Preview

Доклады БГУИР

Расширенный поиск
Том 19, № 3 (2021)
Скачать выпуск PDF

ЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКА 

5-13 225
Аннотация

На  сегодняшний  день  широко  распространены  мобильные  мультимедийные  системы, которые используют стандарты H.261/3/4/5, MPEG-1/2/4 и JPEG длякодирования/декодирования видео, аудио и изображений [1–4]. Ядром этих стандартов является дискретное косинусное преобразование (ДКП) I, II, III … VIII типов [ДКП]. Широкая поддержка в огромном количестве мультимедийных приложений формата  JPEG  схемотехническими и  программными  решениями  и  необходимость  кодирования изображений  по  схеме  L2L  обусловливает  актуальность  проблемы  создания  декоррелирующего преобразования  на  основе  ДКП  и  методов  быстрого  прототипирования  процессоров  вычисления целочисленного ДКП на программируемых системах на кристалле ПЛИС/FPGA. При этом во внимание принимаются  такие  характеристики,  как  структурная  регулярность, модульность,  высокий вычислительный  параллелизм,  малая  латентность  и потребляемая  мощность.  Прямое  и  обратное преобразования  должны  осуществляться  по  схеме  обработки  «целое к  целому»  с  сохранением перфективной  реконструкции  исходного  изображения  (коэффициенты представляются  целыми  или двоичными  рациональными  числами;  число  операций  умножения  минимально,  по  возможности  они исключаются  из  алгоритма).  Известные  целочисленные  ДКП  (BinDCT,IntDCT) не дают полного обратимого  бит  в  бит  преобразования.  Для  кодирования  изображения  по  схеме  L2L  требуется,  чтобы декоррелирующее  преобразование  было  обратимым  и  реализовано  в  целочисленной  арифметике, т. е.  преобразование  соответствовало  бы  схеме  обработки  «целое-в-целое»  при  минимальном  числе операций округления, влияющих на компактность энергии в эквивалентных субполосах преобразования. В  данной  статье  показано,  как  на основе  целочисленного  прямого и  обратного  ДКП  создать  новую универсальную  архитектуру  декоррелирующего  преобразования  на  ПЛИС типа FPGA для систем трансформационного кодирования изображений, которые работают попринципу lossless-to-lossy (L2L), и  получить  лучшие  экспериментальные  результаты  по  объективным  и субъективным  показателям по сравнению с аналогичными системами сжатия.

14-21 162
Аннотация

Развитие компьютерных технологий, как в аппаратной, так и программной сфере, позволяет быстро  и  точно  получать  решения  прикладных  задач  многих  областей  науки.  Ускорение  расчетов  – широко  применяемая  техника,  которая  реализуется  на  основе  многоядерности  и  многопоточности процессоров.  Технологя  NVidia  CUDA,  или  просто  CUDA,  позволяет наиболее  эффективно  ускорять метод  граничных  элементов,  который  реализуется  путем  множества  независимых  расчетов. Основная цель работы заключается в реализации и ускорении непрямого метода граничных элементов с использованием  трех  функций  формы  для  вычисления  распределения  потенциала  внутри  замкнутого контура  при  действии  потенциала,  распределенного  на  поверхности.  Ускорение  соответствующих вычислений  было  реализовано  на  графическом  акселераторе  с  помощью  технологии  NVidia  CUDA. Получены  зависимости  ускорения  параллельных  вычислений  по  сравнению  с  последовательными в зависимости от количества граничных элементов и расчетных узлов. Показано значительное, до 52 раз, ускорение  расчета  распределения  потенциала  при  сохранении  его  точности.  Достигнуто  ускорение  до 22 раз  при  расчете  матрицы  взаимовлияний  граничных  элементов.  Также исследована сходимость данного  метода.  При  использовании  технологии  CUDA  можно  получить  значительное  ускорение  без потери точности и скорости сходимости. Таким образом, использование CUDA является очень хорошим подходом  к  распараллеливанию  гранично-элементного  метода.  Применение  этой  технологии  для ускорения  вычислений  позволит  эффективно  решать  задачи  различных  областей  физики:  акустики, гидромеханики, электродинамики, механики твердых тел и многих других.

