Доклады БГУИР

В статье рассматривается проблема реализации комплексной защиты населения и технических средств критической инфраструктуры от воздействия радиочастотных электромагнитных полей оборудования мобильной связи 5G, актуальность которой связана с расширяющимся использованием в системах 5G импульсного режима TDD. Обсуждаются возможности обеспечения такой комплексной защиты элементов биосферы, связанные с расширением существующей системы санитарно-гигиенической паспортизации передающих радиотехнических объектов за счет определения защитных зон и зон ограничения застройки по критериям восприимчивости технических средств к радиочастотным электромагнитным полям и с гигиеническим нормированием восприимчивости населения к радиочастотным электромагнитным полям TDD.

Исследовано влияние условий термообработки (отжига) в диапазоне 200–400 °С на удельное электрическое сопротивление, температурный коэффициент сопротивления, фазовый состав и структуру пленок оксида ванадия толщиной (100 ± 5) нм, нанесенных на окисленные кремниевые подложки методом импульсного магнетронного распыления. Установлено, что отжиг пленок при 200–275 °С в среде N₂ или О₂ позволяет формировать пленки с линейной зависимостью удельного сопротивления от температуры в интервале от 0,4 до 1,6 Ом×см с температурным коэффициентом сопротивления от –1,7 до –2,0 %/°С. Такие пленки могут быть использованы в микроболометрах с рабочим диапазоном температур 25–85 °С. Отжиг пленок при 400 °С в среде О₂ приводит к гистерезисной зависимости их удельного сопротивления от температуры в интервале от 0,9 до 2,9 Ом×см при абсолютной величине температурного коэффициента сопротивления 3,2–3,4 %/°С. Исследованные резистивные свойства определяются наличием и количественным соотношением кристаллических фаз VO₂, V₂O₅ и VO_x, образующихся в процессе отжига.

Предложена и исследована посредством компьютерного моделирования приборная структура суперпереходного биполярного транзистора с изолированным затвором с плавающим слоем накопления носителей заряда. В рассматриваемой структуре слой накопления экранируется расположенным под ним p-слоем. Установлено, что концентрация в слое накопления носителей заряда не влияет на напряжение пробоя, а предлагаемая приборная структура биполярного транзистора с изолированным затвором обладает более высокой эффективностью по сравнению с традиционным суперпереходным траншейным биполярным транзистором с изолированным затвором, суперпереходными траншейными биполярными транзисторами с изолированным затвором с плавающей p-областью и с адаптивным путем экстракции дырок. Так, при одинаковом падении напряжения в открытом состоянии 0,946 В энергия потерь при выключении у предлагаемого прибора на 75,38 % меньше, чем у суперпереходного траншейного биполярного транзистора с изолированным затвором с плавающей p-областью, и на 52 % меньше, чем у транзистора с адаптивным путем экстракции дырок. При одинаковой энергии потерь при выключении 2,3 мДж/см² падение напряжения в открытом состоянии у предлагаемого прибора на 39,86 % меньше, чем у суперпереходного траншейного биполярного транзистора с изолированным затвором.

В статье рассматривается задача синтеза устройства двухальтернативного радиолокационного распознавания при отсутствии априорных аналитических моделей распределения классификационных признаков. Предложена методика последовательного распознавания радиолокационных объектов, основанная на совместном применении метода опорных векторов и последовательного критерия отношения вероятностей Вальда. На этапе обучения формируется разделяющая гиперплоскость, относительно которой многомерное признаковое пространство преобразуется в одномерную решающую величину – ориентированное расстояние до границы разделения классов. По обучающей выборке оцениваются условные вероятности правильного и ложного распознавания, используемые для формирования приращений решающей статистики. На этапе распознавания статистика рекуррентно накапливается и сравнивается с пороговыми уровнями до принятия решения. Методика сохраняет единую алгоритмическую структуру при изменении состава признаков и допускает адаптацию путем повторного обучения классификатора.

Представлены результаты тестирования характерных сценариев каналов системы связи видимым светом. Выполнен анализ тепловых карт пороговых параметров и эффективности алгоритмов по средней скорости передачи данных и числу переключений для всех сценариев. Экспериментальная верификация, проведенная на разработанной установке, представленной в части 1, показала прирост средней скорости передачи данных в диапазоне от 1,88 до 47,62 % относительно классического порогового алгоритма во всех исследованных сценариях динамики канала. Предложенный алгоритм обеспечивает снижение числа переключений порядка модуляции относительно классического порогового метода в диапазоне от 7,1 до 81,2 % в зависимости от характера динамики канала.

Рассмотрен дискретный фильтр совместного оценивания координат, скорости и угловой скорости W цели, совершающей установившийся разворот, по косвенным (полярным/сферическим) измерениям радиолокационных станций. При включении W в расширенный вектор состояния матрица пересчета приращений становится нелинейной функцией самой W, поэтому линеаризация (используемая в ранее рассмотренных модификациях расширенного фильтра Кальмана при косвенных измерениях) требует пересчета матрицы Якоби на каждом шаге и вносит дополнительную методическую ошибку. Предложено ансцентное преобразование расширенного вектора состояния, исключающее линеаризацию модели движения и измерения. Проведено статистическое моделирование методом Монте-Карло (N_оп = 545) алгоритма и его линеаризованного аналога для восьми типовых радиолокационных станций кругового обзора (2D и 3D) и пяти значений угловой скорости разворота цели. Показано, что предложенный алгоритм обеспечивает среднеквадратическое отклонение оценки Ω в среднем в 4,3 раза (медиана 4,0, разброс 1,4–14,0 по всей матрице условий наблюдения) меньше, чем расширенный фильтр Кальмана при косвенных измерениях с линеаризацией, при заметно более скромном (в среднем 1,2 раза) выигрыше по среднеквадратическому отклонению местоположения.

