of the block, which must be taken into account in the calculation of heat flux are considered. Necessity of creation and use of program modules for optimization of reliability of radio-electronic blocks is proved. Keywords: heat transfer, reliability, block, REA «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 95

96 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка ПОРТАТИВНИЙ GPS-ТРЕКЕР Проскученко Р. С., студент, бакалавр; Шульга А. В., к.т.н., ст. викл. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна В час інтелектуальних технологій дуже актуальним стало питання визначення місцезнаходження певного об єкту: дитини, домашньої тварини, машини та ін. Якщо це дитина, то теперішні технології дають можливість відслідковувати її місце знаходження за допомогою мобільного телефона. Ось, що стосується домашніх улюбленців, то тут ситуаціє трішки гірша. Для таких випадків передбачені різноманітні GPS-трекери. Вони бувають різні за формою, розмірами, ціною, а основне точністю позиціонування. Оскільки, головними вимогами при створенні GPS-трекера для домашніх улюбленців є маленькі габарити, точність позиціонування та низька собівартість, то було прийнято рішення удосконалити уже існуючі прилади, створивши нам необхідний. На сьогоднішній день уже існують такі прототипи приладів для поставленої задачі: протиугінний GPS-трекер Phantom [1], GPS-нашийник V33 [2], GPS-трекер U50-l [2], GPS-трекер TkStar TK911 [3] та GPS-трекер TK-906 [4]. Всі ці пристрої відрізняються за багатьма критеріями, однак, для чіткого порівняння сформовано табл. 1. Таблиця 1 Порівняльна характеристика існуючих приладів GPSтрекер Phantom GPSнашийник V33 GPS-трекер U50-l GPS-трекер TkStar TK911 GPS-трекер TK-906 Ціна, грн Автономність 2 роки 120 год. 215 год. (Без заряду від сонця) 200 год. 300 год. Захист від води/пилу IP60 IPX-165 IP66 IPX-165 IP68 Вага 70 г. 35 г. 64 г. 33 г. 80 г. Габарити GSM-модуль Елемент живлення Точність позиціювання 71х51х26 мм Присутній 45x35x17 мм 60x50x17 мм 62х30х18 мм 96 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 40х85х28 мм Присутній Присутній Присутній Присутній li-socl2 Li-ion Li-ion Li-ion Li-ion 10 м 5 м м 5 м 5 м Проаналізувавши таблицю, ми бачимо, що кожен з них має ряд переваг

97 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка та недоліків. Деякі відрізняються своєю точністю позиціонування та можливістю перезарядки акумулятора, інші малими габаритами та наявністю захисту від води. При створенні GPS-трекера для домашніх улюбленців за основу було взято схема GPS-GSM маяка [5], який має просту але надійну схемотехніку. Цей варіант виконує передачу інформації за допомогою SMS-повідомлень. У SMS-повідомленні користувачу на смартфон надходить посилання на карту з координатими. Для підвищення енергоефективності використано акселерометр (рис. 1). У випадках коли досліджуваний об єкт знаходиться в покої, немає необхідності витрачати енергію на передачу інформації. Тому акселерометр буде викликати преривання у мікроконтролері, який у свою чергу буде виходити з режиму енергозбереженн та виконувати запрограмований алгоритм. Рисунок 1. Схема електрична GPS-трекера Синтезована схема забезпечує більший час автономної роботи, завдяки тому, що прилад знаходиться у енергоефективному режимі очікування у період коли немає необхідності передачі інформації. Цим ми зменшили споживання енергії батареї. Завдяки підключеному акселерометру та GPS модулю з явилась можливість відслідковувати активність тварини за день та в кінці дня отримувати сповіщення про те скільки тварина пройшла метрів та де вона знаходиться в даний момент. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 97

98 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка Рисунок 2. 3D-модель GPS-трекеру На рисунку 2 представлена 3D-модель GPS-трекеру. У його схемі використані елементи вітчизняних виробників, що дало можливість зменшити собівартість та збільшити надійність пристрою. Також простота схемотехніки знижує втрати енергії та збільшує надійність. Виріб має менші габарити та вагу у порівняні з розглянутими вище варіантами виконання. Мінімальний розмір пристрою дає можливість використовувати його для маленьких домашніх улюбленців, оскільки, прилад не буде заважати тварині, а вона в свою чергу не намагатиметься зняти GPS-трекер від дискомфорту. Перелік посилань 1. Цитрус. Гаджети та аксесуари. [Електронний ресурс]. Режим доступу: Назва з екрану. 2. Intelli [Електронний ресурс]. Режим доступу: 3. GPS-трекер TkStar TK911 [Електронний ресурс]. Режим доступу: Назва з екрану. 4. GPS-трекер TK-906 [Електронний ресурс]. Режим доступу: Назва з екрану. 5. Схема GPS-GSM маяка [Електронний ресурс]. Режим доступу: Назва з екрану. Анотація Розглянуто існуючі варіанти вирішення задачі відстеження домашніх тварин. Було проведено порівняльний аналіз у ході якого враховувались основні параметри та характеристики, які є важливими у GPS-трекері. Запропоновано удосконалене схемотехнічне рішення, яке є зручніше, надійніше та економічно вигідніше. Ключові слова: GPS, GSM, трекер, електрична схема. Анотация Рассмотрены существующие варианты решения задачи отслеживания домашних животных. Был проведен сравнительный анализ в ходе которого учитывались основные параметры и характеристики, которые важны в GPS-трекере. Предложено усовершенствованное схемотехническое решение, которое является удобнее, надежнее и экономически выгоднее. Ключевые слова: GPS, GSM, трекер, электрическая схема. Abstract Existing solutions to the problem of tracking pets are considered. A comparative analysis was carried out which took into account the main parameters and characteristics that are important in the GPS tracker. An improved circuit-based solution is offered, which is more convenient, reliable and economically more profitable. Keywords: GPS, GSM, tracker, electrical circuit. 98 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

99 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ОБЛУЧЕННОСТИ ПРИ ЛУЧИСТОМ ТЕПЛООБМЕНЕ В БЛОКАХ РЕА Климук А. А., магистр; Уваров Б. М., д.т.н. профессор Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», г. Киев, Украина В процессе разработки конструкций радиоэлектронной аппаратуры, постоянно возникает задача расчета и анализа тепловыделения, на основании которого производится выбор конструктивных решений при проектировании систем. Повышенная температура в блоках РЕА при эксплуатации, является не только причиной отказов, но и приводит к уменьшению их срока службы [1]. При рассмотрении задач теплообмена в блоках РЕА, важным параметром является расчет лучистого теплообмена. Особую сложность представляет вычисление коэффициента облученности. Моделируется лучистый теплообмен между телами, которые произвольно расположены в пространстве. В этом случае выделено несколько характерных элементов и рассмотрено тепловое взаимодействие между ними (рис. 1). Рисунок 1. Схема взаимного расположения излучателя и элементарной площадки Взаимный коэффициент облученности (1): «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 99

100 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка 1 и 2 1 cos cos (1) F r Где углы падения излучения на центры элементарных площадок; r расстояния между центрами элементарных площадок[2]. Рассмотрим частный случай, когда обе плоскости параллельны плоскости XOZ. Обозначим координаты центра первой плоскости a, a, a второй плоскости b, b, b n и вектор нормали второй плоскости 1 0,1,0 этого, cos 1 и cos 2: cos 1 A x y z и центра B x y z. Вектор нормали первой плоскости y b y x x y y z z b a b a b a a n2 0, 1,0 ; Исходя из (2) cos 2 y a y x x y y z z b a b a b a b (3) С учетом того что r = AB, то выражение (1) принимает вид: x22 x12 z22 z12 yb ya ya yb dza dxb dxa dzb x x1 z21 z1 xb xa yb ya zb za 12 2 (4) где пределы интегрирования координаты размеров плоскостей по осям OX и OZ. При расчетах коэффициента облученности так же были проведены расчеты зависимости коэффициента облучённости от расстояния между блоками. График этой зависимости показан на рис.2. При моделировании в среде MathCad были рассчитаны коэффициенты облученности для плоскостей размерами: 20х5мм и 10х15мм значение 8 коэффициента облучённости , при плоскостях размерами 50х70 и 80х80 значение коэффициента облучённости Так же были проведены расчеты зависимости коэффициента облучённости от расстояния между плоскостями «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

101 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка Рисунок 2. График зависимости коэффициента облученности от расстояния На графике видно, что когда расстояния между блоками превышают 4 50 мм, то значение коэффициента облученности становится порядка 10. Исходя из расчетов, если расстояние между излучающими поверхностями больше 50 мм то их взаимным влиянием в лучистом теплообмене можно пренебречь. И расчет коэффициентов облученности целесообразно проводить при моделировании лучистого теплообмена в блоках РЕА. Перелік посилань 1 Комп ютерні методи визначення механічних та теплових характеристик радіоелектронних апаратів: навч. посіб./уваров Б. М. Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, с. 2. Родин А. К. Газовое лучистое отопление / Родин А. К. Л.: Недра, с. Анотація Розглянуто проблему розрахунку коефіцієнтів опромінення при розрахунку теплообміну в блоках РЕА. Описано алгоритм розрахунку коефіцієнтів і показана залежність коефіцієнта опромінення від відстані між блоками РЕА. Ключові слова: радіоелектронний блок, променистий теплообмін, коефіцієнт опромінення. Аннотация Рассмотрена проблема расчета коэффициентов облученности, при расчете теплообмена в блоках РЕА. Описан алгоритм расчета коэффициентов и показана зависимость коэффициента облученности от расстояния между блоками РЕА. Ключевые слова: радиоэлектронный блок, лучистый теплообмен, коэффициент облученности. Abstract The problem of calculating the irradiance coefficients in the calculation of heat exchange in REA blocks is considered. An algorithm for calculating the coefficients is described and the dependence of the irradiance coefficient on the distance between the PEA blocks is shown. Keywords: radio electronic unit, radiant heat exchange, irradiance coefficient. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 101

102 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка УЛЬТРАЗВУКОВИЙ СПОСІБ ЗНЯТТЯ СКЛОВОЛОКОННОЇ ІЗОЛЯЦІЇ ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ПРОВОДУ Попсуй В. І.; Новосад А. А. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» м. Київ, Україна Сучасна радіоелектронна і електрична апаратура використовується не тільки в нормальних умовах, а також і при підвищеній до К температурі. Така апаратура потребує спеціальних високотемпературних проводів. Зазвичай їх ізоляція виготовляється з скловолокна часто просоченого силіконом (Електротерм 600, HELUTERM 800, HELUTERM 1200 та ін. ). Відомий спосіб зачистки монтажних проводів обпалюванням ізоляції не придатний для зачистки високотемпературних проводів, які мають декілька шарів скло волоконної ізоляції. Промислова технологія, розроблена агентством NASA, дозволяє видаляти ізоляцію за допомогою вуглецевого лазера [1]. Така технологія має свої переваги і недоліки. До переваг можна віднести: — відносно легке переналаштування обладнання для роботи з різними діаметрами проводів і різною товщиною ізоляції; — можливість коригування потужності лазерного променю; — практична відсутність впливу лазерного опромінення на сам провід; — оплавлення кінчиків скловолокна для запобігання розшаруванню; — можливість автоматизації процесу; — помірна вартість обладнання та ін. До недоліків: — захист робітників від лазерного опромінення; — необхідність видалення залишків скловолокна з метою унеможливлення потрапляння скляних волокон у легені робітника. Проте подрібнювати скловолокно можна також ультразвуком. Проблема полягає у оптимальному виборі форми і матеріалу інструменту, потужності генератора і випромінювача ультразвуку. При успішному вирішенні проблеми можна отримати мобільний автономний інструмент видалення скло волоконної ізоляції. До переваг методу можна віднести: — автономність; — незначну електричну потужність (20-40 Вт); — легкість пере налаштування зміною леза для різних діаметрів осердя проводу; — можливість автоматизації процесу. Однак є і недоліки: 102 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

103 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка — обов’язкове видалення залишків скловолокна та його подрібнених частинок; — необхідність використання набору лез для різних діаметрів проводу. Аналіз роботи серійних ультразвукових ножів дозволив спроектувати форму леза, що показана на рис. 1 Рисунок 1. Форма леза Процес зачистки ізоляції відбувається наступним чином: — підбирається лезо з отвором потрібного діаметру і глибини; — затискається провід у отворі опорної плити необхідного діаметру; — лезо ультразвукового ножа насувається на осердя проводу і відхиляє скловолокно від осердя; — вмикається генератор ультразвуку; — в момент притискання леза подрібнюється скловолокно у місцях контакту з опорною плитою і лезом ножа. Для видалення ізоляції проводу КТЖЄ(М) ТУ У :2013 використовувався ручний ультразвуковий перетворювач електричною потужністю до 20 Вт з різьбовим отвором М5 для фіксації леза. Амплітуда коливань леза в межах мкм. Матеріал леза — Ст 10. Опорна плита складалась з двох пластин, що з’єднувались гвинтами. На лінії з’єднання висвердлювались отвори потрібного діаметру в залежності від марки і діаметру проводу. Матеріал плити — Ст 10. Ізоляція надійно видалялась за 1-2 с. Ультразвуковий ніж, опорна плита, провід до і після зачистки зображені на рис. 2. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 103

104 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка Рисунок 2. Процес зачищення провода Збільшити зносостійкість інструменту дозволить оптимізація вибору форми та матеріалу леза і опорної плити, електричних режимів роботи ультразвукового п єзо перетворювача. Проведені експерименти підтвердили доцільність використання ультразвукового ножа для зачистки високотемпературних проводів з скло волоконною ізоляцією. Особливо перспективним метод може бути у дрібносерійному виробництві завдяки можливості виготовлення лез і плит в умовах невеличкої майстерні. Ультразвуковий перетворювач можна використовувати серійного виробництва електричною потужністю від 15 Вт. Перелік посилань 1. Марат Саитгалеев Лазерная зачистка проводов технология и применение. «Технологии в электронной промышленности», 1, Анотація Запропоновано спосіб та інструмент для зняття термостійкої ізоляції зі спеціальних проводів. Наведено результати випробування інструмента Ключові слова: ультразвуковий інструмент, зачищення проводів. Аннотация Предложен способ и инструмент для снятия термостойкой изоляции со специаль-ных проводов. Приведены результаты испытаний инструмента Ключевые слова: ультразвуковой инструмент, зачистки проводов. Abstract The method and the tool for removing heat-resistant isolation from special wires is proposed. The results of the tool s test are given. Keywords: ultrasonic tool, wire cleaning. 104 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

105 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка УПРАВЛЕНИЕ АКТИВНЫМИ ФАЗИРОВАННЫМИ АНТЕННЫМИ РЕШЕТКАМИ Бутырин А. В., к.т.н., с.н.с.; Липатов В. П., Марков В. И., к.т.н., Хоменко Н. В. Государственное предприятие «Научно-исследовательский институт радиолокационных систем «Квант-Радиолокация», г. Киев, Украина Одной из основных задач при проектировании активных фазированных антенных решеток (АФАР) является разработка системы управления (СУ), предназначенной для выполнения следующих функций: приема и распределения управляющих сигналов (формуляров задач), поступающих из информационно-управляющей системы (ИУС) РЛС; синхронизации работы всех устройств АФАР; проведения контроля технического состояния блоков и устройств, входящих в АФАР с определением места и типов отказов; расчета кодов, подаваемых на фазовращатели и аттенюаторы приемо-передающих модулей (ППМ), для формирования необходимого амплитудно-фазового распределения (АФР) на апертуре. автоматической калибровки и внесения фазовых и амплитудных поправок в АФР на апертуре в режимах ПРИЕМ и ПЕРЕДАЧА для поддержания технических параметров АФАР. Формуляр задачи содержит информацию о режиме работы АФАР ( Работа, Контроль, Калибровка, Тренаж, Приём или Передача ), о номере рабочей частоты, направляющих косинусах луча, форме луча (узкий, широкий, косеканс, столообразный и т.д.), типе ДН — однолучевая или многолучевая ДН ( веер или розетка ). Эта информация в требуемом для каждой составной части объёме распределяется СУ в виде отдельных формуляров задач в вычислительное устройство управления положением луча (ВУУПЛ), устройство цифрового формирования диаграммы направленности (УЦФДН), синхронизатор и возбудитель. Конструкция АФАР имеет ряд конструктивных особенностей. Апертура антенны, как правило, состоит из подрешеток, включающих в себя ряд ППМ. Чтобы сформировать ДН АФАР, необходимо выровнять АФР на апертуре с помощью фазовых и амплитудных поправок, учесть требования к форме ДН и её характеристикам и направлению излучения. Для этого проводятся измерения амплитудно-фазовых характеристик отдельных частей АФАР на этапе их изготовления и первоначальная настройка собранной антенны и нормирующие коэффициенты для обеспечения работы встроенной системы контроля и калибровки [1]. Определяются заводские фазовые поправки для хранения в ПЗУ П П n, m и n, m на для всех рабочих частот (раздельно для режимов ij ПРД ij ПР «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 105

106 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка ПРИЕМ и ПЕРЕДАЧА), учитывающие зависимость электрической длины СВЧ-канала ППМ от частоты, температуры, кодов аттенюаторов и фазовращателей соответствующих каналов и амплитудные поправки, учитывающие зависимость амплитуды поля в СВЧ-каналах ППМ в зависимости от их положения на апертуре [1, 2]. При эксплуатации АФАР используются поправки, полученные при очередной калибровке. Для установки луча заданной формы в заданном направлении АФР на апертуре может рассчитываться с помощью вычислительных устройств различной конфигурации, размещенных в разных узлах АФАР. В одном из вариантов ВУУПЛ реализуются на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС) с собственным ПЗУ и располагаются в каждом ППМ. Расчет амплитуд и фаз для всех каналов ППМ, в соответствии с информацией находящейся в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) и поступившей с формуляром задачи, выделение управляющих кодов и их загрузка в буферные регистры фазовращателей и аттенюаторов производятся в ПЛИС [2, 3]. В другом варианте вычислительные устройства и ПЗУ могут быть общими для группы ППМ, объединенными в подрешетки, а данные расчета передаются на ППМ, например, по шине SPI. В третьем варианте для управления положением луча АФАР на каждый ППМ поступает цифровой код амплитуды и фазы (раздельное цифровое управление амплитудой и фазой излучаемых и принимаемых СВЧ сигналов с обеспечением регулировки не менее 5 бит по амплитуде и 6 бит по фазе). Вариант 3 алгоритма работы ППМ используется в случае, когда все расчеты фазового распределения на апертуре АФАР для заданного положения, формы луча и рабочей частоты с учетом всех факторов влияющих на расчетное фазовое состояние каждого фазовращателя для конкретных каналов ППМ (угловых ошибок горизонтирования несущей платформы, углов наклона и азимутального положения антенного прибора), а также индивидуальных фазовых поправок, полученных при настройке и дальнейших калибровках для каждой рабочей частоты проводятся вычислительным устройством общим для всей АФАР и только результаты расчетов поступают непосредственно на каждый фазовращатель и аттенюатор соответствующего ППМ. В данном конструктивном варианте с помощью мощного вычислительного устройства обеспечивается возможность адаптации параметров ДН к помеховой обстановке, появляется возможность поддержания технических характеристик при наличии отказов части каналов, упрощается конструкция ППМ и исключается процедура начальной загрузки их ПЗУ при включении АФАР. 106 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

107 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка Для варианта 3 в зависимости от конструкции АФАР и количества каналов ППМ объём передаваемой в процессе работы информации возрастает и может превысить возможности проводных линий связи. Поэтому может оказаться необходимым использование волоконно-оптического кабеля и соответствующей аппаратуры для передачи информации о состоянии фазовращателей и аттенюаторов ППМ и включение в состав ППМ модемов для приема и передачи сигналов оптического диапазона. Перечень ссылок 1. Гузь В И. Технология проведения контроля технического состояния, настройки и калибровки АФАР / В.И. Гузь, В.И. Марков, А.А. Зайцев, А.Б. Филоненко // Радиоэлектроника. Известия вузов Т. 55, 1. С Дрожжина Н.В. Управление фазированной антенной решеткой в различных режимах работы / Н. В. Дрожжина, П. Л Батов, А. С. Беляев, А. Е. Козлова // Журнал «Вестник воздушно-космической обороны» М.: АОО «ГСКБ «Алмаз-Антей». 2016, выпуск 3 (11). С Батов П. Л. Система управления АФАР: алгоритм вычисления и формирования амплитудно-фазового распределения / П. Л. Батов, Н. В. Дрожжина // Журнал «Успехи современной радиоэлектроники». М.: Радиотехника. 2015, выпуск 3. С Анотація Розглянуті основні технічні рішення спрямовані на реалізацію системи керування АФАР. Ключові слова: Активні фазовані антенні решітки, амплітудно-фазовий розподіл, керування АФАР. Аннотация Рассмотрены основные технические решения, направленные на реализацию системы управления АФАР. Ключевые слова: активные фазированные антенные решетки, амплитудно-фазовое распределение, управление АФАР. Abstract The basic technical decisions of realization of APAA control system are considered. Keywords: Active phased array antennas, amplitude and phase distribution, APAA control. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 107

108 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка ПРИЛАД ДЛЯ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ ДВИГУНА ВНУТРІШНЬОГО ЗГОРЯННЯ Ющенко В. С., студент, Піддубний В. О., к.т.н. доцент. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна В зв язку зі збільшенням цін на бензин, газ та дизельне пальне власники автомобілів, особливо старих, шукають шляхи зменшення витрат пального. Є декілька способів вирішення цього питання. Це додавання води до паливної суміші, інжекція води безпосередньо в двигун, активація повітря, що всмоктується вхідним колектором двигуна [1, 2]. Вода, потрапляючи в колектор, переходить в мілкодисперсний стан, причому чим краплі менші, тим краще заповнюється камера згорання. Мінімального розміру крапель (до 5 10 мкм) можна досягти ультразвуковим розпиленням води. Паливо, яке знаходиться також в мілкодисперсному стані, обволікає краплі води створюючи шароподібну структуру, в центрі якої вода, а на поверхні паливо. Під дією високої температури ( С о ) в камері згоряння вода перетворюється в пар, значно збільшуючи свій об єм. Тиск пару допомагає робочим газам рухати поршні даючи значний приріст потужності та покращує коефіцієнт корисної дії. Під дією температури, яка утворюється при згорянні палива С m Н n + (m+0,5n)о 2 = mсо 2 + nн 2 О + T o, відбувається взаємодія його залишків з водяною парою. При цьому утворюється водень та оксид вуглецю C + 2H 2 O = CO 2 + 2H 2, C m H n + mh 2 O + T o = mco + (m +0,5 n)h 2. Водень, який виділяється при реакції, спалюється, як паливо 2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О + T o. Якщо повітря іонізоване, то реакція протікає значно ефективніше, тому що не затрачується енергія на розрив ковалентних зв язків в молекулі кисню. С m Н n + (2m+0,5n)О = mсо 2 +0,5 nн 2 О + T o, Н 2 + О = Н 2 О + T o. Перші системи, що використовували суміш палива та води, встановлювалася на американських тракторах «Форзон», для спалювання низькооктанового керосину. В бувшому СРСР ця технологія використовувалася не для зменшення витрат пального, а для усунення детонації в циліндрах двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) в момент різкого збільшення навантаження. Інжекція води виконувалася вручну і відбувалася за допомогою окремого насоса. Ручний привід часто призводив до поломок двигунів. 108 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

109 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка Зараз існує три способи, які дозволяють добавляти воду до паливної суміші. Це створення водо-паливної емульсії, електроліз води та безпосередня інжекція води в циліндри двигуна. Створення водо-паливної суміші здійснюється попереднім приготуванням емульсії чи емульгуванням палива за допомогою спеціальних пристроїв безпосередньо перед використання робочої суміші на самому ДВЗ. Використання водо-паливної суміші позитивно впливає на детонаційну стійкість, підвищує октанове число майже на 10 одиниць. Однак використання водопаливної емульсії проблематично із-за її поганої часової стійкості, що вимагає використання поверхнево-активних речовин (ПАВ) та призводить до значного нагару на поверхні поршневої групи та клапанах. Максимальна концентрація ПАВ в емульсії біля 0,1 % в співвідношенні вода-паливо 1:4 [1, 3]. Безпосереднє емульгування потребує значного ускладнення паливної апаратури. Тому водо-паливна емульсія використовується лише в лабораторних зразках паливних систем. Використання продуктів електролізу води (гримучої суміші, газу Брауна) до останнього часу мало більше теоретичний, ніж практичний характер, що пов язано з великими енергозатратами при електролізі [4]. Однак з відкриттям резонансного розкладу води в чарунку Мейєра [5], який дозволяє при малих енергетичних затратах отримати воднево-кисневу суміш в достатній для практичного використання кількості, розробка таких систем живлення ведеться достатньо інтенсивно. Це одним напрямком підвищення ефективності ДВЗ є іонізація повітря, що всмоктується через вхідний колектор двигуна та використовується для створення робочої суміші. Ефект коронного електричного розряду, який відбувається в розрядному пристрої, призводить до активного та інтенсивного озонування повітря. Активатори (іонізатори) повітря поліпшують якість згоряння паливної суміші в камерах ДВС. Це зменшує токсичність вихлопних газів та економить паливо при роботі ДВЗ. Існують промислові зразки іонізаторів. Це озонатори-активатори кисню повітря УПГ 2 [6], «Гроза» [7] та розробки КБ «Нітрон» [8]. Однак існуючі прилади не дозволяють отримати високої продуктивності утворення озону, складні за конструкцією та мають достатньо високу вартість. Тому нами зроблена спроба розробки дешевої та простої конструкції електронного приладу для підвищення ефективності роботи ДВС. Особливостями приладу є можливість його використання як для іонізації кисню всмоктуваного в колектор повітря (озонатора) так і для живлення чарунку Мейєра для ефективного утворення газу Брауна, як одночасно так і почергово. Пропонується пристрій, який складається з універсального електронного блоку, навантаженням якого є пристрій іонізації або чарунок Мейєра. Головна особливість приладу полягає в тому, він дозволяє підстроювати робочі частота, як для ефективного озонування повітря, так і для роботи з чарунками «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 109

110 Проектування, технологія та експлуатація радіоелектронної техніки. Ультразвукова техніка Мейєра як пластинчастого так і трубчастого типу. Таким чином, проаналізований стан розробок пристроїв підвищення ефективності роботи двигунів внутрішнього згоряння, розроблена концепція побудови пристрою підвищення ефективності двигунів внутрішнього згоряння, який може використовувати як іонізацію повітря так і розкладання води на паливну суміш. Зараз ведуться роботи з розробки електричної принципової схеми пристрою, яка буде виконана на сучасній елементній базі, та його конструкції. Перелік посилань 1. Ерохов В.И. Экономичная эксплуатация автомобиля / В.И Ерохов. М.: ДОСААФ, с. 2. Малюкін О. В. Підвищення економічності двигунів для надлегких літальних апаратів / О.В. Малюкін, В.В. Піддубний, В.О. Піддубний // Гіротехнології, навігація, керування рухом і конструювання авіакосмічної техніки. Ч.ІІ / К.: С Безруков А А. Самовоспламенение и сгорание водотопливной эмульсии при впрыске ее в нагретый воздух / А. А. Безруков, В. П. Тимошенко // Физика горения и взрыва Том 31 ( 5). Новосибирск С Опис та інструкція по виготовленню та експлуатації приладу Water4Gas (Водяний паливний чарунок) [Електронний ресурс]. Режим доступу: Назва з екрана 5. Ячейка Мейера. [Електронний ресурс]. Режим доступу: Назва з екрана ( ). 6. Ионизатор/Озонатор-активатор кислорода воздуха УПГ 2 [Електронний ресурс]. Режим доступу: Назва з екрана 7. Новый озонатор воздуха КБ «Нитрон» для любих авто [Електронний ресурс]. Режим доступу: Назва з екрана 8. Озонатор воздуха «Гроза» для двигателя внутреннего сгорания [Електронний ресурс]. Режим доступу: Назва з екрана Анотація Розглянута принципи побудови пристроїв для підвищення ефективності роботи двигунів внутрішнього згоряння. Пропонується пристрій, який складається з універсального електронного блоку, навантаженням якого є пристрій іонізації або чарунок Мейєра. Ключові слова: Інжекція води в ДВЗ, водо-паливна суміш, газ Брауна, озонатори. Аннотация Рассмотрені принципы построения устройств для повышения эффективности работы двигателей внутреннего сгорания. Предлагается устройство, которое состоит из универсального электронного блока, нагрузкой которого является устройство ионизации или ячейка Мейера. Ключевые слова: Инжекция воды в ДВС, водо-топливная смесь, газ Брауна, озонаторы. Abstract The principles of construction of devices for increase of efficiency of work of internal combustion engines work are considered. A device consisting of a universal electronic side loaded with an ionization device or a Meyer cell is proposed. Keywords: Water injecting in ICE, water-fuel mixture, Brown gas, air ozonizers. 110 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

111 Теорія та практика радіовимірювань Секція 3. Теорія та практика радіовимірювань. Методи та засоби вимірювання параметрів сигналів в діапазоні радіочастот; технічні рішення щодо вимірювання фізичних величин в різноманітних сферах з використанням сигналів радіочастотного та мікрохвильового діапазону; особливості побудови радіовимірювальних засобів різного призначення. Керівник секції: д.т.н., проф. Яненко О. П. Секретар секції: Зінгер Я. Л. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 111

112 Теорія та практика радіовимірювань ІНФОРМАЦІЙНИЙ АНАЛІЗ РАДІОТЕХНІЧНИХ ВИМІРЮВАЧІВ Бичковський В. О., к. т. н., доцент; Реутська Ю. Ю., ст. викладач Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна В системах радіокерування вимірювальна ланка реалізується у вигляді радіозасобів, які визначають координати керованого об єкта та цілі або їх відносні координати [1]. Інерційність радіовимірювачів (РВ) пов язана з необхідністю фільтрації корисного сигналу на фоні завад та суттєво впливає на їх інформаційні характеристики (ІХ). Існуючі підходи до аналізу ІХ базуються на визначенні відносної помилки та подальшого встановлення частотно-квантової спроможності [2, 3]. В разі такої методики динаміка інформаційних процесів залишається прихованою. Приймемо до уваги, що кількість інформації, а швидкість її зміни C n di dt. З іншого боку,, N 12, де N інформаційна спроможність, відносна помилка перехідного процесу [2, 3]. Таким чином, можна записати dn d Cn, Cn. (1) Ndt dt Значна кількість РВ має передаточну функцію K W( p) Tp 1, (2) де K коефіцієнт передачі, T постійна часу, оператор Лапласа [1]. Для таких РВ маємо exp( tt) [3]. На підставі формули (1) визначаємо Cn 1 T. В РВ із запізненням сигналу на час передаточна функція K W( p) expp. (3) Tp 1 Приймемо до уваги, що yст yt, (4) y I ln N 112 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» ст I I t p lim yст lim y t py p, (5) t p0 A Y p W p, (6) p де Ap зображення сигналу на вході РВ, Y p зображення сигналу на виході РВ. На підставі залежностей (3) (6) знаходимо exp t T. (7)

113 З формули (1) визначаємо передаточною функцією Теорія та практика радіовимірювань Cn W в 1 T p. Якщо розглядати радіовимірювач з n i1 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» Tp1 то існує можливість використання моделі заміщення з передаточною функцією (3) за умови T i, n 2 i i1 n Ti T. (9) i1 T, (8) Найгірша точність апроксимації спостерігається тоді, коли T1 T2.. Tn [4]. Таким чином, визначається на підставі формул (7), (8), (9). Для найгірших умов апроксимації на підставі залежностей (8), (9) знаходимо T T1 n, T1 n n. (10) Отже, для загальних умов відповідно до формул (1), (7), (8), (9) визначаємо 1 Cn. n 2 T Для найгірших умов апроксимації на підставі залежностей (1), (7), (10) знаходимо 1 C n. T1 n Зауважимо, що використання моделі заміщення дає можливість встановити також частотно-квантову спроможність F 1 t[3]. Оскільки N 12, то на підставі формули (7) визначаємо 1 F T ln 2 N, де T та знаходяться із залежностей (8), (9) або (10). Розглянемо радіовимірювач з передаточною функцією 1 W в p. 0,5 p 1 2 На підставі залежностей (10) визначаємо T 0,707 с; 0,414 с; C 1,414 (1/с). n i1 i

114 Теорія та практика радіовимірювань Таким чином, в результаті проведеного аналізу показано, що в разі переходу від передаточних функцій вимірювачів до передаточної функції моделі заміщення інерційною ланкою та ланкою запізнювання процедура інформаційного аналізу спрощується. Це дає можливість використовувати єдину методику математичного опису РВ різноманітного призначення, порівнювати їх характеристики та прогнозувати функціональні можливості. Отримані результати дають можливість визначати інформаційні характеристики РВ та доповнюють відомі дані щодо їх частотно-квантових спроможностей та швидкості збільшення кількості інформації. Вони можуть використовуватись в процесі модернізації існуючих РВ та на початковому етапі проектування нових РВ. Перелік посилань 1. Вейцель В. А. Радиосистемы управления. / В А. Вейцель, А. С. Волковский, С. А. Волковский. М.: Дрофа, с. 2. Новицкий П. В. Основы информационой теории измерительных устройств. М.: Энергия, с. 3. Ацюковский В. А. Построение систем связей комплексов оборудования летательных аппаратов. М.: Сов.радио, с. 4. Шаракшанэ А. С. Сложные системы. / А С. Шаракшанэ, И. Г. Железнов, В. А. Ивницкий. М.: Высшая школа, с. Анотація На підставі аналізу відносних помилок перехідного процесу визначено швидкості зміни кількості інформації в радіовимірювачах без затримки та із затримкою сигналу. Результати інформаційного аналізу поширено на радіовимірювачі, які мають складні передаточні функції, та встановлено їх інформаційні показники. Ключові слова: радіовимірювач, перехідний процес, відносна помилка, інформація. Аннотация На основании анализа относительных ошибок переходного процесса определены скорости изменения количества информации в радиоизмерителях без задержки и с задержкой сигнала. Результаты информационного анализа распространены на радиоизмерители, которые имеют сложные передаточные функции, и установлены их информационные показатели. Ключевые слова: радиоизмеритель, переходной процесс, относительная ошибка, информация. Abstract Based on the analysis of relative errors in the transition process, the speed of changing the amount of information in radio meters without delayed signal and delayed signal is determined. The results of information analysis are distributed on radio meters, which have complex transfer functions, and their information indicators are established. Keywords: radio meter, transient process, relative error, information. 114 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

115 Теорія та практика радіовимірювань ОЦІНЮВАННЯ ОПТИЧНОЇ АКТИВНОСТІ РОСЛИННИХ ОЛІЙ ТА НАФТОПРОДУКТІВ МЕТОДОМ САМОКАЛІБРУЮЧОГО ЧОТИРЬОХПЛЕЧОГО АНАЛІЗАТОРА Карлов В. А., доцент, к.т.н. Дніпропетровський національний університет ім. Олеся Гончара м. Дніпро, Україна При тестуванні якості нафтопродуктів хрестоподібним аналізатором комплексного коефіцієнта відбиття (КВ) вимірювальними взаємопов’язаними параметрами є: модуль КВ від верхньої поверхні рідини, коефіцієнт загасання в рідині і оптична активність рідини [1]. З цих трьох параметрів найбільш інформативним є оптична активність рідини, оскільки в ній інтегровані амплітудно-фазові складові відбитої від матерії електромагнітної хвилі. Мета даної роботи проведення досліджень оцінки похибки вимірювання оптичної активності рідин після введення в вимірювальний канал хрестоподібного перетворювача додаткового атенюатора, який повинен спростити методику тестування якості нафтопродуктів та олій [2]. Всі супутні публікації автора до доповіді представлені на сайті « [V.A. Karlov]. На рис. 1 представлена спростована структурна схема вимірювача. На рис. 2 представлені результати тестування рухомого навантаження. модуль КВ N Рисунок 1. Структурна схема вимірювача Рисунок 2. Тестування рухомого навантаження при калібруванні на зовнішнє навантаження та при самокалібруванні Як видно з рис. 1, перетворювач автоматизованого п яти плечового аналізатору комплексного КВ реалізовано на чисельно атестованій неоднорідності хрестоподібного дільника потужності 1. Самокалібрування аналізатору здійснюється за допомогою програмно керуючого щілинного атенюатору 6. Атенюатор 6 реалізує два режиму роботи аналізатору: «калібрування», коли загасання атенюатору більше чим фаза КВ N «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 115

117 Теорія та практика радіовимірювань в початковому стані розміщується в рухомій ємності 10, яка розташована на нижньому рівні. Після розміщення рухомої ємності 10 на верхньому рівні рідина починає заповнювати зонд 8, а аналізатор у циклічному режимі з затримкою у часу 100 мс вимірює модуль та фазу КВ. На рис. 3, a представлена залежність модуля КВ від сонячної олії, коли олія поступово заповнювала зонд 8 на висоту (d ) трьох довжин хвиль у хвилеводі. На -площині у цей час відображається шість еліпсів поляризації комплексного КВ. На рис. 4, a представлено шість еліпсів поляризації комплексного КВ, які прорисувалися під час заповнення зонду октан коректором. На рис. 3, b точками представленні фази шести векторів поляризації комплексного КВ для сонячної олії, а на рис. 4, b для октан коректору. Згідно з рис. 3, c, кут повороту вектора поляризації відбитої магнітної компоненти хвилі H 10 в прямокутному хвилеводі (оптична активність) для 0 0 сонячної олії на частоті 28,5 ГГц дорівнює 3,8 0,3. Згідно з рис. 4, c, магнітна оптична активність «105 супер октан» коректору для бензину на частоті 27 ГГц дорівнює 4,6 0, Отже при тестуванні якості оптично активних рідин хрестоподібним аналізатором комплексного коефіцієнта відбиття метод самокалібруванн аналізатора забезпечує вимірювання оптичної активності нафтопродуктів та олій з похибкою на частотах їх «нульової» поляризації. 0,5 0 Перелік посилань 1. Карлов В. А. Тестування якості автомобільного бензину за коефіцієнтом відбиття хвилеводною Е-площинною хрестоподібною лінзою // Materials digest of the CXXXVII International Research and Practice Conference (20 26 December 2016). London, P Патент України, МПК: G01R 27/06. G01R 19/25. Самокалібруючий аналізатор комплексного коефіцієнта відбиття / Карлов В. А., , Бюл Карлов В. А. Вимірювання комплексного коефіцієнту відбиття методом багато плечової Е-площинної відлікової неоднорідністю // В. А. Карлов / МНТК «РТПСАС». Матеріали конференції березня Київ, Україна, С Анотація Встановлено, що хрестоподібний аналізатор методом самокалібрування забезпечує вимірювання оптичної активності нафтопродуктів та олій з похибкою 0,5 0 Ключові слова: шести-плечовий, нафтопродукти, дефектоскопія. Аннотация Показано, что крестообразный анализатор методом самокалибровки обеспечивает 0 измерение оптической активности нефтепродуктов и масел с погрешностью 0,5. Ключевые слова: шести-плечник, нефтепродукты, дефектоскопия. Abstract Cross-shaped analyzer by self calibration method provides measurement of optical activity of oil products and vegetable oils with an error of 0,5 0 Keywords: six-ports, oil products, nondestructive testing. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 117

118 Теорія та практика радіовимірювань СИНТЕЗ ЕЛЕМЕНТАРНОГО СИГНАЛУ УЗГОДЖЕНОГО З ХАРАКТЕРИСТИКОЮ ТРАКТУ КАБЕЛЬ КОРЕКТОР Макаров І. В. аспірант; Лісовий І. П., д.т.н., професор Одеська національна академія зв язку ім. О.С. Попова, м. Одеса, Україна Роботи за погодженням форми сигналів з характеристиками каналів можна розділити на дві групи без урахування характеристик завад [2,3] та узгодження форми сигналів прийнятих на фоні корельованого гауссовського шуму [1, 4]. Завдання оптимізації характеристик регенераційної дільниці цифрової системи передачі (ЦСП) формулюємо в такий спосіб: при заданих частотних характеристиках спрямовуючої системи та обмеженнях на потужність передавача, визначити передатні функції формуючого фільтра передавача Р (ω) і підсилювача коректора (приймального фільтра) F (ω), які мінімізують ймовірність помилки при сумісному впливі як адитивного шуму η (t) так інтерференційної завади. Модель регенераційної дільниці ЦСП наведена на рисунку 1. Модуль коефіцієнта передачі тракту «кабель корректор» (аналогової частини регенераційної дільниці) визначається виразом Рисунок 1. Модель регенераційної дільниці ЦСП H( ) 2 cos, 0 0,9 0; 2 0,9 o H( ) 0, 0,9 0 частота проходження символів лінійного сигналу. де Завдання формулюється так: при заданих K (ω), F (ω), η (t), вибрати функцію Р (ω) яка забезпечує найкращу якість приймання інформаційних параметрів а k, k = 0, ± 1. Точне рішення задачі оптимізації, що полягає в знаходженні функцій Р (ω) або F (ω), які мінімізують ймовірність помилки в ЦСП при спільному впливі завад обох видів є складним. Тому сформульовану задачу підмінимо простішою, що дозволяє знайти аналітичне рішення. Суть підміни полягає в наступному. В першу чергу критерій мінімуму ймовірності помилки замінимо вимогою мінімуму дисперсії відліків шуму на вході схеми прийняття рішення. По друге, завдання оптимізації вирішуємо послідовно: спочатку визна- 0 (1) 118 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

119 Теорія та практика радіовимірювань чимо передатну функцію, що забезпечує мінімум дисперсії тільки інтерференційної завади, або тільки адитивної, а потім у класі визначених функцій знайдемо функцію, що мінімізує іншу складову завад. Відомо, що при відсутності адитивної завади найкращою з точки зору мінімуму шумових завад є характеристика тракту кабель коректор, що задовольняє критерію Найквіста. Тоді функція Р (ω) повинна бути такою, щоб характеристика аналогової частини регенераційної дільниці задовольняла умові Найквіста. Мінімальну дисперсію адитивного шуму забезпечує узгоджена фільтрація, таким чином остаточно задача оптимізації формулюється так: визначити функцію Р (ω) яка має мінімальну енергією в заданій смузі частот і задовольняє умові Найквіста. За допомогою методу множників Лагранжа складемо допоміжний функціонал 1 J[ P( )] < Pr ( ) 2 r ( ) Pr ( ) Kr ( ) Fr ( ) >d. 2 (2) r Для знаходження екстремуму функціоналу (2) складемо рівняння Ейлера і розв яжемо його відносно невідомої функції P S (ω) отримаємо P ( ) F ( ) K ( ), s s s r 2 F ( ) K ( ) де P S (ω), F S (ω), K S (ω) S сегменти відповідно функцій P r (ω), F r (ω), K r (ω). Результати синтезу елементарного сигналу. Для знаходження форми елементарного сигналу, що має спектр P (ω) в основу розрахунку було покладено формулу (3), перетворену до вигляду Ps ( ) 2 cos, 2 2 0,9 0 2 cos 2 0,9 r де τ = 2π/ω 0 = 1/ (2, ) с. Форма сигналу x опт (t) точніше значення його відліків x опт (kδt), взятих через інтервал часу, рівний Δt = τ/4, визначені за допомогою операції зворотного дискретного перетворення Фур’є (ЗДПФ) 256 точкової комплексної послідовності Р (n), якою підмінявся неперервний спектр P S (ω). r r 2 0 (3) (4) «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 119

120 Теорія та практика радіовимірювань N i kn 1 i kn N 256 xопт( kt) P( n) e P( n) e, k 0,1. 255 N 256 n0 0 Для оцінки міжсимвольних завад, що виникають в ЦСП з розглянутими елементарними сигналами, розраховано відносну величину міжсимвольної завади 2 2 h ( ) h (2 ) 100%, h(0) де h(0), h(τ), h(2τ) значення відліків наскрізної імпульсної реакції в моменти часу 0,, 2τ. Значення h (t) в моменти часу t > 2τ не враховувалися в силу їх малого значення. Відносна величина міжсимвольної завади для елементарного сигналу прямокутної форми складає 3,5%, а для синтезованого синалу Висновки. Залежність завадостійкого приймання дискретних повідомлень від форми елементарного сигналу виникає, якщо на параметри сигналу накладаються обмеження, які визначаються характеристиками передавального пристрою або спрямовуючої системи. Синтезований в даній роботі елементарний сигнал дозволяє значно зменшити вплив міжсимвольної інтерференції. Перелік посилань 1. Френкс Д. Теория сигналов: Пер. с англ. / Под ред. Д.Е. Вакмана. М.: Сов. радио, с. 2. Кисель В.А. Синтез радиосигналов с максимумом энергии на заданном отрезке времени или заданной области частот. Радиотехника и электроника, 1971, т. 16, с. 3. Кисель В. А. Оптимизация избирательных свойств огибающей радиосигнала. Радиотехника и электроника, 1973, т. 18, с. 4. Нестерук В. Д. Влияние формы сигналов на помехоустойчивость их приема на фоне коррелированных помех при ограничении пиковых значений. Радиотехника и электроника, 1971, т. 16, с. Анотація У даній роботі вирішується завдання узгодження форми елементарних сигналів з характеристиками дільниці «кабель коректор» цифрової системи передачі. Ключові слова: передатна функція, енергетичний спектр сигналу, форма елементарного сигналу. Аннотация В данной работе решается задача согласования формы элементарных сигналов с характеристиками участка «кабель корректор» цифровой системы передачи. Ключевые слова: передаточная функция, энергетический спектр сигнала, форма элементарного сигнала. Abstract Matching shape of elementary signals with the characteristics of «cable equalizer» section in digital transmission system the task in this article. Keywords: transfer function, energy spectrum of a signal, form of elementary signal. 120 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» %

122 ( ) gh j, H j H Е на основі експертизи то визначити очікуване значення коефіцієнта Херста Теорія та практика радіовимірювань H j з області H Е за результатами експерименту можна за допомогою нечіткого інтегралу. Нехай апостеріорна функція належності області визначена. Тоді найбільш очікуване значення H j ви- ( ) H j H j H значається виразом [1]. Е H arg h( H j) g( Fj), 122 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» H э де знак нечіткого інтеграла; знак композиції; h (H j ) впорядкована за спадними ступенями функція від функції належності g (F j ) ( H j ); нечітка міра множини Fi H j1, H j2. H ji. Визначити найбільш очікуване значення H j для безперервних функцій, згідно [1], можна графічно (рис. 1). Розв’язок нечіткого інтеграла дозволяє визначити [2]: очікувану нечітку міру множини Н Е ; найбільш можливе значення коефіцієнта Херста в області Н Е з його нечіткої оцінкою; значення коефіцієнта (межу розділу області Н е на дві підобласті H 1 та H 2 ). Знання цієї межі дозволяє уточнити найбільш можливе значення коефіцієнта Херста, одержаного за результатами експерименту. Рисунок 1. Графічна ілюстрація розв язку нечіткого інтегралу Нечіткий інтеграл. Багато властивостей телекомунікаційних мереж мають нечіткий характер, що робить нечіткі методи придатними для моніторингу їх параметрів. Нечіткий аналіз є більш ефективним, ніж традиційні методи обробки даних, які, як правило, є неточними та неоднозначними. Нечіткі методи здатні класифікувати помилки моделей не дихотомічним шляхом, який схожий на спосіб обробки неточної інформації людиною. Поняття нечіткої міри і нечіткого інтегралу взяті з класичної теорії множин, теорії нечітких множин і теорії міри. Нечіткі міри і нечіткі інтеграли мають деякі важливі властивості вони можуть відображати важливість критеріїв і представляють певні взаємодії між критеріями. Ці властивості роблять нечіткі міри та нечіткі інтеграли найбільш раціональними для вибору функції і механізмів контролю стану та діагностики мережі.