22-30 140
Аннотация

Целью  работы  являлось  исследование  влияния  параметров  процесса нанесения  и последующего  отжига  на  свойства  пленок  оксида  ванадия  VOx,  осажденных  методом  реактивного магнетронного распыления V мишени в Ar/O2 смеси газов. Получены зависимости структуры, фазового состава,  температурного  коэффициента  сопротивления  (ТКС),  удельного  сопротивления p,  ширины запрещенной зоны Eg пленок от концентрации кислорода в Ar/O2 смеси газов в процессе нанесения ГO2и температуры  отжига  пленок  в  атмосфере  O2.  Установлено,  что  после  нанесения  пленки  имеют аморфную структуру. Процессы кристаллизации наблюдаются при температурах более 275 °С. При этом формируются  поликристаллические  пленки  с  моноклинной,  кубической  или  смешанной кристаллической  решеткой  и  происходит  переход  от  промежуточногооксида V4O9 к  смешанной  фазе VO2/VOx/V2O5 и далее к высшему оксиду V2O5. Характер изменения , ТКС и Eg пленок при изменении температуры отжига имеют сложный характер и во многом определяется ГO2. Установлено, что с точки зрения использования VOxпленок в качестве термочувствительных слоев предпочтительными являются следующие условия нанесения и отжига: пленки наносятся при концентрации кислорода 25 % в Ar/O2 смеси  газов  и  отжигаются  при  температуре  250–275 °С  в  атмосфере кислорода  10  мин.  При  данных условиях получены пленки VOx с p= (1,0 – 3,0).10–2 Ом.м, ТКС = 2,05 %/°С и Eg= 3,76–3,78 эВ.

31-39 105
Аннотация

Данная работа посвящена исследованию автоматических антенных согласующих устройств коротковолнового  диапазона.  Рассмотрены  устройства  узкополосного  согласования  на  основе дискретных наборов реактивных элементов. Произведена классификация наиболее часто используемых способов автоматического согласования. Проанализированы достоинства и недостатки каждого способа. Приведены примеры использования различных подходов в серийно выпускаемых устройствах. Особое внимание  уделено  расчетному  способу  согласования  как  наиболее  перспективному  для  использования в современных  средствах  связи.  Сделаны  предположения  о  причинах редкого  применения  его в серийных  устройствах.  Разработаны  схемы  для  моделирования  влияния  паразитных  параметров компонентов согласующей цепи и корпуса согласующего устройства на результирующий коэффициент стоячей  волны  при  использовании  данного  способа.  По  результатам моделирования  сделаны  выводы о причинах  низкого  качества  работы  расчетного  способа.  В  качестве  альтернативы  предложен  новый способ  автоматического  согласования,  сочетающий  в  себе  достоинства  расчетного  и  поискового, который  базируется  на  моделировании  процесса  поиска  с  использованием  имитационной  модели. Определены условия его применения в автоматических антенных согласующих устройствах. Произведен сравнительный  анализ  особенностей  использования  как  известных  способов  автоматического согласования, так и вновь предложенного.

40-48 106
Аннотация

В  работе  выполнено  численное  моделирование  лазерной  сепарации  при  воздействии лазерных  пучков  с  длинами  волн,  равными  10,6  и  1,06  мкм,  на  кварцевое  сырье,  используемое в электронной промышленности при изготовлении фотошаблонов. Выполнено сравнение температурных полей,  полученных  при  моделировании  методом  конечных  элементов и  с  помощью  аналитического решения.  Распределение  температуры  до  глубины  50  мкм  практически  совпадает  при  использовании обеих методик решения, при этом с увеличением глубины разница температур возрастает на 10 %, что позволяет  использовать  обе  методики  решения,  так  как  на  практике  более  важным  является распределение  температур  в  приповерхностных  слоях,  которое  определяет  формирование  агломератов с примесными  включениями.  Выявлено,  что  эффективность  сепарации кварцевого  сырья  зависит  от скорости  обработки  и  энергетических  свойств  лазерного  излучения,  что  позволяет  подобрать оптимальные  параметры  обработки, обеспечивающие  эффективное  образование  агломератов, содержащих примесные включения. Проведены экспериментальные исследования двулучевой лазерной очистки  кварцевого  сырья,  которые  позволили  определить  оптимальные  параметры  обработки кварцевого  сырья  для  эффективной  очистки  его  от  примесных  включений,  что  обеспечивает возможность  изготовления  фотошаблонов  с  улучшенными  эксплуатационными  характеристиками, применяемых при производстве микросхем.

