Электроника, фотоника и киберфизические системы

КОЛОНКА РЕДАКТОРА

Олег Геннадьевич Морозов — 2024-11-07

РАДИОФОТОННЫЕ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ МГНОВЕННОЙ ЧАСТОТЫ СВЧ-СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ ШИРОКОПОЛОСНЫХ ЧАСТОТНЫХ ДИСКРИМИНАТОРОВ – ВОЛОКОННЫХ БРЭГГОВСКИХ РЕШЕТОК. ОБЗОР

Андрей Владимирович Мальцев — 2024-09-24

Фотонные приемники для измерения мгновенной частоты СВЧ-сигналов – это устройства, используемые для измерения мгновенной частоты и амплитуды одного или нескольких СВЧ-сигналов в оптическом диапазоне для радиолокационных систем. При разработке таких устройств, к частотному диапазону, точности и разрешающей способности измерений мгновенной частоты СВЧ-сигналов предъявляются все более высокие требования, которые удовлетворяются созданием новых приборов и принципов их работы. Для дальнейшего развития в этой области необходимо обобщить опыт, полученный при разработке устройств на основе частотных дискриминаторов, в том числе перспективных – интегрального типа. В данной статье дан обзор подходов, в которых используются частотные дискриминаторы на основе волоконных брэгговских решеток. Подробно рассмотрены принципы их работы, а также связанные с ними преимущества, недостатки и существующие решения выявленных проблем.

РАДИОФОТОННЫЕ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ МГНОВЕННОЙ ЧАСТОТЫ СВЧ-СИГНАЛОВ НА ОСНОВЕ СВЕРХ УЗКОПОЛОСНЫХ ЧАСТОТНЫХ ДИСКРИМИНАТОРОВ – РЕЗОНАТОРОВ И УСИЛИТЕЛЕЙ. ОБЗОР

Андрей Владимрович Мальцев — 2024-10-03

Развитие фотонных и микроволновых технологий и сопутствующей им элементной базы привело к значительному прогрессу в вопросах методов и средств измерения мгновенной частоты (ИМЧ) СВЧ-сигналов на основе радиофотоники, что ранее осуществлялось на основе классической электроники и ее элементной базы. Электронные ИМЧ СВЧ-сигналов в настоящее время повсеместно используются как в военных, так и в граждански областях, к примеру, в системах радиоэлектронной борьбы, оценки электромагнитной обстановки для совместимости РЭС и др., однако их применение ограничивается канальными решениями с частотным диапазоном 2 ГГц из-за ограничений электронных схем. Благодаря фотонным системам появилась возможность значительно расширить диапазон измеряемых частот, точность и разрешающую способность фотонных приемников в одном канале, как минимум, до 10-40 ГГц. К примеру использование ИМЧ СВЧ-сигналов на основе вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна с усилением позволяет проводить измерения в диапазоне от 0.5 до 28 ГГц с разрешающей способностью в 20 МГц. Близкие или лучшие характеристики можно получить с помощью интегральных кольцевых резонаторов и резонаторов Фано. При этом работы по созданию методов и средств ИМЧ на основе частотных дискриминаторов резонансного типа, основывались на измерении оптической мощности несущего лазерного сигнала, модулированного СВЧ сигналом. В данной статье дан обзор подходов, в которых используются сверхузкополосные частотные дискриминаторы на основе указанных резонаторов и усилителей. Подробно рассмотрены принципы их работы, а также связанные с ними преимущества, недостатки и существующие решения выявленных проблем.

РАДИОФОТОННЫЕ СИСТЕМЫ ЛОКАЛИЗАЦИИ ИСТОЧНИКОВ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПО УГЛУ ПРИХОДА ДЛЯ БЕСПРОВОДНЫХ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ ИЗДЕЛИЙ И ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