123 Теорія та практика радіовимірювань Нечіткі міри і нечіткі інтеграли можуть відображати важливість критеріїв і подають певні взаємодії між критеріями. Ці властивості роблять нечіткі міри і нечіткі інтеграли найраціональнішими для вибору функції і механізмів контролю стану і керування телекомунікаційною мережею. Нечіткі інтеграли (Сугено і Шоку) мають особливі властивості, тому вони є придатними для керування потокам навантаження телекомунікаційної мережі [3]. Стримує застосування нечіткого інтегралу складність визначення нечіткої міри. Висновки. Для використання показника Херста в якості критерію вибору алгоритму керування потоками навантаження телекомунікаційної мережі необхідно комплексне використання методів фрактального аналізу для дослідження часових рядів невеликої довжини. Нечіткий аналіз є більш ефективним, ніж традиційні методи обробки даних які, як правило, є неточними і неоднозначними. Нечіткі методи здатні класифікувати помилки моделей не дихотомічним шляхом, який схожий на спосіб обробки неточної інформації людиною. Нечіткі міри і нечіткі інтеграли забезпечують представлення важливості кожного параметра та деяких взаємозв язків між параметрами. Ці властивості дозволяють нечітку міру і теорію нечітких інтегралів використати при виборі функцій (ознак, властивостей, параметрів) і керуванні потоками навантаження телекомунікаційної мережі. Перелік посилань 1. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта / Под ред. Д. А. Поспелова. М.: Наука. Гл. физ. мат. лит., с. 2. Бычков Е. Д. Приложение теории нечетких (FUZZY) множеств математи-ческих моделях систем связи // Приложение к журналу «Омский научный вестник». Исследования и материалы. Омск: Изд-во Омской гос. мед. академии, с. 3. Xiaofeng Liu. Machinery Fault Diagnostics Based on Fuzzy Measure and Fuzzy Integral Data Fusion Techniques / Liu Xiaofeng. School of Engineering Systems, p. Анотація В роботі показано, що нечіткі інтеграли (Сугено і Шоку) мають особливі властивості та є придатними для керування потоками навантаження телекомунікаційної мережі. Ключові слова: коефіцієнт Херста, функція належності, нечіткий інтеграл. Аннотация В работе показано, что нечеткие интегралы (Сугено и Шоку) имеют особые свойства, и пригодны для управления потоками нагрузки телекоммуникационной сети. Ключевые слова: коэффициент Херста, функция принадлежности, нечеткий интеграл. Abstract Fuzzy integrals (Sugeno and Choquet) which have special properties and are suitable for traffic controlling of the telecommunication network are shown in this article. Keywords: Hurst coefficient, membership function, fuzzy integral. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 123

124 Теорія та практика радіовимірювань ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНИЙ ТВЕРДОЕЛЕКТРОЛІТНИЙ ДАТЧИК КИСНЮ ТА ДВООКИСУ ВУГЛЕЦЮ Троц А. А. 1, к. т. н., доцент; Ружило З. В. 1, к. т. н., доцент; Новицький А. В. 1, к. т. н., доцент; Богомолов М. Ф. 2, к. т. н., доцент; Реутська Ю. Ю. 2, ст. викладач 1 Національний університет біоресурсів і природокористування України, м. Київ, Україна 2 Національний технічний університет України Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського, м. Київ, Україна Проблема аналізу вмісту кисню поширюється, крім спеціальних технологічних процесів, ще й на промисловий рівень або побутовий рівень споживача, де це питання стає необхідним для самопочуття та життя людини. Прикладом є необхідність контролю повітря в робочих зонах деяких підприємств, як то шахти, електростанції та інші, в тунелях автомобільних доріг, де концентруються вихлопні гази або ж в самих салонах автомобілів, тощо. Найбільш поширеним методом контролю вмісту кисню є електрохімічний метод, який базується на використанні в якості чутливих елементів твердих оксидних електролітів. Процес вимірювання вмісту кисню на базі твердих електролітів в поєднанні з передовими технологіями полягає в оперативному визначенні величини електрорушійної сили електрохімічної чарунки в процесі доступу до її активної електрохімічної частини молекул кисню вимірювального середовища. На даний час розроблено ряд чутливих елементів та приладів для визначення вмісту кисню в технологічних газових середовищах. З метою практичного використання результатів досліджень авторами був розроблений електрохімічний датчик кисню в газових середовищах [1], який пропонується модернізувати. Підвищення точності вимірювання парціального тиску кисню відбувається за рахунок створення високостабільного газового електроду порівняння, зниження газової проникливості стінок твердоелектролітної чарунки. Похибка вимірювання кисню знижується до 0,5 1 %. Крім того досягається температурна однорідність всіх електродів, підвищується швидкодія в режимі вимірювання, а також поліпшується надійність, підвищується ступінь уніфікації. Підвищення швидкодії, надійності і мале енергопостачання, що обумовлені конструктивним виконанням елементів датчика і їх габаритами, в свою чергу, дозволяє підвищити якість контролюючого режиму і зменшити енерговитрати, що забезпечують працездатність датчика в температурному 124 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

125 Теорія та практика радіовимірювань діапазоні ( о С), що визначається температурним діапазоном роботи твердого електроліту. На рис.1 приведена конструкція модернізованого електрохімічного датчика кисню та двоокису вуглецю на базі стандартного лямбда-датчика. По відношенню до розробки в [1], модернізація відбувалась заміною типу датчика з таблеткового на пробірний. Крім того, додатково вимірюється двооксид вуглецю. Електрохімічний датчик складається із двох твердоелектролітних пробірок 1 і 2 з нарощеним на їх бокових поверхнях керамічним температурним демпфуючим шаром. Негазощільна керамічна вставка 3 разом з пробірками 1 і 2 утворюють систему капілярів. Пробірки 1, 2 утворюють опорний газовий простір 4, що промивається. Рисунок 1. Конструкція електрохімічного датчика кисню та двоокису вуглецю На пробірці 1 нанесені електрод 5 і струмовідвід 6. При чому електрод 5 контактує з вимірювальним середовищем, а струмовідвід 6 з опорним газовим простором 4. Аналогічно на пробірці 2 виконані електрод 7 і струмовідвід 8. Струмовідвід 6 виводом 9, а струмовідвід 8 виводом 10 з єднані з зовнішньою електричною мережею. Пробірка 1, електрод 5 і струмовідвід 6 утворюють кулонометричну електрохімічну зону. А пробірка 2, електрод 7, струмовідвід 8 і опорний газовий простір 4 утворюють потенціометричну електрохімічну зону. Керамічна вставка 3 з єднана з зовнішньою атмосферою. Датчик оснащений корпусом 11, кожухом 12 і кожухом 13. Захисний шар 14 виконано з електроізоляційного матеріалу, який притискається ущільненням 15. Для забезпечення робочої температури при необхідності датчик оснащений нагрівачем. Датчик з нагрівачем розміщено в корпусі. Нагрівач і корпус на рисунку не зображені. Пристрій вимірює парціальний тиск (концентрацію, електрохімічну активність) кисню та двоокису вуглецю в газовому середовищі. Рекомендований аналізатор має наступні перевагами в порівнянні з існуючими аналогами [2]: комбінує два функціональних режими (потенціометричний та кулонометричний); забезпечує широкий вимірювальний діапазон; не потребує додаткового порівняльного середовища; порівняльний газовий електрод формується безпосередньо із вимірювального газового середовища; система має оптимальний температурний діапазон, що не потребує термостабілізації. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 125

126 Теорія та практика радіовимірювань Сфери вжитку розробки: енергетика; чорна та кольорова металургія; хімічна промисловість; вугільна та вуглепереробна промисловість; медицина та біомедицина; мікроелектроніка; спеціальне приладобудування; харчова промисловість; автомобільна промисловість; охорона навколишнього середовища. Технічні характеристики розробки: діапазон вимірювальних тисків: 0 100% відн. од.; температурний діапазон: К; вихідний вимірювальний сигнал: до 1,2 В; струм дозування: 0 0,3 А; споживча потужність: 1 1,5 Вт; напруга живлення: 0,5 1,7 В; похибка вимірювання: 1,5 %; напруга живлення нагрівача: 12 В; габаритні розміри: 30х30х90 мм. Серед переваг розробленого датчика особливо можна назвати невеликі розміри, малу потужність споживання, універсальну конструкцію. Конструкція датчика може бути використана у всіх без виключення сферах вжитку [3]. Останні розробки в цьому напрямку проводяться всебічно з метою формалізації вхідних параметрів для забезпечення наукової оснащеності подальших досліджень. Перелік посилань 1. Голубков С. П. Електрохімічний датчик. / С. П. Голубков, П. М. Таланчук, А. А. Троц А.с. СРСР , опубл. 13 жовтня 1992 р. 2. Богомолов М. Ф. Аналізатор кисню. / М. Ф Богомолов, Ю. Ю. Реутська, А. А. Троц. // Науково-практичний журнал «Біомедична інженерія» С Лещенко В. П. Кислородные датчики. М.: Легион-Автодата, с. Анотація Найбільш поширеним методом контролю вмісту кисню є електрохімічний метод, який базується на використанні в якості чутливих елементів твердих оксидних електролітів. Розроблений електрохімічний датчик кисню та двоокису вуглецю має невеликі розміри, малу споживчу потужність, універсальну конструкцію. Ключові слова: датчик кисню, датчик двоокису вуглецю, електрохімічний метод. Аннотация Наиболее распространенным методом контроля содержания кислорода является электрохимический метод, основанный на использовании в качестве чувствительных элементов твердых оксидных электролитов. Разработанный электрохимический датчик кислорода и двуокиси углерода имеет небольшие размеры, малую потребляемую мощность, универсальную конструкцию. Ключевые слова: датчик кислорода, датчик двуокиси углерода, электрохимический метод. Abstract The most common method for oxygen content controlling is an electrochemical method based on using solid oxide electrolytes as elements. The developed electrochemical sensor of oxygen and carbon dioxide has small dimensions, low power consumption, universal design. Keywords: oxygen sensor, carbon dioxide sensor, electrochemical method. 126 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

127 Теорія та практика радіовимірювань ЧИСЕЛЬНИЙ АНАЛІЗ ВЗАЄМОДІЇ АКУСТИЧНИХ ХВИЛЬ З ТЕКСТИЛЬНИМИ МАТЕРІАЛАМИ Яненко О. П. 1, д.т.н., проф.; Лісовець С. М. 2, к.т.н., доцент 1 КПІ ім. Ігоря Сікорського, м. Київ, Україна 2 КНУТД, м. Київ, Україна Виготовлення і експлуатація текстильних матеріалів, таких як трикотаж і тканини, припускає контроль їх основних характеристик і властивостей, до яких відносяться, зокрема, товщина, поверхнева густина, пористість, кількість ниток на одиницю довжини, натяг тощо [1]. Існує багато різних за будовою і призначенням текстильних матеріалів, значення основних характеристик яких відрізняються від кількох одиниць до кількох десятків раз. Контролюють властивості текстильних матеріалів, зазвичай, акустичними методами, шляхом опромінення матеріалу акустичними хвилями, з подальшим аналізом параметрів прийнятих акустичних хвиль, що пройшли або відбилися від такого матеріалу. Оскільки текстильні матеріали за своїми властивостями суттєво відрізняються один від одного, то для отримання найбільшої вірогідності такого контролю потрібно розраховувати або підбирати параметри акустичної хвилі, яка буде взаємодіяти з певним текстильним матеріалом. Це стосується, зокрема, таких питань, як правильне розташування акустичних випромінювачів і приймачів відносно текстильного матеріалу. Також важливими питаннями є визначення амплітуди, частоти, періоду, шпаруватості, кута випромінення і прийому, ступеня розходження пучка тощо акустичної хвилі. Побудова експериментальної установки і подальше налагодження її параметрів під певну групу текстильних матеріалів методом тику вимагає багато матеріальних, часових і людських ресурсів та не є ефективною. Більш доцільним є проведення попереднього моделювання розповсюдження акустичних хвиль із застосуванням чисельних методів зокрема, методу скінчених різниць в часовій області Finite-Difference Time-Domain (FDTD) [2, 3]. Результати моделювання можуть використовуватися для побудови обладнання акустичного контролю текстильних матеріалів [4]. Метод FDTD є досить поширеним не тільки в акустиці, але й в механиці, радіотехніці тощо. Суть методу FDTD полягає в тому, що для розрахунку параметрів всього акустичного тракту (до якого входять, зокрема, повітряне середовище і текстильний матеріал) можна використати двошарову схему обчислень, в яку входять тензор механічних напруг і вектор коливальної швидкості. Просторово-часова координатна сітка, яка використовується в методі FDTD, заповнюється як вихідним властивостями складових акустичного тракту (щільність, модуль пружності тощо), так і отриманими значеннями «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 127

128 Теорія та практика радіовимірювань механічної напруги і коливальної швидкості (див. рис. 1). Просторовочасова координатна сітка задається з кроком по осі коорди-нат і кількістю кроків n : початок координатної сітки x0 0 при точці випромінювання акустичних хвиль (початок середови-ща), а кінець Рисунок. 1. Просторова-часова координатна сітка xn xn при точці кінця середовища (вільна межа). А також з кроком по осі часу і кількістю кроків m 0 : початок координатної сітки 0 m t t m i in 128 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» t t при x x i0 відповідає t j0 відповідає точці початку розрахунків, а кінець при j m точці кінця розрахунків. У вузлах (при i 0 n) цієї сітки розраховуються значення механічної напруги, а між вузлами в точках i12 (при i0 n 1) значення коливальної швидкості. Для визначення зміни коливальної швидкості (на основі другого закону Ньютона для суцільного середовища) використовується залежність 1 Pt, x де щільність; зміна механічної напруги; P стороння механічна напруга (вплив акустичних хвиль). А для визначення зміни механічної напруги (на основі моделі в язкопружного середовища Кельвіна-Фойгта) використовується залежність C t, x x де C модуль пружності; модуль динамічної в язкості. Реалізація методу FDTD була виконана на мові програмування C# в вигляді графічного представлення взаємодії акустичних хвиль з текстильними матеріалами. Так як метод FDTD сам по собі є відносно складним, то чисельне моделювання здійснювалося тільки для одновимірного і двовимірного (1) (2)

129 Теорія та практика радіовимірювань випадків розповсюдження поздовжньої акустичної хвилі без урахування ефекту розходження акустичного пучка. Моделювання здійснювалося як для кулірного трикотажного полотна кількох різних переплетень, так і для тканин з натуральної і хімічної сировини. Результати чисельного моделювання методом FDTD показали досить непоганий збіг із існуючими результатами акустичного контролю на тих же самих текстильних матеріалах в межах загальної похибки %. Перелік посилань 1. Здоренко В.Г. Дослідження розповсюдження акустичних хвиль через трикотажні і текстильні матеріали методом FDTD / В.Г. Здоренко, С.М. Лісовець, С.В. Барилко, І.Л. Ківа // Метрологія та прилади І (67). С Бархатов В.А. Решение волновых уравнений методом конечных разностей во временной области. Двумерная задача. Основные соотношения // Дефектоскопия С Бархатов В.А. Решение динамических задач акустики методом конечных разностей во временной области. Основные соотношения. Анализ погрешностей // Дефектоскопия С Пьезокерамические преобразователи: Справочник / В.В. Ганопольский, Б.А. Касаткин, Ф.Ф. Легуша, Н.И. Прудько, С.И. Пугачёв. Л.: Судостроение, с., ил. (Библиотека инженера-гидроакустика). Анотація Розглянуто застосування чисельного методу Finite-Difference Time-Domain (FDTD) для аналізу взаємодії акустичних хвиль з текстильними матеріалами (трикотаж, тканина), що мають такі особливості внутрішньої будови, як складне просторове розташування ниток, різна товщина ниток, деформований стан внаслідок отриманих деформацій тощо. Ключові слова: текстиль, трикотаж, тканина, тензор механічних напруг, вектор коливальної швидкості, координатна сітка, суцільне середовище. Аннотация Рассмотрено применение численного метода Finite-Difference Time-Domain (FDTD) для анализа взаимодействия акустических волн с текстильными материалами (трикотаж, ткань), имеющих такие особенности внутреннего строения, как сложное пространственное расположение нитей, разная толщина нитей, деформированное состояние в результате приобретенных деформаций и т.д. Ключевые слова: текстиль, трикотаж, ткань, тензор механических напряжений, вектор колебательной скорости, координатная сетка, сплошная среда. Abstract Application of the numerical Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method for the analysis of interaction of the acoustic waves with textiles (jersey, fabric) having such features of interior as the composite spatial arrangement of threads, different thickness of threads, a strained state as a result of the acquired deformations etc. is considered. Keywords: textiles, jersey, fabric, tensor of mechanical tensions, vector of swaying speed, coordinate grid, continuous environment. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 129

130 Теорія та практика радіовимірювань ЦИФРОВИЙ ВИМІРЮВАЧ СТРУМУ ВИТОКУ Кролевецький О.В. 2, студент, Забегалов І.В. 2, викладач; Булашенко А. В. 1, старший викладач; 1 КПІ ім. Ігоря Сікорського, м. Київ, Україна; 2 ШХТК ім. Івана Кожедуба СумДУ, м. Шостка, Україна Сучасне обладнання живиться від мережі змінного струму напругою від 230 В до 400 В. Ізоляцію такого обладнання необхідно перевіряти регулярно за наявність струмів витоку, оскільки дія таких напруг на людину є небезпечною. Запропонована модель портативного вимірювача, що може забезпечити номінальну тестову напругу 500 В або 1000 В для вимірювання струму витоку. Цифровий вимірювач дозволяє перевіряти надійність та опір ізоляції до 999 МОм при напругах 500 В або 1000 В та струму витоку від 1 до 100 мка. Блок схема приладу наведена на рис. 1. DC/AC ПН + 6 В ОН 2,5 В S 2 K + R 1 R 3 R 2. + R 3 10 МОм ТК П K = 3,1 R 4 10 ком РКМ РЦВ 1000 В 500 В S 1 Рисунок 1. Перетворювач постійної напруги DC/AC перетворює постійну напругу батареї 6 В у змінну напругу порядку декілька сотень вольт, яка потім випрямляється у кіловольту постійну напругу перемножувачем напруги (ПН). Резистивний дільник R 1 /R 2 разом із компаратором (К) стабілізує високовольтну напругу. Далі висока напруга через струмообмежувальний опір R 3 =10 МОм подається на тестові контакти (ТК), до яких підводиться ізоляція, яку необхідно протестувати. Цей опір навіть при короткому замиканні обмежує струм на безпечному рівні 100 мка. Опір R 3 =10 МОм ввімкнений між високовольтним колом та клемами вимірювача необхідний, головним чином, щоб обмежувати максимальний струм, що подається від генератора, навіть у випадку короткого замикання 130 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

131 Теорія та практика радіовимірювань між клемами вимірювача. Таким чином, цей опір 10 МОм обмежує максимальний струм до 100 мка для тестової напруги 1000 В та 50 мка для тестової напруги 500 В. Інша функція опору R 3 =10 МОм зробити вимірювач більш безпечним у використанні. Наприклад, якщо ви випадково почнете з єднувати тестові клеми самостійно, то ви будете вражені струмом, але він не вб є вас. Це складно зробити, оскільки для цього ще треба одночасно натиснути тестову кнопку. Як бачимо із наведеного вище способу роботи «розумного» вольтметру вимірювача, можливе використання 10 МОм обмежувального опору, що ввімкнений послідовно із тестовими клемами так само, як і вимірювальний шунт R 4 =10 ком. Струм витоку, наприклад 100 мка, протікає через R 4 =10 ком сенсорний опір, створюючи на ньому падіння напруги, наприклад 1 В, що підсилюється високоомним підсилювачем (П) з коефіцієнтом підсилення К=3,1 та вимірюється «розумним» цифровим вольтметром (РЦВ) та висвічується на рідкокристалічному РК модулі (РКМ). Результати вимірювань виводяться на дворядковий 16-знаковий РК дисплей, у верхньому рядку якого відображається тестуюча напруга, а у нижньому рядку струм витоку в мка та опір ізоляції в МОм. За допомогою перемикача S 1 можна обрати високу напругу 500 В або 1000 В, змінюючи коефіцієнт ділення високовольтного дільника та одночасно повідомляючи мікроконтролеру на відповідний порт про вибране значення. Живлення всіх елементів схеми, крім потужних ключів, здійснюється через інтегральний стабілізатор. Оскільки споживаний струм невеликий, що витрачається тільки при натиснутій кнопці S 2, в якості 6 В батареї використовуються чотири з єднаних послідовно елементів живлення типу АА. Новий вимірювальний прилад легкий для побудови, що складається з великої кількості головних компонентів, що встановлюються на невеликій панелі корпусу разом із невеликим трансформатором, що використовується у колі тестуючої напруги та тримача батарей, від яких живиться вимірювальний прилад. Рівень тестової напруги встановлюється підстроювальним опором за допомогою викрутки через невеликий отвір. Щоб виміряти тестову напругу самого приладу просто необхідно з єднати коротку частину проводу між 2 тестовими клемами, як коротке замикання. Це необхідно щоб проконтролювати тестову напругу в діапазоні струму витоку. Отже, щоб встановити досліджувану напругу, необхідно помістити короткозамкнений провід між тестовими клемами, а потім перемкнутися ключ S 1 в позицію 1000 В. Після чого ввімкнути вимірювач, я як тільки він відобразить екран вимірів, натиснути та утримувати кнопку TEST (S 2 ). Рідкокристалічний дисплей має показати струм, що близький до l00 мкa, що відповідає тестовій напрузі «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 131

132 Теорія та практика радіовимірювань 1000 В. Якщо значення, що він показує, є більш високим чи більш низьким, ніж тестове, то необхідно відрегулювати підстроювальним опором викруткою до показання значення 100 мка для тестової напругим 1000 В. Щоб переконатися в правильності налаштувань, необхідно перемкнути перемикач напруги S l в положення «500 В». Після чого необхідно переконатися, що показання вимірів РКМ до 50 мкa для тестової напруги 500 В. Якщо це виконується, то вимірювач налаштований правильно. Далі прибрати коротке замикання між клемами та вимірювач готовий до використання. Запропонований модель можна використати у схемі портативного цифрового вимірювача струму витоку. Перелік посилань 1.Лачин В.И. Влияние тока абсорбации на процесс измерения сопротивления изоляции / В.И. Лачин, К.Ю. Соломенцев, Н.К. Уи // Известия вузов. Северо-кавказский регион. Технические науки. Ростов-на-Дону: Южный федеральный университет, с Мускатиньев А.В. Особенности измерения токов утечки в силовых полупроводниковых приборах в состоянии низкой проводимости / А.В. Мускатиньев, А.А. Мускатиньев. // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. Пенза.:Пензенский государственный технологический университет, с Анотація У статті розглянуто модель портативного вимірювача струму витоку, що забезпечує номінальну тестову напругу 500 або 1000 В. Ключові слова: струм витоку, перетворювач струму. Аннотация В статье рассмотрена модель портативного измерителя тока утечки, который обеспечивает номинальное тестовое напряжение 500 или 1000 В. Ключевые слова: ток утечки, преобразователь тока. Abstract The abstracts discussed the model of portable leakage current meter, which provides a nominal test voltage of 500 or 1000 V. Keywords: leakage current, the converter current. 132 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

133 Теорія та практика радіовимірювань ПРЕЦИЗІЙНИЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧНИЙ ДАВАЧ ТЕМПЕРАТУРИ Сакір С. О., магістрант; Дем яненко П. О., к.т.н., доцент КПІ ім. Ігоря Сікорського, м. Київ, Україна Використання в сучасній техніці традиційних електричних давачів часто наштовхується на важко розв язувані проблеми захисту як їх самих, так і трактів каналювання їхніх сигналів від різних електромагнітних (ЕМ) завад. В цьому сенсі привабливими є волоконно-оптичні давачі (ВОД) з принциповою невразливістю їхніх сигналів збоку будь-яких ЕМ завад. Нажаль, як показала практика, на основі звичайних аналогових ВОД неможливo побудyвати прецизійні вимірювачі фізичних величин, зокрема, температурних, які могли б скласти гідну конкуренцію електричним вимірювачам. Причиною тому є метрологічно низька якість оптичного потоку, який в аналогових ВОД є одночасно і носієм, і реципієнтом інформації. Аналіз цієї ситуації і пошук шляхів виходу з неї привів до усвідомлення необхідності відмови від аналогових (безперервних) принципів модуляції параметрів оптичного потоку і переходу до дискретних (імпульсних) принципів модуляції. Реально це означає, що для підвищення точності вимірювань за посередництвом ВОД, необхідно в процесі модуляції оптичного потоку вводити в нього нові, додаткові до оптичних але не оптичні, параметри і саме на них перекладати роль реципієнтів інформації. Завдяки такому підходу, проблема точності вимірювань більше не буде пов язаною з принципово низькоточними вимірюваннями параметрів малопотужних оптичних потоків вона переноситься в інші, неоптичні області, де її або просто немає, або вона там є розв язаною на належному рівні відповідно [1]. При цьому зберігаються всі притаманні волоконній оптиці переваги, оскільки носієм інформації залишається оптичний потік. Були розроблені методи і шляхи практичної реалізації цього принципу, які стали основою для створення нового класу прецизійних ВОД з імпульсною модуляцією інтенсивності потоку оптичного випромінювання (ІВОД) відповідно [2, 3]. В цих роботах проводились розрахунки очікуваних параметрів прецизійних вимірювачів на прикладі акселерометра або гравіметра, робота яких ґрунтується на використанні ІВОД. Для спрощення розрахунків робилися припущення, що параметри всіх ланок вимірювального ланцюга ІВОД є абсолютно стабільними протягом всього часу проведення вимірювань. Проведені розрахунки підтвердили вірність основних принципів, покладених в основу розробки, і показали принципову можливість побудови прецизійних вимірювачів з унікально високими метрологічними параметрами. Результатом проведеної роботи на основі ІВОД прискорення стала ро «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 133

134 Рисунок 1. Схематичний пристрій ІВОД прискорення: 1 ВС, 2 маятник, 3 циліндричні дзеркала, 4 електромагніти, 5 розподільник- суматор Теорія та практика радіовимірювань зробка ВОД температури з імпульсною модуляцією інтенсивності оптичного потоку. Схематична будова ІВОД прискорення з ЧЕ-модулятором маятникового типу наведено на рис. 1, відповідно [4]. Пружний підвіс конічного маятника виконаний на основі кварцової нитки, якою є волоконний світловод (ВС) 1, консольно закріплений в корпусі ІВОД. На вільному кінці консолі ВС 1 закріплена інерційна маса (ІМ) 2, виконана з магнітомягкого матеріалу. У робочому режимі ІВОД маятник 2 здійснює круговий обертальний рух, який збуджується і підтримується незатухаючим завдяки узгодженій почерговій силовій дії на ІМ з боку закріплених в корпусі ІВОД електромагнітів 4. Оптична схема ІВОД відюстована так, що при відсутності бічних прискорень вісь конічного маятника збігається з віссю ОZ. При цьому кінець ВС рухається в площини, що задаються перетином взаємноперпендикулярних осей кривизни розташованих під ним циліндричних дзеркал 3. Осі цих дзеркал (ОХ, ОY і OZ) визначають відповідні напрями просторових осей чутливості ІВОД. Кожного разу, в момент перетину кінцем ВС осі кривизни якогонебудь дзеркала, частина оптичного потоку, безперервно, що минає з торця ВС, відбивається цим дзеркалом назад в ВС. Безперервний оптичний потік, що входить в ІВОД і потік оп- Рисунок 2. Вихідний сигнал ІВОД: а тичних імпульсів, що виходить з без зміни температури, б при зменшенні температури, в при збільшенні подібного волоконно-оптичного роз- нього, поділяються за допомогою Y- температури подільника-суматора 5. Таким чином, вихідний сигнал ІВОД представляє собою часову послідовність коротких оптичних імпульсів, рис «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

135 Теорія та практика радіовимірювань При сталій температурі ІВОД буде видавати однакові інтервали часу. Це означає, що різниця тривалостей будь-яких двох сусідніх тимчасових інтервалів, що задаються оптичними імпульсами в кожній з послідовностей, буде дорівнювати нулю, рис. 2, а. При зменшенні температурі буде формуватися більш коротший часовий інтервал, рис. 2, б, а при збільшенні температурі більш довший, рис. 2, в. В лічильнику імпульсів за вказані проміжки часу накопичується різна кількість імпульсів: при низькій температурі менше, а при більшій температурі більше. Ці кількості імпульсів потім перераховується у відповідні значення температури. Очікувані параметри вимірювача температури на основі ІВОД є унікальними. Розрахункова порогова чутливість складає С. При цьому, діапазон вимірювання температури становить від 40 С до +150 С. Перелік посилань 1. Демьяненко П.А. Точность измерений посредством волоконно-оптических датчиков (проблеми и пути их решения). Оптоэлектроника и полупроводниковая техника вып c. 2. Демьяненко П.А., Зиньковский Ю.Ф., Прокофьев М.И. Прецизионный цифровой акселерометр с волоконно-оптическим датчиком. Радиоэлектроника Т.40, с. 3. Демьяненко П.А., Зиньковский Ю.Ф., Прокофьев М.И. Обработка сигналов в измерителях с импульсными волоконно-оптическими датчиками. Радиоэлектроника Т.41, с. 4. Демьяненко П. А. Волоконно-оптические датчики с импульсной модуляцией оптического потока / П. А.Демьяненко, Ю. Ф. Зиньковский // Космічна наука і технологія Т.21, с. Анотація Показано, що для побудови прецизійних вимірювачів на основі волоконно-оптичних давачів (ВОД) слід відмовлятися від аналогових принципів модуляції на користь імпульсних. Розроблена схема конструкції ВОД температури з імпульсною модуляцією інтенсивності оптичного потоку. Ключові слова: прецизійні волоконно-оптичні давачі температури, імпульсна модуляція, волоконно-оптичні термометри. Аннотация Показано, что для построения прецизионных измерителей на основе волоконно-оптических датчиков (ВОД) следует отказываться от аналоговых принципов модуляции в пользу импульсных. Разработана схема конструкции вод температуры с импульсной модуляцией интенсивности оптического потока. Ключевые слова: прецизионные волоконно-оптические датчики температуры, импульсная модуляция, волоконно-оптические термометры. Abstract It is shown that for the construction of precision meters based on fiber-optic sensors (FOS) it is necessary to refuse analog modulation principles in favor of pulsed ones. The construction scheme of the FOS of the tempature with impulse modulation of the intensity of the optical flow is developed. Keywords: precision fiber-optic temperature sensors, impulse modulation, fiber-optic thermometers. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 135

136 Теорія та практика радіовимірювань ІДЕНТИФІКАТОР МІТОК ПАНОРАМНОГО РАДІОВИМІРЮВАЛЬНОГО ПРИЛАДУ Кононов С. П., к.т.н., доцент Вінницький національний технічний університет, м. Вінниця, Україна При визначенні параметрів пристроїв та ліній зв язку важливо знати їх частотні характеристики, знаходження яких є відносно складною операцією. На допомогу приходять панорамні радіовимірювальні прилади. Узагальнено вони містять вимірювальний канал, вимірювальний генератор та обчислювальний блок. Перші два безпосередньо з єднані з об єктом, що досліджується. На виході обчислювального блоку відтворюються необхідні параметри і характеристики, достовірність яких в значній мірі залежить від точності формування частотної осі. Актуальною є задача підвищення точності визначення частоти вимірювального генератора. Вона розв язується за допомогою ідентифікатора міток, який входить до складу приладу. Вимірювальний генератор в режимі сканування працює в широкому діапазоні частот і може бути побудований за різними способами. Генератори будуються на основі частотного синтезатора з петлею ФАПЧ (фазове автопідстроювання частоти), блоків прямого цифрового і аналогового синтезу. Безпосередньо в якості вузла генерації часто використовується схема на ЗІГ (залізо-ітрієвий гранат) резонаторі, керована струмом [1]. До переваг вимірювального генератора на ЗІГ-резонаторах можна віднести велику кратність перебудови частоти (до декади), високу лінійність залежності частоти генерації від струму керування, низький рівень фазових шумів. Недоліком є низька температурна стабільність частоти та інерційність її зміни. Остання, у випадку коли у вимірювальному генераторі застосовуються зворотні зв язки регулювання, наприклад ФАПЧ і ЧАПЧ (частотне автопідстроювання частоти), впливає на швидкодію в цілому панорамних вимірювань. Крім того, наявність в схемі регулювання АПЧ і опорних генераторів призводить до зростання фазових шумів вимірювального генератора [2,3 ]. В роботі пропонується новий ідентифікатор міток [4] панорамного приладу з вимірювальним генератором на ЗІГ-резонаторі, в якому відсутні петлі регулювання, тому не буде збільшений рівень фазових шумів, а температурна нестабільність частоти суттєво не впливатиме на точність вимірювань. Такий ідентифікатор спростить конструкцію, зменшить вартість панорамного приладу. Ідентифікатор (рис. 1) складається з блоку переналаштування (БП), обчислювального блоку (ОБ), вимірювального генератора (ВГ), змішувача (ЗМ), формувача міток (ФМ), фільтра нижніх частот (ФНЧ), перемикача (П), 136 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

137 Теорія та практика радіовимірювань першого, другого та третього опорних генераторів (ОГ1, ОГ2, ОГ3). БП ВГ ЗМ ФНЧ ФМ ОБ Вихід ОГ1 П ОГ2 ОГ3 Рисунок 1. Ідентифікатор міток В ідентифікаторі виконуються наступні операції з обробки сигналів. Для формування координатних міток з відомим частотним кроком застосовується стробоскопічне перетворення з короткими імпульсами збудження змішувача від генератора ОГ1. В ОБ від формувача ФМ надходять відповідні відеоімпульси координатних міток, початок та кінець імпульсів запам ятовується. Отримані дані накопичуються в часі, визначається точне положення міток, які відображаються монітором панорамного вимірювача. Стробоскопічне перетворення використовується також для знаходження частоти координатних міток. З появою першої з них імпульси збудження змінюють свою частоту, до змішувача підключається генератор ОГ2. З напруги на виході ФНЧ ОБ формує в часі дві вибірки, знаходить знак зміни частоти та кількість квазіперіодів у вибірках. Оператором задається довільна частота вимірювальної мітки, за допомогою ОБ встановлюється код керування синтезатором (ОГ3). На його виході виникають короткі імпульси потрібної частоти, які надходять на стробоскопічний змішувач. Додатково в ідентифікаторі по координатним міткам реалізовано кусково-лінійна апроксимація. Вона дозволяє встановити в панорамному приладі режим плаваючої мітки. В алгоритмі роботи ОБ передбачається виключення промахів, що викликані завадами. Названі операції з обробки інформаційних сигналів в ідентифікаторі дозволяють покращити такі технічні характеристики, як похибка визначення частоти, мінімальний крок міток, зробити конкурентоздатним панорамний прилад з кращими зразками подібної техніки. Перевагами ідентифікатора є наявність в ньому тільки одного каналу перетворення та формування не тільки координатних міток, а і з високою «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 137

138 Теорія та практика радіовимірювань точністю вимірювальної мітки заданої частоти. При використанні надвисокочастотного змішувача ідентифікатор можна встановлювати в панорамні вимірювачі 20 ГГц і вище. Перелік посилань 1. Кандырин Н. П. ГУН или ЖИГ? Выбор генераторов при проектировании СВЧ синтезаторов с ФАПЧ / Н.П. Кандырин // Системи обробки інформації. Х.: ХУ ПС, Вип. 8 (133). С Ченакин А. Проблема выбора при проектировании высококачественного синтезатора с ФАПЧ / А. Чеканин // Электроника: наука, технология, бізнес. РИЦ «Техносфера», Вип. 6 (120). С Кувшинов В. ЖИГ генераторы и синтезаторы частот компании Micro Lambda Wireless / В. Кувшинов // Компоненты и технологии Вип. 9. С Пат Україна, МПК ( ): G01R 23/00. Вимірювач частоти свіп-генератора / С. П. Кононов, А.А. Негур. u ; заявл , опубл , Бюл. 20. Анотація Запропоновано поліпшена структура одноканального ідентифікатора міток, що дозволяє підвищити точність панорамних вимірювань частотних характеристик пристроїв і ліній зв’язку. Ідентифікатор складається з блоку перебудови, обчислювального блоку, вимірювального генератора, змішувача, формувача, фільтра нижніх частот, перемикача, першого, другого і третього опорних генераторів. Ключові слова: панорамний прилад, вимірювальний генератор, ЗІГ-резонатор, змішувач, опорний генератор, частотний синтезатор, координатна мітка, вимірювальна мітка. Аннотация Предложена улучшенная структура одноканального идентификатора меток, что позволяет повысить точность панорамных измерений частотних характеристик устройств и линий связи. Идентификатор состоит из блока перестройки, вычислительного блока, измерительного генератора, смесителя, формирователя, фильтра нижних частот, переключателя, первого, второго и третьего опорных генераторов. Ключевые слова: панорамный прибор, измерительный генератор, ЖИГрезонатор, смеситель, опорный генератор, частотный синтезатор, координатная метка, измерительная метка. Abstract The improved structure of the one-channel marks identifier is proposed, which makes it possible to improve the accuracy of panoramic measurements of the frequency characteristics of devices and communication lines. The identifier consists of a tuner, a calculating unit, a measuring oscillator, a mixer, a formator, a low pass filter, a switch, first, second and third reference oscillators. Keywords: panoramic device, measuring generator, YIG resonator, mixer, reference oscillator, frequency synthesizer, coordinate mark, measuring mark. 138 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

139 Теорія та практика радіовимірювань СТАТИСТИЧНИЙ МЕТОД ВИЗНАЧЕННЯ МЕТРОЛОГІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАДІОМЕТРИЧНИХ СИСТЕМ Перегудов С. М., к.т.н., доц.; Снісар А. В., магістрант Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Радіометричні системи (РС), що призначені для вимірювання низькоінтенсивних шумоподібних сигналів (ШС), застосовуються у багатьох областях науки та техніки і розширюють можливості експериментальних досліджень. Достовірність подібних досліджень залежить від виявлюваної здатності РС, визначеної як [1] D U S f U P, S де P потужність ШС на вході антени, що має ефективну площю S ; смуга пропускання РС, а і вихідні середнє квадратичні значення напруги сигналу ( ) та флуктаційного шуму ( ), які залежать від порогу чутливості ( Величина U U, що складно забезпечити у реальному часі через випадковий характер сигналів, а при збільшенні потужності ШС слід враховувати нелінійність передаточної характеристики. U S U S U N N U N P 0) та лінійності передаточної характеристика РС. P 0 відповідає умові S N ВС f Джерело ШС НВЧ блок Блок ПЧ Блок НЧ Програмний інтерфейс Пристрій збору даних Лінія передачі Рисунок 1 Структура РС з блоком статистичної обробки сигналів Для вирішення даного питання було розроблено блок обробки результатів вимірювань (рис. 1). До його складу входять плата L-783M для вводу даних у комп ютер і розроблений в середовищі LabVIEW програмний інтерфейс, що дозволяє застосовувати апарат математичної статистики у реальному часі. Аналоговий сигнал з виходу РС через лінію передачі поступав на пристрій збору даних (плата L-783M ), де перетворювався у цифровий та передавався до програмного інтерфейсу для визначення статистичних характеристик: середнього значення, СКВ (за яким визначалась випадкова похибка вимірювань), а також асиметрії A розподілу значень результатів спостережень величини U S. U U P і гістограми На рис. 2 приведена передаточна характеристика РС : BИX S BX «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 139

140 значень U S Теорія та практика радіовимірювань для ділянки насичення ( поблизу порогу чутливості P BX A 1, A. ) і лінійності ( A 0,27 ). Причому Вт асиметрія змінювала знак та дорівнювала 0,14 Рисунок 2 Передаточна характеристика та гістограми для іі ділянок Таким чином, відстежуючи поведінку параметрів розподілу сигналів під час проведення вимірювань з багатократними спостереженнями ( 4 N 10 ) можна визначати лінійну ділянку передаточної характеристики РС та значення порогу чутливості US UN Us, де Us довірчий інтервал. Оскільки (як показали дослідження розподіл результатів спостережень при малих значеннях наближається до нормального, то P 0, яке слід оцінювати за умовою P BX Us розраховується через функцію Лапласа. Перелік посилань 1. Универсальный ИК-радиометр / Ю.А. Абрамян, Р.М. Мартиросян, С.Г. Мартиросян, С.С. Гёзалян // Изв. НАН РА и ГИУА. Сер. ТН Т. LVIII, 3. С Анотація Розглянуто метод оцінки чутливості радіометра та лінійності його передаточної характеристики за допомогою статистичної обробки результатів вимірювань. Ключові слова: радіометр, поріг чутливості, обробка сигналів Аннотация Рассмотрен метод оценки чувствительности радиометра и линейности его передаточной характеристики с помощью статистической обработки результатов измерений. Ключевые слова: радиометр, порог чувствительности, обработка сигналов. Abstract Тhе statistical processing method of radiometric measurements is considered. It can be estimated the sensitivity and the transfer characteristic linearity of a radiometer using it. Keywords: radiometer, sensitivity, signal processing. 140 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