Инструментальные усилители, представляющие собой дифференциальные усилители напряжения с высоким сопротивлением по каждому входу и фиксированным значением коэффициента усиления, широко применяются в различной радиоэлектронной аппаратуре. Типовая реализация инструментальных усилителей путем соединений трех операционных усилителей не позволяет получить высокую стабильность коэффициента усиления напряжения в широком диапазоне входного синфазного сигнала, особенно при большом усилении. Для решения указанной проблемы были изучены конструктивно-схемотехнические особенности прецизионных инструментальных усилителей фирмы Analog Devices и на основе результатов выполненного анализа разработаны основные блоки микросхем инструментальных усилителей с однополярным напряжением питания на биполярных транзисторах и полевых транзисторах, управляемых p-n-переходом. В статье для всех блоков приведены электрические принципиальные схемы и результаты схемотехнического моделирования, показывающие возможность программирования различного сочетания параметров.

Исследована возможность использования шумовых диодов в качестве чувствительных элементов термоанемометров. Экспериментально установлена зависимость среднего значения амплитуды шумовых импульсов от температуры и скорости воздушного потока для моделей диодов ND102L и ND103L. Показано, что при постоянном напряжении смещения, соответствующем напряжению пробоя шумового диода при максимальной температуре из исследуемого диапазона, увеличение скорости охлаждающего воздушного потока приводит к линейному росту амплитуды шумовых импульсов. Определена чувствительность предлагаемого способа, составившая 156,9 мВ×с/м для диода ND102L и 105,9 мВ×с/м для ND103L. Выполнено сравнение амплитудного способа измерения скорости с частотным. Установлено, что предложенный амплитудный способ обеспечивает меньшую погрешность (4,5 % для ND102L и 2,1 % для ND103L), более высокое быстродействие и простоту аппаратной реализации, что делает его перспективным для применения в компактных измерительных устройствах реального времени.

Рассматривается задача повышения точности определения дистанции до объекта в видеоцентрической самоорганизующейся многороботной системе без одометрии (POM-MRS), функционирующей в квазистационарном режиме. В современных POM-MRS задачи обнаружения опорного агента для измерения дистанции до объекта окружения, сетевой идентификации опорного агента (установления соответствия между изображением агента и его сетевым адресом) и определения его ориентации решаются с помощью комплексного нейросетевого детектирования, что ограничивает распределенный стереобазис и дает относительно малую точность измерений дистанции до объекта в условиях крупномасштабных открытых пространств. Для повышения точности определения дистанции до объекта окружения предлагается модель на основе локальной согласованной триангуляции с аналитической оценкой ошибок измерений и протокольно-геометрической верификацией гипотез о детектировании агентов. Модель позволяет уменьшить эти ошибки по сравнению с моделями однороботных систем на основе одометрии и известными моделями POM-MRS на базе комплексного нейросетевого детектирования агентов.

Проведен анализ схем постобработки на основе регистра сдвига с линейной обратной связью. Предложена модификация схемы постобработки случайных чисел с использованием многоканального сигнатурного анализатора, коэффициента сжатия во времени и изменяемого количества источников энтропии. Проанализировано влияние основных параметров схемы на энтропию обрабатываемых последовательностей и результаты статистических тестов NIST 800-22. Оценены аппаратные затраты на реализацию на программируемых логических интегральных схемах и выполнено сравнение с аналогами. Полученные результаты подтверждают перспективность схемы для применения в энергоэффективных и требовательных к аппаратным затратам генераторах истинно случайных чисел.

Бурный рост экосистемы интернета вещей упирается в жесткое ограничение по обеспечению энергией рассредоточенных сенсорных модулей. Как показали некоторые научные работы, попытки использовать штатный Wi-Fi-трафик для харвестинга наталкиваются на малую скважность полезного сигнала из-за механизмов случайного доступа к среде, заложенных в протокол. В качестве решения в статье рассмотрен двухэтапный подход. Первый элемент подхода – специализированный передатчик с программной перенастройкой режимов, построенный на платформе ESP32-S3, который формирует непрерывное излучение в диапазоне 2,4 ГГц (ISM), оптимальное для задач энергопередачи. Второй – конструкция многоканальной приемной антенны с выпрямителем (ректенны), оснащенной управляемой диаграммой направленности: переключение лучей осуществляется с помощью RF-коммутатора ADG902, а две патчантенны размещены с ортогональной поляризацией. Эффективность предложенных решений подтверждена экспериментальными данными.

Классический конечно-элементный анализ поясничного отдела позвоночника жестко ограничен статической геометрией, получаемой в ходе компьютерной томографии в статическом положении пациента лежа. Прямой расчет напряженно-деформированного состояния для альтернативных физиологических поз в реальном времени невозможен из-за высокой вычислительной трудоемкости, отсутствия расчетных сеток для различных положений тела (наклоны к полу, боковые наклоны, удержание груза) и вариантов нагружения человека. В статье описывается разработка гибридного биомеханического подхода, который использует данные компьютерной томографии в покое для прогнозирования изменения напряженно-деформированного состояния в условиях изменения пространственного положения тела и вариантов нагружения. Для аппроксимации физических полей применены алгоритмы градиентного бустинга XGBoost и CatBoost. Предлагаемый подход позволяет выявлять зоны критической концентрации напряжений и деформаций при пространственном изменении положения тела и моделировать биомеханические состояния, недоступные для прямого численного анализа.