Евгений Петрович Денисенко — 2024-09-24

Угол прихода (УП) является важным параметром, используемым для определения направления распространения микроволновых радиоизлучений и, следовательно, локализации микроволновых передатчиков (активная локализация) или источников (пассивная локализация) условно в гражданских (беспроводные сенсорные сети) и оборонных (радиолокационные, радионавигационные, разведывательные и др. системы или их распределенные сети) приложениях. Как правило, УП можно измерить в двух разных условиях: в дальнем и в ближнем поле. В статье рассматривается сценарий дальней зоны, когда расстояние между передатчиком или источником и измерительной системой велико, и измеряемый микроволновый радиосигнал достигнет всех приемников или элементов антенной решетки параллельно или в одном направлении. УП можно измерить путем обнаружения задержек между приемными устройствами или элементами антенной решетки для падающего микроволнового сигнала по амплитуде и/или фазе. Основной задачей данной статьи является исследование существующих и перспективных методов и средств построения локализации источников микроволнового излучения по УП для беспроводных сенсорных систем контроля и диагностики изделий и природной среды с фотонным преобразованием измерительной информации и ее оптоэлектронным детектированием, а также определение путей их дальнейшего развития на основе использования в них преимуществ тандемной амплитудно-фазовой модуляции, скалярных и векторных структурных реализаций, российской импортозамещающей элементной базы.

МЕТОДИКА ДВУНАПРАВЛЕННОГО РЕЖИМА РЕГИСТРАЦИИ СЕНСОРНЫХ ДАННЫХ ОПТИЧЕСКИМ РЕФЛЕКТОМЕТРОМ ЧАСТОТНОЙ ОБЛАСТИ

Максим Евгеньевич Белокрылов — 2024-09-25

В работе представлена схема оптического рефлектометра частотной области (Optical Frequency Domain Reflectometer – OFDR) с использованием комбинации стандартного опорного осциллятора и обратного отражения от конца измеряемой линии. Применение отражения от конца измеряемой линии влечет за собой инверсию рефлектограммы в частотной области, а опорное излучение от такого отражателя получило название «обратного опорного осциллятора». Проведено математическое моделирование влияния внешних воздействий на исследуемую линию, с учетом фазовых шумов и шумов интенсивности для стандартного и обратного опорного осциллятора. Результаты моделирования проверены на натурном эксперименте. Показано, что использование обратного опорного осциллятора снижает влияние шумов и увеличивает коэффициент корреляции измерений в дальних точках тестируемой линии, что способствует повышению качества демодуляции внешних воздействий.

РАДИОФОТОННАЯ АДРЕСНАЯ МНОГОСЕНСОРНАЯ СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ БАЛЛИСТОКАРДИОГРАММ СПОРТСМЕНА В СТАТИЧНОМ ПОЛОЖЕНИИ

Алина Александровна Силантьева — 2024-11-06

Баллистокардиография (БКГ) – это неинвазивный метод, используемый для создания графического представления движений тела человека, возникающих в результате изменения параметров кровотока в сосудах кровеносной системы за период времени, равный полному циклу сокращений сердца. Анализ зарегистрированных баллистических кривых – баллистокардиограмм (БКГ) – показал их высокую эффективность при выявлении лиц с аномальными циркуляторными паттернами или сердечными заболеваниями. Среди известных датчиков формирования БКГ волоконно-оптические (ВОД) обладают преимуществами по чувствительности, устойчивости к электромагнитным помехам и безопасности. ВОД на основе микро- и макроизгибных, интерферометрических и волоконных брэгговских технологий, используемые для измерения БКГ, обычно размещаются над или под матрасом, на котором располагается спортсмен в статичном положении, лежа на спине. Когда слабый сигнал сердечно-легочной вибрации воздействует на датчик, характерные параметры оптического излучения, зондирующего его, такие как интенсивность, фаза или длина волны будут соответственно изменяться. Применение волоконных брэгговских решеток (ВБР) для формирования БКГ спортсмена, находящегося в статичном положении, является оптимальным. В данной статье рассматриваются принципы построения радиофотонной системы адресного многосенсорного формирования БКГ спортсмена, находящегося в статичном положении, которая по назначению относится к процессу контроля его здоровья и реабилитации, а по области исследований - к спортивной инженерии. Для появления у системы формирования БКГ признаков адресности, многосенсорности и возможности применения радиофотонных технологий их опроса, ВБР как одинарный базовый датчик большинства подобных систем заменен на множество адресных волоконных брэгговских структур. Представлена структурная схема радиофотонной системы адресного многосенсорного формирования БКГ в статичном положении спортсмена, акцентировано внимание на особенностях ее работы и описана элементная база для ее создания.

НЕЙРОСЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОНЛИВОСТИ ЧЕЛОВЕКА ПО ВЫРАЖЕНИЮ ЛИЦА

Курбанов Бабахан — 2024-11-07

Данная статья посвящена исследованию применения сверточной нейросетевой модели для выявления усталости человека на основе анализа его выражения лица. В качестве модели была использована YOLO, которая обучалась на изображениях, распознавая признаки усталости и бодрости. Набор данных, состоящий из 2300 изображений, был разделен на два класса: сонливые люди (на снимках они либо зевают, либо закрывают глаза) и бодрые. Для разработки модели YOLOv5 использовался язык программирования Python, обучение проводилось на платформе Google Colab с применением данных из Kaggle. Процесс обучения продолжался в течение 30 эпох, при этом каждая партия данных состояла из 32 изображений. В результате использования различных улучшений YOLOv5 удалось добиться точной классификации изображений по признакам усталости и бодрости. Модель показала высокую среднюю точность в 96,8%. Оценка качества классификации с использованием метрик Recall и Precision на тестовых данных продемонстрировала отличные результаты. Для класса «сонливые» значение Recall составило 83,4%, а Precision – 89,1%. Для класса «бодрые» Recall достиг 93,6%, а Precision – 87,6%. Эти данные свидетельствуют о высокой надежности и практической применимости модели. Проведенное исследование подтвердило успешность использования нейросетевой модели для определения усталости по выражению лица, что открывает широкие перспективы для внедрения данной технологии в системы транспортной безопасности. Это может способствовать снижению риска дорожно-транспортных происшествий и улучшению общей безопасности на дорогах.

МОЖНО ЛИ ПОСТРОИТЬ ПРАВИЛЬНЫЕ МНОГОУГОЛЬНИКИ С НЕЧЕТНЫМИ СТОРОНАМИ С ПОМОЩЬЮ ЦИРКУЛЯ И ЛИНЕЙКИ БЕЗ ДЕЛЕНИЙ?

Равиль Рашидович Нигматуллин — 2024-09-23

В этой краткой статье рассматриваются новые возможности построения правильных многоугольников с числом сторон, выражаемыми нечетными числами (равным нечетным числам) как 3,5,7,9,... Предлагаемый метод, (понятный любому продвинутому школьнику старших классов) позволяет решить такую достойную внимания проблему как трисекция угла, деление отрезка на части, выражаемые нечетными числами, с помощью линейки без делений, циркуля, позволяющего делать засечки, и обыкновенного грифельного карандаша. Оказывается, что обыкновенный карандаш с толщиной грифеля полмиллиметра также играет важную роль в решении этой проблемы.

ИЗДАТЕЛЬСКИЙ ДОМ "РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ" СООБЩАЕТ...

Коллегия Редакционная — 2024-11-01

Обзор объединяет четыре работы, раскрывающие различные аспекты современной науки и техники, что делает его полезным для широкого круга читателей — от студентов до профессионалов в технических и медийных областях. Двухтомник «Фрактальная радиоэлектроника» представляет собой фундаментальное исследование в области фрактальных элементов и устройств. Первый том охватывает физико-математические модели фрактальных структур, используемых в радиоэлектронике, с упором на проектирование устройств на основе резистивно-емкостных сред. Второй том раскрывает применение фрактальных моделей в измерительных системах и обработке сигналов, представляя новые подходы в области распределённых измерений. Монография «Телевидение Татарстана: от телефота до цифровых технологий» исследует развитие телевидения в Татарстане. Особое внимание уделяется становлению телевещания в регионе, внедрению новейших технологий и их влиянию на культуру и общество. Авторы также рассматривают ключевые моменты перехода от аналогового к цифровому телевидению. Издание может быть полезным как историкам медиа, так и специалистам в области телевидения. Книга «Свет и оптические измерения» посвящена вопросам использования оптических технологий в измерении физических параметров. Автор рассматривает фундаментальные принципы распространения света и их применение в современных оптических системах, таких как волоконные брэгговские решетки. Книга адресована студентам и специалистам, интересующимся оптическими технологиями.

VII НАУЧНЫЙ ФОРУМ «ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ: ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИИ» ТТТ-2024

Коллегия Редакционная — 2024-10-30

Информационное письмо