141 Теорія та практика радіовимірювань ВСТРОЕННАЯ СИСТЕМА КАЛИБРОВКИ И КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АФАР Гузь В. И., к.т.н., с.н.с.; Волошин А. П.; Марков В. И., к.т.н.; Остапенко Д. А. Государственное предприятие «Научно-исследовательский институт радиолокационных систем «Квант-Радиолокация», г. Киев, Украина Активные фазированные антенные решетки (АФАР) имеют встроенные системы контроля и калибровки (ВСКК), обеспечивающие поиск и локализацию неисправных блоков и устройств с точностью до сменного модуля и оценку интегральных характеристик и технического состояния ФАР в целом в процессе эксплуатации. По данным калибровки производится расчет амплитудно-фазового распределения (АФР) поля на апертуре и определение необходимых фазовых и амплитудных поправок для автоматической подстройки АФР, снижения влияния временной и температурной нестабильности параметров каналов приемо-передающих модулей (ППМ) и отказов элементов, анализ и документирование технического состояния АФАР [1]. При разработке ВСКК на предприятии были решены следующие проблемы: обеспечен ввод калибровочных сигналов со стабильными параметрами и произведен выбор места размещения источников контрольного сигнала, обеспечивающих эффективное выделение сигнала контролируемых каналов ППМ из суммарного сигнала на выходе АФАР при работе в режимах ПРИЕМ и ПЕРЕДАЧА; решена задача определения реальных комплексных коэффициентов передачи каналов (ККПК) ППМ АФАР при изменении величины вносимых потерь, наличия ошибок отработки заданных фазовых сдвигов фазовращателями (ФВ) в процессе переключения их дискретов, а также наличия полных и/или частичных отказов ФВ и аттенюаторов; обеспечение калибровки при облучении апертуры АФАР неплоской волной от вынесенного неподвижного зонда (НЗ). Система управления АФАР должна обеспечивать возможность индивидуального управления переключением дискретов фазовращателей (ФВ) и аттенюаторов каналов ППМ для обеспечения возможности установки заданного АФР на апертуре АФАР, выделения и оценки параметров сигналов отдельных каналов ППМ из суммарного сигнала АФАР. Точность калибровки АФАР при использовании ВСКК ограничивается следующими факторами: взаимовлиянием излучающих элементов; рассогласованием в СВЧ трактах АФАР; погрешностью формирования эталонного «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 141

142 Теорія та практика радіовимірювань сигнала; погрешностью измерения реального АФР; погрешностью реализации расчетного АФР и зависимостью ККПК ППМ от температуры. Одним из главных требований к ВСКК является временная и температурная стабильность калибровочных трактов. Для решения этой проблемы блок калибровки должен периодически проходить поверку в приемном и передающем режимах. Любые изменения амплитуды или фазы, выявленные при калибровке, должны быть откорректированы. Такая поверка может проводиться значительно реже, чем полная калибровка АФАР и интервал между ее приведением может меняться от недель до месяцев. Повышение точности работы ВСКК в режимах ПРИЕМ и ПЕРЕДАЧА было обеспечено за счет размещения системы НЗ для ввода контрольных сигналов по краям апертуры АФАР. Это дало возможность исключить ее затенение, значительно улучшить соотношение уровня сигнала контролируемого канала к уровню суммарного сигнала за счет несинфазного суммирования сигналов отдельных каналов ППМ и обеспечить высокую точность калибровки АФР (погрешность порядка 1 градуса по фазе и 0,1 дб по амплитуде) [2]. Заводская настройка АФАР и ВСКК начиналась с проверки технического состояния АФАР: контроля прохождения сигналов управления; тестов каналов управления; выявления технологических дефектов сборки; контроля ККПК ППМ и определения реальных фазовых сдвигов и вносимых потерь при переключении состояний ФВ ППМ. Затем выполнялась оценка стабильности работы системы управления лучом (СУЛ), оценивался разброс параметров ФВ и аттенюаторов ППМ при многократных переключениях состояний и изменении температурных режимов при работе с разными длительностями импульсов и периодах повторения. Сравнивались характеристики ППМ, полученные на специализированном стенде при проведении индивидуальной проверки и подборе оптимальных кодовых комбинаций, с данными контроля ККПК ППМ в составе АФАР (в режимах прием/передача). После проведения первоначальной настройки АФАР в диапазоне рабочих частот с помощью автоматизированного измерительного комплекса проводилось измерение комплексных коэффициентов передачи (ККП) между измерительным зондом, каждым из контрольных излучателей (КИ) и излучателями АФАР в режимах ПРИЕМ и ПЕРЕДАЧА. Выполнялся расчет нормирующих коэффициентов (НК), которые связывают ККПК при облучении плоской волной (измерительный зонд излучатели АФАР) с ККП контролируемого канала при использовании контрольного излучателя (КИ излучатели АФАР). Полученные НК являются калибровочными (эталонными) для данной ВСКК АФАР и обеспечивают поддержку заданных параметров АФАР в процессе эксплуатации. 142 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

143 Теорія та практика радіовимірювань Методические погрешности получаемых оценок значений ККПК обусловлены приближениями, принятыми в математических моделях АФАР. В модели АФАР поле излучения представляется в виде суперпозиции полей излучения каналов ППМ АФАР, каждый из которых независимо управляется, а параметры слабо зависят от состояния соседних излучателей. Методическая погрешность оценки ККПК в ряде работ была связана с предположением о независимости вносимого затухания от реализуемого фазового сдвига ФВ. Это приводило к тому, что полученные оценки ККПК ППМ АФАР оказывались смещенными. Был разработан и экспериментально подтвержден алгоритм, обеспечивающий высокую эффективность и точность определения реальных вносимых фазовых сдвигов и потерь при переключении дискретов ФВ за счет максимального использования априорной информации, полученной на этапе входного контроля параметров ППМ и технических данных поставщиков комплектующих изделий. Перечень источников 1. Гузь В. И. Автоматизированная система для контроля и настройки ФАР / В.И. Гузь, В.И. Марков, А.А. Зайцев, В.А. Мартынов, А.Б. Филоненко // Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. Киев. Том 50, 1, январь 2007 г. С Гузь В. И. Технология проведения контроля технического состояния, настройки и калибровки АФАР / В. И. Гузь, В. И. Марков, А. А. Зайцев, А. Б. Филоненко // Радиоэлектроника Т. 55, 1. С Анотація Представлено результати розробки вбудованих систем контролю технічного стану та калібрування активних фазованих антенних решіток. Розглянуто особливості проведення налагоджування та калібрування таких систем. Ключові слова: активні фазовані антенні решітки, вбудовані системи контролю технічного стану, калібрування, налагодження. Аннотация Представлены результаты разработки встроенных систем контроля и калибровки (ВСКК) активных фазированных антенных решеток (АФАР), рассмотрены особенности проведения контроля технического состояния и калибровки АФАР. Ключевые слова: АФАР, встроенные системы контроля технического состояния, калибровка, настройка. Abstract Some practical aspects of designing and application of the built-in performance monitoring system (BPMS) including constructive peculiarities of active phased array antennas (APAA), measurement restrictions and results of simulation and real measurements are presented to demonstrate the utility of the proposed monitoring technique. Keywords: APAA, BPMS, calibration, alignment. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 143

144 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка Секція 4. Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка. Електромагнітна теорія; природа електромагнітних хвиль; електродинаміка середовищ; метаматеріали; задачі відбиття та дифракції; спрямовуючі структури та резонатори; чисельні методи в електродинаміці; радіохвилі в природних умовах; нелінійні задачі. Теоретичні засади проектування антен та мікрохвильових пристроїв; методи аналізу та синтезу, конструктивні та технологічні особливості реалізації антен та мікрохвильових пристроїв. Керівник секції: д.т.н., проф. Дубровка Ф. Ф. Секретар секції: Захарченко О. С. 144 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

145 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка СТРУКТУРА ТРИВИМІРНОЇ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ ХВИЛІ Антоненко А. І., к.т.н., с.н.с., Київський національний університет технологій та дизайну, м. Київ, Україна Система рівнянь Максвелла, спільно з умовами на межах поверхонь розриву та з належними умовами в безмежності, «є система повна, тобто вона дозволяє однозначно визначити електромагнітне поле в довільній точці простору і в довільну мить часу за визначеними для миті часу початковими значеннями E і H» [1]. Але, тим не менш, Альберт Ейнштейн шукав можливість описання електромагнітного поля в умовах гравітації [2], а Марі-Антуанетт Тоннела відмічає, як одну із можливостей виходу із протиріччя між постулатами класичної динаміки і класичної електродинаміки, що «потрібно зберегти рівняння Ньютона і перетворення Галілея, які залишають їх інваріантними,» та припустити в електродинаміці «існування нових явищ, які приводять до перетворень Лоренца Пуанкаре 2 t 0 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» l l0 1 ; V m m0 / 1, а також своєрідних компенсуючих явищ, які забезпечують інваріантність рівнянь Максвелла» [3]. Щоб врахувати матеріальність електромагнітного поля, потрібно знайти зв’язок специфічних показників електромагнітного поля з показниками його матеріальності, такими як щільність матерії та швидкість руху. Це можна зробити ввівши поняття щільності магнітної компоненти H / c, електричної компоненти 0 E / c та допоміжні векторні поля швидкості руху магнітної та електричної компонент електромагнітного поля [4 6] такі, що E BV, а H V D, де E і H, D і B вектори напруженості та індукції електричної та магнітної компонент, відповідно; c швидкість світла. Скориставшись енергодинамічною системою величин і понять [7] та прийнятими допоміжними співвідношеннями, отримаємо енергодинамічну систему рівнянь електромагнітного поля, приведену в порівняльній таблиці. Можна припустити, що енергодинамічна форма системи рівнянь електромагнітного поля дозволяє відшукувати рішення для цієї системи не лише у вигляді плоско-паралельних хвиль з поступальним рухом зі швидкістю світла. Слід відзначити, що термін «електромагнітна хвиля» по суті визначає множину щонайменше чотирьох хвиль: хвилю напруженості електричного поля; хвилю щільності електричної компоненти; хвилю напруженості магнітного поля; хвилю щільності магнітної компоненти. Якщо для хвиль напруженості відповідних полів принцип суперпозиції справедливий, то для хвиль щільності ні. V

146 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка Порівняльна таблиця рівнянь електромагнітного поля у вакуумі Система рівнянь Енергодинамічна система рівнянь п.п. Максвелла 1. — E BV 2. rone B / t rote V B B V BdivV V div B 3. D E D E 4. divd V rotb BrotV 5. D/ t DV V D V divd DdivV 6. — H V D 7. rot H roth DV V D V divd DdivV 8. B H B H 9. divb 0 divb 0; DrotV V rotd d — B H V D EV B H D E g dt divd 0 Тут g прискорення, обумовлене зовнішнім впливом на електромагнітне середовище, наприклад, гравітаційним впливом. Розглянемо одне із нових рішень системи рівнянь електромагнітного поля, яке має вигляд тривимірної електромагнітної хвилі у вакуумі [8]. Підстановка отриманих в [8] виразів для компонент векторів напруженості магнітного і електричного полів в систему рівнянь Максвелла перетворює рівняння в тотожності, що свідчить про значення цих виразів як розв язок системи рівнянь. Аналіз цього розв язку показує, що в розглянутій тривимірній електромагнітній хвилі існує електрична компонента з вектором напруженості, напрямок якого збігається з напрямком руху хвилі. Це означає, що окрім поступального руху тривимірної хвилі в ній спостерігається рух в ортогональному напрямку, так що rotv 0. Причому, в розглянутій хвилі можливе існування, в певних точках простору, електричної компоненти без присутності магнітної. Електрична і магнітна компоненти суть єдина матеріальна субстанція, яка може миттєво змінювати свій вид (з магнітного на електричний чи навпаки) при русі з обмеженою швидкістю. Перелік посилань 1. Тамм И. Е. Основы теории электричества: Учеб. пособие для вузов. 10-е изд. испр. М: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., с. 2. Иоффе А. Ф. О физике и физиках. Статьи, выступления, письма. Л.: Наука, с. 3. Мари-Антуанетт Тоннела. Основы электромагнетизма и теории относительности. М: Изд-во иностр. лит с. 146 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

147 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка 4. Антоненко А.И. Обобщенный закон электромагнитной индукции. [Текст] / А.И. Антоненко // Техническая электродинамика ISSN с Антоненко А.И. Колебательное движение электромагнитного поля как материальной двухкомпонентной среды. [Текст] / Доклад на V International scientific and technical conference 31 mai 3 iune 2017 «ENGINEERING. TECHNOLOGIES. EDUCATION. SECURITY. 2017», ISSN (Print), ISSN (Online) PROCEEDINGS, Volume 2 с Рус. 6. Антоненко А.І. Енергодинамічна система рівнянь електромагнітного поля. [Текст] / М 55 Мехатронні системи: інновації та інжиніринг. Тези доповідей. Міжнародної науково-практичної конференції, 15 червня 2017 р. с / відп. за вип. М.А. Зенкін. Київ : КНУТД, с. ISBN Коган И.Ш. О понятиях масса и импульс в релятивистской механике [Электронный ресурс].. Электрон. дан. (1 файл) Режим доступу 8. Антоненко А. И. Трехмерная электромагнитная волна / Матеріали XVI Міжнародної науково-технічної конференції «Фізичні процеси та поля технічних і біологічних об єктів» м. Кременчук, 3 5 листопада 2017 року. с [Электронный ресурс]. Электрон. дан. (1 файл) Режим доступу Анотація Приведено співставлення системи рівнянь Максвелла для електромагнітного поля, вільного від зовнішніх впливів, з енергодинамічною системою рівнянь. Аналіз одного із нових рішень системи виявив нові особливості структури електромагнітної хвилі. Виявлено існування електричної компоненти в точках без магнітної компоненти. Ключові слова: електромагнітна хвиля, щільність компоненти, кількість руху, енергія. Аннотация Приведено сопоставление системы уравнений Максвелла для электромагнитного поля, свободного от внешних воздействий, с энергодинамической системой уравнений. Анализ одного из новых решений системы выявил новые особенности структуры электромагнитной волны. Выявлено существование электрической компоненты в точках без магнитной компоненты. Ключевые слова: электромагнитная волна, плотность компоненты, количество движения, энергия. Abstract A comparison is made of the system of Maxwell equations for an electromagnetic field free from external influences, with an energy-dynamic system of equations. An analysis of one of the new solutions of the system revealed new features of the structure of the electromagnetic wave. The existence of an electrical component at points without a magnetic component has been revealed. Keywords: electromagnetic wave, density of components, quantity of movement, energy. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 147

148 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка ДИНАМІКА РУХУ В ТРИВИМІРНІЙ ЕЛЕКТРОМАГНІТНІЙ ХВИЛІ Антоненко А. І., к.т.н., с.н.с.; Київський національний університет технологій та дизайну, м. Київ, Україна Класична теорія електромагнітного поля оперує виключно показниками, притаманними лише цьому природному явищу, без використання показників його матеріальності. При цьому розглядаються рішення рівнянь Максвелла, які ґрунтуються на постулаті постійності швидкості розповсюдження електромагнітного поля, однакової для всіх точок простору, заповненого лише електромагнітним полем, як матеріальним середовищем. Тим самим безпідставно виключаються рішення, які можуть явно описати коливальний або обертальний рух електромагнітного поля, як матеріального середовища, у вакуумі [1]. Для однозначного сприйняття електромагнітного поля як матеріальної субстанції з відповідними значеннями параметрів в точках простору і часу приймемо наступні визначення понять «хвиля» та «електромагнітна хвиля». Хвиля це просторово-часове описання не матеріального фізичного параметру, яке характеризується періодичною зміною його значення в залежності від координат для заданого моменту часу та періодичною зміною його значення в точках із заданими координатами з плином часу. Хвиля, що біжить описує поступальний рух, стояча хвиля коливальний. Електромагнітна хвиля це описання матеріального електромагнітного середовища множиною хвиль взаємопов язаних параметрів, які характеризують це середовище. Розглянемо електромагнітне середовище як сукупність магнітної та електричної компонент, які можуть миттєво змінювати свій вид з магнітного на електричний і навпаки (при їх русі) без будь-яких зовнішніх впливів (у вакуумі). Зміна виду відбувається у відповідності із законами збереження матерії і кількості руху матерії в кожній точці простору [2]. Виходячи із вказаних законів та закону збереження енергії, показано, що швидкості компонент при зміні їх виду збігаються за напрямком і можуть відрізнятися за величиною. Значення швидкості руху кожної компоненти залежить від співвідношення їх щільності. Введення допоміжних векторних полів швидкості руху магнітної та електричної компонент електромагнітного поля дають змогу звести систему рівнянь Максвелла до енергодинамічної системи рівнянь [3]. Ця система рівнянь дозволяє отримати нові рішення, одне з яких описує електромагнітну хвилю з плоско-паралельним магнітним полем при обмеженій відстані до зони зміни напрямку магнітного потоку [4]. 148 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

149 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка Така електромагнітна хвиля являє собою тривимірну систему пучностей і впадин компонент поля. Отримані вирази для складових векторів магнітної і електричної напруженості повністю задовольняють систему рівнянь Максвелла [4, 5]. По їх значеннях розраховано силові та топографічні лінії (лінії з однаковим значенням напруженості) полів (рис. 1). Вони дають наочне уявлення про структуру тривимірної електромагнітної хвилі. Рис. 1. Структура тривимірної електромагнітної хвилі На рисунку показано: 1, 3 топографічні лінії магнітної напруженості; 2 лінії магнітного потоку; 4, 5 лінії потоку електричної напруженості; 6 топографічні лінії електричної напруженості. Аналіз структури показує, що в розглянутій тривимірній електромагнітній хвилі існує електрична компонента з вектором напруженості, що збігається з напрямком руху хвилі. Виявлено факт існування електричної компоненти без присутності магнітної. Це означає, що окрім поступального руху хвилі в ній спостерігається рух в ортогональному напрямку. Для перевірки цього припущення проведені розрахунки групової швидкості електромагнітного середовища в кожній точці простору. Результати відображено на рис. 2. а) б) в) Рис. 2. Залежність складових вектора швидкості від координат при x 1/8 На рис.2 показано графіки залежності складових вектора швидкості в точках площини x 1/8x, рівновіддаленої від гребеня і вузла хвилі напруженості магнітного поля, де x — довжина хвилі по координаті x, V x 0. Висновки. На поступальний рух в тривимірній хвилі накладається вихровий рух поля в межах частини довжини хвилі. Миттєва групова швидкість руху в усіх точках хвилі не перевищує швидкість світла. В деяких точках простору електрична компонента існує без присутності «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 149 x

150 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка магнітної компоненти і виявляється нерухомою в цих точках. Розглянуту тривимірну хвилю можна виразити сумою 4-х плоско-паралельних електромагнітних хвиль, які рухаються зі швидкістю світла. Перелік посилань 1. Антоненко А.И. Обобщенный закон электромагнитной индукции. [Текст] / А.И. Антоненко // Техническая электродинамика ISSN с Антоненко А. И. Колебательное движение электромагнитного поля как материальной двухкомпонентной среды. [Текст] / PROCEEDINGS V International scientific and technical conference 31 mai 3 iune 2017, «ENGINEERING. TECHNOLOGIES. EDUCATION. SECURITY. 2017», ISSN (Print), ISSN (Online), Volume 2 с Рус. 3. Антоненко А. І. Енергодинамічна система рівнянь електромагнітного поля. [Текст] / М 55 Мехатронні системи: інновації та інжиніринг. Тези доповідей Міжнародної науково-практичної конференції, 15 червня 2017 р. с / відп. за вип. М.А. Зенкін. Київ : КНУТД, с. ISBN Антоненко А. И Трехмерная электромагнитная волна. [Текст]: с матеріалів XVI Міжнародної науково-технічної конференції [ Фізичні процеси та поля технічних і біологічних об єктів], (Кременчук, 3 5 лист р.)./м-во освіти і науки, Кременчуцький нац.. ун-т ім..м. Остроградського; відп. за вип.в. В. Гладкий. Кременчук.: Кременчуцький нац.. ун-т ім..м. Остроградського, с. 5. Антоненко А. І.Структура тривимірної електромагнітної хвилі. [Текст]. Тези в цьому збірнику. Анотація Приведено результати аналізу одного із рішень системи рівнянь Максвелла для електромагнітного поля, вільного від зовнішніх впливів. Рішення враховує умову обмеженої відстані до зони зміни напрямку магнітного потоку. Показано, що в такій хвилі окрім поступального руху спостерігається вихровий рух поля, як матеріального середовища. Ключові слова: електромагнітна хвиля, щільність поля, кількість руху, енергія. Аннотация Приведены результаты анализа одного из решений системы уравнений Максвелла для электромагнитного поля, свободного от внешних воздействий. Решение учитывает условие ограниченного расстояния до зоны изменения направления магнитного потока. Показано, что в такой волне наряду с поступательным движением наблюдается вихревое движение поля, как материальной среды. Ключевые слова: электромагнитная волна, плотность поля, количество движения, энергия. Abstract The results of an analysis of one of the solutions of the system of Maxwell’s equations for an electromagnetic field free from external influences are given. The solution takes into account the condition of a limited distance to the zone of change in the direction of the magnetic flux.. It is shown that in such a wave, along with the translational motion, a vortex motion of the field is observed, as a material medium Keywords: electromagnetic wave, field density, quantity of movement, energy. 150 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

151 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка ДОСЛІДЖЕННЯ АНТЕН РАДІОПРИЙМАЛЬНО-ПЕРЕДАВАЛЬНИХ ПРИСТРОЇВ ЦИФРОВИХ СИСТЕМ РАДІОЗВ’ЯЗКУ Мартинчук П. П., ст. викладач; Манойлов В. П., професор кафедри, д.т.н.; Чухов В. В., к.т.н.; Хоменко М. Ф., ст. викладач Житомирський державний технологічний університет, м. Житомир, Україна Сучасні радіоприймально-передавальні пристрої, як правило, побудовані на цифрових (дискретних) сигналах. Конструктивні особливості високочастотних пристроїв та різні теоретичні положення, що закладені в розрахунки, накладають значний відбиток на методику їх проектування. Проектування та конструювання високочастотних ліній передачі енергії є одна з найбільш відповідальних завдань з розробки, так як ці лінії передачі енергії визначають в першу чергу коефіцієнт корисної дії (к. к. д) таких систем [1]. Особливе значення при цьому, мають ті елементи, які виконують функції регулювання умов поширення радіохвиль в різних елементах радіоліній, в т.ч. антенні пристрої. У роботах [3-4] пропонуються різні методики розрахунків антенних пристроїв, однак результати цих розрахунків не дають значного підвищення к.к.д. внаслідок традиційних підходів до вирішення основного завдання. Тому дослідження таких пристроїв цифрових систем є актуальною науковою та практичною задачею. Метою проведених досліджень, виконаних на кафедрі біомедичної інженерії та телекомунікацій ЖДТУ, є застосування нового підходу для проектування антенних приймально-передавальних пристроїв цифрових (дискретних) систем з використанням перетворення Фур’є. Завданням дослідження була перевірка теоретичних та практичних напрацювань з використанням перетворення Фур’є на елементарних антенах типу директорних вібраторних, логоперіодичних, спіральних, фрактальних та інших, які є системою дискретних джерел сигналу радіозв’язку. Звичайно, характер вимог, що пред’являються до антени, залежить від призначення системи, умов її роботи. Антена повинна, зокрема, забезпечити задовільну роботу системи приймання-передачі у вибраному діапазоні частот. При цьому, окрім к.к.д., повинна бути забезпечена найбільша задана дальність між об’єктами, у випадку РЛС точність вимірювання кутових координат та роздільна здатність об’єкту спостереження. Електричні параметри антени тісно повязані з конструктивними показниками, і в багатьох випадках визначаються взаємним розташуванням елементів антени. Між частотно-часовими залежностями в імпульсній техніці і частотно- «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 151

152 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка просторовими функціями в антенній техніці існує певна аналогія, суть якої в тому, що амплітудно-фазовий розподіл поля за апертурою антени і її діаграмою направленості пов язані перетворенням Фур’є таким же чином, як пов язана форма імпульсу з його спектром. Фізичний зміст полягає в тому, що якщо часовий імпульс може бути представлений у вигляді суми часових гармонік, то і розподілення поля за апертурою, яке розглядається як просторовий імпульс, може бути представлене сумою просторових імпульсів. Тривалість просторового імпульсу а відповідає розміру апертури антени. Роль часу t виконує кутова координата u=(ka/2)sin Θ, а частота ω — просторова координата 2х/а. Тому один із способів розв язання задачі синтезу базується на використанні інтегралу Фур’є [1]. При цьому дійсна функція F(t), яка визначає діаграму направленості, повинна відповідати умовам Діріхле: сама функція та її похідна повинні бути неперервними в будь-якому інтервалі частот, мати скінченне число розривів першого роду та скінченне число максимумів та мінімумів, бути інтегрованою, мати скінченне значення [2]. Для багатьох фізичних сигналів це є справедливим. Конструктивними особливостями досліджуваних антен приймальнопередавальних пристроїв є те, що запропоновані антени мають в своєму складі, окрім вібратора основної частоти, додаткові вібратори, кратні основній частоті. Вони вибрані як перші елементи (2-4) гармонічних складових цифрового (дискретного) періодичного сигналу основної частоти. Діапазон частот таких антен від метрових діапазонів радіохвиль до мікрохвиль, в т. ч і антенних решіток, фрактальних антен. Для прямокутного сигналу, що є найбільш поширеним у цифрових (дискретних) системах, це 3-я, 5-а, 7-а гармоніки основної частоти. При цих чотирьох складових, к. к. д. антени приймально-передавального пристрою, згідно теореми Парсеваля, може бути збільшений за амплітудою до 93 % [2]. Аналогічно буде й вища потужність передаваного сигналу при тих же параметрах приймально-передавальних пристроїв, що дасть змогу зменшити енергетичні затрати передавально-приймального пристрою, залишивши рівень сигналу на межі встановленого, покращити дальність прийомупередачі, збільшити радіопрозорість, спростити в певних межах конструкцію антенного пристрою за рахунок оптимізації елементів антени, зменшити матеріалоємність антенних пристроїв, кращою стане роздільна здатність та точність визначення координат у випадку використання таких антен для РЛС та космічного зондування поверхні Землі. Окрім того, запропоновані конструкції антен мають кращі масо-габаритні розміри, меншу кількість елементів порівняно з поширеними директорними вібраторними, логоперіодичними та фрактальними антенами різного 152 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

153 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка виду. Результати досліджень антен будуть представлені конференції у вигляді слайдів та фотографій. Перелік посилань 1. Власов В.И. Проектирование высокочастотных устройств радиолокационных станций/ Власов В.И., Берман Я.И. Л.: Судостроение, с. 2. Волощук Ю.І. Сигнали та процеси у радіотехніці: Підручник для студентів вищих навчальних закладів, т.1, Харків: «Компанія СМІТ», с. 3. Справочник по антенной технике:справ. В 5 т.т.1/л.д. Бахрах, Л.С. Бенинсон, Е.Г. Зелкин и др; Под ред. Я.Н. Фельда, Е.Г. Зелкина. М.: ИПРЖР, с.: ил. 4. Григоров И.Н. Практические конструкции антенн. М.:ДМК Пресс, с.:ил.(в помощь радиолюбителю). Анотація Представлені результати дослідження нового підходу до конструювання антен приймально-передавальних пристроїв цифрових систем радіозв’язку. Розглянуті електричні та конструктивні параметри вібраторних та логоперіодичних антен із застосуванням додаткових вібраторів, кратних основній частоті, вибраних за першими гармоніками із перетворення Фур’є. Ключові слова: Антени, цифрові системи, радіозв’язок, телебачення. Аннотация Представлено результаты исследования нового подхода к конструированию антенн приемно-передаточных устройств цифровых систем радиосвязи. Рассмотрены электрические и конструктивные параметры вибраторных и логопериодических антенн с применением дополнительных вибраторов, кратных основной частоте, выбранных за первыми гармониками из преобразования Фурье. Ключевые слова: Антенны, цифровые системы,радиосвязь, телевидение. Abstract The results of a study of a new approach to designing antennas for receiving and transmitting devices of digital radio communication systems are presented. The electrical and structural parameters of vibrator and logoperiodic antennas are considered with the use of additional vibrators multiples of the fundamental frequency chosen after the first harmonics from the Fourier transform. Keywords: Antennas, digital systems, radio communication, television. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 153

154 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка PIFA-АНТЕНА ДЛЯ НИЗЬКОЧАСТОТНОГО ДІАПАЗОНУ LTE Махно К. М.; Василенко Д. О., к.т.н., доцент Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Long Term Evolution (LTE) стандарт привертає увагу, як мобільний зв язок четвертого покоління, який забезпечує ширшу смугу робочих частот та мультимедійні мобільні сервіси. LTE є популярною мережевою технологією для носимих пристроїв після GSM та UMTC. LTE працює в різних піддіапазонах в діапазоні частот 699 МГц 5925 МГц. В теорії, найменші втрати і найбільшу дальність зв язку забезпечують низькочастотні піддіапазони. В даному дослідженні аналізується робота антен в піддіапазоні LTE з найменшою робочою частотою, робоча смуга частот якого на передачу і прийом складає 699 МГц 746 МГц. Ширина робочої смуги частот в діапазоні LTE, що досліджується, складає 47 МГц або 6.5%. Для того, щоб забезпечити роботу в межах всієї робочої смуги частот пропонується використовувати PIFA-антену, яка має невеликі розміри, може бути розміщена на друкованій платі з іншими компонентами системи. У літературі мало уваги приділяється конструкції антен для низькочастотного діапазону LTE. Для інших діапазонів частот показано, що основним фактором який впливає на узгодження антени в робочому діапазоні частот є розмір друкованої плати [1], на якій виконана антена. Згідно з [3] та [4] для діапазону частот МГц розмір друкованої плати становить 110х65х1.54 мм 3, а для діапазону МГц розмір становить 70х30х1,6 мм 3. В даному дослідження аналізується, який має бути мінімально можливий розмір друкованої плати, щоб забезпечити роботу PIFA-антени в діапазоні частот 699 МГц 746 МГц. В дослідженні використовується конфігурація антени у вигляді меандра (рис 1). Антена надрукована на діелектричній підкладці FR- 4, що знизу та зверху обмежена площинами друкованої плати. Початкові розміри друкованої плати були вибрані за аналогією до [3]. Рисунок 1. PIFA антена з випромінювачем у вигляді меандра. У ході дослідження було оптимізовано відстань h від друкованої плати до випромінюючого елемента 154 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

155 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка Рисунок 2. Залежність ширини смуги частот від відстані від випромінюючого елемента до друкованої плати. Таблиця 1 Gh, мм 15 Gw, мм 56 v, мм 1.9 a, мм 14 b, мм 4.2 h, мм 32 Sx, мм 3 w, мм 2 t, мм 1.072, МГц , МГц (рис. 2). Оптимізація проводилася при фіксованих інших параметрах: Gh = 110 мм, Gw = 56 мм, a = 10 мм, b = 4.1мм, Sx = 7 мм, w = 5 мм. Встановлено, що при розмірах друкованої плати 110 х 56 мм залежність ширини робочої смуги частот від параметру h має екстремальний характер. Оптимальне значення відстані h становить 10 мм. При дослідженні впливу розмірів друкованої плати на ширину смуги робочих частот антени було встановлено, що залежність ширини робочої смуги частот антени від довжини друкованої плати має екстремальний характер (рис. 3). Найбільшого значення ширина робочої смуги частот досягає при довжині плати 140 мм і становить 140 МГц. При зміні довжини друкованої плати центральна частота зсувається відносно розрахованої центральної частоти, вліво (від ємні значення df0) чи вправо (рис. 4). Це пов язано з особливістю розподілу струму на поверхні друкованої плати, розміри якої менше довжини хвилі. Для того, щоб мінімізувати вплив зсуву центральної частоти на результати дослідження, на кожній ітерації виконувалися налаштування антени на центральну частоту. Значення центральної частоти робочої смуги частот є найбільш чутливим до розміру вертикального плеча випромінюючого елемента (a) та відстані h від випромінюючого елемента до друкованої плати. Мінімальні розміри, які отримані у ході оптимізації, занесені в табл. 1. В дослідженні встановлено, що найбільша робоча смуга частот 140 МГц забезпечується при розмірах друкованої плати 140 х 56 мм. Найменший розмір друкованої плати, при якому забезпечується ширина робочої смуги частот, достатня для роботи в низькочастотному піддіапазоні LTE 699 МГц 746 МГц, становить 15 х 56 мм. f f 0 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 155

156 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка Рисунок 3. Залежність ширини смуги частот від розмірів друкованої плати. Рисунок 4. Відхилення центральної частоти від розмірів друкованої плати. Перелік посилань 1. Fujio S. Effect of ground size on plate inverted-f antenna // 2006 IEEE International Workshop on Antenna Technology Small Antennas and Novel Metamaterials. 6-8 March P Hardeep Singh Saini A small size wideband planar inverted-f antenna for USB dongle devices / A. Thakur, R. Kumar, A. Sharma, N. Kumar // 1st IEEE International Conference on Power Electronics. Intelligent Control and Energy Systems (ICPEICES-2016). July P Ahmed A. Naser A meandered line-pifa Antenna for LTE (Band Class 13) Handset Application / Khalil H. Sayidmarie, Jabir S. Aziz // 2015 Loughborough Antennas & Propagation Conference (LAPC). November Redzwan F. N. M. Design of planar inverted-f antenna for LTE Mobile Phone Application / M. T. Ali, M. N. Md. Tan, N. F. Miswadi // 2014 IEEE Region 10 Symposium April P Анотація В дослідженні встановлено, що найменший розмір друкованої плати, при якому забезпечується ширина робочої смуги частот PIFA-антени, достатня для роботи в низкочастотному під діапазоні LTE 699 МГц 746 МГц, становить 15 х 56 мм. Ключові слова: PIFA-антена, LTE. Аннотация В исследовании установлено, что минимальный размер печатной платы, при котором, обеспечивается ширина полосы частот PIFA-антенны, достаточна для работы в низкочастотном диапазоне LTE 699 МГц 746 МГц и составляет 15 х 56 мм Ключевые слова: PIFA-антенна, LTE. Abstract It was shown in our research that printed circuit board with the dimensions 15 x 56 mm is sufficient for printed PIFA antenna to operate in the low-frequency range of LTE 699 MHz MHz. Keywords: PIFA-antenna, LTE. 156 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

157 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка РАДІАЛЬНИЙ СУМАТОР ПОТУЖНОСТІ KU-ДІАПАЗОНУ Омеляненко М. Ю., старший викладач; Коломієць А. О., магістр КПІ ім. Ігоря Сікорського, м. Київ, Україна Розробка суматорів потужності сантиметрового і міліметрового діапазонів є актуальним завданням, що пов язане з необхідністю реалізації потрібного енергетичного потенціалу каналів зв язку та радіолокаційних систем, у яких в якості активних елементів передавачів застосовуються відносно малопотужні, але ефективні з точки зору споживаної потужності, монолітні інтегральні підсилювачі. Достатньо сказати, що ретельно розроблені подібні підсилювачі здатні забезпечити на частотах трьохсантиметрового діапазону безперервну вихідну потужність порядку Вт при ККД більше 40%, що незрівнянно з параметрами аналогічних лампових пристроїв. Одним з найбільш ефективних шляхів побудови суматорів потужності є просторове сумування потужності, при якому вхідний сигнал одночасно в деякій області електродинамічної системи розділяється на N-гілок з підсилювачами у кожній з них, а тоді у аналогічній області простору підсумовується. Ефективність сумування потужностей (ККД) у цьому випадку залежить тільки від втрат у гілках та від ідентичності плечей, і не залежить від їх кількості. Оскільки параметри сучасних монолітних підсилювачів НВЧ діапазону практично однакові, ККД просторових суматорів наближається до теоретичної межі, рівній: ККД max = 10 0,1L 100%, де L втрати в гілках, виражені у децибелах. Радіальний суматор діапазону ГГц, запропонований у [1], є такою реалізацією просторового підсумовування потужності, яка дозволяє просто нарощувати кількість гілок, забезпечити синфазність підсилювальних сигналів незалежно від частоти, а також легко забезпечити відвід тепла від активних елементів. Темою даної роботи була розробка та дослідження просторового восьмиканального підсилювача діапазону ГГц на основі радіальних подільників/суматорів потужності з рівнем вихідної потужності порядку 10Вт. Будову подільника/суматора потужності показано на рис. 1 (показано топологію подільника потужності; топологія суматора ідентична і розташовується дзеркально). Видно, що вузлами поділення/сумування потужності є радіальні лінії (РЛ) з діелектричним заповненням матеріалом підкладинки (використовувавсяполімерний матеріал, товщиною d=254 мкм та діелектричної проникністю ε=2,2). Зазначені РЛ збуджувалися зовнішніми провідниками вхідної/вихідної коаксіальної лінії (КЛ). Внутрішні провідники КЛ проходять «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 157

158 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка Рисунок 1. Топологія подільника потужності Рисунок 2. Залежності сумарного опору МСЛ і хвильового опору РЛ від величини R крізь отвори у верхньому шарі металізації РЛ і підкладинки і безпосередньо з’єднується з нижнім шаром металізації. На периферії радіальна лінія розділяється на вісім мікросмужкових ліній (МСЛ), які і є гілками подільника/суматора. Однією з основних проблем при розрахунку радіального подільника/суматора потужності є узгодження вхідного і вихідного портів. Відомо [1], що хвильовий опір РЛ сильно залежить від відстані R від її центру до точки, де розраховується імпеданс Z 0. Значення Z 0 може бутинаближено знайдено зі співвідношенняz 0 377d 2πR ε Оцінюючи Z 0 для R=3,5мм (значення радіусузовнішнього провідника для 50-омної КЛ), отримуємо Z 0 2 Ом, що робить узгодження з вхідною КЛ в широкому діапазоні частот складним. Відзначимо при цьому, що безпосереднє підключення МСЛ до 45-градусних сегментів РЛ не викликає значного стрибка опорів. Це видно з рис.2, де наведені залежності сумарного опору восьми паралельно підключених до вказаних сегментів МСЛ і хвильового опору РЛ від величини R. Видно, щоперепад опорів становить величину порядку 1,5, що не може викликати додаткових складнощів в узгодженні портів суматора. Слабка залежність перепаду опорів РЛ і МСЛ від R дозволяє при розробці вузлів узгодження керуватися тільки одним аргументом: мінімізацією перепаду опорів на ділянці переходу від КЛ до РЛ, для чого величина R повинна бути обрана мінімальною. Межа зменшення розміру R визначається не тільки зовнішнім діаметром збуджуючої КЛ, але і необхідністю установки чвертьхвильових короткозамкнених відрізків щілинних ліній між суміжними мікросмужковими плечима, в основі яких встановлені розв’язуючи резистори. З метою уникнути викликаного цим збільшення розміру R в даній роботі було запропоновано замінити чвертьхвильові відрізки на круглі, з малим радіусом, отвори в металізації РЛ. Узгодження низькоомних МСЛ з 50-омними реалізовано за допомогою трисекційних трансформаторів, вихідні розміри яких розраховувалися за відомою методикою, а потім уточнювалися в програмному середовищі CST MicrowaveStudio. Аналогічні розрахунки були проведені для двохсекційного трансформатора у коаксіальній лінії. 158 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

159 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка На рис.3 зображені розраховані частотні залежності елементів матриці розсіяння S i,9, і=1 9 (порт 9 збуджуючий коаксіальний) розробленого подільника (суматора). Результати експериментального дослідження під єднаних один за одним подільника і суматора зображені на рис.4. Рисунок 3. Частотні залежності елементів матриці розсіювання Рисунок 4. Результати експериментального дослідження Видно, що сумарні втрати в діапазоні частот ГГц становлять менше 2,5дБ. Зазначимо, що при оцінці ККД підсилювача із цієї величини необхідно виокремити неминучі втрати у МСЛ як середовищі для під єднання одного підсилювача, які можна оцінити величиною 0,5дБ. Таким чином, можна стверджувати, що очікуваний ККД становитиме η 63%. Перелік посилань 1. Fathy A. E. A SimplifiedDesignApproachforRadialPowerCombiner / A. E. Fathy, S. WooLee, D. Kalokitis // IEEE Trans. on MTT Vol. 54, No. 1. P Анотація Представлені результати розробки та дослідження просторового восьмиканального суматора потужності сантиметрового і міліметрового діапазонів довжин хвиль побудованого на основі радіальних подільників/суматорів потужності з рівнем вихідної потужності порядку 10Вт. Очікуваний ККД становитиме η 63% у всьому Ku-діапазоні. Аннотация Представлены результаты разработки и исследования пространственного восьмиканального сумматора мощности сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн построенного на основе радиальных делителей/сумматоров мощности с уровнем выходной мощности порядка 10Вт. Ожидаемый КПД составит η 63% во всем Kuдиапазоне. Abstract The results of the development and research of the spatial eight-channel power mixer of centimeter and millimeter wavelength range ranges based on radial dividers / power aggregates with a power output level of 10 W are presented. The expected efficiency will be η 63% throughout the Ku-range. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 159

160 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка ПРЯМОФОКУСНА ПАРАБОЛІЧНА ДЗЕРКАЛЬНА АНТЕНА S- ДІАПАЗОНУ Підгорний Б. В. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Сучасне суспільство потребує постійного і безперебійного зв’язку з зовнішнім світом. Більша частина користувачів зв’язана з всесвітньою мережею через мобільний телефон із стандартом передачі цифрових потоків Wi- Fi. Але нажаль неможливо налаштувати локальний зв’язок в місті через щільність забудови, що призводить до суттєвого згасання сигналу. Тому актуальною задачею є вирішення цієї проблеми за допомогою збільшення напруженості поля випромінювання. Існує декілька стандартів Wi-Fi та 3 можливих діапазони 2.4 ГГц, 5 ГГц та 60 ГГц. Розглянемо стандарти цього безпровідного зв’язку [1]. Таблиця 1 Сдандарт b a g n ac Максимальна швидкість в Мбіт/с З табл. 1 видно, що цей тип зв’язку може надавати досить високу швидкість цифрового потоку. Тому його можна використовувати навіть для швидкісної передачі відео потоків з високою чіткістю в реальному часі, що необхідно при передачі відео сигналів підчас прямих включень з мобільних телевізійних станцій, без розгортання кабелів і з відмінною якістю картинки, що передається. Необхідно зрозуміти на якому діапазоні краще працювати. Діапазон 60 ГГц має переваги в тому, що він майже ніким не зайнятий, але його основними проблемами є мала розповсюдженість та висока вартість обладнання з малим радіусом дії [2]. Діапазон 5 ГГц має переваги, за рахунок більш рідкісного використання та швидкості роботи Wi-Fi на 5 ГГц (1300 Мбит\с)[3]. Але для використання цього діапазону необхідно щоб не тільки Wi-Fi джерело (роутер) працював на цій частоті, але і сам пристрій (ноутбук, планшет, телефон, телевізор). Його основним недоліком є дорожнеча обладнання, в порівнянні з пристроями що працюють на частоті 2.4 ГГц і менша дальність дії, в порівнянні з частотою 2.4 ГГц. Лишається діапазон 2.4 ГГц, який має досить непогану дальність і є найбільш розповсюдженим, що дає можливість створювати дуже дешеві системи. Але в цьому і його основний недолік дуже багато приладів працює в цьому діапазоні, через що він є дуже заповненим. Є декілька способів покращити зв’язок із споживачем. По перше це збільшення потужності, але ця можливість обмежена нашим законодавством, 160 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

161 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка більше ніж 100 мват випромінювати неможна. По друге можна покращити зв’язок за допомогою підвищення напруженості поля збільшивши коефіцієнт направленої дії антени, що є цілком законним і єдиним способом вирішення поставленої задачі. Щоб мати дальність дії більше метрів в місті з великою щільністю забудови, потрібно використати прямофокусну параболічну дзеркальну антену, яка при обмеженому розмірі дає підсилення від 20дБ. Прямофокусна параболічна дзеркальна антена потребує опромінювача. Правильний опромінювач надасть покращення характеристик нашої антени, а неправильно підібраний тільки підвищить рівень шумів. Для отримання дальності дії більше 200 метрів було задано діаметер дзеркала 95см і співвідношення фокус до діаметру 0.66, через тригонометричну функцію: a 2 arctg (1) b де: а = 47.5 см (радіус), b = 62.7 (фокусна відстань). Було розраховано, що кут розкриву α = 74º. В якості опромінювача була змодельована та досліджена в CST STUDIO SUITE 2015 зигзагоподібна антена Харченка через її малі розміри та досить високе підсилення (до 10 дб) в діапазоні частот ГГц. Головними перевагами такого опромінювача є досить мала вага, простота та невелика ціна виготовлення [4]. На рис. 1 показаний коефіцієнт відбиття досліджуваної антени. Видно що вона добре узгоджена, коефіцієнт відбиття менше 10дБ в широкому діапазоні частот (від 2.2 ГГц до 2.7 ГГц). Отримана смуга повністю охоплює Wi-Fi діапазон. На рис. 2 показана діаграма спрямованості, отриманий коефіцієнт підсилення 9.6 дб, кут розкриву головної пелюстки в Е-площині дб Частота, ГГц Рисунок 1. коефіціент відбиття антени Харченка Рисунок 2. діаграма спрямованості на частоті 2.45 ГГЦ в Е- і Н-площині «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 161

162 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка по рівню 3 дб 63.3º, в Н-площині 64.9º. Рівень заднього випромінювання 17.8 дб. На рис.3 зображено діаграму спрямованості і коефіцієнт відбиття системи опромінювач-дзеркало дб Е-площина Н-площина Рисунок 3: діаграма спрямованості на частоті 2.45 ГГЦ в Е- і Н-площині 90 На рис. 3 видно що коефіцієнт підсилення дзеркальної антени складає 25.8 дб. Ширина головної пелюстки по рівню 3 дб в Е-площині 8º, в Н-площині 7.9º. Рівень заднього випромінювання і бічних пелюстків 20.9 дб. З отриманих результатів видно, що коефіцієнт підсилення отриманої дзеркальної антени повністю забезпечує необхідну дальність дії з мінімальним рівнем бічних пелюстків. Перелік посилань 1. Эволюция скорости передачи данных в сетях Wi-Fi [електронний ресурс]. Режим доступу: Назва з екрана. 2.Новая технология Wi-Fi 60 ГГц от Samsung Electronics увеличит скорость передачи данных в 5 раз ГГц [електронний ресурс]. Режим доступу: Назва з екрана. 3. Wi-Fi 2,4 ГГц против 5 ГГц [електронний ресурс]. Режим доступу: Назва з екрана. 4. Зигзагоподібна антена [електронний ресурс]. Режим доступу: Назва з екрана. Анотація Досліджено і розраховано зигзагоподібну антену Харченка. Показано можливість її застосування в якості опромінювача для параболічних прямофокусних дзеркальних антен. Досліджено і розраховано систему опромінював-дзеркало для S-діапазону. Аннотация Исследовано и рассчитано зигзагообразную антенну Харченко. Показана возможность ее применения в качестве облучателя для параболических прямофокусных зеркальных антенн. Исследовано и рассчитано систему облучатель зеркало для S-диапазона. Abstract The zigzag antenna of Kharchenko was investigated and calculated. The possibility of its application as an irradiator for parabolic direct-focal reflecting antennas is shown. The system of the mirror reflector for the S-band is investigated and calculated. 162 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

163 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка АНТЕНИ ДЛЯ MIMO-СИСТЕМИ ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ Стефанишина Ю. І., бакалавр; Василенко Д. О., к. т. н, доцент Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Технологія Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) дозволяє збільшити швидкість передачі даних в існуючих каналів зв язку. MIMO є важливою частиною сучасних стандартів бездротового зв’язку, таких як IEEE n, WiMAX та 4G LTE (Long-Term Evolution) [1]. Сучасні системи MIMO передбачають використання формату антенних систем 2х2 або 3х3, тобто 2 антени на передачу і 2 антени на приймання, або 3 антени на передачу і 3 антени на приймання. Ці антени мають розміщуватися в межах компактного пристрою, дуже часто на одній друкованій платі. При цьому виникає проблема забезпечення розв язки між антенами, що є необхідним для ефективної роботи системи MIMO. У своєму дослідженні ми аналізуємо різні варіанти взаємного розміщення антен і визначаємо мінімальну відстань, яка забезпечує значення S21 < -20дБ. В дослідженні використовується PIFA антена (планетарна інвертована F антена), яка розміщується на друкованій платі товщиною 1 мм. PIFA антена оптимізована нами для роботи в діапазоні 2,4 2,5ГГц. Конструкція антени і значення параметрів, знайдених під час оптимізації, представлені на рис. 1. D5 D6 L2 r w2/2+1 w1 L6 5мм L4 w+gap 7мм L4_2 Рисунок 1. Узгоджена антена PIFA, з параметрами [мм]: L1=2, L2=1.7, L4=4.1, L4_2=4.3, L5=2, L6=5.5, D5=1.8, D6=1.9, gap=0.3, w=0.5, w1=1.5, w2=0.5, r=0.25 В першому дослідженні дві антени PIFA розташовувалися на відстані V одна від одної (рис. 2). Антени PIFA направлені в один бік. Для кожної відстані V розраховувалося значення коефіцієнта передачі S21 між антенами. Залежність S21 на центральній частоті робочого діапазону від відстані між антенами V представлена на рис. 3. Видно, що для забезпечення умови S21 < -20дБ відстань між антенами має бути більше 110мм. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 163 L5 L1

164 S21, ДБ S21, ДБ Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка V Рисунок 2. Взаємне розміщення PIFA антени з відстанню V [мм] одна від одної V, MM Рисунок 3. Залежність параметру S21 від відстані V [мм] між антенами В другому дослідженні дві антени PIFA розташовувалися на відстані V одна від одної (рис. 2), але антени PIFA направлені в протилежні боки. Залежність S21 на центральній частоті робочого діапазону від відстані між антенами V для такого розташування антен представлена на рис. 4. Видно, що для забезпечення умови S21 < -20дБ відстань між антенами має бути більше 16мм V, MM Рисунок 4. Залежність параметру S21 від відстані V [мм] між антенами, які направлені в протилежні боки 164 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

166 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка ПЕРЕЛАШТОВУВАНІ СМУГОВО-ЗАГОРОДЖУЮЧІ ФІЛЬТРИ НА ОСНОВІ КОПЛАНАРНОЇ ЛІНІЇ З ДЕФЕКТАМИ У ЗАЗЕМЛЮЮЧОМУ ЕЛЕКТРОДІ Чернов А. С.; Прокопенко Ю. В., д.т.н., доцент Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Постійний розвиток телекомунікаційних технологій призводить до виникнення все більшої кількості стандартів зв язку, а також розширення робочого частотного діапазону, що визначає актуальність дослідження та розробки нових перелаштовуваних селективних пристроїв. Мікросмужкові та копланарні лінії передачі з щілинами у заземлюючому електроді, завдяки своїй простоті та невеликій ціні виготовлення, є одними з найефективніших рішень. Вони використовуються, як для створення різних типів фільтрів, так і для антен [1]. Для створення перелаштовуваних пристроїв застосовуються МЕМС-перемикачі [2], варактори [3] та pin-діоди [4]. Мікромеханічний метод перелаштування частоти має ряд переваг, таких як широкий діапазон перелаштування частоти та його безперервність [5]. В даній роботі запропоновано смугово-загороджуючі фільтри на основі копланарної лінії з мікромеханічним методом перелаштування частоти. На рис.1 та рис.2 зображено дві структури перелаштовуваних фільтрів, на основі копланарної лінії, 1-го та 2-го типу відповідно. Для обох типів, щілини (дефекти) у заземлюючому електроді розміщені симетрично відносно сигнальної лінії. Структури мають наступні параметри: h 1 =1 мм, h 2 =1 мм, Рисунок 1. Структура смугово-загороджуючого фільтра 1-го типу t=35 мкм, w s =2 мм, g 1 =0.5 мм, g 2 =0.5 мм, l d =4 мм, w d =4 мм, l 1 =1 мм, w 1 =0.5 мм, ε 1 =10. Зміна центральної частоти фільтра 1-го типу досягається за рахунок вертикального переміщення діелектричної пластини над копланарною лінією на величину d. Таке переміщення призводить до зміни ефективної діелектричної проникності всієї лінії, а, отже, і до зміни ефективної електричної 166 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

167 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка довжини дефектів, що і визначає частоту резонансного елемента. На рис. 3 показано залежність нормованої резонансної частоти від величини повітряного проміжку (d) між діелектричною пластиною та копланарною лінією для різних значень діелектричної проникності пластини (ε 2 ) (криві для Рисунок 2. Структура смугово-загороджуючого фільтра типу 1 відповідно). Із 2-го типу збільшенням повітряного проміжку резонансна частота монотонно зростає. Для більших значень діелектричної проникності пластини спостерігається вища чутливість перелаштування. На рис. 2 зо- Рисунок 3. Залежність нормованої резонансної частоти від величини повітряного проміжку для двох типів фільтрів бражено структуру перелаштовуваного фільтра 2-го типу, в якому перелаштування центральної частоти відбувається за рахунок вертикального переміщення металевої смужки. В цьому випадку дефект в заземлюючому електроді є не суцільною порожниною прямокутної форми, а проміжком між електродами шириною g 2. Залежність резонансної частоти від повітряного проміжку d показано на рис.3 (криві для типу 2 відповідно). За відсутності повітряного проміжку (d = 0 мкм), рухлива металева смужка з єднує заземлюючий електрод, що забезпечує найбільшу електричну довжину та найменшу частоту резонансного елемента. Зростання d призводить до зменшення електричної довжини резонатора та зростання частоти. Зменшення ширини рухливої металевої «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 167

168 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка смужки w m призводить до збільшення чутливості та діапазону перелаштування частоти, що створює передумови використання МЕМС-структур для такого перелаштування. Загальний діапазон перелаштування резонансної частоти більший в першому випадку, коли перелаштування досягається переміщенням діелектричної пластини. Проте, у випадку переміщення смужок металу чутливість, за малих значень повітряного проміжку, значно вища. Перелік посилань 1. Khandelwal M.K. Defected Ground Structure: Fundamentals, Analysis, and Applications in Modern Wireless Trends / M. K. Khandelwal, B.K. Kanaujia, and S. Kumar // International Journal of Antennas and Propagation. Vol pages Karim M.F. A Reconfigurable Micromachined Switching Filter Using Periodic Structures / M. F. Karim, Ai-Qun Liu, A. Alphones, and A. Yu // IEEE Trans. on MTT. Vol. 55, no. 6. June pp Amr M. E. Safwat. Tunable Bandstop Defected Ground Structure Resonator Using Reconfigurable Dumbbell-Shaped Coplanar Waveguide / Amr M. E. Safwat, Florence Podevin, Philippe Ferrari, and Anne Vilcot // IEEE Trans. on MTT. Vol. 54, no. 9. Sept Z. Zakaria. Design of Reconfigurable Defected Ground Structure (DGS) for UWB Application / Z. Zakaria, N.A. Shairi, R. Sulaiman and W.Y. Sam // 2012 IEEE Asia-Pacific Conference on Applied Electromagnetics (APACE 2012). Dec , Melaka, Malaysia. 5. Chernov A. Continiously Reconfigurable Band-stop Filter Based on Coplanar Wavegoude with Defected Ground Structure / A. Chernov, Yu. Prokopenko, Guy A.E. Vandenbosch // Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2017 IEEE 37th International Conference, April Kiev, Ukraine. Анотація Представлено перелаштовувані смугово-загороджуючі фільтри на основі копланарної ліній з дефектами у земельному електроді. Перелаштування частоти досягається за рахунок переміщення діелектричної пластини або металевої смужки над заземлюючим електродом копланарної лінії. Запропонований метод забезпечує безперервну зміну частоти резонаторів на десятки відсотків. Ключові слова: мікромеханічне перелаштування частоти, смугово-загороджуючий фільтр, копланарна лінія, дефект у заземлюючому електроді. Аннотация Представлены перестраиваемые полосно-заграждающие фильтры на основе копланарной линии со щелями в заземляющем электроде. Перестройка частоты достигается за счет перемещения диэлектрической пластины или металлической полоски над заземляющим электродом копланарной линии. Предложенный метод обеспечивает непрерывную перестройку частоты резонаторов на десятки процентов. Ключевые слова: микромеханическая перестройка частоты, полосно-заграждающий фильтр, копланарная линия, дефект в заземляющем электроде. Abstract The tunable band-stop filters based on the CPW with defected ground structure are presented. Frequency tuning is achieved by moving a dielectric substrate or metal strip above the CPW. Proposed method provides a continuously frequency tuning up to tens of percents. Keywords: micromechanical frequency tuning, band-stop filter, CPW, defected ground structure. 168 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

169 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка ХВИЛЕВІДНО-ПЛАНАРНИЙ ПІДСИЛЮВАЧ З ПРОСТОРОВИМ СУМУВАННЯМ ПОТУЖНОСТІ ДІАПАЗОНУ ЧАСТОТ ГГЦ Омеляненко М. Ю., ст. викл.; Правда В. І., к.т.н., професор; Романенко Т. В., магістр КПІ ім. Ігоря Сікорського, м. Київ, Україна Просторове сумування потужності (ПСП) являється ефективним методом отримання значних потужностей на частотах міліметрового діапазону довжин хвиль [1]. Підсилювачі з просторовимсумуванням, однак, виявляються ефективними і для потужностей 10~20 дбм,тому що дозволяють досягти необхідного результату, використовуючи бюджетнімонолітнісхеми малопотужних підсилювачів.запропонований в даній роботі суматор відповідає всім вимогам до таких пристроїв високої ефективності сумування потужності, відтворюваності характеристик і малої вартості. Електродинамічною основою розробленого в даній роботі підсилювача являється компланарна мікросмужкова лінія (coplanarstripline, CPS), а власне активна частина підсилювача подібна використаній в [2]. Однак на відміну від [2] для збудження CPSзі стандартного прямокутного хвилеводу використовувались не плавні переходи з проміжними секціями хвилевідно-щілинної лінії, а поздовжньо-зондові, що забезпечують широку смугу узгодження при значно менших повздовжніх розмірах і втратах. Топологія переходу зображена на рис.1, основні розміри приведені в табл. 1, а на рис. 2 зображена частотна залежність зворотних втрат (розрахунки проведені в програмному пакеті CSTMicrowaveStudio, точки результати вимірювань). Рисунок 1. Топологія поздовжньо-зондового переходу на CPS Рисунок 2. Частотна залежність зворотних втрат переходу на CPS Таблиця 1 a, мм b, мм w, мм d, мм g, мм r, мм s, мм l, мм l ins «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 169

170 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка Друкована структура була виконана на полімерному армованому матеріалі з діелектричною проникністю ε=2.2, товщиною d=120 мкм і шарами двохсторонньої металізації товщиною t m =35 мкм. Як видно з рис.1, половина хвилеводної камери, що прилягає до земляної поверхні CPS, на деякій відстані l ins від початку регулярної лінії повністю схлопується, що є типовим для хвилевідно-планарної технології побудови пристроїв, коли власне хвилевід використовується в якості електродинамічної системи для реалізації фільтрів з малими втратами, вентилів і циркуляторів, елементів зв язку з антеною і т.п. Одним з найбільш важливих параметрів ПСПє ефективність складання потужності η. Приймаючи до уваги сказане, для розробленого підсилювача її оцінку варто проводити, порівнюючи коефіцієнт підсилення ПСП з цією ж величиною для тестового підсилювача на одному активному елементі. З цією метою такий підсилювач був виготовлений на підкладинці тієї ж довжини з максимально короткими переходами на звичайну мікросмужкову лінію, виконаними в рамках тієї ж ідеології побудови. Топологія розробленого підсилювача зі встановленими активними елементами зображена на рис. 3а. В якості них були використані монолітні інтегральні підсилювачі CHA-2494-QEC (UMC). Напруга живлення подається через отвори в підкладинці і хвилевідній камері.тут же (рис. 3б) зображена топологія тестового підсилювача на одній використовуваній мікросхемі. Видно, що, хоча обидві підкладинки мають однакову протяжність (L=17 мм), протяжність підвідних ліній в суматорі більша, що при повній симетрії каналів являється причиною зниження його ККД η. а Рисунок 3. Топології розроблених підсилювачів: а підсилювача з ПСП, б — тестового підсилювача Виміряні частотні характеристики суматора потужності ( ) і тестового підсилювача ( ) зображені на рис. 4. Тут же точками зображена характеристика з технічного опису використовуваного підсилювача. Видно, б 170 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

171 Електродинаміка. Пристрої НВЧ діапазону та антенна техніка що розбіжність в коефіцієнтах передачі ПСП і тестового підсилювача в області частот, де характеристики зворотних втрат переходів співставимі, дорівнює приблизно 0.7 дб, що відповідає значенню ККД η=85%. Рисунок 4. Амплітудно-частотні характеристики розроблених підсилювачів Рисунок 5. Амплітудні характеристики розроблених підсилювачів На рис. 5 зображені залежності коефіцієнта підсилення обох підсилювачів від рівня вихідної потужності. Видно, що зразки відрізняються на рівню однодецибельної компресії підсилення на 3.5 дб, що на 0.5 дб перевищує очікувану величину 3 дб. Це перевищення не пояснюється помилкою при вимірюваннях і може бути пов язано зі схемотехнікою ПСП, де підсилення потужності відбувається в протифазних плечах. Розроблений підсилювач успішно був використаний в якості підсилювача тракту гетеродинаі вихідного підсилювача потужності прийомопередавача РРЛ міліметрового діапазону. Перелік посилань 1. Sechi F. Solid-State Microwave High-Power Amplifiers / F. Sechi, M. Bujatti // ArtechHouse P Jeong J. 1.6-and 3.3-W Power-Amplifier Modulesat 24 GHzUsing Waveguide-Based Power-Combining Structures / J. Jeong, Y. Kwon, S. Lee, C. Cheon, E. A. Sovero // IEEE Trans. on MTT Vol. 48, No. 12. P Анотація Представлені результати розробки підсилювача з просторовим сумуванням потужності діапазону частот ГГц. На відміну від діючих конструкцій в пристрої використовуютьсязапропоновані поздовжньо-зондові переходи від прямокутного хвилеводу до компланарної мікросмужкової лінії, завдяки чому вдалося отримати високий ККДη 85 в широкому діапазоні частот. Аннотация Представлены результаты разработанного усилителя с пространственным сложением мощности диапазона частот ГГц. В отличииот существующих конструкций в устройстве используются предложенные продольно-зондовые переходы от прямоугольного волновода к компланарной микрополосковой линии, благодаря чему удалось получить высокий КПДη 85в широкой полосе частот. Abstract Thewaveguide typespace-power combiner in the GHz frequency band was designed. The new waveguide-to-cps-waveguide enabled to reducethe transmission losses and to achieve the high efficiency of combining of the order of η 85 at wide frequency band. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 171

172 Телекомунікація, радіолокація, навігація Секція 5. Телекомунікація, радіолокація, навігація. Принципи побудови, аналіз та синтез радіотехнічних пристроїв, систем, програмно-апаратних комплексів; використання радіотехнічних пристроїв та систем для розв’язання задач зв’язку, управління, виявлення та ідентифікації об’єктів тощо. Керівник секції: к.т.н., проф. Правда В. І. Секретар секції: Кожухар П. В. 172 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

173 Телекомунікація, радіолокація, навігація МЕТОД ГРАФІЧНИХ ОБРАЗІВ В РАДІОТЕХНІЧНІЙ СИСТЕМІ БЛИЖНЬОЇ ЛОКАЦІЇ Абрамович А. О., аспірант, Каширський І. С, к. т. н. доцент, Піддубний В. О., к. т. н. доцент. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Існує достатньо великий клас систем ближньої локації побудований на використанні електромагнітного поля низькочастотного діапазону. До них відносяться металодетектори, які використовуються для виявлення прихованих в діелектричному середовищі, наприклад ґрунті, металевих об єктів, та металоаналізатори, які дозволяють ідентифікувати метал, з якого виготовлений прихований об єкт. В основі роботи таких систем лежить явище збудження на поверхні досліджуваного металевого об єкту вихрових струмів, які виникають внаслідок взаємодії електромагнітного поля, що наводиться в них випромінювальною котушкою передавальної антени. Ці струми створюють вторинне електромагнітне поле, яке реєструється приймальною антенною, оброблюється електронним блоком і передається на індикаторний пристрій. Система працює в імпульсному режимі. Вона має дві антени (передавальну та приймальну). Передавальна випромінює низькочастотний імпульс, а приймальна реєструє наведений в об єкті сигнал. Сигнал, збуджений електромагнітним полем на виході приймальної антени системи, величина комплексна і залежить від провідності досліджуваного об єкта та від його магнітних властивостей. Ідентифікація металів системами ближньої локації за звичай дихотомічна, тобто можна всі виявлені предмети розділити на дві підгрупи сильномагнітних, до яких відносяться сталь, чавун, нікель та інші, та слабомагнітних матеріалів мідь, алюміній, золото тощо. Розпізнати метали в підгрупах практично не можливо. Розширити можливості ідентифікації металів в межах підгруп можна використовуючи спеціальні методи обробки сигналу. Наприклад спектральний, як це зроблено в [1]. Однак цей метод вимагає використання високоточних (похибка вимірювання не менше 1 %) вимірювачів спектральних характеристик низькочастотних сигналів, які є достатньо складними і тому не забезпечують достатню точність розрізнення металів. Тому виникла необхідність в розробці нових методів, наприклад методу графічних образів. Робота методу починається з нормування сигналів за амплітудою та тривалістю. Нормований сигнал показано на рис. 1. Нормування за амплітудою здійснюється регулюванням коефіцієнту підсилення електронного «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 173

174 Телекомунікація, радіолокація, навігація блоку системи. Нормування за тривалістю сигналу, проводиться мікропроцесорним блоком. Параметром нормування є відстань між двома максимуми сигналу, яка визначається при першому скануванні. Аналізувати такий сигнал в часовій формі не зручно, тому пропонується новий метод метод графічних образів, критеріями порівняння в якому є критичні точки (екстремуми та перехід через нульову лінію) часового сигналу. Першим етапом є апроксимація сигналу кусково-поліноміальними функціями. Рисунок 1. Нормований за амплітудою Ступінь поліному апроксимації та кількість інтервалів апроксимації зале- та тривалістю сигнал жить від складності сигналу та необхідної точності апроксимації. На кожному інтервалі апроксимації задається кількість дискретних точок x1,1, x1,2. x 1, m, отриманих експериментально, і записується поліном апроксимації інтервалу (1). 2 n Px a1 a2x a3x. an1x. (1) Часовий сигнал, отриманий після апроксимації, перетворюється розробленою програмою в графічний образ, в якому неперервна зміна сигналу замінюється характерними лініями (точками розміщення екстремумів). Відповідний часовому сигналу (рис. 1) графічний образ наведений на рис. 2 а численні значення інформативного параметру K, % Рисунок 2. Графічний образ металу (відсоткової різниці між двома найбільшими позитивними максимумами сигналуа 1 та А 2 ) в табл. 1, де A1 A2 K 100%. A 1 Результати аналізу металів за параметром K наведені в табл. 1. Далі інформативні параметри образів, металів що виявляються, порівнюються з накопиченими в базі еталонних сигналів. Це дозволяє аналізувати металеві предмети не за ознакою магнітний / слабо магнітний, а як узагальнений образ, що може складатися з різноманітних металів, що входять до складу виявленого об єкту. Дослідження проведені на макетному 174 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

175 Телекомунікація, радіолокація, навігація зразку системи ближньої локації підтвердили можливість накопичення сигналів та створення бази образів металів. Накопичена база даних зберігається в запам ятовувальному пристрої. В подальшому отриманий від об єкту сигнал перетворюється в цифровий образ та порівнюється з наявними в базі еталонних сигналів. Якщо отриманий сигнал повністю не співпадає із відомими, що знаходяться в базі даних, то мікропроцесор розрахує відсоткове співпадіння із найближчим еталонним образом і вказує, з якою ймовірністю відшуканій метал відповідає записаному в базі. Таким чином, графічні образи мають більшу інформативну насиченість, тому що характерні лінії, які побудовані в точках екстремумів сигналу та точках переходу сигналу через нульову лінію, відрізняються одна від одної координатами, висотою та полярністю, а запропонований підхід до обробки сигналів дозволяє здійснювати селективний пошук. прихованих металів. Це особливо важливо для гірничодобувної промисловості, де у вже відсіяній породі можна знайти самородки металів Таблиця 1 Метал K, % Сталь 20 10,976 Мідь електротехн. 44,198 Срібло 868 проба 38,011 Tитан 42,22 Золото 900 проба 43,229 Свинець 50,207 Вісмут 46,267 Дюралюміній 49,374 (платина, золото, мідь, срібло). Тому пошук немагнітних (кольорових) металів системами ближньої локації серед руди дозволить підвищити ефективність роботи гірничодобувних комбінатів. Перелік посилань 1. Абрамович А О. Дихотомiчне розрiзнення металу на чорний-кольоровий за допомогою спектрального аналiзу / А. О. Абрамович, О. Д. Мрачковський, В. Ю. Фурманчук // Вісник Житомирського державного технологічного університету. Сер: Технічні науки Вип. 1 (79). С Анотація Розглянута можливість та перспективи застосування систем ближньої локації для підвищення ефективності пошуку кольорових металів. Пропонується новий метод обробки сигналів системи в часовій формі шляхом створення бази образів металів. Ключові слова: Системи ближньої локації, аналіз металів, виявлення металів. Аннотация Рассмотрена возможность и перспективы применения систем ближней локации для повышения эффективности поиска цветных металлов. Предлагается новый метод обработки сигналов системы во временной форме путем создания базы образов металлов. Ключевые слова: Системы ближней локации, анализ металлов, обнаружение металлов. Abstract The possibility and prospects of using near-field systems to improve the search efficiency of non-ferrous metals are considered. A new method of signal processing of the system in time form is offered by creating a base of images of metals. Keywords: Near-location systems, metal analysis, detection of metplels. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 175

176 Телекомунікація, радіолокація, навігація МОДИФІКОВАНА РАДІОТЕХНІЧНА СИСТЕМА БЛИЖНЬОЇ ЛОКАЦІЇ ДЛЯ ІДЕНТИФІКАЦІЇ ПРИХОВАНИХ МЕТАЛІВ Абрамович А. О., аспірант, Піддубний В. О., к. т. н. доцент. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Задачу ідентифікації прихованих металів можна розбити на два етапи: виявлення об єкту та аналіз його складу. Виявлення здійснюється, за звичай, за допомогою вихрострумових приладів шляхом опромінення прихованого об єкту електромагнітними коливаннями низької частоти. Це радіолокаційні системи ближньої локації (детектори металів), які працюють в діапазоні кгц. Недоліком класичних вихрострумових приладів є дихотомічний аналіз металів, який дозволяє розділити їх тільки на групи магнітний/не магнітний метал (чорний/кольоровий). Для аналізу складу металу використовують інші методи, наприклад, рентгено-флуоресцентний та опто-емісійний. Вони працюють в рентгенівському та оптичному діапазоні та вимагають наявності зразка металу і не дозволяють визначити його склад дистанційно, без лабораторних досліджень. Поверхня об єкту, що аналізується, обов язково повинна бути очищена від фарби та іржі, тобто пошкоджена. Це не завжди прийнятно. Тому розробка системи та методів дистанційної ідентифікації металу без пошкодження об єкту за допомогою системи ближньої локації є актуальними. В [1] описана радіолокаційна система ближньої локації, яка завдяки виявленим новим ознакам в формі відбитого від прихованого об єкту сигналу та спеціально розробленому методу його обробки (методу графічних образів) дозволила з високою вірогідністю ідентифікувати тип прихованого металу. Вона складається з приймально-передавальної систем, які працюють в діапазоні частот 5 10 кгц і випромінюють електромагнітне поле, що при взаємодії із прихованим металом створює відгук, який несе інформацію про прихований метал, та електронного блоку, що обробляє сигнал. Випромінювання електромагнітного поля та прийом відбитого від прихованого об єкту сигналу здійснюється за допомогою рамочних антен (котушок) круглої форми розміщених коаксіально та планарно одна відносно іншої та настроєні на робочу частоту 6,6 кгц. Недоліком такої антени є достатньо низька чутливість, нерівномірність чутливості по глибині та значний паразитний зв язок між приймальною та передавальною антенами. Чутлива зона випромінювальної котушки має вигляд конуса, який звужується біля вершини. Максимальна відстань, на якій можна виявити прихований метал, знаходиться в кінці конуса в центрі кола. Така діаграма направлено- 176 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

177 Телекомунікація, радіолокація, навігація сті зручна для роботи на засміченій територій в випадку одночасного виявлення та ідентифікації металу. Однак необхідно слідкувати, щоб кожен наступний прохід сканування частково перекривав попередній. В роботі пропонується використати антени типу DD (рис. 1), в яких, приймальна та передавальна котушки антен виконані в вигляді двох латинських букв D розміщених в дзеркальному відображенні. При чому витки приймальної та передавальної котушок перетинаються в середній частині Рисунок 1. Зовнішній вигляд антенних систем антени створюючи активну зону випромінювання електромагнітних хвиль. Випромінювання антени розповсюджується в вигляді прямокутника. Завдяки цьому краще виявляються об єкти малих розмірів, що лежать на достатньо великій відстані від антени. Крім того не потрібно жорстко слідкувати за тим, щоб один прохід сканування перекривав інший (достатньо невеликого перекриття), тому що чутлива зона антени вздовж Рисунок 2. Фотографія макету зони перекриття витків достатньо DD антени (1 передавальна, широка. Конструкція DD антени 2 приймальна антена) показана на рис. 2. Проведені тестові дослідження обох типів антен приблизно однакових Таблиця 1 Відстань виявлення Тип антени зразка, мм мідь алюміній коаксіальна DD розмірів (діаметр антенної системи близько 150 мм) на круглих зразках діаметром 25 мм та товщиною 3 мм, виготовлених з міді та алюмінію. В табл. 1 наводиться порівняльний тест відстані виявлення металевого зразка в міліметрах. Перше число відстань від зразка до антенної системи, що характеризується стабільним виявленням при скануванні в обидві сторони. Друге число нестабільний сигнал, виявлений при скануванні лише в один бік або через раз. Дослідження проводилися в повітряному середовищі. Як видно з табл.1 використання DD антени дозволило майже в двічі збільшити відстань виявлення прихованого об єкту, тобто чутливість системи «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 177

178 Телекомунікація, радіолокація, навігація Таблиця 2 Метод обробки Ймовірність Спектральний 0,8 Графічних образів 0,9 Сумісний 0,95 при роботі в режимі виявлення об єкту. Крім того в модифікованій системі ближньої локації сигнал знятий з приймальної антени оброблюється почергово програмами, що реалізують: спектральну обробку сигналу [2] та метод графічних образів [1]. Використання почергової обробки дозволило підвищити ймовірність ідентифікації металів. В табл. 2. наведені ймовірності ідентифікації металевих предметів в тестових умовах (матеріал зразка мідь, відстань до об єкту, що аналізується, 350 мм, методи обробки сигналу спектральний, графічних образів та одночасне їх використання. Розрахунок ймовірності проводився по 100 вимірах. Таким чином, використання рамочної антени типу DD та одночасна обробка сигналу знятого з антени двома методами дозволила створити макет радіотехнічної системи ближньої локації низькочастотного діапазону з підвищеною ймовірністю ідентифікації металів. Перелік посилань 1. Абрамович А О. Дистанційний вихорострумовий аналіз складу металевих об єктів/ А. О. Абрамович, В. О. Піддубний, І. С. Каширський// Міжнародний науковотехнічний журнал Металлофизика и новейшие технологи. Том.39 ( 8.). Київ С Абрамович А О. Дихотомiчне розрiзнення металу на чорний-кольоровий за допомогою спектрального аналiзу / А. О. Абрамович, О. Д. Мрачковський, В. Ю. Фурманчук // Вісник Житомирського державного технологічного університету. Сер: Технічні науки Вип. 1(79). С Анотація Розглянута система ближньої локації, в якій використана антенна система типу DD та почергова обробка сигналу спектральним методом та методом графічних образів. Це дозволило збільшити відстань виявлення прихованого металу та збільшити ймовірність ідентифікації металу. Ключові слова: Системи ближньої локації, аналіз металів, ідентифікація металів. Аннотация Рассмотрена система ближней локации, в которой использована антенная система типа DD и поочередная обработка сигнала спектральным методом и методом графических образов. Это позволило увеличить расстояние обнаружения скрытого металла и увеличить вероятность его идентификации. Ключевые слова: Системы ближней локации, анализ металлов, идентификация металлов. Abstract The system of near-location is considered in which the antenna system of type DD is used and the alternating signal processing by the spectral method and the graphic images method. This allowed to increase the detection distance of the hidden metal and increase the probability of identification of the metal. Keywords: Systems of near-location, metal analysis, identification of metals. 178 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

179 Телекомунікація, радіолокація, навігація ПЕРЕТВОРЮВАЧ ЧАСТОТИ ДИСКРЕТИЗАЦІЇ НА FPGA Бичков В. Є. НВП «Омега», м. Київ, Україна В сучасних телекомунікаційних системах виникає необхідність працювати з відповідним набором частот дискретизації, а саме мати можливість динамічного переходу з однієї частоти дискретизації на іншу з достатньо високим розрізненням. Класична теорія цифрової обробки сигналів має достатню кількість способів для подібної реалізації, найпростіший з яких передбачає каскадне використання інтерполятора та дециматора з відповідними ланцюгами фільтрації [1], коефіцієнти інтерполяції та децимації яких M та N, що також є взаємно простими числами. Ця структура може бути додатково оптимізована шляхом заміни каскадно з єднаних фільтрів інтерполяції та децимації єдиним фільтром з частотою зрізу f S (1). fd M fs min1, 2 N, (1) де: f d значення частоти дискретизації. Це дозволяє перейти до механізмів поліфазної фільтрації [2]. В цьому випадку між відліками вхідного сигналу додається М 1 нулів, сигнал блоками по N відліків фільтрується ФНЧ з обраною в (1) частотою зрізу. При виконанні фільтрації ігноруються арифметичні операції з відліками, що мають нульові значення. Для невеликих значень M та N, або значень які підлягають факторизації, подібна реалізація виявляється достатньо прийнятною для виконання на елементній базі, такої як FPGA. Але у випадку коли M та N числа великі, які не підлягають розкладу, практична реалізація стає складною. Інтерполяція та проріджування в цьому випадку, вимагають дуже різких фільтрів з подальшою необхідністю використання великих ресурсів для їх реалізації в FPGA. В цьому випадку підсистему перетворення частоти дискретизації можна побудувати в інший спосіб. Найбільш цікавим класом фільтрів, що використовуються для повторної дискретизації є фільтри які базуються на поліноміальній інтерполяції Лагранжа. Саме цей тип може бути достатньо ефективно виконаний на FPGA, за рахунок використання поліноміальної кубічної структури Фарроу [3]. В сучасних системах додатково використовують багатоступеневу структуру. Першим каскадом системи перетворення частоти виступає СІС фільтр [4] та фільтр подальшої корекції АЧХ (PFIR, CFIR). Це так званий крок грубого налаштування. І вже після цього точна настройка частоти дискретизації відбувається за допомогою структури Фарроу. На рис. 1 зображено загальну структурну схему перетворювача частоти «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 179

180 Телекомунікація, радіолокація, навігація дискретизації на базі FPGA Altera, Cyclone V 5CGXFC9E6F31. В цій схемі сигнал з виходу аналог-цифрового перетворювача (АЦП) поступає на вхід попереднього перетворювача частоти дискретизації, який дозволяє грубо наблизитись до бажаного значення коефіцієнта децимації N. Після цього виконується корекція АЧХ за допомогою каскаду фільтрів CFIR, PFIR і вже потім, за допомогою структури Фарроу, отримується бажане значення частоти дискретизації. Вихід АЦП CIC fd Фільтр корекції АЧХ fd Ресамплер fd M / N фільтр PFIR + CFIR Фарроу Параметри налаштування фільтрів грубого перетворення Зміна коефіцієнтів Параметри M та N Рисунок 1. Загальна структурна схема перетворювача частоти дискретизації На рис. 2 зображено фрагменти вхідного та перетвореного сигналу як результат роботи системи прийому сигналів супутникового зв язку. Вхідний сигнал з частотою дискретизації f d = 6,25 МГц. було перетворено до сигналу з частотою дискретизації 4,096 МГц. При цьому загальний коефіцієнт перетворення частоти складав M / N = 0, На відповідному фрагменті вхідного сигналу за кількістю точок можна перевірити правильність отриманого результату. Рисунок 2. Вхідні та вихідні сигнали 180 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

181 Телекомунікація, радіолокація, навігація Запропонована реалізація структури Фарроу також може бути легко скорегована для вирішення інших задач цифрових аудіо систем або телекомунікації, наприклад для проблем синхронізації часу у демодуляторах. При цьому загальна структура Фарроу залишається незмінною, а адаптується тільки вибірки вхідного блоку обробки даних та рішення про їх поточну обробкою поліноміальним інтерполятором. Основні переваги запропонованої реалізації полягають в наступному: перетворення частоти дискретизації побудовано із застосуванням методів суспільного використання ресурсів FPGA, що дозволяє виконувати незалежну паралельну обробку кількох вхідних сигналів, в залежності від цілого значення коефіцієнта проріджування CIC каскаду. Для багатоканальної реалізації можливе використання індивідуальних значень параметрів M та N. Можлива динамічна зміна параметрів M, N та коефіцієнтів фільтрів блоку грубого налаштування частоти. Можливість забезпечення M та N, що є значеннями будь яких чисел з ряду Максимальна частота дискретизації вхідного сигналу складає 150 МГц. Перелік посилань 1. Tim Hentschel. Sample rate conversion in software configurable radios / Tim Hentschel. London, Artech House, p. 2. Mike Porteous. Introduction to digital resampling / Mike Porteous. Whitepaper, Principal Digital Systems Engineer, RFEL Ltd, p. 3. C.W. Farrow. A Continuously Variable Digital Delay Element, International Symposium on Circuits and Systems. Espoo, Finland, June 1988, Vol. 3. pp Hogenauer E. B. An Economical Class of Digital Filters for Decimation and Interpolation. IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol. 29, No. 2, April 1981, pp Анотація Розглянуто ефективний приклад побудови та практичної реалізації системи перетворення частоти дискретизації із використанням структури Фарроу, що виконано на FPGA Altera-Cyclone. Ключові слова: ресамплер, Фарроу, FPGA. Аннотация Рассмотрен эффективный способ построения и практической реализации системы преобразования частоты дискретизации с использованием структуры Фарроу, выполненной на базе FPGA Altera-Cyclone. Ключевые слова: ресамплер, Фарроу, FPGA. Abstract An effective method for constructing and realizing a system for converting the sampling frequency using the Farrow structure based on FPGA Altera-Cyclone is considered. Keywords: resample, Farrow, FPGA. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 181

182 Телекомунікація, радіолокація, навігація М ЯКЕ ДЕКОДУВАННЯ ФМ-2 РАДІОСИГНАЛІВ З МАНЧЕСТЕРСЬКИМ КОДУВАННЯМ МОДУЛЮЮЧОГО СИГНАЛУ Парфенюк В. Г., к. т. н., доцент Житомирський військовий інститут імені С. П. Корольова, м. Житомир, Україна Використання манчестерського кодування передбачає формування для кожного біта двох сигнальних посилок удвічі меншої тривалості. При оптимальному посимвольному прийманні такого сигналу відношення сигнал/шум буде вдвічі меншим, що призводитиме до зниження завадостійкості. Викладене зумовлює актуальність завдання розробки таких алгоритмів демодуляції, які використовують усю енергію бітової посилки, однак зберігають можливість реалізації переваг манчестерського кодування, що стосуються формування сигналів символьної синхронізації демодулятора. Манчестер-кодування можна розглядати як використання завадостійкого коду із подвоєнням елементів (кореляційного коду). Однак такий блоковий код дозволяє тільки виявляти помилки за умови посимвольного приймання. Втрати енергії бітової посилки при посимвольному прийманні можна зменшити, якщо реалізувати декодування в широкому розумінні з м яким прийняттям рішень, об єднавши операції демодуляції та декодування [1]. Відповідно до правила кодування бітового потоку манчестер-кодом інформаційний символ 1 бітового потоку (рис. 1 а) кодується послідовністю двох символів 01 манчестер-коду, а інформаційний символ 0 послідовністю 10 (рис. 1 б). Модулюючий сигнал x(t) є послідовністю парціальних протилежних за полярністю сигналів тривалістю τ = T/2 (рис. 1 в). Рис. 1. Кодування бітового потоку манчестер-кодом Алгоритм оптимального когерентного приймання сигналів для каналів із постійними параметрами та білим гаусівським шумом за критерієм максимуму функції правдоподібності можна записати у вигляді [2, 3]: 182 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

183 T де:, 0 T Телекомунікація, радіолокація, навігація,, T y t s t U dt y t s t U dt, переданий символ 1 ; T,, T y t s t U dt y t s t U dt, переданий символ 0, hl y t s t Ul dt, l = 0, 1, кореляційні інтеграли, відповідно до співвідношення значень яких приймається рішення щодо переданого біта двійкового коду; y(t) прийнятий сигнал; s(t, U i ) = x i (t, U l )s(t iτ) заданий на інтервалі τ один із двох елементарних смугових сигналів манчестеркоду складових l-го складного сигналу (парціальний сигнал складного сигналу), який відповідає інформаційному символу u i кодового слова U l із двох символів манчестер-коду, l = 0, 1, i = 0, 1, x i (U l ) обвідна парціального сигналу. Будемо вважати, що елементарні канальні сигнали на передачі протилежні (випадок сигналу ФМ-2). Тоді, враховуючи, що енергії всіх 2 2 парціальних сигналів однакові, одержимо 2 1 ( i1) (2) h y( t) s t, U dt x U y( t) s t i dt. l l i l i 0 i0 i Синтезована відповідно (2) схема демодулятора із м яким прийняттям рішень та використанням узгодженого фільтра (УФ) зображена на рис. 2. y(t) УФ iτ ri r1 r1 x1(u0) Суматор x1(u0) Суматор Рис. 2. Схема демодулятора із м яким прийняттям рішень r0 r0 x0(u0) x0(u0) (1) Проведене комп ютерне моделювання підтвердило працездатність запропонованої схеми демодулятора сигналів із манчестерським кодуванням. Результати розрахунків потенційної завадостійкості та експериментальні дані наведено на рис. 3. Зображена на рис. 3 штрихова лінія відповідає посимвольному прийманню сигнальних посилок манчестер-коду, суцільна лінія із маркерами результатам моделювання. h0 h1 Схема вибору максимуму u l «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 183

184 Телекомунікація, радіолокація, навігація Із аналізу отриманих графіків випливає, що результати моделювання підтверджують очікуваний потенційний енергетичний виграш у 3 дб. Отримані дані дозволяють стверджувати, що запропонована схема демодулятора може бути використана в складі прий- Рис. 3. Криві потенційної завадостійкості демодулятора мального пристрою комплексу приймання та обробки інформації дистанційного зондування Землі інституту у форматі High Resolution Picture Transmission (HRPT). Перелік посилань 1. Теория электрической связи: учеб. для вузов / А. Г. Зюко, Д. Д. Кловский, В. И. Коржик, М. В. Назаров ; под ред. Д. Д. Кловского. М. : Радио и связь, с. 2. Прокис Дж. Цифровая связь / Дж. Прокис; под ред. Д. Д. Кловского; пер. с англ. М. : Радио и связь, с. 3. Тихонов В. И. Оптимальный прием сигналов / В. И. Тихонов. М. : Радио и связь, с. Анотація Запропонована схема демодулятора ФМ-2 радіосигналів із манчестерським кодуванням модулюючого сигналу, який забезпечує більш високу завадостійкість при застосуванні у цифрових радіосистемах передавання інформації та зберігає переваги манчестерського кодування стосовно символьної синхронізації демодулятора. Ключові слова: демодулятор, манчестер-код, завадостійкість. Аннотация Предложенная схема демодулятора ФМ-2 радиосигналов с манчестерским кодированием модулирующего сигнала, который обеспечивает более высокую помехоустойчивость при применении в цифровых радиосистемах передачи информации и сохраняет преимущества манчестерского кодирования относительно символьной синхронизации демодулятора. Ключевые слова: демодулятор, манчестер-код, помехоустойчивость. Abstract The proposed algorithm and scheme of the optimal incoherent demodulator of the DPSK signals with the Manchester encoding of the modulating signal, which provide a higher noise immunity to it when used in digital radio communication systems, and retains the advantages of Manchester encoding. Keywords: demodulator, Manchester encoding, noise resistance. 184 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

185 Телекомунікація, радіолокація, навігація МАКРОСКОПІЧНИЙ АНАЛІЗ ІНФОРМАЦІЙНОГО ОБМІНУ В ЕРГАТИЧНИХ СИСТЕМАХ Бичковський В. О., к. т. н., доцент; Правенький Є. Є., магістрант КПІ ім. Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Сучасні системи людина-машина (ергатичні системи) характеризуються надзвичайною складністю внутрішніх і зовнішніх взаємозв язків та їх залежністю від дуже великої кількості факторів [1]. Тому формалізувати задачу аналізу системи на мікроскопічному рівні не представляється можливим, оскільки зайва деталізація процесів та міжелементних випадкових взаємодій перевантажує процедуру аналізу. Макроскопічний аналіз дає можливість перейти від випадкових внутрішньосистемних мікровзаємодій до деякого регулярного процесу. З точки зору макроскопічного підходу доцільно виділити в ергатичній системі технічні засоби (ТЗ) та людину оператора (ЛО). Нехай С n швидкість надходження інформації з ТЗ до ЛО. Тоді закономірність збільшення кількості інформації I = I(t) в пам яті ЛО: di μ Cn I IЗ, (1) dt T a де T, a 2,6. 6 ; μ 1; кількість інформації, що залишається у 1,1 Cn пам яті ЛО через досить великий час [2]. Приймаючи до уваги, що 1,1 C C, на підставі формули (1) можна записати: n n I З di μ Cn 1 I IЗ. dt a (2) На підставі формули (2) знаходимо: adi Cndt. (3) a μi IЗ Інтегрування рівняння (3) за початкових умов t = 0, I 0 = 0 дає наступний результат: t a μi З μ I 1 exp Cn td t μ a. (4) 0 din Приймаючи до уваги, що In In( t), Cn, на підставі формули (4) dt знаходимо: a μiз μin I 1 exp μ a (5) «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 185

186 Телекомунікація, радіолокація, навігація Закономірності надходження інформації до людини-оператора можна визначити на підставі різноманітних прогнозних моделей [3]. До найпростіших відносяться лінійна I b t I b t, експоненціальна n 1, степенева n 1 n In a1 b1 exp kt. Більш складними є залежності, які описують логістичну криву (залежності Перла, Гомперца, диференціально-поліномні залежності). Нехай T 0 час відображення інформації. Тоді в умовах зчитування інформації з рівномірним надходженням символів: mlog2 n Cn, T0 де n загальна кількість символів; m кількість правильно впізнаних символів [1]. Отже, в залежності (5) враховуємо In Cnt. Розглянемо ситуацію, коли оператор спостерігає за M пристроями. Тоді необхідний для оператора час tn 0,6M 0,6 [4]. В разі використання декількох стрілочних пристроїв: xmax і xmin і Iі log 2, 2εі де xmax і xmin і довжина шкали; Δε i абсолютна помилка пристрою; і 1,2. М. Тоді визначаємо: C n 1 M Ii tn i1. Отже, в залежності (5) враховуємо, що In Cnt. Ентропія мовного повідомлення може бути представлена у вигляді середньої кількості інформації на кожний символ переданого повідомлення: N H p log p, i1 п у де p i ймовірність появи звуків (фонем); N число звуків (фонем) в повідомлені [1]. Тоді I H H, де H y умовна ентропія, тобто середня кількість втраченої інформації. Таким чином, можна визначити кількість інформації In яка враховується в правій частині формули (5). Необхідно прийняти до уваги, що оператор виконує певні дії, а час реакції T p залежить від кількості можливих альтернатив (формула Хіка). Для режиму оперативного реагування оператора можна прийняти Tp T0 або T t та визначити C. p n n i Представляється можливим врахувати фактор втоми людини-опера- 2 i 186 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

187 Телекомунікація, радіолокація, навігація тора в процесі роботи, якщо ввести нормовану величину його продуктивності r γγmaxта в залежності (1) прийняти μ 1 r [5]. Отримані результати дають можливість визначити закономірність зміни кількості інформації в пам яті людини-оператора за різноманітних умов надходження інформації від джерела, та прогнозувати її можливості в процесі виконання функціональних завдань. Вони доповнюють відомі дані та можуть використовуватись в процесі модернізації існуючих систем, на початковому етапі розробки нових систем та для прогнозування показників людини-оператора. Перелік посилань 1. Шибанов Г. П. Количественная оценка деятельности человека в системах человек-техника. М.: Машиностроение, с. 2. Присняков В. Ф. Математическое моделирование переработки информации оператором человеко-машинных систем / В. Ф. Присняков, Л. М. Приснякова. М.: Машиностроение, с. 3. Кузнєцов Ю. М. Прогнозування розвитку технічних систем / Ю.М. Кузнєцов, Р.А.Скляров. К.:ТОВ ЗМОК ПП ГНОЗИС с. 4. Зигель А. Модели группового поведения в системе человек-машина / А. Зигель, Дж. Вольф. М.:Мир с. 5. Ємченко І.В. Методи і технічні засоби митного контролю / І.В. Ємченко, А.П. Закусілов М.: Центр учбової літератури, с. Анотація На підставі макроскопічного підходу до аналізу процесів в ергатичних системах формалізовано задачу інформаційного обміну між технічними засобами та людиноюоператором. З ясовано закономірності зміни кількості інформації в пам яті людини-оператора для різноманітних умов надходження інформації. Враховано типові прогнозні моделі надходження інформації. Розглянуто основні ситуації, які виникають в роботі оператора з різноманітними пристроями відображення інформації. Ключові слова: ергатична система, людина-оператор, інформація Аннотация На основании макроскопического подхода к анализу процессов в эргатических системах формализовано задачу информационного обмена между техническими средствами и человеком-оператором. Выяснено закономерности изменения количества информации в памяти человека-оператора для различных условий поступления информации. Учтены типичные прогнозные модели поступления информации. Рассмотрены основные ситуации, которые возникают в работе оператора с различными устройствами отображения информации. Ключевые слова: эргатической система, человек-оператор, информация Abstract On the basis of a macroscopic approach to the analysis of processes in the ergatic one, the problem of information exchange between technical means and the human operator is formalized. The patterns of the change in the amount of information in the memory of the human operator for various conditions of information receipt are clarified. Typical predictive models of information flow are considered. The main situations that arise in the operator’s work with various information display devices are considered. Keywords: ergatic system, human operator, information. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 187

188 Телекомунікація, радіолокація, навігація ОЦІНЮВАННЯ ПОКАЗНИКІВ ІНФОРМАЦІЙНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ РАДІОКОМПЛЕКСІВ КЕРУВАННЯ Бичковський В. О., к. т. н., доцент; Реутська Ю. Ю., ст. викладач КПІ ім. Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Функціонування сучасних радіокомплексів керування поділяється на декілька послідовних етапів. Типовими із них є етапи виявлення, наведення, самонаведення та видачі виконавчої команди. Взаємодія цих етапів складається у тому, що послідовно, від етапу до етапу, уточнюється місцезнаходження об єкта. [1]. Кожний попередній етап забезпечує інформаційну підтримку наступного. Оцінювання ефективності даної процедури слід вважати актуальною задачею. Розглянемо один із етапів, а саме роботу РЛС в режимі обзору. Час одного опромінювання цілі визначається з моменту початку випромінювання радіохвиль у напрямку цілі до кінця приймання сигналів від даної цілі. Практично за час опромінювання цілі приймають відрізок часу, протягом якого точкова ціль знаходиться в межах діаграми спрямованості антени (ДСА): T 0 εθ 0,5 1 dε, (1) ε 188 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» ε де ε поточне значення кутової координати цілі; a ε кутова швидкість переміщення ДСА; θ 0,5 ширина ДСА у напрямку її переміщення [2]. Час опромінювання визначає енергію корисних сигналів, яка накопичується в приймачі за одне опромінювання цілі. З інформаційної точки зору впливає на кількість первинної інформації про ціль I1 I1t. Пропускна спроможність системи 1 Pcτ 0 C1 log 2 1 (2) τ0 β де P с середня потужність сигналу в системі; β середнє значення спектральної щільності завад [3]. Таким чином, інформація I1 C1T 0 вводиться в радіокомплекс з метою зменшення ентропії від H 00 до H 0. Отже, можна записати, що H0 H00 I1. На подальших етапах функціональна задача виконується за рахунок надходження інформації I I t. Нехай M 0 початковий об єм завдань, передбачений для виконання радіокомплексом на подальших етапах, M поточний об єм завдань. За рахунок надходження I величина M зменшується. Таким чином, dm KM, (3) di T 0 T 0 a

189 Телекомунікація, радіолокація, навігація де K постійний коефіцієнт. На підставі формули (3) запишемо d ln M KdI, (4) і позначивши H ln M, знаходимо dh KdI. (5) Інтегруючи ліву частину формули (5) від, визначаємо 0 1 H 0 до H, а праву від I 1 до I H H K I I. (6) Формалізуємо поставлену задачу, оперуючи ентропійними потужностями: e0 e H P, 2πe (7) 1 2 e e H P. 2πe (8) На підставі формул (7), (8) знаходимо H 1 ln 2πe 0 Pe0, 2 (9) 1 H ln 2πe Pe. 2 (10) Приймаючи до уваги залежності (6), (9), (10), визначаємо P P 2 1. (11) e e0 e K I I Якщо ввести у розгляд інформаційні спроможності N N t та I I t ln N t, I 1 ln N 1 [4]. На підставі формули (11) знаходимо 2K N1 e Pe0 N 1, то P. (12) N Якщо γ та γ 1 відносні помилки вимірювань, то N1 12γ1, N 12γ [4]. Тоді відповідно до формули (12) маємо γ Pe P e0 γ1 Розглянемо ситуацію, коли в процесі функціонування радіокомплекса керування забезпечено зменшення ентропії від H 00 до H 0 за рахунок надходження інформації I 1 та у подальшому надходить інформація I I t. Відомо, що γ1 0,3 і через заданий час γ 0,03 та необхідно забезпечити 2K. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 189

190 Телекомунікація, радіолокація, навігація Pe Pe0 0,1. Необхідно визначити величину K, яка гарантує виконання поставленої умови. Скориставшись залежністю (12), визначаємо, що В результаті проведеного аналізу з ясовано вплив інформаційного забезпечення попереднього етапу функціонування радіокомплексів керування на подальші етапи та встановлено закономірність зміни ентропії. Визначено залежність ентропійної потужності від кількості інформації на різних етапах функціонування радіокомплексів. Оцінювання рівня інформаційної підтримки процесів керування проведено на підставі врахування ентропійної потужності, інформаційної спроможності та відносної помилки вимірювань, що дає можливість використання різних показників радіокомплексів. Отримані результати дають можливість оцінювати вплив швидкості первинної обробки інформації на якісні характеристики радіокомплексів керування та можуть застосовуватись на початковому етапі їх проектування або в процесі модернізації. Вони доповнюють існуючі методи системно-інформаційного аналізу процесів в радіокомплексах керування. Перелік посилань 1. Коган И. М. Теория информации и проблемы ближней радиолокации. М.: Сов. радио, с. 2. Справочник по радиоэлектронным системам. T.2 / Под ред. Б. Х. Кривицкого. М.: Энергия, с. 3. Коган И. М. Прикладная теория информации. М.: Радио и связь, с. 4. Новицкий П. В. Основы информационной теории измерительных устройств. М.: Энергия, с. Анотація На підставі системно-інформаційного аналізу проведено оцінювання показників інформаційного забезпечення радіокомплексів керування (РКК). Проаналізовані характеристики початкового та подальшого етапів функціонування РКК. Встановлено вплив початкової інформації на характеристики РКК. Ключові слова: радіокомплекс керування, етапи функціонування, інформація. Аннотация На основании системно-информационного анализа проведена оценка показателей информационного обеспечения радиокомплексов управления (РКУ). Проанализированы характеристики начального и дальнейшего этапов функционирования РКУ. Установлено влияние исходной информации на характеристики РКУ. Ключевые слова: радиокомплекс управления, этапы функционирования, информация. Abstract On the basis of the system-information analysis the estimation of information support indicators of radio control complexes was carried out. The characteristics of the initial and subsequent stages of the control radio complexes operation have been analyzed. The influence of the initial information on the control radio complexes characteristics is established. Keywords: control radio complex, operation stages, information. K 0, «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

191 Телекомунікація, радіолокація, навігація МУЛЬТИРАДАРНАЯ (ТРЕТИЧНАЯ) ОБРАБОТКА РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ИНФОРМАЦИИ Целина С. В., с. н. с; Кузин С. Е., с. н. с Государственный научно-испытательный центр Вооруженных Сил Украины, г. Чернигов, Украина В системах наблюдения за воздушным пространством третичной (мультирадарной) обработкой называют обобщение данных о воздушной обстановки, поступающей от нескольких первичных источников информации, как правило, разнесенных в пространстве. В существующих центрах управления воздушным движением основными источниками информации являются радиолокационные позиции, расположенные на значительном удалении друг от друга. Основными этапами мультирадарной (третичной) обработки являются: сбор донесений о целях, поступающих от радиолокационных станций (РЛС); приведение отметок к единой системе координат; приведение к единому времени отсчета; установление принадлежности отметок к целям (отождествление); объединение информации о каждой из целей, содержащейся в отметках, поступающих от различных источниках. Наиболее простым методом мультирадарной обработки является так называемая мозаичная обработка. При мозаичной обработке зона наблюдения разбивается на отдельные области. Если на обработку поступает несколько отметок от различных РЛС, то обработке подвергается информация от той РЛС, которая назначена как приоритетная для данной области (рис. 1). Более сложной является весовая обработка информации, когда координаты определяются с учетом характеристик РЛС. Например, для координаты x xˆ m x 2 1 x 2 2 x 2 n x 2 i 1 2 n i1 i, n n i1 i где x i результат измерений координаты; σ i среднеквадратическая ошибка измерений i-го радиолокатора. На первом этапе отождествления производится по парное сравнение координатных и скоростных составляющих. Если сообщение получено от одной и той же цели, то должно выполняться условие n «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 191

192 Телекомунікація, радіолокація, навігація x, x x x, ij xik xd, ij xik xd где допустимые отклонения, определяемые ошибками оценки и экстраполяции; j, k номер источника информация; i номер цели. d d РЛС2 РЛС3 Воздушные цели (ВЦ) РЛС1 Рисунок 1. При приведении данных к единой системе координат решается задача пересчета из частной радиолокационной системы координат μ в единую систему координат λ. В общем виде эта задача решается следующим образом. Пусть [ ] T вектор координат в частной системе ко- μ 3 μ 2 ординат, а [ ] T вектор λ 3 координат в единой системе (рис. 2). μ 1 Пусть преобразование вектора μ в вектор λ имеет вид: λ 2 1( 1, 2, 3) ( ) (,, ) ( 1, 2, 3) Рисунок 2. а в единой системе Если состояние цели характеризуется координатами и скоро- λ 1 стям, то вектор состояний в частной системе координат равен T X ], [ «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

193 Телекомунікація, радіолокація, навігація X ] [ Связь между скоростями определится выражением d dt ( ) d ( ). dt Таким образом, вектор состояний в единой системе координат выражается через вектор состояний частной системы следующим образом: ( ) X. ( ) Для приведения к единому времени принимается модель движения ВЦ в единой системе координат с постоянной скоростью, т.е. X где переходная матрица равна ( i) ( i, i 1) X ( i 1) T T T ( i, i 1), T t i ti t t вы- Приведение вектора состояний к заданному моменту времени полняется согласно выражения X ( s) ( s, i) X ( i) для T t s t. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 193, T. i Перечень ссылок 1. Белоцерковский Г. Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. М.: Советское радио, С. Анотація Дана інформація запропонована для вивчення методів і алгоритмів мультірадар-ної (третинної) обробки радіолокаційної інформації, що надходить від декількох РЛС. Ключові слова: обробка РЛИ, обробка радіолокаційної інформації. Аннотация Даная информация предложена для изучения методов и алгоритмов мультирадарной (третичной) обработки радиолокационной информации, поступающей от нескольких РЛС. Ключевые слова: обработка РЛИ, обработка радиолокационной информации. Abstract This information was proposed for studying methods and algorithms for multi-radar (tertiary) processing of radar information coming from several radars. Keywords: radar information processing, radar information processing. s i

194 Телекомунікація, радіолокація, навігація ПОРІВНЯННЯ МЕТОДІВ OMP І COSAMP В ЗАДАЧІ ВІДТВОРЕННЯ ІМПУЛЬСНОЇ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАНАЛУ ЗВ ЯЗКУ В СИСТЕМАХ З OFDM Котляров В. В.; Шпилька О. О., к. т. н. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна Мультиплексування з ортогональним частотним розділенням каналу (OFDM) найбільш популярна широкосмугова технологія в сучасних системах бездротового зв язку. Оцінка характеристики каналу є невід ємною частиною систем бездротового зв язку з високою швидкістю передачі даних. По суті, це процес отримання інформації про стан каналу, яка потрібна для точної демодуляції даних. Точність оцінки поточного стану каналу має велике значення для систем з високою швидкістю передачі даних, в яких використовуються модуляції високих порядків, і є однією з ключових проблем в системах бездротового зв язку на основі OFDM [1]. У більшості систем, побудованих за технологією OFDM, для оцінки стану каналу передбачені піднесучі з пілот-сигналами. Традиційні методи лінійної оцінки каналу [1], такі як метод найменших квадратів (LS) та мінімуму середньоквадратичної помилки (MMSE), вимагають великої кількості пілот-сигналів для відтворення достовірної інформації про стан каналу. Збільшення кількості пілот-сигналів, які не містять інформації, суттєво знижує ефективність використання спектра частот в системі. Але вищезазначені традиційні методи оцінки не враховують той факт, що імпульсна характеристика каналу зв язку завжди розріджена рис.1, тобто має багато нульових компонент і може бути представлена наступною формулою: L i i, i1 δ τ h t a t Рисунок 1. Розріджена імпульсна характеристика багатопроменевого каналу де: L кількість домінуючих шляхів розповсюдження сигналу, a i комплексна амплітуда та τ i затримка i-го шляху в каналі. Розріджена імпульсна характеристика означає, що в такому каналі є невелика кількість потужних променів a1, a2. a L сигналу внаслідок відображення і розсіювання сигналу на шляху від передавача до приймача. Методи, які найбільше підходять для відтворення розріджених 194 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

195 Телекомунікація, радіолокація, навігація багатопроменевих каналів запропоновані в межах теорії розрідженої дискретизації (Compressed Sampling) [2]. Compressed Sampling це новий підхід в теорії цифрової обробки сигналів, який постулює, що будь-який сигнал, який має розріджене представлення в деякому ортогональному базисі, може бути точно відтворений з вибірки меншої довжини, ніж це визначено відповідно до класичної теорії дискретизації [3]. Оскільки на стороні приймача відомі лише значення переданих пілотсигналів X, кількість яких суттєво менша, ніж загальна кількість Np пі- P днесучих в символі h N NP N, відтворення повної імпульсної характеристики каналу є класичною зворотною задачею, що розглядається в теорії розрідженої дискретизації [2]. Відповідно до теорії розрідженої дискретизації, рішення такої неповної системи можна знайти за рахунок мінімізації норми: harg min h, при обмеженні Y ˆ Np 1 P / X P h2 ε, 2 де: h h відтворена імпульсна характеристика каналу, прийнятих пілот-сигналів, X p Y p значення переданих пілот-сигналів, l 1 значення ортонормальний базис Фур є, ε задана максимальна похибка відтворення. В межах теорії розрідженої дискретизації були розроблені декілька ефективних алгоритмів відтворення первинного сигналу. Оскільки кожен з запропонованих алгоритмів має свої певні обмеження, актуальною є задача порівняння двох найбільш популярних Orthogonal Matching Pursuit (OMP) та Compressive Sampling Matching Pursuit (CoSaMP) в контексті оцінки характеристики багатопроменевого каналу зв язку в системах з OFDM. В процесі моделювання проводилось відтворення розрідженої імпульсної характеристики h багатопроменевого каналу зв язку методами OMP і CoSaMP за невеликою кількістю пілот-сигналів в OFDM символі. Ефективність алгоритмів оцінювалась за значенням середньо квадратичної помилки (MSE) відтворення імпульсної характеристики каналу: 1 N 2 MSE hn hn, N n 1 N де: h оцінена імпульсна характеристика каналу, h ідеально відома імпульсна характеристика каналу, N кількість відліків характеристики. Моделювання проводилось для системи OFDM за стандартом ISDB-T, Mode 1, GI=1/4 [4] та багатопроменевого каналу зв язку 2хTU6 [5] параметри якого приведені в таблиці 1. Максимальна кількість пілот-сигналів в од- N p ˆ «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 195

196 Телекомунікація, радіолокація, навігація ному OFDM символі в цьому режимі дорівнює N p 157, а необхідна довжина відтворення імпульсної характеристики каналу зв язку дорівнює N На рис. 2a приведена залежність MSE від відношення піднесуча / шум (CNR). Параметри каналу відповідали наведеним в таб.1. Кількість пілотсигналів за якими проводилось відтворення N p = 157. Результати моделювання показують приблизно однакову стійкість обох алгоритмів до шумів. CoSaMP дає трохи краще відтворення в малих шумах. а б в Рисунок 2. Результати моделювання ефективності відтворення імпульсної характеристики багатопроменевих каналів алгоритмами OMP і CoSaMP На рис.2б приведена залежність MSE від часу затримки променів TU6 групи B таблиці 1. Кількість пілот-сигналів за якими проводилось відтворення N p = 157. Відношення піднесуча / шум фіксоване на 20 дб. Результати моделювання показують приблизно однакову середню точність відтворення. Але OMP дає менш стабільний результат, що можна пояснити жадібною природою алгоритму, яка не гарантує правильність кожного окремого відтворення. Таблиця 1 Група A B Групова затримка, мкс 0 80 Промінь i, мкс 0 0,2 0,5 1,6 2, ,2 0,5 1,6 2,3 5 Загальна затримка, мкс 0 0,2 0,5 1,6 2, ,2 80,5 81,6 82,3 85 Втрати, дб «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» г

197 Телекомунікація, радіолокація, навігація На рис. 2в приведена залежність MSE від значення параметру K, що має дорівнювати кількості променів, які існують в каналі. Обидва алгоритми потребують цей параметр апріорі, але як видно з результатів симуляції, алгоритм CoSaMP значно чутливіший до невірного значення параметра K. На рис.2г приведена залежність MSE від кількості пілот-сигналів N p за якими проводилось відтворення імпульсної характеристики. Параметри каналу відповідали наведеним в таб.1 Відношення піднесуча / шум фіксоване на рівні 20дБ. Як видно з результатів симуляції, алгоритм ОМР має незначну перевагу над CoSaMP, яка збільшується для малої кількості використаних пілот-сигналів N p. Висновки: Таким чином, методи оцінки імпульсної характеристики з врахуванням її розрідженої природи, здатні проводити оцінювання за суттєво меншою кількістю пілот-сигналів, в порівнянні з традиційними лінійними методами. Також необхідно відмітити те, що на відміну від OMP алгоритму, CoSaMP дуже чутливий до вірності параметра K, який в системах зв язку зазвичай невідомий апріорі, до того ж може змінюватися з часом. Перелік посилань 1. Proakis J.G. Digital communications / J.G.Proakis. McGraw-Hill, New York, Candès E.J. Compressive sampling / E.J.Candès, Proceedings of the international congress of mathematicians 2006, vol. 3, pp Oppenheim A. V. Discrete-time Signal Processing / A.V.Oppenheim, R.W.Schafer, Prentice Hall, Uehara M. Transmission scheme for the terrestrial ISDB system / M.Uehara, M.Takada, T.Kuroda, IEEE Trans. on Consumer Electronics, vol. 45, no.1, pp , Feb GPP TR v Technical specification group radio access network, Deployment aspects (release 14). Feb Анотація Розглянута ефективність застосування алгоритмів сучасної теорії розрідженої дискретизації для відтворення імпульсної характеристики багатопроменевих каналів зв язку в системах з OFDM. Представлені результати статистичного моделювання двох найбільш популярних алгоритмів відтворення OMP і CoSaMP. Ключові слова: оцінка каналу, розріджена дискретизація, OFDM. Аннотация Рассмотрена эффективность применения алгоритмов теории разреженной дискретизации для восстановления импульсной характеристики многолучевых каналов связи в системах с OFDM. Представлены результаты статистического моделирования двух наиболее популярных алгоритмов восстановления OMP и CoSaMP. Ключевые слова: оценка канала, разреженная дискретизация, OFDM. Abstract The efficiency of algorithms from modern theory of compressed sampling in context of multipath channel impulse response reconstruction in OFDM based communication systems is considered. Presented statistical simulation results of two the most popular reconstruction algorithms Orthogonal Matching Pursuit and Compressive Sampling Matching Pursuit. Keywords: channel estimation, compressed sampling, OFDM. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 197

198 Телекомунікація, радіолокація, навігація МОДЕЛЬ ПРИЙМАЧА РАДІОМЕТРА Головін В. А., к. т. н., доцент; Романенко Т. В., магістр Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Модель приймача радіометра по схемі Діке [1] реалізована в системі Simulink. Математичне моделювання необхідно для розуміння якісного або точного передбачення поведінки приймача. Симуляція моделі дозволяє спрогнозувати поведінку приймача при різних значеннях параметрів, їх відхиленнях від номінальних та налаштувати параметри моделі по тестовим даним реальних приймачів і виконувати вибір оптимальних параметрів[2]. Модель приймача (рис. 1) складається з основних блоків, перемикачів та слайдерів (слайдери розміщені в блоках Вхідні шумові сигнали, Підсилювач фільтр ) Рисунок 1. Модель приймача радіометра Діке в Simulink Генератори шумових температур антени Т а, опорного джерела T оп, та приймача Т п розміщені в блоці Вхідні шумові сигнали, вихідні сигнали яких мають нормальний закон розподілення з нульовим середнім, початкові значення генераторів шуму вибираються різними. Слайдер Шум приймача регулює рівень шуму підсилювача Т п, а перемикач Вибір сигналу змінює рівень шуму Т а. В блоці Підсилювач фільтр вибирається фільтр та підсилювач з змінним коефіцієнтом підсилення слайдер Рівень підсилення. Квадратичний детектор реалізований операцією піднесення сигналу до квадрату. Смуговий фільтр налаштований на частоту модуляції сигналу. Сигнал синхронізації синхронного детектора проходить через блок затримки, величина затримки в якому відповідає затримкам сигналу фільтрів. 198 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

199 Телекомунікація, радіолокація, навігація Для порівняння реалізовані два способи обробки вихідного сигналу з допомогою інтегратора і НЧ фільтру та НЧ фільтру. Потужність шуму на вході детектора приймача радіометра 1 1 P Gk( Ta Tоп ) f Gk( T пtоп ) f, (1) 2 2 де k = 1, Дж/К постійна Больцмана; Δf ефективна ширина смуги пропускання високочастотної частини приймача до детектора; ΔG ефективне значення зміни коефіцієнта високочастотного підсилення; G середнє значення коефіцієнта підсилення. Після спрощення (1) отримаємо 1 P Gk Ta Toп f. (2) 2 Стабільність роботи радіометра визначається ступенем сталості коефіцієнтів шуму, смуги пропускання приймального пристрою та підсилення [2, 3]. Вираз для чутливості з урахуванням цих змін має вигляд: 2 2 a оп п оп 2 T T 2 T T G 2 T Ta Tоп fτ G де τ постійна часу фільтру низькочастотної частини приймача. Всі величини які входять в (3) можуть змінюватись в процесі симуляції, що дозволяє оцінити значення ΔT. Результати симуляції показані на рис.2. 2, (3) U фільтра U інт U син. дет. Температура Генератор Рисунок 2. Результати симуляції. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 199

200 Телекомунікація, радіолокація, навігація Симуляція починається при максимальній різниці температур антени Т а та опорного генератора T оп, в інтервалі часу 0,25 до 0,4 зменшується коефіцієнт підсилення ВЧ частини приймача, в інтервалі 0,4 до 0,6 коефіцієнт відновлюється, в інтервалі 0,6 до 0,86 змінюється температура Т а = T оп, після 0,86 знову встановлено максимальну різницю між Т а і T оп. Крива U інт показує сигнал на виході ланки інтегратора при часі інтегрування що відповідає двом періодам генератора перемикання(крива Генератор). Крива Температура показує різницю температур Т а та T оп. Низькочастотна фільтрація виконувалась фільтрами Баттерворта третього порядку. Зміна постійної часу інтегруючого ланки змінює час накопичення сигналу і чутливість радіометра. Основна мета при моделюванні приймача радіометра відтворити статистичні характеристики вихідного сигналу з урахуванням реальних параметрів радіометра та статистичних характеристик вхідних сигналів, дослідити вплив різних чинників на точність вимірювань. Запропонована модель дозволяє виконати вказані дослідження і після калібрування може використовуватись для оптимізації параметрів. Перелік посилань 1. R. H. Dicke, The measurement of thermal radiation at microwave frequencies // Rev. Sci. Instrum vol. 17, no. 7. p Derek M. Burrage Mark A. Goodberlet Malcolm L. Hero. Simulating Passive Microwave Radiometer Designs Using Simulink. // Statistical Methods in Medical Research vol. 78, 1. p Куценко В. П., Яненко О. П. Оцінка похибок перетворення низько інтенсивних шумових сигналів при періодичному порівнянні сигналів в НВЧ-колах радіометричних приладів контролю. Вісник НТУУ КПІ. Серія Приладобудування Вип. 45 С Анотація Розроблена модель приймача радіометра модуляційного типу в системі Simulink, Модель дозволяє оцінювати характеристики приймача радіометра. Ключові слова: радіометер, модель, Simulink Аннотация Разработана модель приемника радиометра модуляционного типа в системе Simulink. Модель позволяет оценивать характеристики приемника радиометра. Ключевые слова: радиометер, модель, Simulink. Abstract The model of the receiver of the modulation type radiometer in the Simulink system is developed. The described model allows to evaluate the characteristics of the receiver of the radiometer. Keywords: radiometer, model, Simulink. 200 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

201 Телекомунікація, радіолокація, навігація ДЕТЕКТУВАННЯ СИГНАЛІВ В ПРИЙМАЧАХ КАНАЛІВ MIMO Головін В. А., к.т.н., доцент; Бернацький С. О., магістр Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Канали зв язку, побудовані на основі MIMO, забезпечують високі швидкості передачі даних, ефективне використання частотного ресурсу. В одній смузі частот передаються декілька інформаційних потоків які розділяються в приймачі на основі просторових відмінностей за технологією V- BLAST. Запишемо сигнал на вході приймача каналу MIMO з М антенами передавача та N антенами приймача: r = H a + n, (1) комплексний вектор си- де H N M матриця каналу; a a1, a2,, am гналів передавача; r r1, r2,, r N мача; n n n n вектор шуму. 1, 2,, N Коваріаційна матриця шуму комплексний вектор сигналів прий- nn H 2 σ n R E nn I, (2) де 2 σ n дисперсія шуму. Потоки даних кожної антени випадкові та незалежні і потужність між ними розподілена рівномірно та коваріаційна матриця має вигляд: aa H 2 σ a R E aa I, (3) де 2 σ a середня потужність сигналу, який випромінює одна антена. Вона пов язана з загальною потужністю передавача: 2 P σ a. (4) M Задача приймача мінімізувати вектор похибки по відомій матриці H, характеристиках шуму, апріорної та апостеріорної інформації переданого та прийнятого сигналу. Існує багато методів детектування для просторового мультиплексування каналів МІМО. Розглянемо тільки декілька можливих алгоритмів V- BLAST [1, 2, 3] які використовують різну інформацію для вибору порядку виділення символів для детектування та мають різну складність обчислення. Алгоритм V-BLAST/ZF [2] використовує значення елементів матриці H згідно (5.в). «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 201

202 Ініціалізація: Рекурсія: H де 1 Телекомунікація, радіолокація, навігація k W1 H, (5.а) i 1. (5.б) arg min, (5.в) W 1,, i1 i i i j j k k yk W r i, ˆk i i ki a Q yk i, r 1 r aˆ H, i i k i Wi 1 H k i, ii1 H псевдообернена матриця; H H H H (5.г) (5.д) (5.е) (5.є), (5.з) H H транспонована комплексно спряжена матриця. Алгоритм V-BLAST-MAP [2] ідентичний VBLAST-ZF, за винятком порядку, в якому детектуються символи. Замість того, щоб вибирати наступний символ згідно (5.в), тут набір усіх рішень потенційних символів класифікується з урахуванням їх апостеріорній вірогідності, так як оцінюється P ij (6.д), апроксимація того, наскільки вірогідним є те, що s ij = a j. Ініціалізація: Рекурсія: i 1, (6.а) ρ H ρ H Wi Hi HiHi N0IN M M. (6.б) ‘ yi Wi ri, (6.в) si Q yi, (6.г) ‘ fij yij sij pij, j k. k f y s sa k i ij ij 1 i1, (6.д) arg min pij, (6.е) jk1,, ki1 a s, (6.є) ki iki r r a H, (6.ж) i i i k i 1 ˆ 202 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

203 Телекомунікація, радіолокація, навігація ρ H ρ H Wi 1 H k 0I k H H i i k N i N M M, (6.з). (6.и) В (6.д) функція щільності задається: ii f s ij y ij ij exp 2 y 2 πσ σ ij s ij t j j ML V-BLAST/ZF/MAP V-BLAST/ZF Рисунок 1. Імовірність символьної похибки для алгоритмів V-BLAST/ZF, V-BLAST/ZF/MAP 2, N W σ j 0 i j 2. (7) Складність обчислень в даному алгоритмі значно зросла. Для зменшення обчислювальних витрат замінимо розрахунок оберненої матриці на рішення відповідної системи лінійних рівнянь, а для рішення системи використаємо ітераційні методи. Результати моделювання вказаних алгоритмів в MatLab показані на рис. 2 (M, N)=(4, 10). Для порівняння алгоритмів також приведені результати моделювання методом максимальної правдоподібності. Перелік посилань 1. Golden G. D., Foschini G. J., Valenzuela R. A., Wolniansky P. W. Detection algorithm and initially laboratory results using VBLAST space-time communication architecture // Electronics Letters Vol. 35, 1. р В. Джиган. Алгоритмические основы технологии V-BLAST для беспроводной передачи данях // Первая миля с Анотація Розглянуті обчислювальні особливості алгоритмів детектування сигналів V- BLAST, приведені результати моделювання. Ключові слова: MIMO,V-BLAST/ZF, V-BLAST/ZF/MAP. Аннотация Рассмотрены вычислительные особенности алгоритмов детектированя сигналов V- BLAST, приведены результаты моделирования. Ключевые слова: MIMO,V-BLAST/ZF, V-BLAST/ZF/MAP. Abstract The computational features of the algorithms for detecting the signal V-BLAST are considered, the simulation results are given. Keywords: MIMO, V-BLAST/ZF, V-BLAST/ZF/MAP. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 203

204 Телекомунікація, радіолокація, навігація ВИЗНАЧЕННЯ ТЕХНІЧНОГО СТАНУ КОЛІСНИХ ТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ ВИКОРИСТАННЯМ ПРОГРАМНО- АПАРАТНИХ ПРИСТРОЇВ Славін В. В., к. т. н., асистент Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича м. Чернівці, Україна Діагностика технічного стану електронних систем керування двигуном автомобілів нині проводиться за допомогою програмно-апаратних пристроїв послідовної діагностики автомобілів. Сучасні автомобілі обладнані електронними системами керування двигуном, в яких електронний блок керування (ЕБК) керує живленням паливом двигуна, запалюванням робочої суміші в циліндрах двигуна, подачею палива до форсунок із паливного баку тощо. В якості радіотехнічних пристроїв діагностики автомобілів у роботі використовується пристрій послідовної діагностики автомобілів K-Line USB-OBDІІ. При підключенні до персонального комп ютера та блока керування із використанням програмного забезпечення, він дозволяє отримати інформацію про основні параметри роботи електронної системи керування двигуном під час експлуатації й оцінити її технічний стан. Спостереження параметрів роботи системи впорскування та порівняння з еталонними відбувається в он-лайн режимі, використанням відповідного програмного забезпечення (наприклад, сканер-тестер електронних систем керування двигуном) [1]. Завдяки цьому, у реальному часі можна спостерігати за роботою складових системи впорскування, які розраховують імпульс впорскування форсункою палива, що забезпечує необхідний склад суміші та в кінцевому стані впливає на показники роботи двигуна й ефективність трикомпонентного каталітичного нейтралізатора. Сучасні електронні системи керування двигуном мають закладені можливості її модернізації під конкретний двигун при використанні спеціальних програмно-апаратних пристроїв, що змінюють програмний алгоритм керування роботою системи впорскування, а саме: корекція паливоподачі в залежності від робочих параметрів, визначення оптимальних кутів випередження запалювання та зони настання режиму збагачення складу суміші, калібрувальних констант тощо. Система керування двигуном (рис. 1) включає в себе: електронну (статичну) систему запалювання, мікрокомп ютерне керування кутом випередження запалювання, електронну систему гасіння детонації (knock sensor), систему нейтралізації відпрацьованих газів із зворотнім зв язком по складу відпрацьованих газів, систему вловлювання випарів бензину (EVAP Evaporative Emission Control System) [2]. 204 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

205 Телекомунікація, радіолокація, навігація Рисунок 1. Електронна система керування двигуном: 1 повітряний фільтр; 2 датчик масової витрати повітря; 3 датчик положення дросельної заслінки; 4 регулятор холостого ходу; 5 електромагнітна форсунка; 6 регулятор тиску палива; 7 модуль запалювання; 8 датчик швидкості; 9 датчик температури охолодної рідини; 10 електронний блок керування; 11 датчик детонації; 12 датчик положення колінчастого вала; 13 λ-датчик (датчик кисню); 4 паливний фільтр; 15 модуль паливного насоса; 16 паливний бак; 17 каталітичний нейтралізатор; 18 адсорбер випарів палива з керуючим клапаном. Слідкуючі та виконавчі електронні елементи кожної системи керування двигуном можна оцінити з точки зору технічного стану завдяки пристрою послідовної діагностики автомобілів K-Line USB-OBDІІ 3. Використання електронного керування двигуном вимагає справного стану як слідкуючих (датчиків) так і виконавчих пристроїв системи впорскування бензину. Для проведення перевірки технічного стану використанням програмно-апаратних комплексів необхідно оволодіти знаннями про систему електронного керування двигуном автомобіля. Головним керуючим пристроєм системи впорскування є ЕБК. Він отримує інформацію від «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 205

206 Телекомунікація, радіолокація, навігація датчиків і надсилає сигнали виконавчим механізмам (електромагнітні форсунки, регулятор холостого ходу, клапан адсорбера, підігрівач λ-датчика) забезпечуючи оптимальну роботу двигуна при заданому рівні показників автомобіля. ЕБК надсилає керуючі імпульси до модуля запалювання (МЗ) розраховуючи час заряду котушки запалювання та момент подачі іскри. Підключення діагностичного комплексу до роз єму OBD (on-board diagnostics) забезпечує моніторинг технічного стану системи на моніторі при отриманні даних з блоку керування. Таким чином, використання програмно-апаратних комплексів діагностики технічного стану елементів системи керування двигуном дозволить попередити очікуване погіршення паливної, економічності, екологічних показників і тягових властивостей автомобіля в умовах експлуатації. Перелік посилань 1. Данов Б. Электронные системы управления иностранных автомобилей / Б. Данов. М. : Телеком, с. 2. Гунько А. В. Шляхи зниження шкідливих викидів легковими автомобілями вумовах експлуатації / А. В. Гунько, В. В. Славін, І. В. Манько // Вісник Національного транспортного університету С Славін В. В. Вплив технічного стану елементів системи впорскування бензину на паливну економічність двигуна в режимі мінімальної частоти холостого ходу / Славін В. В. // Вісник Хмельницького національного університету: технічні науки Вип. 2. С Анотація Представлено метод діагностики технічного стану електронних систем керування автомобілів шляхом використання електронних програмно-апаратних комплексів типу K-Line USB-OBDІІ. Розглянуто особливості будови і роботи системи електронного керування двигуном. Ключові слова: технічна діагностика, автомобіль, система керування двигуном. Аннотация Представлен метод диагностики технического состояния электронных систем управления автомобилей путем использования электронных программно-аппаратных комплексов типа K-Line USB-OBDII. Рассмотрены особенности строения и работы системы электронного управления двигателем. Ключевые слова: техническая диагностика, автомобиль, система управления двигателем. Abstract The method of diagnostics of the technical condition of electronic control systems of automobiles by using electronic software-hardware complexes such as K-Line USB-OBDII is presented. The features of the structure and operation of the electronic control system of the engine are considered. Keywords: technical diagnostics, automobile, engine control system. 206 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

207 Телекомунікація, радіолокація, навігація ЗАСТОСУВАННЯ ГІС-ТЕХНОЛОГІЇ ДЛЯ ПРОЕКТУВАННЯ МЕРЕЖ МОБІЛЬНОГО ЗВ ЯЗКУ ПОКОЛІНЬ 3G ТА 4G У ПРОГРАМНОМУ СЕРЕДОВИЩІ «АТОЛ» Верченко О. С., магістрант; Калюжний О. Я., д. ф.-м. н., професор Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» м. Київ, Україна Розширення мереж, перехід на нові стандарти висуває нові вимоги щодо забезпечення щільності зон покриття та оптимізації розташування збільшеної кількості базових станцій. Велику роль при цьому відіграють геоінформаційні системи (ГІС), які містять усю географічну інформацію щодо місцевостей, де планується розгортання відповідних мереж мобільного зв язку. Зокрема, до складу геоінформаційних баз входять топографічні та морфографічні дані, які можуть бути представлені у векторній та растровій формі. Топографія містить інформацію про висоти в районі планування. Морфографія визначає різні типи наземних покриттів залежно від їх здатності до поглинання та відбиття радіохвиль. Відповідні бази формуються за допомогою дистанційного зондування супутниками [1]. Застосування вказаних баз забезпечує можливість попереднього планування ще до інспекції регіону, дозволяє визначити оптимальне розміщення базових станцій передавачів та приймачів. Попереднє знання оптимальних місць є важливою інформацією для проведення переговорів установників з власниками нерухомості щодо рівнів орендної плати, особливо у випадках, коли є брак вільного місця для розміщення. У завдання радіочастотного планування входять визначення місця розташування базових станцій, призначення частот та параметрів системи зв’язку, які забезпечували б достатній рівень охоплення та потужності для надання послуг абонентам мережі. Надмірно часта розстановка базових станцій збільшує витрати, надто рідка може привести до появи не обслуговуваних ділянок території. Завдання радіо планування є особливо актуальним в наш час у зв язку з широким впровадженням в Україні мережі нового покоління 4G. Планування системи стільникового зв’язку має вирішити два завдання: планування покриття та оцінку абонентської ємності мережі. Покриття визначає географічні межі системи, де вона має достатню потужність сигналу, щоб забезпечити сеанс дзвінка або передачі даних. Ємність визначає здатності системи підтримувати певну кількість абонентів. Технології ГІС дають можливість при аналітичному розрахунку враховувати форму рельєфу місцевості, наявність рослинності, заселеність території, типу ґрунту, кліматичні умови і інші чинники, які можуть вплинути «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 207

208 Телекомунікація, радіолокація, навігація на зміну рівня сигналу на окремих ділянках конкретної території. З урахуванням даних параметрів аналітичний розрахунок стає трудомістким, що змушує витрачати на нього багато часу. Тому використання ефективного програмного забезпечення, яке виконує аналітичний розрахунок за короткий проміжок часу з найменшими похибками, є найбільш доцільним рішенням проблеми проектування мереж. Дана доповідь присвячена огляду можливостей, переваг та недоліків одного з популярних серед операторів зв язку програмного середовища Атол розробки компанії Forsk. Вказане середовище дозволяє моделювати роботу мережі мобільного зв язку нових поколінь з урахуванням географічної інформації щодо районів можливого розгортання та оцінювати продуктивність мережі [2]. Зазначимо переваги даної платформи: 1. Масшабованість проектів Платформа дозволяє проводити розрахунки карт покриття в масштабах цілого міста, регіону, області або країни в рамках одного проекту. 2. Підтримує роботу з різними ГІС та картами різного типу в одному проекті Є можливість використовувати векторні і растрові карти найбільш поширених форматів (MapInfo, ArcGIS, Google Earth,Yandex, Google). 3. Підтримує всі основні бездротові технології Це дає можливість проектувати мережі: GSM/GPRS/EDGE UMTS/HSPA LTE/LTE-Advanced CDMA2000 1xRTT/EV-DO TD-SCDMA WiMAX Wi-Fi Microwave links. 4. Швидкість проектування мережі Ви можете створити мережу, призначену для розміщення базових станцій на основі шаблонів станцій та обладнання. 5. Можливість доповнення карти покриття Додавши нову інформацію до проекту, можливо прорахувати вплив змін на щільність покриття. 6. Підтримує операторів мобільної індустрії зв’язку на кожному етапі розвитку мережі А саме протягом всього життєвого циклу мережі від початкового проектування до ущільнення та оптимізації мережі. 7. Широкий спектр сценаріїв впровадження Підтримує, від автономних до корпоративних серверних конфігурацій, що використовують розподілені та багатопоточні обчислення. 8. Мала похибка при моделювані Детермінована модель поширення навіть без калібрування дає невисоку похибка < 7 дб. Модель дозволяє з високою достовірністю планувати мережі з нуля. 9. Легкість в оновлені ресурсів мережі Атол реалізує можливість оновлення обладнання в мережі, яка вже 208 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

209 Телекомунікація, радіолокація, навігація спроектована. 10. Містить велику кількість інструментів планування Користувач має змогу визначити площу покриття, місце знаходження перешкод та завантаженість мережі. 11. Реалізується зв’язок базових станцій Можливість проектування зв язків між базовими станціями різними методами та діапазонів. 12. Передбачає різну поведінку користувачів Моделі враховують як стаціонарних користувачів так і рухомих. В той же час, можна відзначити й деякі недоліки даної обчислювальної платформи: 1. Відсутній захист інформації Розроблені проекти не передбачають захист від несанкціонованого копіювання, розповсюдження та використання. Також відсутня технологія цифрових підписів. 2. Ціна ліцензії Велика ціна, як на саме програмне забезпечення, так і на додаткові статистичні дані про користувачів. 3. Мала база обладнання різних виробників В платформу закладено доволі обмежений перелік обладнання. Тому характеристики обладнання, що не ввійшло до баз даних, треба додавати з окремо зі зовнішніх джерел. Перелік посилань 1. Лабенко Д. П. Геоінформаційні системи. Підручник. / Лабенко Д. П., Тімонін В. О. Харків: ХНАДУ, с. 2. Atoll User Manual Radio [Електроний ресурс]. Режим доступу: Назва з екрану. Анотація У статті розглянуто можливості ГІС. Визначено завдання радіочастотного планування стільникового зв язку, запропоновано платформу для розробки та оптимізації мобільної мережі. Показано переваги та недоліки автоматизованого методу радіо-планування зв язку. Ключові слова: ГІС, зв язок, територіальне радіо-планування. Аннотация В статье рассмотрены возможности ГИС. Определены задачи радиочастотного планирования сотовой святи, предложено платформу для разработки и оптимизации мобильной сети. Показаны преимущества и недостатки автоматизированного метода радио-планирования связи. Ключевые слова: ГИС, связь, территориальное радио-планирование. Abstract The article considers the possibilities of GIS. Defined task of radio frequency planning of cellular connections. Proposed a platform for developing and optimizing a mobile network. Shown advantages and disadvantages of the automated radio-planning. Keywords: GIS, communication, territorial radio-planning. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 209

210 Телекомунікація, радіолокація, навігація ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАДИОПОКРЫТИЯ СЕТЕЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ НОВЫХ ПОКОЛЕНИЙ В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СРЕДЕ «АТОЛЛ» Езерский Н. В., студент; Калюжный А. Я., д. ф.-м. н, профессор Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», г. Киев, Украина Atoll это вид программного обеспечения (ПО), позволяющий произвести проектно-изыскательную работу для решения задач частотнотерриториального планирования основных стандартов мобильной связи. Основные возможности ПО «АТОЛЛ»: 1. В данном ПО заложены практически все основные модели распространения радиоволн с возможностью их коррекции. 2. Базы данных содержат параметры стандартных типов антенн, включая их диаграммы направленности (ДНА), возможность управления наклоном ДНА, расчет потерь в фидере антенны. 3. Гибкая система подключения цифровых карт местности (DTM), которая обеспечивает импорт данных из общедоступных on-line карт, Excelфайлов и експорт данных в них, к примеру, Google Earth. 4. Расчеты радиопокрытия, которые включают вычисление уровня сигнала, определение зон перекрытия, анализ обслуживаемой зоны, покрытие по уровню несущая/шум, пропускной способности, сравнение предсказаний и отображение сравнения на DTM, учет подвижности мобильных терминалов, сравнение результатов расчетов по математическим моделям на основе гистограмм и кумулятивных функций распределения. 5. Предусмотрена возможность автоматического планирования покрытия с помощью фиксированных размеров сот, заданных пользователем. 6. Atoll предлагает шаблоны построения сетей таких стандартов, как LTE, CDMA2000, 3GPP2 Multi-RAT, 3GPP Multi-RAT, Backhaul, GSM, TD- SCDMA, UMTS, Wi-Fi, WiMAX, радиорелейных линий передачи. Рисунок 1. ДНА в горизонтальной плоскости Рисунок 2. ДНА в вертикальной плоскости 210 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

211 Телекомунікація, радіолокація, навігація Рассмотрим пример расчета зоны покрытия двумя методами, основанными на модели Окамура-Хата и их сравнение. Выбор методов пал на Cost- Hata и SPM. Параметры антенны: f = МГц; ширина главного лепестка ДНА по уровню 3 дб = 65 ; G A = 18 дби; электрический наклон 2. На рис. 3, 4 показаны территориальный охват, применительно к DTM. Рисунок 3. Рассчитанное покрытие по SPM Рисунок 4. Рассчитанное покрытие по Cost-Hata Сравним территориальный охват с помощью гистограмм, изображенных на рисунках 5 и 6. Из данных гистограмм, можно заметить, что покрытая площадь по сигнальному уровню в модели Cost-Hata превысила покрытую площадь по модели SPM более чем в трое, а по некоторым уровням и более. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 211

212 Телекомунікація, радіолокація, навігація Рисунок 5. Соответствие площади охвата сигнальному уровню по SPM Рисунок 6. Соответствие площади охвата сигнальному уровню по Cost-Hata Перелік посилань 1. Atoll Technical Reference Guide for Radio Networks B.: Forsk, c. Анотація У статті перераховані основні моделі поширення радіохвиль і ключові параметри для них. Також розглянуто приклад застосування ПЗ для розрахунку покриття БС і набір інструментів даного ПЗ. Ключові слова: радіочастотне планування, Atoll, модель розповсюдження. Аннотация В статье перечислены основные модели распространения радиоволн и ключевые параметры для них. Также рассмотрен пример применения ПО для расчета покрытия БС и набор инструментов данного ПО. Ключевые слова: радиочастотное планирование, Atoll, модель распространения. Abstract The article lists the main radio wave propagation models and key parameters for them. Also an example of application software for calculation of BS coverage and a set of tools of this software is considered. Keywords: radio frequency planning, Atoll, propagation model. 212 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

213 Телекомунікація, радіолокація, навігація ОСОБЛИВОСТІ ПОБУДОВИ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОГО АВТОІНФОРМАТОРА НА БАЗІ GSM-МОДУЛЯ Маленчик Т. В., студент; Булашенко А. В., ст. викладач Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Все більшого застосування в корпоративному секторі набувають автоінформатори з форматом відтворення *.wav (Waveform Audio File Format). Джерелом звукових інформаційних сигналів для інтелектуального автоінформатора можуть слугувати не тільки MP3-плеери, але і WAV-плєєри. Різниця останніх полягає в форматі відтворювальних звукових файлів *.wav замість *.mp3. Відповідно, wav-файли, що містять нестиснену музику, набагато більші за розміром, ніж стиснені mp3-файли. З іншого боку, звучання wav-файлів максимально близьке до оригіналів, а ось mp3-файли вносять невелике, але все ж таки спотворення. Проблема зберігання файлів великого розміру в теперішній час вирішується за допомогою флеш-кар пам яті. Вони масово випускаються для мобільних телефонів, цифрових фотоапаратів та відеокамер. Наприклад, на доступні у продажі карти пам яті MicroSD об ємом від 2 до 4 Гбайт вміщується від 3 до 6 годин високоякісної wav-музики та на порядок більше фонограм з більш низьким бітрейтом, чого вистачає для автоінформатора. Ще один (важливий для спрощення апаратної реалізації) плюс, файли із розширенням *.wav не потребують декодування та легко обробляються загальнодоступними AVR- та PIC-контролерами. Як відомо, оцифрований звук характеризується двома основними параметрами: частотою дискретизації та кількістю ступенів квантування сигналу за амплітудою. Частота дискретизації за теоремою Котельникова має бути в 2 рази вище, ніж максимальна частота спектру сигналу. Відповідно до стандарту мовного кодування GSM смуга пропускання GSM-канала приблизно відповідає смузі, що використовується у телефонних лініях (рис. 1). Відповідно, частота дискретизації GSM-кодека PRE-LTP у мобільних телефонах та GSM-модулях встановлюється 8 кгц. Такої ж якості необхідно генерувати звукові коливання в автоінформаторі, наприклад, з частотою дискретизації 8 або 16 кгц. Рисунок 1. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 213

214 Телекомунікація, радіолокація, навігація Квантування сигналу по амплітуді визначає степінь нелінійних спотворень звуку та рівень завад, причому останній параметр для автоінформатора більш значний та важливий. Оскільки звуковий потік в GSM-каналі передається цифровими пакетами, то частина з них приходить до місця призначення трохи раніше, частина трохи пізніше. По мірі складання пакетів в один потік виникають часові накладання, і як результат, спотворюється форма сигналу тембру голосу. У довідкових даних стандарту GSM окремо виділяється вузький діапазон частот (2000 Гц), в якому гармонічні сигнали ще можуть передаватися без спотворень. На фоні цих обмежень не лінійність та додаткові звуки, що викликані сходинками квантування у оцифрованому звуковому сигналі, будуть малопомітними. Завадова складова виявляється у вигляді тихого шипіння, що дратує слухача. Чим більша розрядність квантування, тим нижче рівень шуму. Відповідно, від сигналів з квантуванням 8 біт краще перейти до сигналів з квантуванням 12 або 16 біт. Це співпадає із параметрами стандарту GSM 06.10, в якому розрядність кодеку встановлюється 13 біт. Але чим більша розрядність, тим дорожча апаратна та складніше програмна частина приладу. Дослідження [1] показують, що більшість слухачів не помічають різниці між музичними композиціями, від цифрованими за амплітудою 4096 ступенів (12 біт) та в ступенів (16 біт), який вони сприймають як теплий, ламповий. Необхідну межу розрядності квантування визначає динамічний діапазон сигналу. Він визначається за формулою D = 20lg(2 n ), де n кількість розрядів квантування. При 16-розрядному сигналі D = 95 дб, при 12-розрядному D = 72 дб, при 8-розрядному D = 48 дб. Для порівняння, динамічний діапазон звучання симфонічного оркестру в середньому складає 80 дб, хору 45 дб, естрадної музики 35 дб. Виявляється, що 12- або 16-битного АЦП достатньо для формування голосу диктора та музичних заставок в автоінформаторі. В автоінформаторі плеєр може бути включений за схемою (рис. 2). Доступ до функцій меню здійснюється через інтерфейс ний роз їм або через шлейф про- GSM-модуль Audio водів, що підключаються паралельно джойстика плеєра. UART МК WAC-плеер На рис. 3 наведена практична схема 16-бітного АЦП, що організований через канали MicroSD ШИМ PWM1, PWM0. Тип МК ШС2 принципового значення не має. До складу суматора вхо- Рисунок 2. дять резистори R 2, R 6, R 4, та R 7. З метою пониження завад логічна мікросхема 214 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

215 Телекомунікація, радіолокація, навігація ШС1 записується від окремого стабілізованого джерела +5В. +5 B 14 IC1 74HC B С мкф IC2 69RH05 1A С мкф VD PWM1 2 D CEX1 IC VS PWM0 S CEX0 4 6 IC М IC IC IC 1 R 7 Рисунок 3. R 1 R 2 R IC к 200к 200к Перелік посилань 1. Петелин Р.Ю. 12-битный мастеринг: итоги теста-провокации // Звуковые вертуальные студии, С Рюмик С.М и одна микроконтроллерная схема. Выпуск 2. М.: Додэка-XXI c. 3. Woodward S. Combine two 8-bit outputs to make one 16-bit DAC. EDN pp Анотація У статті розглянуто особливості побудови та робота інтелектуального автоінформатора для GSM-каналу. Ключові слова: GSM-канал, автоінформатор. Аннотация В статье рассмотрены особенности построение и робота интеллектуального автоинформатора для GSM-канала. Ключевые слова: GSM-канал, автоинформатор. Abstract The abstracts discussed the peculiarities of the construction and operation of the system intelligent GSM channel. Keywords: GSM-channel, autoinformer. R 4 1М мкф С 8 1М R 6 R 5 U ВИХ С мкф «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 215

216 Телекомунікація, радіолокація, навігація МОДЕЛЮВАННЯ ТРАНСМІТЕРА НА ОСНОВІ STEP RECOVERY DIODE ДЛЯ ПОРТАТИВНОГО МІКРОХВИЛЬОВОГО РАДАРУ ДЛЯ ЗАХИСТУ ПЕРСОНАЛУ Козачук М. А. 1, магістрант; Найденко В. І. 2, д. ф.-м. н., проф. 1 Київський національний університет імені Т. Шевченка, Київ, Україна 2 Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна В роботі описуються результати розробки трансмітера на основі step recovery diode (SRD) для портативного мікрохвильового радару для захисту персоналу. Технічними вимогами до генератора для такого радару є генерація піко секундного високовольтного імпульсу (моноциклу), який повторюється з заданою частотою. Швидкісними перемикачами є SRD діоди. Основні вимоги до характеристик: тривалість імпульсу пс; частота повторення імпульсів до 10 МГц; навантаження трансмітера антена з вхідним опором 50 Ом; мінімальний джитер; мінімальні вага і габарити. Наносекундні і субнаносекундні імпульси, мають широкий спектр і широко використовуються в багатьох областях, в таких як: георадар (GPR), точна орієнтація, в системах бачення крізь стіни, біомедичних застосуваннях, високошвидкісній фотографії, надширокосмугових (ultra waveband UWB) комунікаціях і лазерних технологіях. За основу була взята схема з [1-3]. Для покращення характеристик вирішено проваріювати величини деяких елементів трансмітера. Рисунок драйвер; 2 — SRD загострювач імпульсів; 3 — утворювач моноциклу З елементами, зображеними на рис. 1, тривалість вихідного імпульсу 7 нс, амплітуда 41 В, передній фронт 2 нс. Зміною величини елементів можна корегувати амплітуду, тривалість імпульсу та фронту вихідного імпульсу. В таблиці 1 наведено результати зміни форми імпульсу після драйвера зі зміною величини одного елемента (всі інші залишалися без змін). Щоб дослідити вплив кожного елемента драйвера на вихідний імпульс, замінимо величину елемента як в більшу так і в меншу сторону. 216 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

217 Задній фронт при всіх описаних вище змінах майже не змінювався, і тривав приблизно 3 нс. Щоб збільшити Телекомунікація, радіолокація, навігація Таблиця 1 замінений елемент тривалість, нс амплітуда, В передній фронт, нс 1 С1 = 20 пф 6, С1 = 300 пф R1 = 20 Ом ,5 4 R1 = 100 Ом ,5 5 R2 = 35 Ом 4,5 46,5 2,5 6 R2 = 250 Ом 12, С2 = 75 пф ,5 8 С2 = 750 пф амплітуду імпульсу схема моделювалася з іншими транзисторами зі схожими характеристиками. Як результат: змінювалася амплітуда (в межах В) і форма імпульсу (тривалість імпульсу та фронту). Кращий результат отримано на транзисторах Q1 BFG196 та Q2 2SC945. На рис. 2 показано вихідний імпульс, амплітуда якого сягала 51 В, а тривалість 8 нс. Конденсатором С2 можна збільшувати або зменшувати тривалість імпульсу. До драйвера, отриманого в результаті моделювання, підключено схему загострення (рис. 1, 2). Наступним кроком треба підняти амплітуду імпульсу після SRD діода та прибрати джитер. Параметри підібрані так, щоб ширина імпульсу сягала 100 пс, а амплітуда 40 В (рис. 3). Рисунок 2. Імпульс драйвера Рисунок 3. Вихідний імпульс трансмітера після схеми загострення Підключимо частину схеми 3 (рис. 1), яка виконує диференціювання отриманого на виході схеми генерації імпульсу. Підібрано хвильовий опір і довжину довгих ліній Т6 та Т7 так, щоб амплітуди позитивного та негативного імпульсу були майже однаковими, а джитер якнайменшим. Амплітуди додатного та від ємного імпульсів моноциклу дорівнювали 20 та 22 В відповідно, а величина джитера приблизно 10% від максимальної амплітуди імпульсу (рис. 4). «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 217

218 Телекомунікація, радіолокація, навігація Рисунок 4. Вирівняна амплітуда моноциклу на виході трансмітера Для покращення результатів треба замінити SRD діод, який може працювати з більшою напругою, та мати менший час перемикання. Робота фінансувалася згідно з програмою НАТО «Science for Peace and Security», грант НАТО G4992. Перелік посилань 1. Protiva P. Universal Generator of Ultra-Wideband Pulses / Protiva P., Mrkvica J., Machač J.. // Radioengineering С Protiva P. High Power Monocycle Pulse Generator for Through-the-Wall Radar Transmitter / Protiva P., Mrkvica J., Machač J.. // IEEE Xplore с. 3. Protiva P. A compact step recovery diode subnanosecond pulse generator / Protiva P., Mrkvica J., Machač J.. // Microwave and Optical Technology Letters Анотація В покращеному генераторі амплітуда імпульсу сягала 40 В. Тривалість імпульсу не перевищує 100 пс. Генератор працював з частотами повторення від 1 до 10 МГц. Амплітуди додатного та від ємного імпульсів моноциклу практично однакові. Трансмі-тер має задовільні вагу і габарити. Отриманий генератор можна легко пере налаштову-вати, а саме збільшувати або зменшувати тривалість імпульсу та його амплітуду. Ключові слова: трансмітер, SRD, мікрохвилі, UWB, радар, моноцикл. Аннотация В улучшенном генераторе амплитуда досягала 40 В. Длительность импульса не превышает 100 пс. Генератор может работать с частотами повторения от 1 до 10 МГц. Амплитуды положительного и отрицательного импульсов моноцикла практически одинаковы. Трансмиттер имеет удовлетворительные вес и габариты. Полученный генератор можно легко перестраивать, а именно увеличивать и уменьшать длительность импульса и его амплитуду. Ключевые слова: трансмиттер, SRD, микроволны, UWB, радар, моноцикл. Abstract In an upgraded generator the amplitude reaches 40 V. The duration of the pulse can be less than 100 ps. The generator can operate at repetitive frequencies from 1 to 10 MHz. The amplitudes of the positive and negative impulses of a monocycle are practically identical. Transmitter has a satisfactory weight and dimensions. The resulting generator can be easily rearranged, namely, to increase and decrease the pulse duration and its amplitude. Keywords: transmitter, SRD, microwave, UWB, radar, monocycle. 218 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

219 Телекомунікація, радіолокація, навігація ЦИФРОВА СИСТЕМА ПЕРЕДАЧІ Бурдейний М. О. 1, старший викладач; Лісовий І. П. 2, д. т. н., професор 1 Житомирський державний технологічний університет, м. Житомир, Україна; 2 Одеська національна академія зв язку ім. О. С. Попова, м. Одеса, Україна Розвиток науки і прискорення технічного прогресу неможливі без вдосконалення засобів зв язку, систем збору, передачі і обробки інформації. Найбільш широке поширення останнім часом отримали багатоканальні системи передачі з імпульсно-кодовою модуляцією (ІКМ). Є певний парк цифрових систем передачі (ЦСП) з ІКМ, який безперервно поповнюється і удосконалюється. У проблемі створення і розвитку інформаційно-телекомунікаційних систем важливе місце займають питання оптимізації техніко-економічних варіантів побудови систем і мереж зв язку. Багатоканальні ЦСП мають ряд переваг, таки як: висока стійкість, сталість параметрів каналів, відсутність явища нагромадження перешкод, висока технологічність виготовлення вузлів апаратури, просте узгодження з апаратурою передачі даних і цифрової комутації. Характерні недоліки ЦСП як жорстка структура кінцевого обладнання, застаріла елементна база, недостатня гнучкість побудови, призводять до великих масо габаритів і значної споживаної потужності. Побудова ЦСП на спеціалізованих мікро-еом і процесорах з використанням мікропрограмного управління відкриває широкі можливості для усунення зазначених недоліків. Цифрові системи передачі, як правило, будуються за принципом однієї системи більш високого рівня і декілька систем нижчого рівня. Об єднання потоків нижчого рівня проводиться блоками групового формування системи більш високого рівня. В відмінності від традиційної побудови системи, пропонується змінити структуру блоків групового формування і виконувати їх з двох однакових половин. Перша половина блоків групового формування об єднує перші дві системи низького рівня, друга половина другі дві системи низького рівня. При цьому блоки групового формування схемотехнічно та конструктивно однакові, відмінність тільки в мікропрограмах. Таким же чином будуються блоки групового формування більш високої ступені і на приймальній стороні. В результаті отримуємо систему ЦСП, що складається з двох половинок блоків групового перетворення як на передаючій так і на приймальній стороні. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 219

220 Телекомунікація, радіолокація, навігація При безпосередньому, тобто поруч, розташуванні системі низького рівня з системою більш високого рівня є можливість заміни послідовного потоку даних на паралельний. Таким чином, введення даних у блоки більш високого рівня здійснюється по паралельній шині безпосередньо з блоків аналого-цифрового перетворення, за винятком ступенів перетворення паралельного-послідовного, та послідовного-паралельного. На приймальній стороні також є можливість заміни потоків даних з блоків більш високої ступені ЦСП до ЦСП більш низького рівня з послідовного на паралельний. Так як блоки групового формування більш високої ступені ЦСП складаються з двох половинок, то ми можемо створити розподілену, рознесену у просторі, ЦСП. Частина системи з двох ЦСП більш низького рівня і перша половина блоків групового перетворення з своїм генераторним устаткуванням може знаходитись на значній відстані від другої половини, як на передаючій стороні, так і на приймальній стороні. Така методика побудови ЦСП найбільш ефективна і пріоритетна у випадку, якщо є можливість закладання лише однієї лінії зв язку між половинками розподіленої ЦСП. Кожна половина блоків групового формування більш високого рівня ЦСП складається з двох конвеєрів і блоку мікропрограмного управління. Конвеєри складаються з двоадресної оперативної пам яті з незалежною і безконфліктною шиною запису і зчитування. Об єм пам яті конвеєрів дозволяє зберігати дані усіх каналів за один цикл. Мікропрограмне управління системою розподілено по блоках групового обладнання, тобто має розподілену структуру. Така побудова системи дозволяє мінімізувати кількість зовнішніх ліній управління, зменшити кількість буферних елементів Об’єднання каналів від систем нижчого рівня в цифровому потоці системи більш високого рівня проводиться комбінованим способом. Так як групове обладнання сторони, яка передає, розподілене на дві половинки і знаходиться на значній відстані одна від одної, то в загальний груповий потік об’єднання каналів спочатку проводиться поканально, побайтно, об’єднуються по дві системи нижчого рівня, а потім обидві половинки групового потоку об’єднуються в один потік, тобто спочатку, побайтно, потім посистемно. В залежності від мікропрограми структуру об єднання потоків можливо змінювати. В відмінності від традиційних, існуючих, ЦСП в систему на передаючій стороні вводиться блок синтезатора для формування частот каналу тональної частоти і блок приймача сигналів телеуправління. Управління синтезатором для перевірки каналів тональної частоти здійснюється по каналу телеуправління. На приймальній стороні введені: блок мікроконтролера каналу телеуправління та контролю системи, блок формування сигналів телеуправління, блок контролю каналів. Введені блоки дозволяють дистанційно 220 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

221 Телекомунікація, радіолокація, навігація контролювати і перевіряти систему, починаючи з перевірки лінійного тракту на достовірність передачі, кількості помилок і закінчуючи перевіркою справності та параметрів кожного каналу. Пропонований варіант побудови ЦСП дозволяє: скоротити терміни на проектування; використати блоки групового формування більш високого рівня ЦСП для побудови ЦСП нижчого рівня; з набору блоків, в залежності від пропонованих вимог, створювати різні за структурою ЦСП; скоротити номенклатуру блоків; скоротити номенклатуру комплектуючих; гнучко міняти структуру об єднання потоків, міняючи тільки мікропрограми і не зачіпаючи схемотехніку блоків. Перелік літератури 1. Левин Л. С. Цифровые системы передачи информации / Левин Л. С., Плоткин М. А. М. : Радио и связь, с., ил. 2. Цифровые системы передачи / [В. Маевский, Ф. Блоцкий, А. Новак и др.]; пер. с пол.; под ред. В. Маевского и Е. Милка. М. : Связь, с., ил. 3. Беллами Дж. Цифровая телефония ; пер. с анг. Н. В. Бритун, М. В. Ушакова; под ред. А. Н. Берлина и Ю. Н. Чернышова. М. : Эко- Трендз, с., ил. 4. Клингман Э. Проектирование специализированных микропроцессорных систем / Клингман Э. ; пер с анг. В. И. Гуревича, Н. П Фурсикова, Л. В Шабанова. М. : Мир, с., ил. Анотація Створення і розвиток інформаційно-телекомунікаційних систем не можливе без вирішення питань оптимізації техніко-еконоічних варіантів побудови систем та мереж зв язку. В відмінності від традиційної побудови пропонується змінити структуру системи. Мікропрограмне управління дозволяє гнучко змінювати структуру об єднання потоків. Система дистанційно контролюється і перевіряється. Ключові слова: ЦСП, блоки групового формування, контроль системи, мікропрограмне управління. Аннотация Создание и развитие информационно-телекоммуникационных систем невозможно без решения вопроса оптимизации технико-экономических вариантов построения систем и сетей святи. В отличие от традиционного построения предлагается изменить структуру системы. Микропрограммное управление позволяет гибко менять структуру объединения потоков. Система дистанционно контролируется и проверяется. Ключевые слова: ЦСП, блоки группообразования, контроль системы, микропрограммное управление. Abstract The creation and development of information and telecommunication systems is impossible without solving the issue of optimizing technical and economic options for constructing systems and networks of saints. In contrast to the traditional construction, it is proposed to change the structure of the system. The microprogram control allows you to flexibly change the structure of thread unification. The system is remotely monitored and verified. Keywords: DTS, block formation units, system monitoring, microprogram control. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 221

222 Телекомунікація, радіолокація, навігація ПРИСТРІЙ ВИЯВЛЕННЯ ЦИФРОВИХ СИГНАЛІВ В СИЛЬНИХ ШУМАХ Грабевник К. В., магістр Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Пристрій працює наступним чином. Суміш цифрового сигналу і шуму з виходу детектора приймача надходить в два канали основний (верхній) канал (ОК) і компенсаційний (нижній) канал (КК). Сигнал, який пройшов через фільтр нижніх частот детектор, згладжує на інтервалі часу. τ = 0,5 Тс, де Тс тривалість біта (символу) цифрового сигналу, практично не зміниться так як він має сходинку. Структурна схема пристрою приведена на рис. 1. Рисунок 1. Пристрій (1 детектор приймача (синхронний або лінійний детектор огинаючої); 2, 3 диференціатори; 4 інвертор; 5 суматор; 6 — схема прийняття рішень (СПР); Rф, Сф фільтри нижніх частот; К1, К2, Кв електронні ключі). В КК одразу ж на його вході встановлений диференціатор, при цьому сигнал S t буде мати вигляд, показаний на рис.2 штриховими лініями. Рисунок «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

223 Телекомунікація, радіолокація, навігація Похідна на сходинці рівна нулю. Після диференціатора КК встановлений ключ К2, який замикається на час τ = 0,5 Тс. На вхід інвертора 4 надходить тільки продиференційований відрізок шуму тривалістю τ, який попередньо пройшов через R ф, С ф фільтр КК. Сигнал в КК відсутній [1]. В ОК одразу ж на його вході встановлений ключ К 1, який замикається синхронно з ключем К2 на той же час τ = 0,5 Тс. Після ключа К 1 встановлений R ф, С ф фільтр ОК, такий же як і в КК [2]. Сигнал на вході цього фільтра буде мати вигляд, показаний на рис. 3. Вихід фільтра ОК з єднаний з входом диференціатора 3, на виході якого має місце сигнал, показаний на рис. 4. S t Рисунок 3. Рисунок 4. Таким чином, на вхід суматор ОК надходить суміш сигналу (рис.4) і продиференційованого шума, який попередньо пройшов через R ф, С ф фільтр, а на вхід суматора КК такий же проінвертирований шум. Оскільки шуми каналів проходять через одинакові лінійні схеми (R ф, С ф фільтри і диференціатори), то вони будуть рівними і на виході суматора скомпенсуються [1]. Сигнал ОК, амплітуда якого змінюється випадковим чином, оскільки на кожному інтервалі тривалість τ з з сигналом алгебраїчно сумується постійна складова відрізку шуму U ош, з вихода суматора надходить на ключ взята з вибірок К в, який замикається на короткий час τ в = (0,1 : 0,2)τ. На рис.5, 6 зображено цифрову послідовність, яка складається з чотирьох імпульсів і позначені (штриховка) імпульси вибірок, які надходять на вхід схеми прийняття рішень (СПР). «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 223

224 Телекомунікація, радіолокація, навігація Рисунок 5. Рисунок 6. Перелік посилань 1 Галкин В. А. Цифровая мобильная радиосвязь / М. Горячая линия Телеком с. 2. Гоноровський И. С. Радиотехничиские цепи и сигналы. М: Сов. радио с. Анотація Представлений пристрій являється дуже ефективним і може використовуватись в сучасних цифрових системах. Це може призвести до суттєвого зменшення потужності передавача мобільного телефону, оскільки вона залежить від чутливості приймальних станцій радіорелейного зв язку, де і можуть бути встановлені ці компенсатори. Ключові слова: пристрій виявлення, цифрові сигнали, шуми, сильні шуми Аннотация Представленное устройство является очень эффективным и может использоваться в современных цифровых системах. Это может привести к существенному уменьшению мощности передатчика мобильного телефона, поскольку она зависит от чувствительности приемных станций радиорелейной связи, где и могут быть установлены эти компенсаторы. Ключевые слова: устройство обнаружения, цифровые сигналы, шумы, сильные шумы Abstract The presented device is very effective and can be used in modern digital systems. This can lead to a significant decrease in the power of the transmitter of the mobile phone, since it depends on the sensitivity of the receiving of the radio stations, where these compensators can be installed. Keywords: Detection device, digital signals, noises, strong noises 224 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

225 Телекомунікація, радіолокація, навігація ПАРКТРОНІК НА БАЗІ ARDUINO Лисун С. О.; Дюжаєв Л. П., к. т. н., доц. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» м. Київ, Україна На сьогодні кількість автомобілів різко зростає. У великих містах відчувається брак паркувальних місць. Причина полягає не в зростанні числа автомобілів, а в тому, що наші міста абсолютно не розраховані на таку кількість автомобілів. Нерідка картина, коли на стоянці можна побачити автомобілі, припарковані що називається «ніс-у-ніс», коли їх відділяють лічені сантиметри. Дуже добре, якщо ви досвідчений водій і прекрасно відчуваєте габарити свого автомобіля. А якщо ні? На допомогу прийде система «парктронік». Паркувальний радар (парктронік) електронна система, що стежить за відстанню між вашим автомобілем і навколишніми предметами. При критичній відстані, що загрожує зіткненням, вона подає попереджувальний сигнал, що дозволяє водієві вчасно зреагувати і провести корекцію траєкторії руху або швидкості [1]. Парктронік це складна електронна система. Крім самого приладу, що аналізує інформацію і видає попереджувальні сигнали, це ще і датчики. Від їх кількості залежить точність і чутливість системи. Датчики паркування є ультразвукові приймально-передавальні пристрої [2]. Одна частина датчика випускає ультразвукової сигнал, друга частина — вловлює відбитий від предмета сигнал і різницю в часі передає на головний прилад. За різницею між випущеними і прийнятим сигналом і визначається відстань до об’єкта. Принцип роботи далеко не новий. За цим принципом працюють більшість радарів. При парковці, виїзді з гаража, в міській «пробці» система здатна відстежити будь-яку небезпечну для автомобіля перешкоду на відстані від 20 см до 2 метрів. Особливості паркувальний радарів. Датчики паркування. Число може варіюватися в залежності від типу транспортного засобу, його габаритів і досвіду водія. Активація сигналу. Постійно функціонуючі пристрої і з примусовим вмиканням і вимиканням. Індикація небезпеки. Найбільш поширені — звуковий сигнал, графічна шкала відстані, відеомонітор або комбіновані. Радіус охоплення. Сьогодні на ринку представлено досить велика кількість парктроніків, які різняться за типом та функціоналом, а також мають свої переваги та не- «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 225

226 Телекомунікація, радіолокація, навігація доліки. Метою даного проекту стало розроблення власної конструкції паркувального радару на базі мікроконтролера Arduino [3, 4]. Рисунок 1. Схема електрична приймача паркувального радару на базі Arduino Рисунок 2. Схема електрична передавача паркувального радару на базі Arduino Система визначає відстань до перешкоди до 500 см (але для автомобіля 226 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

227 Телекомунікація, радіолокація, навігація достатньо 200 см). Оповіщення про перешкоду звукове. Нижче наведені дані сигналів і відстані. Відстань в сантиметрах. 200 немає сигналу, 200 і > 150 звуковий сигнал кожні 3 секунди, 150 і > 100 звуковий сигнал кожні 2 секунди, 100 і > 50 звуковий сигнал кожну 1 секунду, 50 і > 20 звуковий сигнал кожні 0,5 секунди, 20 постійний звуковий сигнал. Також перевагою даного пристрою є можливість підключення до бортового комп ютера автомобіля. В подальшому доопрацюванні розроблюваного паркувального радару, можливе встановлення індикатора, що буде відображати відстань до перешкод в сантиметрах. Перелік посилань 1. Что такое парктроник [Електронний ресурс]. Режим доступу: Назва з екрану. 2. Что такое парктроник и для чего он нужен? [Електронний ресурс]. Режим доступу: Назва з екрану. 3. Arduino Mini [Електронний ресурс]. Режим доступу: /hardware/mini Назва з екрану. 4. Arduino Nano [Електронний ресурс]. Режим доступу: /Hardware/ArduinoBoardNano Назва з екрану Анотація Представлено розробку пристрою паркувального радару на базі Arduino. Прилад складається з передавача та приймача, які побувавано на мікроконтролерах Arduino Nano та Arduino Mini відповідно. Ключові слова: парктронік, паркувальний радар, Arduino Nano, Arduino Mini, мікроконтролер. Аннотация Представлены разработку устройства парковочного радара на базе Arduino. Прибор состоит из передатчика и приемника, которые побувавано на микроконтроллерах Arduino Nano и Arduino Mini соответственно. Ключевые слова: парктроник, парковочный радар, Arduino Nano, Arduino Mini, мик-роконтролер. Abstract The development of the Arduino-based parking radar device is presented. The device consists of a transmitter and a receiver that is accessed on the Arduino Nano and Arduino Mini microcontrollers respectively. Keywords: parktronics, parking radar, Arduino Nano, Arduino Mini, microcontroller. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 227

228 Телекомунікація, радіолокація, навігація МЕТОДИ КЕРУВАННЯ ГРУПОЮ НОСІЇВ РАДІОЛОКАЦІЙНОГО ВИМІРЮВАННЯ У СКЛАДІ НАПІВАКТИВНОЇ СИСТЕМИ РАДІОБАЧЕННЯ Дружинін В. А., д.т.н., професор; Степанов М. М., д.т.н, с.н.с КПІ ім. Ігоря Сікорського, м. Київ, Україна Якість радіолокаційного зображення при картографуванні місцевості визначають таки величини як роздільна здатність і динамічний діапазон зображень об єктів моніторингу. Крім того, роздільна здатність в значній мірі визначає ефективність вирішення завдань виявлення малорозмірних об єктів радіолокаційного моніторингу, розпізнавання групових і зосереджених об єктів, а також визначення їх координат. А в межах цього необхідно керувати групою носіїв радіолокаційного вимірювання в складі напівактивної системи радіобачення. В якості носіїв можуть виступати такі літальні апарати як безпілотні апарати. Припустима помилка визначення параметрів траєкторії руху антени системи бортового радіолокаційного вимірювача (АС БРЛВ) у складі напівактивной системи радіобачення (НА СРБ) дорівнює декільком міліметрам (у сантиметровому діапазоні електромагнітних хвиль). У зв язку з цим реалізація прямолінійної траєкторії радіокерованого літательного апарату-носія (ЛА-носія) БРЛВ вимагає точного визначення координат носія радіолокаційного вимірювання (НРЛВ) в кожний конкретний момент часу в процесі синтезування апертури (СА). Завдання просторового керування ЛА зводиться до визначення і передачі команд керування (КК) на борт веденого НРЛВ з фіксованим запізненням відносно КК ведучого об єкта. Ця задача характеризується тим, що керування польотом здійснюється безперервно на всій траєкторії польоту групи НРЛВ. Для спрощення сприйняття визначена задача розглядається в одній площині, як показано на рис. 1. Положення ведучого і веденого ЛА визначиться у інерціальній системі H,P,D V. Ведучий ЛА рухається зі швидкістю координат з осями H 1. Аналогічно швидкість веденого «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» V 1 на висоті V =V, а напрямок співпадає з напрямком ведучого. З цього випливає, що кут нахилу траєкторії θ дорівнює курсовому куту ведучого. Це справедливо у випадку, якщо кут атаки дорівнює 0. Для цього випадку кінематичні співвідношення показані на рис. 2. Кут лінії візування на рис. 2 позначений β, відстань між ведучим та веденим R, проекції векторів швидкості ведучого та веденого на лінію візування V βt, V βм, а до нормалі до лінії візування V at,v am. Призначення системи утримання (СУ) веденого на потрібній траєкторії

229 Телекомунікація, радіолокація, навігація (наведення) полягає у формуванні таких КК (на автопілот), які будуть забезпечувати утримання веденого за ведучим навіть при маневруванні останнього. Припустимо, що система утримання буде відпрацьовувати вхідний сигнал, що дорівнює (пропорційний) куту лінії візування β або швидкості візування β. За таких вхідних сигналах можлива реалізація тільки одного закону керування, що може використовуватися для утримання веденого, це переслідування. У цьому випадку ведений ЛА завжди знаходиться прямо за ведучим, тобто θ=β. H P PCH V 2 O H H 2 1 P V 1 D V M 1 R V M V T T V T V T ведений ведучий D V M Рисунок 1. Просторові характеристики ведучого та веденого ЛА в інерціальній системі координат H,P,DV H Рисунок 2. Графічна інтерпретація кінематичних співвідношень при русі ведучого та веденого НРЛВ (вигляд зверху) У випадку відсутності маневру це означає, що ведений рухається з постійною бічною швидкістю, а при сталій повздовжній швидкості буде забезпечуватися ідеальна дистанція між двома об єктами по прямій лінії. У відповідності до рис. 2 метод чистого переслідування буде визначатися тим, що ані ведучий, ані ведений не маневрують. При цьому V =const, а θ T=0, θ=β. T де Отримуємо (1). V dr V dr dβ VT R M = -ctgβ+ cosecβ RÞ = -ctgβ+γcosecβ dβ M γ= співвідношення швидкостей ведучого і веденого НРЛВ V T «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 229, (1) Динамічна помилка (промах) утримання ведених на потрібній траєкторії як і у випадку чистого переслідування, так і у випадку переслідування зі зміщенням можна виразити як (2). M=y t(t i)-y m(t i) (2) У випадку повороту ведучого (при зміні об’єкта моніторингу) не допускається зміщення точки наведення ведених, оскільки, як і в методі погоні, зміщення точки зустрічі призведе до двох випадків [1, 2, 3, 4]: згладжування траєкторії веденого призведе до зменшення перевантаження і випередження ведучого;

230 Телекомунікація, радіолокація, навігація згладжування траєкторії призведе до виникнення кутових швидкостей і прискорень θ,е,θ,е м м м м, що також призведе до випередження ведучого. Враховуючи існуючий теоретичний апарат методу переслідування і можливості реалізації його в сучасних ЛА, можна стверджувати про обґрунтованість створення методу переслідування ведучого і ведених НРЛВ без зміщення і зі зміщенням з фіксованим кутом θ [5]. Перелік посилань 1. Цьопа Н.В. Методи та алгоритми обробки радіолокаційної інформації в багатопозиційних системах зі змінною просторовою конфігурацією / С.В. Толюпа, В.А. Дружинін, В.С. Наконечний, Н.В. Цьопа, Є.О. Батрак. К.: Логос, с. 2. Лок Дж. Системы радиоуправления летательными аппаратами / Лок Дж.; пер. с англ. Нью-Йорк, с. 3. Вейцель В.А. Основы радиоуправления / Е.С. Вентцель. М.: Радио и связь, с. 4. А. с СССР. Разнесенная радиолокационная система / Богданович В.Ю., Копнов М.А., Латко Ю.И. 5. S. M. Scarborough, C. H. Casteel Jr, L. Gorham, M. J. Minardi, U. K. Majumder, M. G. Judge, E. Zelnio, M. Bryant, H. Nichols, and D. Page, A challenge problem for SAR-based GMTI in urban environments, E. G. Zelnio and F. D. Garber, Eds., vol. 7337, no. 1. SPIE, 2009, p G. [Online]. Available: Анотація Представлено вдосконалені алгоритми радіокерування рухомими радіолокаційними вимірювачами НА СРБ, використання яких, на відміну від існуючих за рахунок використання теоретичного апарату методів переслідування, дозволяє збільшити кількість приймальних позицій просторово-часового сигналу на визначених інтервалах часу та реалізувати необхідну конфігурацію системи в залежності від геометричних характеристик об єктів спостереження. Ключові слова: радіокерування, рухомі радіолокаційні вимірювачі, система спостереження. Аннотация Представлены усовершенствованные алгоритмы радиоуправления подвижными радиолокационными измерителями НА СРБ, использование которых, в отличие от существующих за счет использования теоретического аппарата методов преследования, позволяет увеличить количество приемных позиций пространственно-временного сигнала на определенных интервалах времени и реализовать необходимую конфигурацию системы в зависимости от геометрических характеристик объектов наблюдения. Ключевые слова: радиоуправления, подвижные радиолокационные измерители, система наблюдения. Abstract Presents advanced algorithms for radio mobile radar gauges FOR DRR, the use of which, in contrast to the existing through the use of the theoretical apparatus of methods of persecution, allows to increase the number of receiving positions of the space-time signal at certain time intervals and implement necessary system depending on the geometrical characteristics of observation objects. Keywords: radio, mobile radar gauges, monitoring system. 230 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

231 Телекомунікація, радіолокація, навігація МОДЕЛЬ УПРАВЛІННЯ ПАРАМЕТРАМИ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОЇ СУМІСНОСТІ УГРУПОВАННЯ РАДІОЕЛЕКТРОННИХ ЗАСОБІВ СИСТЕМИ МОБІЛЬНОГО ЗВ ЯЗКУ ЗА ЇХ СТАНОМ Уварова Т. В. 1, к. т. н.; Степанов М. М. 2, д. т. н., с. н. с. 1 НУОУ ім. Івана Черняховського, м. Київ, Україна 2 КПІ ім. Ігоря Сікорського, м. Київ, Україна Проблема електромагнітної сумісності (ЕМС) з явилася при виникненні великої кількості радіоелектронних засобів (РЕЗ) різного призначення. Відтоді актуальність цього питання не знижується, а навпаки, з введенням нових стандартів 4G та 5G мобільного зв язку тільки підвищується. Систему ЕМС РЕЗ мобільного зв язку можна синтезувати як керовану систему S x у двох можливих варіантах: керованої станом системи x t ;,, ξ керованої по спостереженню за системою y t h x t u t t t. Ця різниця принципова, бо призводить до різного виду алгоритмів і різної їх практичної реалізацією при вирішенні завдань ЕМС. Функціональна математична модель динамічної системи ЕМС повинна бути теж динамічною і диференціальною: де f xt, dx t dt f x t, t b x t, u t, t G x t, n t, t, (1) xt i-мірний вектор стану системи; «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 231 t [i i] вектор-функція стану системи, визначає її інерційні властивості та взаємозв язки i-ком- b x t, u t, t вектор-функція управління системою; понента;,, G x t n t t масштабуюча функція-множник випадкових впливів у системі, що моделюється; nt гаусів білий шум (ГБШ), джерело випадкових впливів. Мобільні елементи угруповання РЕЗ утворюють динамічну сукупність, моделлю стану якої, звичайно, може бути система диференціальних рівнянь, або в окремому випадку, без явного виділення параметра управління t, t, t, dx t dt F X t G X n t ; X 0 X t 0 u t :, (2) Xt вектор фазових координат або параметрів угруповання, в який де можуть входити стани елементи системи мобільного зв язку і значення параметрів всіх каналів, що беруть участь у взаємодії РЕЗ, приймачів і пере- F X, t вектор-функція стану, що визначає швидкість зміни па- давачів; t раметрів Xt, їх взаємозв язок у часі та просторі, а також інший характер цих взаємодій; G Xt, t, n t вектор-функція, що визначає масштаб змін,

232 Телекомунікація, радіолокація, навігація їх розмах і взаємозв язок між компонентами за їх динамікою, в загальному випадку залежить як від стану X i, так і від сукупності зовнішніх факторів. Стан системи (2) описує реакцію системи мобільного зв язку (СМЗ) на ту чи іншу електромагнітну обстановку. Ця реакція в загальному випадку є нелінійною і її розмірність може бути як завгодно великою, залежно від того, наскільки необхідно враховувати ті чи інші РЕЗ, ті чи інші їх параметри або їх взаємозв язок. Попри те, ці рівняння можуть носити як детермінований характер, так і випадковий, стохастичний [1, 2, 3], що також залежить від того, яке завдання доводиться вирішувати, і з якою метою проводиться моделювання (2). Слід відмітити, що рівняння (1) або (2) в багатьох практичних випадках виявляються самодостатніми і є потужним моделюючим інструментом, який використовується як для задач математичного моделювання ЕМО і стану угруповання РЕЗ, так і для задач оцінювання самого стану. Для керованих динамічних систем рівняння (2) доповнюється доданком B X, U t, t, що описує вплив управління на стан системи (3). n t t Ut 232 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» Xt Структурна схема модулю управління динамічної системи наведено на рис. 1. t, t,, t, t, Очевидно, задавши критерій функціонування J X, U, t, можна синтезувати таке управління dx t dt F X t B X U t t G X n t. (3) Uopt t, яке приведе фазові координати системи X(0) до того чи іншого бажаного виду. Для стохастичних систем у цьому випадку доречно скористатися результатами теореми про розподіл [2, 4], згідно з якою процедура розпадається на 2 незалежні напрями: оптимальне стохастичне оцінювання (наприклад, з використанням процедури Калмана- Бьюсі) і детерміноване управління. Для досить великого угруповання РЕЗ Система в стані ˆx t xt Ut Ht ξt Оцінка ˆx t Керування u x Рисунок 1. Структурна схема модулю управління динамічної системи СМЗ вирішити завдання забезпечення ЕМС методами управління станом системи (4) надзвичайно складно, хоча таке рішення мало б максимальну ефективність. Разом з тим, у неоптимізованій системі, якою є динамічне угруповання РЕЗ обов язково має бути передбачено заходи із забезпечення ЕМС. До них можна віднести, наприклад, перенесення сеансу на більш пізній час, тайм аут, переїзд АС в іншу точку ˆx t

233 Телекомунікація, радіолокація, навігація простору, де ЕМС більш сприятлива, тощо. В сучасних СМЗ, таких як GSM та інших вже передбачено низку заходів, спрямованих на поліпшення сигнально-перешкоджаючої обстановки на вході приймальних пристроїв АС. Очевидно, ці заходи можуть бути параметризовані й віднесені до безлічі параметрів стану Xt X. Проте, враховуючи, що застосування цих заходів, як правило, не вимагає окремих каналів управління (просторово-часова обробка прийнятих сигналів та ін.), цю параметризацію можна проводити поза складом системних параметрів. Перелік посилань 1. Банкет В. Л. Обзор систем подвижной спутниковой связи с ретрансляторами на негеостационарных орбитах / В.Л.Банкет // Информ. Курьер свіязь C Быховский М. А., Дудукин С. Н., Смирнов В. Н., Тихвинский В. О. Принципы, алгоритм и методика частотно-территориального планирования радиальных сетей транкинговой радиотелефонной связи в диапазоне 800 МГц // Мобильные системы С Степанов М. М. Математичні моделі для прийняття рішень в задачах електромагнітної сумісності засобів мобільного зв язку // ДП ЦНДІ НіУ, м. Київ, збірник наукових праць Системи управління, навігації та зв язку, Вип С Jan Klima. Vienna agreement 99 harmonised calculation methods activities // EMC / International Wroclaw symposium on EMC. Wroclaw (Polanol), 2014, p Анотація Представлено модель управління параметрами електромагнітної сумісності угруповання радіоелектронних засобів системи мобільного зв язку за їх станом, яка дає змогу вирішувати завдання з модернізації існуючих та розроблення нових сотових станцій мобільного зв язку. Ключові слова: параметри електромагнітної сумісності, радіоелектронні засоби, система мобільного зв язку. Аннотация Представлена модель управления параметрами электромагнитной совместимости группировки радиоэлектронных средств системы мобильной связи по их состоянию, которая позволяет решать задачи по модернизации существующих и разработке новых сотовых станций мобильной связи. Ключевые слова: параметры электромагнитной совместимости, радиоэлектронные средства, система мобильной связи. Abstract The model controlling of EMC parameters in a group of radio electronic means of a mobile communication system by state is presented. This model allows solving tasks on modernization of existing and development of new cell stations of mobile communications. Keywords: the parameters of electromagnetic compatibility, electronic warfare, mobile communication system. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 233

234 Радіоелектроніка біомедичних технологій Секція 6. Радіоелектроніка біомедичних технологій. Технічні рішення щодо методів та засобів медико-біологічної діагностики та лікування; описи нових пристроїв, процедур, методів, технологій; результати дослідження взаємодії електромагнітних полів і випромінювань з фізичними та біологічними об’єктами. Керівник секції: д.т.н., проф. Шарпан О. Б. Секретар секції: Сушко І. О. 234 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

235 Радіоелектроніка біомедичних технологій АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМА ДЛЯ СВІТЛОТЕРАПІЇ З ОПТИМІЗАЦІЄЮ ЧАСТОТ МОДУЛЯЦІЇ Крушець О. О., магістрант; Яненко О. П., д.т.н., професор; Адаменко В. О., ст. викладач. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Вступ. В сучасній медичній діагностиці розвиваються неінвазивні методи діагностики, лікування та профілактики функціонального стану організму людини. Особливу роль займає світлова терапія. Ця терапія ґрунтується на використанні впливу світлового потоку певної інтенсивності та довжини хвилі на деякі ділянки тіла пацієнта [1]. Це можуть бути як активні зони, так і біологічно активні точки (БАТ). В деяких випадках світло може модулюватись НЧ сигналами співставними з біоритмами людини, що значно покращує ефективність лікування. В той же час існує необхідність визначення частоти модуляції світлового потоку, на якій відбувається максимальне поглинання світлової енергії опромінюваною ділянкою тіла людини. Впровадження такого пристрою та процесу вимірювання здатні забезпечити підвищення ефективності технологій світлотерапії. Апаратура, методика і результати досліджень. Авторами розроблено автоматизовану систему (надалі пристрій) для виконання світлотерапії, яка надає можливість автоматичного перелаштовування частоти модуляції в діапазоні, близькому до частот біоритмів людини з синхронним вимірюванням рівня поглинутого світлового потоку. Структурна схема пристрою, що наведена на рис. 1, включає в себе елементи генерування світлового потоку, його модуляції, оптоелектронний перетворювач у складі двох лінз і оптичного сенсора (фотоелемент) та блок управління (мікроконтролер). Обробка результатів вимірювання проводиться персональним комп ютером. Схема пристрою функціонує наступним чином. Напруга живлення червоного Рисунок 1. Структурна схема пристрою «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 235

236 Відносна яскравість Радіоелектроніка біомедичних технологій світлодіоду модулюється частотами біоритмів з використанням достатньо доступного мікроконтролера на базі Arduino Uno. Модульований світловий потік, через систему фокусуючих лінз направляється на певну ділянку або БАТ біологічного об єкта. Частина світлового потоку поглинається біооб єктом, а частина відбивається. Світло, що відбилось, за допомогою збиральної лінзи направляється в оптичний сенсор. Оптичний сенсор із високою частотою виконує знімки поверхні [2]. Сенсор не тільки виконує знімки поверхні, але й самостійно їх опрацьовує, через наявність двох основних частин: системи отримання зображень Image Acquisition System (IAS) та інтегрованого процесору опрацювання зображень Digital Signal Processor (DSP). Після аналізу отриманих послідовних зображень (що являють собою квадратну 18х18 матрицю пікселів різної яскравості) інтегрований DSP процесор вираховує результуючі показники, тобто значення яскравості всієї матриці в певні моменти часу. Сенсор сумує яскравості всіх 324 пікселів в поточному кадрі. Підрахунок середнього значення яскравості проводиться за формулою: Average _ pixel Summary _ value , де: Average_pixel середнє значення яскравості пікселей, Summary_value поточне значення регістру (поділене на 128). Далі відбувається буферизація даних та передача результатів роботи DSP процесору, через мікроконтролер на персональний комп ютер по послідовному порту Serial Port (SP). В якості оптичного сенсора використано мікросхему ADNS-2610 з роздільною здатність до 400 cpi (counts per inch), тобто пікселів на дюйм, та частотою виконання зображень в 1500 кадрів за секунду. Джерелом світла вибрано червоний світлодіод (660 нм). Чутливість матриці на цій довжині хвилі та глибина проникнення світлового потоку в біотканину максимальні. Після розробки пристрою 60 проведено експериментальні дослідження (10 30 вимірів відносної яскравості та 20 взято середні 10 значення між 0 ними) рис. 2. В якості біологічного об єкту об- Частота, Гц рано зворотну Рисунок 2. Розподіл поглинання опромінюваної ділянки сторону долоні. 236 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

237 Радіоелектроніка біомедичних технологій Дослід проведений при зміні частоти від 1 до 100 Гц, що відповідає деяким НЧ біоритмам людини. Як наслідок маємо найбільше поглинання світлових променів на частотах близьких до Гц, що відповідає найменшому значенню відносної яскравості (0 повністю чорний, 63 повністю білий) на сенсорі, оскільки відбиті промені при цих частотах найменші. В подальшому планується провести перевірку точності результату, збільшити частотний діапазон сканування об єкту, оптимізувати системи фокусуючих і збиральних лінз та автоматизувати перестройку частоти модуляції світлодіоду під знайдений оптимальний діапазон. Висновки. Отже, запропонований пристрій для світлотерапії дає можливість отримати на ПК дані, в координатах частота-інтенсивність, рівня поглинання визначеної ділянки біооб єкту, забезпечує вибір частоти впливу що підвищує ефективність світлотерапії. Перелік посилань 1. Яненко О.П. Прилад для світлотерапії та опромінення акупунктурних точок / О.П. Яненко, С.В. Михайленко // Вісник Національного технічного університету «КПІ» Серія Приладобудування 2014, вип..47, с ADNS Optical mouse sensor. [Електронний ресурс]. Режим доступу: pdf Назва з екрану. Анотація Запропоновано автоматизовану систему для знаходження оптимальної частоти впливу світлового потоку на об єкт для підвищення ефективності лікування. Розроблено структурну схему пристрою та сам пристрій. Проведено експериментальні дослідження. Розглянуто вплив частоти модуляції світлового потоку на інтенсивність поглинання опромінюваною ділянкою тіла людини в діапазоні біоритмів людського організму. Ключові слова: Світлова терапія, частота модуляції, оптичний сенсор. Аннотация Предложена автоматизированная система для нахождения оптимальной частоты воздействия светового потока на объект для повышения эффективности лечения. Разработана структурная схема устройства и само устройство. Проведены экспериментальные исследования. Рассмотрено влияние частоты модуляции светового потока на интенсивность поглощения облучаемым участком тела человека в диапазоне биоритмов человеческого организма. Ключевые слова: Световая терапия, частота модуляции, оптический сенсор. Abstract The automated system is proposed for finding the optimal frequency of the light flux effect on object to improve the effectiveness of treatment. The structural scheme of the device and the device itself were designed. Experimental researches have been carried out. The influence of the light flux modulation frequency on the absorption intensity by the irradiated area of the human body is considered in the range of biorhythms of the human body. Keywords: Light therapy, modulation frequency, optical sensor. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 237

238 Радіоелектроніка біомедичних технологій МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ РОЗСІЮВАННЯ ЛАЗЕРНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ ВІД БІОЛОГІЧНИХ ОБ ЄКТІВ ЗА ДОПОМОГОЮ Т-МАТРИЦЬ Правда В. І., к.т.н., проф.; Богомолов М. Ф., к.т.н., доц.; Стародуб О. В. КПІ ім. Ігоря Сікорського, м. Київ, Україна Математичне моделювання є найбільш загальним методом дослідження в науці, а самі математичні моделі в достатній мірі адекватно відображають і описують дослідний об єкт, процес чи явище. Метою даної роботи є удосконалити математичну модель, яка дає можливість оцінити зміну інтенсивності оптичного випромінювання деякого шару біологічних об єктів. Адже в медицині вплив клітини на розсіювання є одним з основних критеріїв визначення аналізу крові, при цьому розсіювання світла відбувається в основному за рахунок відбиття від поверхні еритроцитів. З метою вивчення впливу інтенсивності розсіювання світла застосовується метод Т матриць. Метод T-матриць був розроблений Вотерменом та Барбером і полягає у тому, що, використовуючи складені відображення полів, отримуємо відношення між коефіцієнтами розповсюдження для випадкових і розсіяних полів, вирази яких для зовнішньої розсіяної хвилі можна записати у вигляді [1]: i ikriωt Eθ Hφ e cosφ S2(θ), kr (1) i ikriωt Eφ Hθ e sinφ S1(θ), kr де: x дифракційний параметр частинки, який визначається як k x, при r 2π k, r радіус частинки, λ довжина хвилі. λ Компоненти поля розсіяної радіації можуть бути представлені у вигляді суми окремих парціальних хвиль: 2n 1 S1( m, x,θ) ( an πn cosθbn τn cosθ ), n1 n ( n1) 2n 1 S2( m, x,θ) ( bn πn cosθan τn cosθ ), (2) n1 n ( n1) де:θ кут розсіювання, визначається направленням падаючих хвиль, центром розсіювання й напрямком спостереження. Для визначення інтенсивності розсіювання використовується наступна формула: 2 2 I ( S1) ( S2) (3) Вирази для коефіцієнтів розсіяних хвиль a n і b n [2]: ψ ( )ψ'( ) ψ ( )ψ’ n x n mx m n mx n( x) an, (4) ζ ( x)ψ ‘( mx) mψ ( mx)ζ ‘( x) n n n n 238 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

239 Радіоелектроніка біомедичних технологій b n mψ ( )ψ'( ) ψ ( )ψ’ n x n mx n mx n( x), mζ ( x)ψ ‘( mx) ψ ( mx)ζ ‘( x) n n n n де: n номер парціальної хвилі; n,ξn та n,ξ n відповідно функції Рікатті Бесселя, Рікатті Ханкеля першого роду і їх похідні. Необхідно відмітити, x дифракційний параметр частинки; m її комплексний відносний показник заломлення, який записується у вигляді : mn iχ, (6) де: n дійсна частина показника заломлення, χ уявна частина показника 5 4 заломлення. У вікні прозорості крові n , а χ = Для обчислення функцій та ξ n і їх похідних користуються відомими рекурентними співвідношеннями [3]: 2n 1 n 1( x) n( x) n 1( x), x (7) 2n 1 ξ ( x) ξ ( x) ξ ( x). n, які виражені через поліноми Лежан- Далі розраховано коефіцієнти π n дра та їхні похідні: π (μ) x n1 n n1 і τ n d n P n(μ) dμ 2 d τ n(μ) μπ n(μ) (1 μ ) π n(μ) dμ 1 μ1 n 1 d 2 n Pn (μ) n n(μ 1) 2 n! dμ (5), (8) де: P n(μ) поліноми Лежандра цілого порядку n від дійсного аргументу, μ cosθ. На основі математичної моделі було розраховано інтенсивність розсіювання світла в залежності від наступних вхідних даних: довжина хвилі λ= нм, кут розсіяння θ=10-90, радіус еритроцита r=4 мкм, показник заломлення m=1.055+і 10-5, використовуючи формулу (3). Наведено табл. 1 зі обрахованими значеннями інтенсивності розсіювання світла в залежності від кута розсіяння та довжини хвилі. Отримані результати графічно проілюстровано на рис.1 за допомогою інженерної програми Mathcad. Проведені дослідження дають можливість отримати інтенсивність розсіювання в залежності від довжини хвилі, радіуса еритроцита, відбиття розсіювання, що дає оцінити зміну інтенсивності оптичного випромінювання деякого шару біологічного об єкта еритроцита. Нормальний еритроцит людини в спокої має двоввігнуту дискоїдну форму («дискоцит»). В експериментальних умовах і при патології еритроцити можуть перетворюватися «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 239

240 Радіоелектроніка біомедичних технологій Таблиця 1 Рисунок 1. Інтенсивність розсіювання лазерного випромінювання в ехіноцити (поверхня покривається шипами), стомацити (односторонньо увігнутий диск),сфероцити та ін. без зміни об єму. Тобто можна розрізняти патологічні та нормальні еритроцити, що дозволяє на ранніх стадіях швидко та якісно діагностувати такі захворювання як гемолітична анемія, септицемія, синдром ДВС. Інтенсивність розсіювання зменшується при збільшенні кута розсіювання θ, що відповідає теоретичним даним. Перелік посилань 1. Рысаков В., Стонь М. Рассеяние света взвесью частиц: IV. Предельные возможности и определения параметров взвесей методом рассеяния света // Оптика и спектр Т С Annika M.K. Nilsson, Peter Alsholm, Anders Karlsson and Stefan Andersson-Engels «T-matrix computations of light scattering by red blood cells», Sweden p Michael I.Mishenko, Larry D. Travis «Capabilites and limitations of a current fortran implementation of thе T-matrix method for randomly oriented, rotational symmetric scatteres», NY p.16. Анотація В даній роботі розроблена математична модель взаємодії лазерного випромінювання з біологічними об єктами на основі методу Т-матриць. Ключові слова: математична модель, метод Т-матриць. Аннотация В данной работе разработана математическая модель взаимодействия лазерного излучения с биологическими объектами на основе метода Т-матриц. Ключевые слова: математическая модель, метод Т-матриц. Abstract In this work a mathematical model of the interaction of laser radiation with biological objects is developed on the basis of the T-matrix method. Keywords: mathematical model, T-matrix method. 240 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

241 Радіоелектроніка біомедичних технологій КЛАСИФІКАЦІЯ БІОЛОГІЧНИХ СИГНАЛІВ МЕТОДОМ НОРМАЛІЗАЦІЇ СИГНАЛІВ ЗА КРОКОМ Сушко І. О., к.т.н.; Лащевська Н. О., к.т.н. КПІ ім. Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Питання неінвазивного дослідження внутрішнього функціонування біологічного об єкту (людини) є актуальною задачею на сьогоднішній день. Існує велика кількість методів та технічних реалізацій дослідження біооб єктів за допомогою біологічних сигналів тіла та різноманіття томографічних методів [1]. Одним з методів розпізнавання (класифікації) досліджуваних біологічних сигналів є класифікація даних сигналів за обраним вектором ознак. Ефективним напрямком є використання методів класифікації сигналів за формою їх графоелементів, суть яких полягає у використанні методів нормалізації та нормального перетворення для чисельної оцінки ступеню подібності та розбіжності між сигналами [2,3]. В роботі розглянуто метод нормалізації сигналів за кроком з використанням ортогонального косинусного перетворення для класифікації біологічних сигналів на прикладі пульсової хвилі. Суть методів нормалізації сигналів з використанням дискретних ортогональних перетворень для виявлення ступеню розбіжності досліджуваного сигналу з еталонним полягає в наступному: 1. Обрати дискретне ортогональне перетворення, що буде використовуватись в основі методу. 2. Привести еталонний сигнал до форми базової функції дискретного ортогонального перетворення. 3. За отриманим вектором ознак (п.2) скоригувати досліджуваний сигнал. 4. Виконати глобальне перетворення скоригованого досліджуваного сигналу. 5. Розрахувати ступінь розбіжності досліджуваного сигналу з еталонним за спектром досліджуваного сигналу. Ступінь розбіжності досліджуваних сигналів з еталонним чисельно розраховується за допомогою коефіцієнту трансформант [3]: N1 2 tr i / in n k A A (1) де A n амплітуда трансформанти (функції), за якою проводилась нормалізація, N формат сигналу. Для тестування методу нормалізації сигналів за кроком було обрано пульсограми людини в стані спокою, одразу після куріння та через п ять хвилин після нього. При використанні косинусного дискретного перетворення сигнали нормуються таким чином, щоб динамічний діапазон значень складав [-1, 1]. В якості еталонного сигналу обрано математичне очікування множини пульсограм людини в стані спокою (рис. 1). «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 241

242 Радіоелектроніка біомедичних технологій Рисунок 1. Еталонний нормований сигнал. Алгоритм нормалізації сигналів за кроком передбачає проеціювання відліків дискретного еталонного сигналу на обрану базову функцію перетворення та створення нової «передискретизованої» матриці дискретного косинусного перетворення [4]. Спектр нормалізованого еталонного сигналу розраховується як: 242 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» et N T et S Cs x, де Cs N «передискретизована» матриця косинусного дискретного перетворення, еталонний сигнал. Досліджувані сигнали коригуються з урахуванням попередньо визначених нових (нееквідистантних) кроків дискретизації. Спектр еталонного сигналу має одну ненульову трансформанту та коеф. трансформант рівний 0. Один з досліджуваних сигналів представлено на рис. 2. Спектр даного сигналу відрізняється від спектру еталонного сигналу наявністю додаткових ненульових трансформант. Коефіцієнт трансформант для даного прикладу складає 0,7. Для створення класифікатора, що буде виявляти приналежність досліджуваної пульсограми до класу Рисунок 2. Досліджуваний сигнал (пульсограма людини після куріння). x et пульсограм здорової людини в стані спокою необхідно виконати наступні кроки [4]: 1. За вибіркою сигналів, що входять до даного класу розрахувати еталонний сигнал математичне очікування вибірки. 2. Провести передискретизацію сигналу у відповідності до обраної функції ортогонального перетворення, створити нормалізовану матрицю дискретного перетворення та визначити за нормалізованим еталонним сигналом кроки дискретизації. 3. Визначити спектри нормалізованих за кроком сигналів (з урахуванням нових кроків дискретизації), що входять до даного класу. В даному прикладі пульсограми людини в стані спокою. де x dosl dosl N T dosl S Cs x (3) нормалізований за кроком досліджуваний сигнал.

243 Радіоелектроніка біомедичних технологій 1. Визначити коефіцієнти трансформант для сигналів класу та за максимальним значенням встановити граничне значення класу. 2. Досліджувані сигнали нормалізувати за кроком та обчислити спектри за (3). Визначити коефіцієнти трансформант. 3. Провести класифікацію: ktr. dosl ktr.max сигнал не належить до даного класу; ktr. dosl ktr.max сигнал належить до даного класу; ktr. dosl ktr.max необхідно провести додаткові дослідження. Для даного прикладу при створенні класифікатора для пульсограм за наявними пульсограмами людини в стані спокою було встановлено границю класу з коефіцієнтом трансформант 0,5787. Пульсограми людини після куріння і через 5 хвилин після куріння були використані в якості досліджуваних сигналів. Розрахунки підтвердили працездатність методу нормалізації сигналів за кроком з використанням дискретного косинусного перетворення та можливість його використання для класифікації сигналів. Коефіцієнти трансформант досліджуваних сигналів виявились більшими границі класу, тобто дані пульсограми не входять в множину пульсограм здорової людини в стані спокою. Даний метод має переваги в порівнянні з методом нормалізації сигналів за рівнем та нормальним перетворенням [2], а саме можливість використання сигналів з нульовими відліками. Перелік посилань 1. Абакумов В.Г. Біомедичні сигнали (генезис, обробка, моніторинг) (Навчальній посібник з грифом МОН України) / В.Г. Абакумов, О.І. Рибін. Київ: Нора Прінт, 2001, 516с. 2. Мельник А.Д. Нормализация эталонного сигнала с постоянным шагом дискретизации./ Рыбин А.И. // Радиоэлектроника с (Изв. высш. учеб. заведений). 3. Рыбин А. И. Анализ подобия и различия образов с использованием но-рмального ортогонального преобразования/ А. И. Рыбин, Ю. Х. Нижебецкая // Радиоэлектроника Т. 53, 3. с (Изв. высш. учеб. заведений). 4. Сушко И.А. Классификация одно- и двумерных сигналов методами нормализации и нормального преобразования / И.А. Сушко, А.И.Рыбин, А.Д. Мельник, Ю.Х. Нижебецкая, С.Н. Литвинцев // Радиоэлектроника Т. 59, 1. с (Изв. высш. учеб. заведений). Анотація В роботі представлені результати застосування методу нормалізації сигналів за кроком з використанням косинусного дискретного перетворення для класифікації сигналів на прикладі пульсограм здорової людини в стані спокою та пульсограм після куріння. Ключові слова: класифікація та нормалізація сигналів, коефіцієнт трансформант. Аннотация В работе представлены результаты применения методу нормализации сигналов по шагу с использованием косинусного дискретного преобразования для классификации сигналов на примере пульсограмм здорового человека в состоянии покоя и пульсограмм после курения. Ключевые слова: классификация и нормализация сигналов, коэффициент трансформант. Abstract The results of using the signal normalisation method by step with cosine discrete transformation for signal classification is represented. There are pulsograms of a healthy person in a state of rest and pulsograms after smoking as example. Keywords: signal classification, signal normalization, transform coefficient. k tr.max «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 243

244 Радіоелектроніка біомедичних технологій МОДЕЛЬ НЕОДНОРІДНОЇ ЛІНІЇ ПЕРЕДАЧІ ДЛЯ БІОСЕРЕДОВИЩА Герус А. М., студентка; Нелін Є. А., д.т.н., професор КПІ ім. Ігоря Сікорського, м. Київ, Україна Швидкий прогрес у радіоелектроніці, інформаційно-комп’ютерній техніці, мобільному зв язку зумовлений, зокрема, використанням електромагнітних хвиль (ЕМХ). У медицині, крім діагностики та лікування з використанням ЕМХ, набувають розвитку радіосистеми забезпечення безперервного моніторингу фізіологічних даних та терапії на основі імплантованих сенсорів та актюаторів [1]. Віддалений контроль фізіологічного стану органів людини може бути забезпечений надширокосмуговим радаром [2]. Розвиток застосувань ЕМХ потребує вивчення особливостей їхнього поширення в організмі людини та контролю безпеки впливу ЕМХ на людину. Організм людини є багатошаровим біологічним середовищем. Задача поширення хвиль у багатошаровому середовищі формулюється як крайова з граничними умовами. Традиційне вирішення такої задачі виконується за моделлю багатопроменевої інтерференції з урахуванням усіх відбитих хвиль та хвиль, що пройшли [3, 4]. Ця модель громіздка, потребує значного обсягу математичних перетворень. Підхід на основі хвильового імпедансу середовища (зокрема квантовомеханічного [5]) дозволяє скористатися апаратом теорії неоднорідних ліній передачі (НЛП). Така модель суттєво спрощує моделювання, оскільки граничні умови враховано автоматично, та дозволяє скористатися аналогіями з теорії НЛП. Розглянемо застосування моделі НЛП для біосередовища та зіставимо отримані результати з результатами [4]. Особливість біотканини як середовища поширення ЕМХ полягає в наявності втрат, у значному діапазоні значень електромагнітних параметрів залежно від типу тканини, а також у частотній залежності цих значень. На рис. 1 наведено багатошарову модель голови людини [4], а в табл. 1 значення параметрів шарів згідно з [4]. Діапазон частот становить 8 12 ГГц. Рис. 1 ілюструє НЛП, що відповідає цій моделі. Хвильовий імпеданс та постійна поширення ЕМХ дорівнюють [3] Рисунок 1. Модель голови людини та НЛП, що їй відповідає; z,, та l хвильовий імпеданс, відносна діелектрична проникність, питома провідність та товщина шару. 244 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

245 Радіоелектроніка біомедичних технологій z μ0 ε ε iσ/ω 0, γ iωμ 0(σ iωε0ε), (1) де електрична та магнітна постійні; i= 1 ; ω=2πf, частота. Аналіз НЛП зводиться до послідовного розрахунку вхідного ім- Шар ε σ, См/м, мм Таблиця 1. педансу на межах шарів, починаючи справа. Вхідний імпеданс на шкіра 41 0,70 1,5 жир 5 0,04 1,0 кістка 12 0,95 3,0 межі між поточним та попереднім мозок 45 0,50 20,0 шарами визначається формулою Zi1 zith(γ ili ) Zi zi, (2) z i Z i1th(γ i l i) де вхідний імпеданс на попередній межі. Коефіцієнт відбиття від НЛП (за модулем) дорівнює ε, μ 0 0 Zi 1 Z z R Z z де Z вхідний імпеданс НЛП; z 0 0 0, (3) хвильовий імпеданс середовища на вході НЛП, z 0 0 / 0. На рис. 2 наведено частотні залежності коефіцієнта відбиття, що відповідають моделі НЛП згідно з (1 3). Для аналізу впливу втрат приведено залежність коефіцієнта відбиття модельної НЛП без втрат зі значеннями ,9 На жаль, повною мірою неможливо зіставити залежність 1 з залежністю, розрахованою за моделлю багатопроменевої інтерфе- 0,85 R ренції [4], оскільки в [4] відсутні 1 параметри вихідного середовища. 0,80 Нами прийнято, що ці параметри такі ж, як і параметри шару, що 2 відповідає мозку. Монотонно спадаючий характер залежності 1 з 0, f, ГГц деяким підйомом на верхніх Рисунок 2. Частотні залежності коефіцієнта відбиття з урахуванням (1) та без ура- залеж-ності, наведеної в [4]; чис- частотах збігається з характером хування (2) втрат. лові значення дещо менші. Так, в [4] на частоті 10 ГГц значення R 0, 89, а згідно з залежністю 1 R 0, 82, що на 8% менше. Як бачимо з залежності 2, втрати не мають суттєвого впливу на коефіцієнт відбиття. Так, на частоті 10 ГГц без урахування втрат значення f l «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 245

246 R 0, 78 Радіоелектроніка біомедичних технологій, що лише на 5% менше ніж згідно з залежністю 1. Залежність 1 свідчить про відсутність вузькосмугових особливостей поширення ЕМХ крізь багатошарову біоструктуру, що моделюється, у розглянутому діапазоні частот. Як відомо, в електромагнітних та квантово-механічних багатошарових структурах спостерігаються значні резонансні ефекти. Безсумнівний інтерес становить аналіз можливості таких ефектів в біологічних багатошарових структурах. Модель НЛП є зручною та наочною моделлю для аналізу особливостей поширення ЕМХ у біосередовищі. Ця модель одновимірна. Результати, отримані за моделлю НЛП, можуть слугувати вихідними для тривимірного моделювання поширення ЕМХ у біосередовищі, наприклад за допомогою програмного пакета тривимірного електромагнітного моделювання CST Microwave Studio. Перелік посилань 1. Zhao J. F. A Review on Human Body Communication: Signal Propagation Model, Communication Performance, and Experimental Issues / J. F. Zhao, X. M. Chen, B. D. Liang, Q. X. Chen // Hindawi, Wireless Communications and Mobile Computing Vol Werfelli H. UWB pulse propagation into layered model of human body / H. Werfelli, K. Tayari, M. Chaou et al. // Journal of Telecommunication Electronic and Computer Engineering Vol. 9, No 3. P Gasmelseed A. New development environment for modern bioelectromagnetics signal processing applications / A. Gasmelseed // IEEE Microwave Magazine Vol. 14, No 5. P Faktorova D. Modelling of scattering parameters in biological tissues / D. Faktorova, K. Istenikova//Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review) 2011 Vol.87, No5 P Нелин Е. А. Импедансная модель для «баръерных» задач квантовой механики / Е. А. Нелин // Успехи физических наук Т.177, 3. С Анотація Розглянуто моделювання поширення електромагнітних хвиль у багатошаровому біосередовищі за моделлю неоднорідної лінії передачі. Наведено частотну характеристику коефіцієнта відбиття. Виконано порівняння отриманої залежності з характеристикою за моделлю багатопроменевої інтерференції та з залежністю без урахування втрат. Ключові слова: біосередовище, хвильовий імпеданс, неоднорідна лінія передачі. Аннотация Рассмотрено моделирование распространения электромагнитных волн в многослойной биосреде на основе модели неоднородной линии передачи. Приведена частотная характеристика коэффициента отражения. Выполнено сравнение полученной зависимости с характеристикой согласно модели многолучевой интерференции и с зависимостью без учета потерь. Ключевые слова: биосреда, волновой импеданс, неоднородная линия передачи. Abstract Simulation of electromagnetic waves propagation in multilayer biomedium based on nonuniform transmission line model is considered. Reflection coefficient frequency characteristic is given. A comparison of obtained dependence with characteristic according to multipath interference model and with dependence without losses taking into account is made. Keywords: biomedium, wave impedance, nonuniform transmission line. 246 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

247 Радіоелектроніка біомедичних технологій ДОСЛІДЖЕННЯ ОНКОКЛІТИН ЗА ДОПОМОГОЮ ОПТОЕЛЕКТРОННОЇ СИСТЕМИ Івановська К. О.; Богомолов М. Ф., к.т.н., доцент Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Поширення онкологічних захворювань обумовлює створення сучасних приладів діагностики і моніторингу, що спрямовані на підвищення ефективності методів реєстрації та оброблення біомедичних показників, а також розвиток медичних засобів діагностики. Діагностика раку на ранній стадії і лікування значно збільшують шанси на одужання. Дослідження форми, розмірів та деформації патологічних онкоклітин, за допомогою оптоелектронної системи, є досить важливим етапом діагностики. Застосування оптичного випромінювання базується на взаємодії світла з біологічними тканинами [1], а саме його розсіюванні, відбитті та поглинанні. На рис. 1 показаний спектр поглинання меланіну, що міститься в епідермісі шкіри людини. При проведенні розрахунків великий інтерес представляє величина оптичної густини епідермісу, яка залежить Рис. 1. Спектр поглинання меланіну від кількості меланіну в базальному шарі. Вона визначається за формулою OD = μ mel h e, де µ mel коефіцієнт поглинання меланіну; h e товщина шару епідермісу. На рис. 2 зображено залежність коефіцієнта поглинання та глибини проникнення оптичного випромінювання від властивостей біологічної тканини [2]. Як видно з рисунка, найбільша глибина проникнення потрапляє в область терапевтичного вікна. Саме Рис. 2. Коефіцієнт поглинання та глибина проникнення оптичного випромінювання у воді, гемоглоджень патології онкоклітин тому для проведення дослібіні та меланіні в залежності від довжини хвилі використовують діодні лазери та світлодіоди, які лежать в області червоного та ближнього інфрачервоного випромінювання. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 247

248 Радіоелектроніка біомедичних технологій Важливою властивістю розсіювальної тканини є анізотропія. Залежність фактора анізотропії шкіри (як дерми, так і епідермісу) може бути описана таким емпіричним співвідношенням (2): λ 500 нм g(λ) = 0, ,2355 [1 exp ( )]. (2) 729,1 нм Залежність коефіцієнта розсіювання шкіри від довжини хвилі описується таким виразом (3)[2]: μ s (λ) = μ s (λ 0 ) ( λ 3 ) нм Принципи зондування лазерним випромінюванням і реєстрації отриманих сигналів після проходження через біооб єкт, покладені в основу функціональної схеми оптико-електронного око-процесорного томографа для візуалізації внутрішньої структури онкоклітин та тканин. Схема містить три джерела зондувального випромінювання з різними довжинами (1=690 нм, 2=786 нм та 3=830 нм) або твердотільні (титан-сапфірові в режимі модуляції добротності = нм) лазери, просторово-часовий модулятор світла, скремблер та поляризатор, які утворюють формувальний канал лінійно-поляризованого світла. На рисунку 3 зображена схема оптико-електронного томографа. Томографічна система для ранньої діагностики патології онкоклітин (рис. 3) поєднує най-ефективніші методи вимірювань із пара-лельними Рисунок 3. Функціональна схема оптико-електронного око-процесорного томографа для візуалізації онкоклітин 248 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» (3) швидкодіючи-ми методами оброблення інформації. Для аналізу хара-ктеристик анізотропії під час дослідження плоско паралельних зразків патологічних тканин та клітин пропонується метод лазерної відео поляриметрії, яка базується на аналізі растрової матриці Мюллера. Величини анізотропії випромінювання після взаємодії з біотканиною можуть бути представлені через параметри вектора Стокса. Для описання зв язку вихідного (після взаємодії випромінювання з об єктом) і вхідного векторів Стокса Г. Мюллер запропоновано матрицю M розмірністю 44(4) [3]: m 00 m 01 m 02 m 03 S вих = M S вх m 10 m 11 m 12 m 13 = [ m 20 m 21 m 22 m ] = 23 m 30 m 31 m 32 m 33 S 0 вх S 1 вх S 2 вх [ S вх 3 ] = S 0 вих S 1 вих S 2 вих [ S вих 3 ], (4) де S вих та S вх вектори Стокса до та після взаємодії випромінювання з об єктом.

249 Радіоелектроніка біомедичних технологій Елементи матриці Мюллера m ij дійсні, переважно незалежні числа, що є функціями частоти світла, розмірів, форми, орієнтації та складу розсіювальних частинок досліджуваного зразка. До того ж анізотропна поведінка більшості БТ (шкіра, молочна залоза, м язові тканини тощо) може бути описана за допомогою головного мінора M 33 матриці Мюллера [3]. Для аналізу анізотропних властивостей локальної ділянки БТ пропонується мультиплікативна модель, за якою плоско-паралельний зразок уявляється послідовністю «елементарних» шарів з певним типом анізотропії (CP циркулярної фазової, LP лінійної фазової, LA лінійної амплітудної)(5): M 3 3 = M CP M LP M LA. (5) Просторові анізотропні властивості біооб єкта характеризуються растром (MN) головних мінорів 33 матриць Мюллера локальних ділянок зразка. Поляризаційний метод діагностики застосовується для ранньої діагностики патологій онкоклітин та дозволяє з точністю контролювати параметри анізотропії, розміри, досліджувати деформацію та форму патологічних клітин. Перелік посилань 1. Игнатов А.Н.Основы оптоэлектронники. Новосибирск: СибГУТИ, с. 2. Оптическая биомедицинская диагностика:[в 2 т.]. Т.1 / Пер. с англ.; Под ред. В.В. Тучина. М.: ФИЗМАТЛИТ, с 3. Тужанський С.Є. Визначення параметрів анізотропії зразків біотканин на основі аналізу головного мінору 3 матриці Мюллера / С.Є. Тужанський, С.М. Савенков, О.С. Клімов // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології (15). С Анотація В роботі розглянуто оптичні властивості взаємодії світла з біологічними середовищами та розглянуто схему оптико-електронного око-процесорного томографа для візуалізації внутрішньої структури онкоклітин та тканин Запропоновано метод лазерної відеополяриметрії для аналізу характеристик анізотропії під час дослідження плоско-паралельних зразків онкоклітин. Ключові слова: оптоелектроніка, дослідження, онкоклітини. Аннотация В работе рассмотрены оптические свойства взаимодействия света с биологическими средами и рассмотрено схему оптико-электронного глаз-процессорного томографа для визуализации внутренней структуры онкоклеток и тканей. Предложен метод лазерной видеополяриметрии для анализа характеристик анизотропии в ходе исследования плоско-параллельных образцов онкоклеток. Ключевые слова: оптоэлектроника, исследования, онкоклетки. Abstract The optical properties of the interaction of light with biological media are considered in this work and the scheme of optoelectronic eye-processor tomograph for visualization of internal structure of oncocells and tissues. The method of laser video polarimetry for analyzing the anisotropy characteristics during the study of flat-parallel samples of oncoclines was proposed. Keywords: optoelectronics, research, oncology. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 249

250 Радіоелектроніка біомедичних технологій ПОРІВНЯННЯ РАДІОМЕТРИЧНОГО ТА КІЛЬКІСНОГО ПОКАЗНИКІВ МІКРОФЛОРИ Перегудов С. М., к.т.н., доц.; Ступаренко А. В., магістрант Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Останнім часом методи НВЧ радіометрії все частіше застосовуються у різних галузях народного господарства і науки. Покращення характеристик радіометричних систем (РС) і, перш за все, чутливості, підвищує їх спроможності, особливо в області біомедичних застосувань, одним з яких є оцінка стану біологічних об єктів [1]. Однією з причин такої можливості, на наш погляд, є екзотермічний характер біохімічних процесів, що супроводжують життєдіяльність організмів. Наприклад, показник щільності популяції бактерій у рідкому середовищі відповідає певному значенню інтенсивності електромагнітного випромінювання (ЕМВ), що реєструється радіометричними засобами [2]. Це може пояснюватись тим, що джерелом енергії, потрібної для розмноження мікроорганізмів, є анаеробне окислення вуглеводів. Причому лише частина створеної енергії акумулюється біоструктурами, інша перетворюється у тепло та поглинається навколишнім середовищем, в тому числі через ЕМВ різних частот. Таким процесом, зокрема, є молочнокисле бродіння, перебіг якого досить добре вивчені (див., наприклад, [3]). Тому відомі кількісні показники можна порівняти з результатами вимірювання інтенсивності ЕМВ радіометричними засобами. Проте, їх вибір за частотним діапазоном значною мірою залежить від експериментального зразка та оточуючого середовища. Отже використання приймачів інфрачервоного діапазону ускладнюється через значні завади, що утворюються розташованими поблизу нагрітими об єктами, вплив яких важко врахувати. При застосуванні РС см- та дм-діапазонів слід враховувати багатократні відбиття ЕМВ від меж розділу різних середовищ через його високу проникну здатність для цих діапазонів. Тому, на погляд авторів, більш доцільним є реєстрація випромінювання у мм-діапазоні. Метою даної роботи було порівняння спектральної щільності потужності шумового випромінювання (СЩПШ) мм-діапазону, як радіометричного показника стану мікрофлори, з її кількісними показниками, відомими з літератури. Тобто перевірити, чи можливе застосування радіометричного методу як безконтактного засобу контролю динаміки розвитку мікрофлори, а також перебігу інших екзотермічних процесів. Об єктом дослідження був процес молочнокислого бродіння, а предметом інтенсивність ЕМВ, що його супроводжує, яку в умовах експерименту зручніше виразити через СЩПШ. 250 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

251 Радіоелектроніка біомедичних технологій В роботі досліджувались 3 експериментальних зразки з молоком та 3 контрольних зразки з дистильованою водою. Дослідження проводились протягом 20 діб, а зразки зберігались при кімнатній температурі, а перед вимірюваннями протягом 1 години нагрівались у термостаті до (401)С. Вимірювання СЩПШ кожного експериментального зразка проводилось за допомогою високочутливої радіометричної системи на частоті 45 ГГц. Для зменшення випадкової складової похибки вимірювань використані багатократні спостереження, проте час одного вимірювання не перевищував 20 с. За визначеними середніми величинами СЩПШ для експериментальних ( ) зразків розраховувалась надлишкова СЩПШ ( p pe pk), яка нормувалась до власного максимального значення. Проведено порівняння отриманих залежностей pt p max, як радіометричного показника стану молочнокислої мікрофлори, зі зміною у часі загальною кількістю бактерій за даними [3] для фази змішаної мікрофлори p E ) та контрольних ( p K N t (рис.1) і фази молочнокислих бактерій. Рисунок 1 Зміна щільності популяції та СЩПШ випромінювання у фазі змішаної мікрофлори: 1 N(t) крива зміни у часі загальної кількості бактерій за даними [3]; 2 p/pmax крива зміни у часі надлишкової СЩПШ, нормованої до власного максимального значення. p max Визначені коефіцієнти кореляції між pt pmax та Nt складають відповідно 0,70 та 0,60. Це свідчить про достатньо добрий збіг радіометричного та кількісного показників мікрофлори та підтверджує можливість застосування та точність радіометричного методу як безконтактного способу контролю динаміки розвитку мікрофлори, а також перебігу інших екзотермічних процесів. Автори вдячні проф. Яненко О.П. за цінні поради та надання можливості проведення досліджень в лабораторії мікрохвильової радіометрії та НВЧ вимірювань, яку він очолює. Перелік посилань 1. Микроволновая радиометрия физических и биологических объектов / [Скрипник Ю.А., Яненко А.Ф., Манойлов В.Ф. и др.] ; под общ. ред. Ю.А. Скрипника. Житомир, с. 2. Перегудов С. М. Радіометричний метод оцінки щільності популяції «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 251

252 Радіоелектроніка біомедичних технологій мікроорганізмів / Перегудов С. М., Ступаренко А. В. // Міжнародна науковотехн. конф. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи». Київ, березня 2017 р.: матеріали конференції Київ, С Степаненко П. П. Микробиология молока и молочних продуктов: Учебник/ П.П. Степаненко. Сергиев Посад: ООО «Все для Вас-Подмосковье», с. Анотація Робота присвячена радіометричному методу контролю стану мікрофлори рідкого середовища. Проведено порівняння інтенсивності власного випромінювання популяції мікроорганізмів з кількісними показниками і отримана достатньо сильна кореляційна залежність між ними. Ключові слова: радіометричній метод, власне випромінювання, мікрофлора. Аннотация Работа посвящена радиометрическому методу контроля состояния микрофлоры жидкой среды. Проведено сравнение интенсивности собственного излучения популяции микроорганизмов с количественными показателями и получена достаточно сильная корреляционная зависимость между ними. Ключевые слова: радиометрический метод, собственное излучение, микрофлора, Abstract This work is devoted to the radiometric testing method of the microflora state for the nutrient fluid. Intensity of the microorganisms own radiation is compared to the quantitative indexes. It is found the enough cross-correlation dependence between them. Keywords: radiometric method, own radiation, microflora. 252 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

253 Радіоелектроніка біомедичних технологій МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ КАТЕТЕРНОЇ РАДІОЧАСТОТНОЇ АБЛЯЦІЇ АРИТМОГЕННИХ ЗОН СЕРЦЯ Сичик М. М. 1,2, к.т.н., провідний інженер; Кравчук Б. Б. 1, к.мед.н., лікархірург; Філімонова В. В 2, магістрант; Ковшевацька В. В. 2, магістрант; Лафета О. О. 2, бакалавр 1 Національний інститут серцево-судиної хірургії імені М.М.Амосова Національної академії медичних наук України», м. Київ, Україна 2 Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Актуальність роботи. Прогрес у галузі біомедичної інженерії та технологій обробки зображень забезпечує постійно зростаючу кількість математичних та обчислювальних моделей/систем для клінічної електрофізіології. Серед досліджуваних питань найбільш актуальними є: підвищення точності візуалізації анатомії серця та механізмів складних аритмій, локалізація внутрішньосерцевого катетера та його контакту зі стінкою серця, а також вибір параметрів електричного впливу та оцінка розмірів деструкції тканин міокарда [1, 2]. Удосконалення методу катетерної радіочастотної абляції (РЧА) аритмогенних зон серця за рахунок вказаних нововведень має спільну мету розробку нового інформаційного забезпечення для підвищення ефективності та безпечності процедури. Матеріали та методи. Клінічні дослідження та технологічні розробки були виконані та впроваджені у відділенні лікування аритмій з рентген-операційною НІССХ ім. М.М. Амосова НАМН України. Застосовувалися спеціалізовані методи діагностики для отримання об єктивних даних, електроанатомічне картування та комп ютерна томографія (КТ) для візуалізації анатомії серця. Для розробки автоматизованих комплексів та систем використані програми автоматизованого моделювання Matlab та Verismo. Технічні розробки 1. Алгоритм сегментації зрізів комп ютерної томографії серця для підвищення точності візуалізації анатомічних структур Система EnSite Velosity NavX (St. Jude medical) використовується безпосередньо при проведенні РЧА, здатна відтворювати тривимірну електроактиваційну модель певної структури серця, розміщення катетерів. Проте дана модель не точно відображає всі особливості анатомічної будови, що дуже важливо при катетерних процедурах. На основі обробки КТ зрізів в програмному забезпеченні Verismo реалізовано алгоритм побудови 3D моделі серця та суміжних важливих анатомічних структур (легеневих вен, стравоходу). Алгоритм сегментації базується на пороговому методі поділу зображення в DICOM форматі на області, «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 253

254 Радіоелектроніка біомедичних технологій для яких виконується певний критерій однорідності (яскравості). Здійснюється експорт побудованої тримірної моделі в систему EnSite Velosity NavX та суміщення сегментованої моделі і електро-анатомічної карти для подальшого проведення по них РЧА. а) Рисунок 1 Запропонований підхід проведення РЧА (а) та суміщені моделі (б) 2. Оцінка контакту електроду з тканиною міокарда для прогнозування ефективності катетерної радіочастотної деструкції Важливим фактором для ефективної передачі електричної енергії тканині і надійної деструкції аритмогенної зони, є стабільний контакт електроду з поверхнею серця під час нанесення аплікації. В програмному середовищі Matlab розроблено незалежний автоматизований комплекс, який базується на цифрових даних карт індивідуальної анатомії серця та точок деструкції в тривимірному просторі з координамами (х, у, z), отриманих з системи EnSite Velosity NavX. Він дозволяє відобразити точки РЧ аплікацій на поверхні моделі серця в кольоровому спектрі, який відповідає різній відстані L електрода до тканини міокарда: L ( x1 x2) ( y1 y2) ( z1 z2), де (х 1, у 1, z 1 ) позиції електроду в момент абляції, а (х 2, у 2, z 2 ) проекції аплікації на поверхню моделі серця. б) Рисунок 2 Модель лівого передсердя з оцінкою контакту електроду різними кольо- 254 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

255 Радіоелектроніка біомедичних технологій рами: червоні точки РЧА хороша сила контакту; зелені середній контакт; сині слабкий контакт; фіолетові контакт відсутній 3. Параметри електричного впливу для ефективної та безпечної РЧА і модель візуалізації радіочастотної деструкції Визначено параметри РЧА (діапазони вихідної потужності, моніторованої температури та тривалості аплікації) для різних анатомічних зон серця, що дозволяють виконувати ефективну та безпечну трансмуральну деструкцію аритмогенних тканин міокарда. Таблиця 1 Параметри електричного впливу для ефективної та безпечної РЧА Зона РЧ впливу Типорозмір електроду Потужність, Вт Температура, С Тривалість, с Передсердно-шлуночкова 4 мм 35±10 47±3 45±15 борозна Атріо-вентрикулярне з єднання 4 мм 30±5 44±3 20±5 Праве передсердя 8 мм 60±10 46±2 30±10 Ліве передсердя 3,5 мм з охолодженням 30±5 38±1 20±5 Правий шлуночок 4 мм 35±10 46±2 50±10 Лівий шлуночок 4 мм 50±10 46±2 50±10 Запропоновано та реалізовано підхід візуалізації точок радіочастотної абляції на моделі серця (рис. 2) в різному кольоровому спектрі в залежності від параметрів електричного впливу наведених у таблиці 1. Висновки. Запропоновані нові методи та засоби катетерної РЧА впроваджено в клінічну практику. Вони дозволяють підвищити ефективність та безпечність методу катетерної РЧА за рахунок візуального інформаційного забезпечення процедури абляції. Перелік посилань 1. Visualization of the radiofrequency lesion after pulmonary vein isolation using delayed enhancement magnetic resonance imaging fused with magnetic resonance angiography. / K. Kiuchi, K. Okajima et al. // Journal of Arrhythmia Vol. 31, 3. P Better lesion creation and assessment during catheter ablation. / S. Kumar, C.R. Barbhaiya et al. // Journal of Atrial Fibrillation Vol. 8, 3. P Анотація Запропоновані методи та засоби катетерної РЧА, які впроваджено в клінічну практику. Вони дозволяють підвищити ефективність та безпечність методу катетерної РЧА за рахунок візуального інформаційного забезпечення процедури абляції. Ключові слова: катетерна РЧА, ефективність, безпечність. Аннотация Предложены методы и средства катетерной РЧА, которые внедрены в клиническую практику. Они позволяют повысить эффективность и безопасность метода катетерной РЧА за счет визуального информационного обеспечения процедуры абляции. Ключевые слова: катетерная РЧА, эффективность, безопасность. Abstract Methods and tools of catheter RFA introduced into clinical practice are proposed. They allow to increase the efficiency and safety of the catheter RFA method due to the visual information support of the ablation procedure. Keywords: catheter RFA, efficacy, safety. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 255

256 Радіоелектроніка біомедичних технологій Рис. 1. Структурнаа схема приладу. МЕТОДИКА ТА МАТЕМАТИЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЇЇ ВИКОРИСТАННЯ ДЛЯ БЕЗКОНТАКТНОЇ МЕДИЧНОЇ ДІАГНОСТИКИ ЗАПАЛЕНЬ Шайко-Шайковський О. Г., д.т.н., проф. 1 ; Білов М. Є., с.н.с. 1 ; Крамар В.М., д.ф.-м.н., проф. 1 ; Дудко О. Г., к.м.н., доц. 2 ; Білик Г. А., к.м.н. 2 1 Чернівецький національний університет ім. Юрія Федьковича, 2 Буковинський державний медичний університет, м. Чернівці, Україна Вступ. Діагностика, визначення характеру та місць запалень і розладів, їх ідентифікація тощо є важливою задачею діагностичних заходів. В більшості випадків означені ускладнення та розлади пов язані із різким підвищенням температури на поверхні тіла на деяких ділянках. При цьому існує досить велика кількість розладів, при яких не можливо, або дуже небажано застосування контактних способів вимірювання температури. Отримана в результаті безконтактних досліджень інформація дозволяє якісно та кількісно оцінити функціональний стан організму, встановити можливі причини відхилень параметрів стану організму від нормальних [1]. Існуючі в наш час прилади для теплометрії не завжди задовольнять вимогам сучасної функціональної діагностики. З цією метою використовується розроблений та створений спеціалізований діагностичний апаратний комплекс, робота якого базується на використанні методів динамічної теплометрії та використовує безконтактні вимірювання [2]. У поточній версії (рис. 1) пристрій уявляє з себе: вимірювальну головку 6, що містить в собі: термоелектричний датчик теплового потоку1 на основі термоелементів з антимоніду кадмію 2 і електромеханічний затвор 3; прецизійний узгоджуючий підсилювач постійного струму 4; мікропроцесор 5, що керує процесом вимірювання, запису, обробки сигналу, вмиканням електромеханічного затвору і забезпечує зв’язок з комп’ютерним пристроєм, та персональний комп’ютер або інші альтернативні пристрої обробки інформації 7. Оброблена інформація, відповідно до вибраної методики та програми, представляється у вигляді графіку або таблиці на дисплеї. Датчик тепловий потоку уявляє з себе не охолоджуваний плоский приймач теплового випромінювання на основі термоелементів з антимоніду кадмію розміщений у термостатованому корпусі. Вхідне вікно корпусу приймача закрито оптичним фільтром, який визначає межи пропускної здатності спектрального діапазону інфрачервоного випромінювання. У таблиці 1 надано основні техничні характеристики розробленого вимірювального комплексу. 256 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

257 Радіоелектроніка біомедичних технологій Таблиця 1. Тех. Хар. інформаційно-вимірювального діагностичного комплексу Параметр Одиниці вимірювання Значення 1 Приймач ІК випромінювання, на основі анізотропних термоелементів, В/Вт 0,2 0,4 2 Ціна поділки цифрової шкали С 0,05 3 Температура досліджуваного об єкту С Час однієї експозиції сек 1 5 Час виходу на режим, не більше мин 30 6 Час неперервної роботи, не менше час 8 7 Температура оточуючого середовища С Відносна вологість повітря при 25 С % 80 Зчитана інформація накопичується на спеціалізованому запам ятовуючому пристрої. Після обробки в процесорі пристрою за допомогою спеціально розробленої програми та алгоритму, результати розрахунків представляються на екрані монітора у вигляді таблиць або графіків для прийняття рішення лікарем. В деяких випадках це ж саме можливо здійснювати на паперовому носії за допомогою стандартних принтерів або плотерів [3]. Програмне забезпечення комплексу дозволяє проводити накопичення інформації, здійснювати її порівняння з отриманими раніше результатами вимірювань, співставляти їх з тими, що містяться у базі даних для нормальних еталонних стандартних випадків досліджуваних органів. Відповідна інформація для цього розташована у базі даних вимірювальної системи, це дозволяє лікарю прийняти обґрунтоване рішення щодо вибору подальшої технології лікування, встановлення діагнозу захворювання [4]. Комплекс успішно апробовано в лікувальних закладах України та Росії: Київському науково-практичному центрі швидкої медичної допомоги та медицини катастроф; інституті педіатрії, акушерства та гінекології АМН України; інституті ендокринології та обміну речовин АМН України; Всесоюзному науковому центрі хірургії ВНЦ (зараз Російський НЦ) ім. Абрикосова. Застосування нової елементної бази та мікропроцесора дозволило вдосконалити методику реєстрації та обробки отриманої інформації, використовувати усереднений, за певний заданий проміжок часу тепловий сигнал, усунути тепловий дрейф як самого ІЧ приймача, так і дрейф приладу, ввести автоматичний вибір межі вимірювання за рівнем сигналу. Нове розроблене програмне забезпечення дозволяє розділити процеси зчитування інформації та її наступної аналітичной обробки. За вимірювальною головкою закріплено функції вимірювання, обробки та фіксації зареєстрованої інформації, а обробка вимірювань здійснюється за розробленою методикою в будьякому комп ютерному пристрої, який оснащений відповідною спеціалізованою програмою. У таблиці 1 наведено основні технічні характеристики комплексу. Висока чутливість: 0,05 С, що дає можливість оцінки стану функціональних систем організму, а також використання комплексу в різних галузях «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 257

258 Радіоелектроніка біомедичних технологій інженерії, технологічних процесів на сучасних промислових підприємствах, оцінювати та контролювати стан якості продукції. Основними перевагами комплексу є використання розробленої апаратури дозволяє ще на початкових стадіях виявляти змінення та порушення функцій діяльності організму. За допомогою комплексу розроблено відповідні методи діагностики в пульмонології, хірургії та неврології, онкології, трансплантології. Комплекс пройшов успішну апробацію та довів свою ефективність у декількох лікарняних закладах України та Росії, може використовуватись у терапевтичних, ендокринологічних, педіатричних відділеннях, у дитячій та гнойній хірургії, онкології, для контролю встановлення функцій органів та тканин в процесі лікування, в реабілітаційний період, в оперативній медицині. Перелік посилань 1. Калугин В.А., Гоженко А.И., Ветошников В.С., Белов М.Е. Способ динамической теплометрии. — Медицинская техника, 4, Москва: Медицина с Белов М.Е., Ветошников В.С., Гоженко А.И. и др. А.С. СССР, , Открытия и изобретения Калугін В.О., Пішак В.П. Динамічна радіаційна теплометрія. Можливості і перспективи.- Чернівці,- Прут с. 4. Комплекс «Термодин» для дистанционного измерения температуры/труды Междунар симпозиума «Надёжность и качество-2014»,/зинькив О.И., Белов М.Е., Сапожник В.Н., Билык Г.А., Шайко-Шайковский А.Г. — Пенза, Россия, с Complex Termodin for contactless remote medical diagnostics/ Биомедицинская инженерия и электроника/m.belov, Y.Makhrova, A.Bogoroch, V.Kramar, I.Oleksiuk, A.Shaiko-Shikovskij / Анотація Представлено методику та обладнання для безконтактної медичної діагностики запалень та розладів функціонування організму, можливості автоматизованої ідентифікації захворювань та відхилень від норми великої кількості захворювань. Представлено також можливість використання методики для контролю якості технологічних і виробничих процесів. Ключові слова: методика безконтактних вимірювань, медична діагностика, контроль фізіологічного стану. Аннотация Представлена методика и оборудование для бесконтактной медицинской диагностики воспалений и расстройств функционирования организма, возможности автоматизированной идентификации болезней и отклонения от нормы большого количества заболеваний. Представлена также возможность использования методики для контроля качества технологических и производственных процессов. Ключевые слова: методика бесконтактных измерений, медицинская диагностика, контроль физиологического состояния. Abstract The method and equipment for contactless medical diagnostics of inflammations and disorders of the functioning of the organism, possibilities of automated identification of diseases and deviations from the norm of a large number of diseases are presented. It is also possible to use a methodology to control the quality of technological and production processes. Keywords: method of contactless measurements, medical diagnostics, control of physiological state. 258 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

259 Мікроелектронна техніка. Функціональна та наноелектроніка Секція 7. Мікроелектронна техніка. Функціональна та наноелектроніка. Фізико-технічні та конструктивно-технологічні засади мікро-, функціональної та наноелектроніки; тенденції розвитку; мікро- та наноелектронні пристрої. Керівник секції: д.т.н., проф. Нелін Є. А. Секретар секції: Нікітчук А. В. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 259

260 Мікроелектронні пристрої. Функціональна та наноелектроніка ОСОБЛИВОСТІ РЕЗОНАНСНОГО ТУНЕЛЮВАННЯ ЕЛЕКТРОНІВ КРІЗЬ ТРИБАР ЄРНУ КВАНТОВО-МЕХАНІЧНУ СТРУКТУРУ Первак Є. О., магістрант; Андрієць С. Г., магістрантка; Нелін Є. А., д.т.н., професор КПІ ім. Ігоря Сікорського, м. Київ, Україна У міру наближення характерного розміру твердотільної електронної структури до нанометрового діапазону цей розмір стає зіставним із розмірами атомів, молекул, постійними кристалічних ґрат та стає можливим використання квантово-механічних хвильових ефектів для створення новітніх пристроїв оброблення сигналів. Функціонування таких пристроїв базується, насамперед, на тунельному ефекті. За умови резонансного тунелювання електронів (РТЕ) коефіцієнт проходження (за модулем) Квантово-механічна трибар єрна структура (ТБС) з РТЕ є основою таких пристроїв терагерцового діапазону, як квантові каскадні лазери [1] та пристрої з фотоіндуційованими характеристиками [2]. Розглянемо особливості РТЕ крізь симетричну ТБС, а також характер зв язку між її потенціальними ямами. Традиційне моделювання нанорозмірних структур полягає в зшиванні рішень на межах різнорідних областей структури (наприклад, для ТБС [3]). У разі такого підходу, що став стандартним, необхідні громіздкі алгебраїчні перетворення, які для структур із багатьма межами виконують матричним методом. В імпедансній моделі [4] граничні умови враховано автоматично, що суттєво спрощує моделювання. Рис. 1 ілюструє залежність потенціалу ТБС та її модель у вигляді неоднорідної лінії передачі. Для спрощення моделювання хвильові та вхідні імпеданси нормовано до імпедансу зовнішнього середовища. Потенціальні бар єр та яма відповідають відрізкам лінії передачі. Моделювання виконується послідовним розрахунком вхідного імпедансу на межах відрізків, починаючи з виходу структури. Попередній вхідний імпеданс є імпедансом навантаження наступного відрізка. Вхідний імпеданс структури дорівнює: де Z i вхідний імпеданс на Zi Zath(i kaa) Z, Рис. 1. Симетрична ТБС: V висота бар єра, 1 та Zа хвильові імпеданси зовнішнього середовища, потенціальної ями та ба-р єра, a та b товщина бар єра та ширина ями. T =1. вх 1 1 Za Zith(i kaa) правій межі першого бар єра; i= 1 ; k a та m a хвильове 260 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

261 Мікроелектронна техніка. Функціональна та наноелектроніка число та ефективна маса електрона в області бар єра, ka 2 ma( E V) /, енергія електрона, h /2π, h постійна Планка. На рис. 2 наведено залежності коефіцієнта проходження для двох ТБС ТБС 1 та ТБС 2. Власним значенням (рівням) енергії ТБС відповідає РТЕ. Збільшення власних рівнів енергії ТБС 2 зумовлене зменшенням резонансних довжин хвиль у разі зменшення ширини ями. Зменшення резонансних довжин хвиль відповідає збільшенню резонансних частот і згідно з формулою Планка збільшенню значень енергії. E Рис. 2. Залежності коефіцієнта проходження: а та б у широкому діапазоні для ТБС 1 (1) і ТБС 2 (2) та у вузькому для другої пари розщеплених рівнів ТБС 1, V 0,24 ев, a 2,5 нм, b 2,5 та 2 нм для ТБС 1 та ТБС 2 відповідно, ma mb m0, ефективна маса електрона в областях ями та зовнішнього середовища, маса електрона. Унаслідок зв язку між потенціальними ямами ТБС відбувається розщеплення власного рівня енергії поодинокої потенціальної ями. Розщеплення власного рівня енергії аналогічне розщепленню резонансної частоти коливального контуру для двох зв язаних контурів. Зв язок між потенціальними ямами ТБС залежить від коефіцієнта проходження потенціального бар єра між ними. Зі зростанням енергії цей коефіцієнт збільшується, збільшується зв язок і, відповідно, ступінь розщеплення рівнів. Ступінь розщеплення визначається різницею власних значень енергії пари розщеплених рівнів. Для першої пари розщеплених рівнів ТБС 1 E 0,00009 ев, а для другої пари E 0,00107 ев. Ступінь розщеплення другої пари рівнів у 12 разів більше ніж першої пари. Особливість квантово-механічних резонаторів полягає в їхній дуже високій добротності. Так, для лівого і правого рівнів енергії другої пари розщеплених рівнів ТБС 1 добротності дорівнюють 8483 і 8026 відповідно. Як відомо, зв язок між зв язаними контурами може бути різним за характером реактивності. Встановимо характер зв язку між потенціальними ямами ТБС. На рис. 3 наведено залежності складових вхідного імпедансу E m 0 m b «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 261

262 Мікроелектронні пристрої. Функціональна та наноелектроніка для другої пари розщеплених рівнів енергії ТБС 1. Знак реактивної складової зумовлений протилежністю знаків фази прямої хвилі в квантовій механіці й в радіотехніці. Зауважимо, що умова РТЕ відповідає узгодженню вхідного імпедансу ТБС з імпедансом зовнішнього середовища. У цьому випадку Re 1 Im Z 0. Zвх, а вх Як видно зв язок між потенціальними ямами ТБС має ємнісний характер. Перелік посилань 1. Consolino L. Spectral purity and tunability of terahertz quantum cascade laser sources Рис. 3. Залежності активної (1) та реактивної (2) складових вхідного імпедансу ТБС. based on intracavity difference-frequency generation / L. Consolino, S. Jung, A. Campa et al. // Sci. Adv Vol. 3, No. 9. e Ning W. G. The photoinduced voltage shift behavior in three-barrier resonant tunneling structure / W. G. Ning, J. Song, W. W. Wang, F. M. Guo // Opt. Quant. Electron Vol. 48, No Ткач М. В., Сеті Ю. О. Теорія властивостей резонансно-тунельних наноструктур, як активних елементів квантових каскадних лазерів і детекторів / М. В. Ткач, Ю. О. Сеті // УФЖ Т. 58, 2. С Нелін Є. А. Порівняння традиційного та імпедансного методів моделювання квантово-розмірних структур / Є. А. Нелін, М. В. Водолазька // Вісник НТУУ «КПІ». Сер. Радіотехніка. Радіоапаратобудування С Анотація Розглянуто особливості резонансного тунелювання електронів крізь квантово-механічну симетричну трибар єрну структуру (ТБС). Наведено характеристики коефіцієнта проходження ТБС із різною шириною потенціальних ям. Встановлено, що зв язок між потенціальними ямами ТБС має ємнісний характер. Ключові слова: трибар єрна структура, розщеплення власних рівнів енергії. Аннотация Рассмотрены особенности резонансного туннелирования электронов сквозь квантово-механическую симметричную трехбарьерную структуру (ТБС). Приведены характеристики коэффициента прохождения ТБС с различной шириной потенциальных ям. Установлено, что связь между потенциальными ямами ТБС имеет емкостной характер. Ключевые слова: трехбарьерная структура, расщепление собственных уровней энергии. Abstract The features of electrons resonant tunneling through a quantum-mechanical symmetric three-barrier structure (TBS) are considered. Transmission coefficient characteristics of the TBS with different potential wells width are given. It is established that the coupling between TBS potential wells is capacitive in nature. Keywords: three-barrier structure, energy levels splitt 262 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

263 Мікроелектронна техніка. Функціональна та наноелектроніка СИМУЛЯЦІЯ АНАЛОГОВОЇ ІНТЕГРОВАНОЇ МІКРОСХЕМИ Прищепа М. М., к.т.н., доц.; Озірний С. Р. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна З метою прискорення процесу проектування та розробки інтегрованих мікросхем і впровадження їх у виробництво та економії коштів виконують моделювання мікросхем за допомогою спеціальних прикладних програм. Після створення моделі досліджують електричні параметри мікросхеми та оцінюють придатність тої чи іншої архітектури до впровадження у виробництво. За допомогою моделювання з великої кількості модельних рішень можна вибрати оптимальне. Методи аналізу, розрахунків і проектування схемотехнічних елементів базуються на моделях основних елементів інтегрованих мікросхем, тож як вихідні взято електричні параметри, які за умови групових способів виробництва транзисторів однакових конструкцій будуть однаковими в межах усього кристала. При однакових параметрах транзисторів і вибраних методах аналізу та проектування аналітичні вирази для розрахунків основних параметрів схемотехнічних елементів набувають усталеної форми. Усі каскади інтегрованих підсилювачів безпосередньо з’єднані між собою, у схемах немає роздільних конденсаторів. Схемотехніка аналогових підсилювачів створюється на добре узгоджених за параметрами транзисторах і резисторах, які щільно розміщені на одному кристалі напівпровідника і формуються одночасно за один технологічний цикл. У статті [1] нами було розглянуто різні варіанти схемотехнічних рішень диференційних підсилювачів. Як результат обрано диференційний підсилювач з додатковою стабілізацією струму живлення. Завданням цієї частини роботи була розробка схемотехніки наступних каскадів, узгодження та порівняння розроблених варіантів мікросхеми з метою вибору оптимального. У статті нами поставлено за мету розглянути вплив деяких дестабілізованих вхідних параметрів (випадкової зміни напруги живлення в межах 20% та вхідної напруги від 0,1 до 3 мкв) на один з основних параметрів мікросхеми коефіцієнт підсилення за напругою. За номінальні, бралися параметри визначені у технічному завданні магістерської дисертації: напруга живлення E=10 В, амплітуда вхідного сигналу U вх =1мкВ. Створення моделей мікросхеми а також симуляції проводилися у середовищі MicroCAP [2]. Представлено такий варіант схеми: диференційний підсилювач за схе- «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 263

264 Мікроелектронні пристрої. Функціональна та наноелектроніка мою «спільний колектор» «спільна база» «спільний емітер» з додатковою стабілізацією струму живлення, підсилювач напруги за схемою «спільний емітер» на складених транзисторах Дарлінгтона, та вихідний каскад на комплементарних складених транзисторах Дарлінгтона зі схемою двобічного обмеження вихідного струму [3]. Модель мікросхеми розробленої в комп ютерному середовищі MicroCAP представлено на рисунку 1. Рисунок 1. Модель розроблюваної аналогової інтегрованої мікросхеми Вплив зміни напруги живлення на роботу розроблюваної мікросхеми розкрито в таблиці 1. Таблиця 1 Напруга живлення Е, В Значення струму живлення диференційного підсилювача І0, мка Амплітуда вхідного сигналуuвх, мкв Амплітуда вихідного сигналу, Uвих мв Коефіцієнт підсилення схеми за напругою KU , , , ,5 1 51, , Аналіз моделювання показав, що при зміні напруги живлення на 2В відхилення коефіцієнта підсилення не перевищують 17%. Це пояснюється високою чутливістю мікросхеми до вхідних параметрів. Вплив зміни величини вхідного сигналу на роботу розроблюваної мікросхеми розкрито в таблиці 2. Аналіз моделювання показав, що при зміні амплітуди вхідного сигналу в заданих межах відхилення коефіцієнта підсилення не перевищує 3,8%. 264 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

265 Мікроелектронна техніка. Функціональна та наноелектроніка Таблиця 2 Е, В І0, мка Uвх, мкв Uвих мв KU ,1 5, ,5 27, , , Отже можна зробити висновок, що за впливу розглянутих дестабілізуючих факторів схема залишається працездатною. Перелік посилань 1. Прищепа М. М., Симуляція аналогової інтегрованої мікросхеми в середовищі MicroCAP-9./ М. М. Прищепа, С. Р. Озірний // Збірник тез РТПСАС С Амелина М.А., Программа схемотехнического моделирования Micro- Cap. Версии 9, 10 / М. А. Амелина,С. А. Амелин Смоленск, Смоленский филиал НИУ МЭИ, с., 3. Прищепа М. М., Мікроелектроніка. В 3 ч. Ч. 2. Елементи мікросхемотехніки: Навч. Посіб. / М. М. Прищепа М. М.,В. П. Погребняк К.: Вища шк., с. Анотація Розглянуто вплив нестабільності напруги живлення і вхідної напруги на один із параметрів мікросхеми коефіцієнт підсилення за напругою. Проведено перевірку стабільності роботи розробленої аналогової інтегрованої міросхеми, що дало змогу пересвідчитися у її працездатності. Ключові слова: інтегрована мікросхема, диференційний підсилювач. Аннотация Рассмотрено влияние нестабильности напряжения питания и входного напряжения на один из параметров микросхемы коэффициент усиления по напряжению. Проведена проверка стабильности работы разработанной аналоговой интегрированной микросхемы, что дало возможность убедиться в её работоспособности. Ключевые слова: интегрированная микросхема, дифференциальный усилитель. Abstract The influence of instability of supply voltage and input voltage on one of the parameters of the microcircuit — voltage gain factor is considered. The stability of the developed analog integrated chip was checked, which made it possible to verify its operability. Keywords: integrated chip, differential amplifier. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 265

266 L 1 L 2 Мікроелектронні пристрої. Функціональна та наноелектроніка ФІЛЬТР НИЖНІХ ЧАСТОТ П’ЯТОГО ПОРЯДКУ НА ОСНОВІ КРИСТАЛОПОДІБНИХ НЕОДНОРІДНОСТЕЙ L 1 L 1 1 z h z h 1 C T C s 1 z h z l Зінгер Я. Л., аспірантка; Нелін Є. А., д.т.н., професор КПІ ім. Ігоря Сікорського, м. Київ, Україна Традиційні мікросмужкові фільтри нижніх частот (ФНЧ) конструюють на основі квазізосереджених реактивних елементів у вигляді різноімпедансних секцій X мікросмужкової X лінії та шлейфів. Для нових конструкцій фільтрів досліджують двовимірні електромагнітнокристалічні неоднорідності (ЕКН) у вигляді отвору B або щілини різної форми в металізованій поверхні або в сигнальному провіднику [1, 2]. Тривимірні ЕКН у вигляді тривимірних неоднорідностей в основі мікросмужкової лінії мають суттєво більшу ефективність, що визначається еквівалентним хвильовим імпедансом. Використання таких неоднорідностей X як квазізосереджених реактивних елементів у ФНЧ третього порядку дозволило значно покращити характеристики фільтра [3]. B B У представленій доповіді виконано проектування та порівняння конструкцій і характеристик ФНЧ п’ятого порядку традиційного та на основі тривимірних ЕКН. L На рис. 1 L 1 наведено 2 L схему 3 фільтра. Параметри фільтра: частота зрізу f c = 2 ГГц, рівень пульсацій у смузі пропускання 0,1 дб, характеристика Чебишова, Z 0 C Z 0 = 50 Ом. 1 C Значення 2 Z індуктивностей 0 та ємностей розраховуються згідно з формулами [1]: Zg 0 i L, L 1 L 3 L 5 g Z i Ci Z 0, 0 C 2 C 4 Z 0 c де c 2 fc; значення gi, i 1. 5, Рисунок 1. ФНЧ п’ятого порядку. визначаються типом характеристики та рівнем пульсацій. У даному випадку g1g5 1,1468, g2 g4 1,3712 та g3 1,9750. Матеріал основи Rogers RO3010, відносна діелектрична проникність 10,2, тангенс кута діелектричних втрат 0,0023 на частоті 10 ГГц, товщина діелектрика h 1,27 мм, товщина металізації 0,035 мм. Параметри ФНЧ на основі традиційних різноімпедансних секцій мікросмужкової лінії: ширина мікросмужкового провідника w L = 0,2 мм, w С =4 мм, хвильовий імпеданс Z L = 93 Ом, Z С = 24 Ом, де індекси «L» та «C» відповідають індуктивності та ємності. Довжини секцій визначаються формулами [1] z l z h i 1 c 1 z в z н z н 1 z в z в 1 z в «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

267 g Мікроелектронна техніка. Функціональна та наноелектроніка l L gl cl gc arcsin( ), l arcsin( ), 2 C ccz C Z 2 x w / h L де довжина хвилі на частоті f c, g c/ fc, с швидкість світла у вакуумі, відносна діелектрична проникність. Значення дорівнюють 1 0, ,5 εl ε ε ((1 12 x ) 0,04(1 x) ), εc ε ε (1 12 x ), де ε (ε 1)/2 ;. Значення довжин згідно (1) необхідно скорегувати з урахуванням впливу ємностей у П-подібній ланці та індуктивностей у Т-подібній, які не враховуються в моделях квазізосереджених елементів і, відповідно, у формулах (1) [1]. Результати розрахунків до й після корекції наведено в табл. 1. У фільтрі на основі тривимірних ЕКН індуктивну ЕКН виконано наскрізним отвором у діелектрику з нависним провідником діаметром 0,1 мм над ним, а ємнісну глухим металізованим отвором квадратної форми з заокругленнями 0,5 мм та глибиною 0,6 мм, виконаним з боку сигнального провідника. Параметри індуктивних ЕКН отримано з залежностей [4], а параметри ємнісної ЕКН за результатами моделювання в програмному пакеті тривимірного електромагнітного моделювання CST Microwave Studio. У табл. 2 наведено параметри фільтра, d діаметр круглого отвору або довжина сторони квадратного отвору. Рис. 2 ілюструє конструкції ФНЧ зі збереженням відносних розмірів. Відстань між індуктивними та ємнісними ЕКН 0,5 мм. Довжини фільтрів дорівнюють 34,4 та 27,4 мм з урахуванням зовнішніх відрізків мікросмужкового провідника завдовжки 3 мм. а Рисунок 2. Конструкції ФНЧ п ятого порядку: традиційного (а) та на основі тривимірних ЕКН (б). (1) Таблиця 1 до корекції після корекції i L, нгн, L, нгн, ll, C, пф C, мм ll, C, мм C, пф 1, 5 4,56 6,34 5,60 4,12 2, 4 2,18 6,18 3,96 1,47 3 7,86 11,84 9,26 6,11 б Таблиця 2 i dl, С, мм ZL, C, Ом 1, 5 3, , 4 2, ,0 240 На рис. 3 наведено амплітудно-частотні характеристики фільтрів. Моделювання виконано в програмному пакеті CST Microwave Studio. Для обох фільтрів отримано частоту зрізу f c = 2 ГГц, пульсації в смузі пропускання 0,1 дб зі спадом характеристики до 0,2 дб (див. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 267

268 Мікроелектронні пристрої. Функціональна та наноелектроніка врізку на рис. 3) H, дб Рисунок 3. Амплітудно-частотні характеристики ФНЧ: традиційного (1) та на основі ЕКН (2) f, ГГц 0-0, Фільтр на основі ЕКН має значно кращу вибірність у порівнянні з традиційним фільтром. Розширення смуги подавлення зумовлене меншими розмірами квазізосереджених реактивних елементів, а значне зменшення рівня в смузі подавлення суттєво більшими й меншим хвильовими імпедансами індуктивних та ємнісних ЕКН. Частоти й мінімуми характеристик 1 та 2 дорівнюють 4,5 і 8,7 ГГц та 18,9 і 52,5 дб відповідно. Розміри фільтра на основі ЕКН на 20 % менші. Перелік посилань 1. Hong J.-S. Microstrip Filters for RF/Microwave Applications / J.-S. Hong. N. Y.: Wiley, p. 2. Bhuiyan M. S. Defected ground structures for microwave applications. Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering / M. S. Bhuiyan, N. C. Karmakar. N. Y.: Wiley, P Nelin E. Microwave Filter Based on Crystal-like Reactive Elements / E. Nelin, Y. Zinher // Перша науково-технічна конференція «РадіоЕлектроніка та ІнфоКомунікації», Україна, Київ, вересня 2016 р. 4 с. 4. Биденко П. С. Квазисосредоточенные реактивные элементы на основе кристаллоподобных неоднородностей / П. С. Биденко, Е. А. Нелин, А. И. Назарько, Ю. Ф. Адаменко // Известия вузов. Радиоэлектроника С Анотація Спроектовано низькочастотний фільтр п ятого порядку на основі тривимірних електромагнітнокристалічних неоднорідностей. Виконано порівняння конструкцій та характеристик традиційного й запропонованого фільтрів. Ключові слова: електромагнітнокристалічна неоднорідність, низькочастотний фільтр. Аннотация Спроектирован низкочастотный фильтр пятого порядка на основе трехмерных электромагнитноткристаллических неоднородностей. Выполнено сравнение конструкций и характеристик традиционного и предложенного фильтров. Ключевые слова: электромагнитнокристаллическая неоднородность, низкочастотный фильтр. Abstract The fifth order low-pass filter based on three-dimensional electromagnetocrystalline inhomogeneities is designed. Comparisons of the structures and characteristics of the traditional and proposed filters are fulfilled. Keywords: electromagnetocrystalline inhomogeneity, low-pass filter «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

269 Захист інформації Секція 8. Захист інформації. Метрологічне забезпечення систем технічного захисту інформації; стандартизація, сертифікація та випробування засобів технічного захисту інформації; забезпечення комп’ютерної безпеки в державних, банківських та інших інформаційних системах; забезпечення захисту інформації в системах зв’язку; технічні засоби системи захисту інформації; криптографія. Керівник секції: д.ф.-м.н., проф. Найденко В. І. Секретар секції: Пільтяй С. І. «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 269

270 Захист інформації АПАРАТНІ МЕТОДИ ЗАХИСТУ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВІД НЕСАНКЦІОНОВАНОГО ВИКОРИСТАННЯ Дюжаєв Л. П., к.т.н, доц., Максимець Д. В. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» м. Київ, Україна Захист програмного забезпечення (ПЗ) від несанкціонованого використання є важливим кроком для регулювання використання та розповсюдження програмного продукту. Головним методом захисту ПЗ є його ліцензування, яке використовується з метою врегулювання використання комерційного ПЗ. Ліцензування відноситься до інструментів захисту ПЗ з програмною реалізацією. Поряд з програмними методами захисту (ліцензуванням) можуть використовуватись апаратні ключі (донгли). Метою даної статті є наведення особливостей використання апаратних ключів для захисту ПЗ. Апаратний ключ (електронний ключ, іноді донгл) апаратний засіб, призначений для захисту програмного забезпечення і даних від копіювання, нелегального використання та несанкціонованого розповсюдження. Як правило, апаратний ключ будується на спеціалізованій мікросхемі, або на захищеному від зчитування мікроконтролері. Сучасні апаратні ключі виконують у вигляді малогабаритного змінного USB носія, що має пластиковий або металевий корпус. Як правило, донгл виконується на двошаровій платі, яка заливається компаундом [1]. Поряд з електронним ключем користувачу поставляється інсталяційний пакет. Він виконує роль посередника з метою активації програмного продукту. Принцип роботи електронного ключа. Технологія захисту від несанкціонованого використання базується на взаємодії виконуючого файлу програми з електронним ключем. Взаємодія може включати в себе наступні етапи [2]: перевірка підключення ключа; зчитування необхідних програмних даних з ключа в якості параметрів запуску програми; запит на розшифрування даних чи виконуючого коду, необхідних для роботи програми, які були зашифровані при захисті програми; запит на розшифрування даних, зашифрованих самою програмою (дозволяє відправляти кожного разу різні запити до ключа, і тим самим, захиститися від емуляції самого ключа); перевірка цілісності програмного коду шляхом порівняння його поточної контрольної суми з оригінальною контрольною сумою, що зчитується з ключа (це також допомагає захиститися від емуляції ключа); запит до вбудованого годинника реального часу (при його наявності 270 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

271 Захист інформації може здійснюватися автоматично при обмеженні часу роботи апаратних алгоритмів ключа по його внутрішньому таймера). Потрібно відмітити, що електронний ключ може також використовуватися з метою захисту алгоритму, що використовується в програмі, від копіювання та несанкціонованого використання. Це здійснюється шляхом зберігання алгоритму або частини програмного коду на електронному ключі. Алгоритм перетворення (криптографічний чи інший) є основою роботи апаратного ключа. У більшості сучасних ключів алгоритм реалізується апаратно. Це майже повністю виключає створення повного емулятора ключа, оскільки ключ шифрування ніколи не передається на вихід донгла, що унеможливлює перехоплення ключа шифрування. Іншим способом реалізації алгоритму шифрування є програмна реалізація та генерація електронного ключа, що буде використовуватися виконуючою програмою. Останній спосіб можливо реалізувати з використанням звичайного USB накопичувача [3,4]. На даний час представлено велику кількість апаратних ключів, серед який можна відзначити «Кристал-1», «Алмаз-1К» та «Кристал-1Д» [5]. Наведені донгли різняться між собою призначенням, конструкцією та технічними характеристики. Розглянемо більш детально апаратний ключ «Кристал-1», який показано на рис. 1. Одним з найбільш поширених застосувань апаратного ключа «Кристал-1» є генерація відкритого та закритого ключів для алгоритмів програми чи протоколу розподілу ключів. «Кристал-1» виконано у вигляді Рис. 1. Апаратний ключ «Кристал-1» малогабаритного змінного USBпристрою, який може мати програмний CCID інтерфейс та електронний flash-диск [5]. Електронний ключ «Кристал-1» реалізує ряд криптографічний стандартів та протоколів [5]: шифрування за ДСТУ ГОСТ 28127:2009 (режим простої заміни та режим вироблення імітовставки); протоколи довжини електронних ключів за ДСТУ ; протоколи розподілу ключових даних Діффі-Геллмана. Слід зазначити, що в даному випадку протокол Діффі-Геллмана використовується як спосіб обміну ключів шифрування та дешифрування. Цей протокол дозволяє отримати загальний секретний ключ, який в подальшому використовується для шифрування даних, якими обмінюються, за допомогою симетричних алгоритмів шифрування. Злом апаратного ключа. Злом апаратного ключа може здійснюватися шляхом повної або часткової емуляції ключа. Емулятор аналізує взаємодію «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи» 271

272 Захист інформації програмного модуля з апаратним ключем. Злом програмного модуля здійснюється з метою виділити блок захисту і деактивувати його. Програмний модуль може бути дизасемблений, тобто перетворений в лістинг програмного коду на мові Асемблеру. В результаті можна отримати алгоритм роботи програми. Іншим методом злому програмного модулю є його декомпіляція отримання коду програми на мові високого рівня. Області застосування. Електронний ключ зазвичай застосовується з ПЗ високої вартості. До такого ПЗ можна віднести CAD/CAM системи, системи туризму та торгівлі, системи для редагування відео та аудіо промислових масштабів, аудіо консолі та інше. Перелік посилань 1. Електронний ключ [Електронний ресурс] Режим доступу до статті: Назва з екрану. 2. Электронный ключ [Електронний ресурс] Режим доступу до статті: Назва з екрану. 3. AntiDuplicate drive [Електронний ресурс] Режим доступу до статті: Назва з екрану. 4. Create USB dongle from any regular USB Flash Drive [Електронний ресурс] Режим доступу до статті: Назва з екрану. 5. Комплекси та засоби захисту інформації [Електронний ресурс] Режим доступу до статті: Назва з екрану. Анотація Розглянуто особливості роботи та реалізації апаратного ключа як методу захисту програмного забезпечення від несанкціонованого використання. Наведено приклад одного з існуючих апаратних ключів та його характеристики. Ключові слова: апаратний ключ, електронний ключ, донгл, ліцензування програмного забезпечення. Аннотация Рассмотрено особенности работы и реализации аппаратного ключа как метода защиты программного обеспечения от несанкционированного использования. Приведен пример существующего аппаратного ключа и его характеристики. Ключевые слова: аппаратный ключ, электронный ключ, донгл, лицензирование программного обеспечения. Abstract Features of inner implementation and usage of software licensing dongle are described in the article. Software licensing dongle example with its characteristics are presented. Keywords: dongle, software protection dongle, software licensing protection. 272 «Радіотехнічні поля, сигнали, апарати та системи»

273 Захист інформації ТЕОРЕТИКО-ІНФОРМАЦІЙНІ ОЦІНКИ СПОТВОРЕНЬ КОНТЕЙНЕРІВ ПРИ ФОРМУВАННІ СТЕГАНОГРАМ Прогонов Д. О., к.т.н. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», м. Київ, Україна Особлива увага при розробці систем захисту критичної інформаційної інфраструктури приділяється створенню високоточних методів раннього виявлення несанкціонованої передачі конфіденційних даних, зокрема з використанням �