49-57 75
Аннотация

Перспективным  направлением  модернизации  производственных  технологических процессов,  использующих  лазерную  резку  металлических  заготовок, является  создание роботизированных линий, выполняющих операции резки с высокой производительностью и точностью. Современные  роботы-манипуляторы  с  вращательными  осями  позволяют достаточно  эффективно ориентировать  инструмент  при  выполнении  операций  лазерной  резки,  однако  их  широкое  внедрение сдерживается  низкой  эффективностью  известных  подходов  к  компоновке  роботизированных  линий. Такие  подходы  основаны  на  применении  типовых  конструктивных  решений  с  дальнейшим  поиском движений  звеньев  робота  методом  проб  и  ошибок  и  зачастую  не  позволяют  обеспечить  необходимое качество траектории режущего инструмента. В данной работе предложена новая методика оптимизации положения  робота-манипулятора  относительно  контура  резки,  учитывающая,  по  сравнению с известными  подходами,  ограничения  на  возможности  движений  режущего  инструмента,  а  также кинематические  и  геометрические ограничения  на  движения  самого робота.  Предложенная  методика основана на кинематической модели робота-манипулятора и режущего инструмента и позволяет найти координаты  положения  базы  робота-манипулятора,  при  которых  он  сможет  перемещать  режущий инструмент вдоль контура резки с минимальным объемом движений всочленениях. Поиск оптимальных координат  положения  базы  робота-манипулятора  производится  в  два этапа.  На  первом  этапе  область допустимых значений координат базы дискретизируется с некоторымшагом, и для каждого дискретного значения  ищется  траектория,  на  которой  минимизируется  объем  движений  в  сочленениях  робота. При  этом  учитываются  технологические  ограничения  на  ориентацию режущего  инструмента относительно  контура  резки,  а  также  кинематические  и  геометрические  ограничения  на  движения робота-манипулятора.  На  втором этапе  выбирается  такая  позиция  базы,  которой  соответствует наименьшей  объем  движения  при  перемещении  технологического  инструмента  вдоль  контура  резки. Эффективность  использования  предложенной  методики  продемонстрирована  на  модельных  примерах. Методика  может  быть  применена  при  проектировании  новых  компоновок  роботизированных комплексов лазерной резки металлических заготовок для предприятий машиностроения.

58-65 102
Аннотация

Лазерный нагрев является перспективным методом формирования отверстий в кремниевых подложках  при  сборке  3D-электронных  модулей  с  высокой  плотностью  выводов  из-за  его  высокой удельной  энергии  и  способности  локального  нагрева.  Применение  лазерного  излучения  для формирования  отверстий  в  кремнии  дает  возможность  уменьшения  их диаметра,  косвенно  повышает плотность  элементов  в  3D-электронных  модулях.  Выбор  лазерной  системы  зависит  от  физико-механических  свойств  обрабатываемых  материалов  и  от  технических требований,  предъявляемых к лазерной  обработке.  Отражательная  способность  большинства  материалов  возрастает  с  увеличением длины волны лазерного излучения. Установлено, что с повышением начальной температуры кремниевой подложки конусообразность отверстий в ней становится больше. Выполнено моделирование в COMSOL Multiphysics 5.6 для проведения теплового распределения при лазерной  прошивке  отверстий  в кремниевой подложке. Моделированием тепловых полей в программном пакете COMSOL Multiphysics 5.6 при лазерной обработке кремниевых подложек и экспериментальнымиисследованиями оптимизированы параметры лазерного излучения для получения минимальной конусообразности отверстий в подложках 3D-электронных  модулей.  Оптимальная  длительность  воздействия  лазерного  излучения  с  длиной  волны 10,64 мкм составляет не более 2 с при конусообразности отверстий 0,1–0,2.

66-74 78
Аннотация

Возможность моделирования вертикальной миграции радионуклидов успешно реализована в первых версиях программного комплекса (ПК) SPS (Simulation ofProcesses in Soil) и основывается на численном  решении  математической  модели  взаимосвязанного  тепловлагопереноса  в  одномерной постановке.  Однако  для  решения  задачи  комплексной  оценки  состояния  биосферы  в  условиях  ее радиационного загрязнения и лучшего приближения результатов моделирования к реальным процессам был разработан ПК SPS v2.0, в одном из программных модулей которого авторами реализована новая математическая модель, описывающая пространственную миграцию радионуклидов в почве (3D-модель). Численное  решение  этой  математической  модели  основано  на  применении  метода  конечных элементов (МКЭ)  и  выполнении  аналитической  аппроксимации  коэффициентов  теплопроводности и давления  жидкости,  что  обеспечивает  возможность  применения  при  моделировании  технологий параллельных  вычислений.  Математическая  модель,  используемая  в ПК SPS v2.0,  а  также  численные методы ее решения требуют верификации, которая и проводится в представленной статье. Верификация разработанных  численных  методов  проводилась  с  использованием  математического  ПК  Comsol Multiphysics  и  программного  модуля  в  составе  ПК SPS v2.0  с  последующим  сравнением  результатов расчетов.  Различие  в  результатах  расчетов,  полученных  с  помощью перечисленных  программных средств, составляет менее 5 %. Следовательно, численные методы программно реализованы корректно и обладают  точностью  решения,  сравнимой  с  численными  методами,  применяемыми  в  современных программных  пакетах  для  математического  моделирования.  Проведена  также  экспериментальная верификация  математической  модели,  для  которой  использовались  результаты  экспериментальных измерений  метеорологических  условий,  распределения  влаги  и  температуры  в  почве.  Эти  данные сравнивались с результатами моделирования, полученными в ПК SPSv2.0. Установлено, что погрешность расчета анализируемых параметров не превышает 5 %, что позволяет применять разработанную модель для решения практических задач врассматриваемой предметной области.

75-80 94
Аннотация

При  проектировании  радиотехнических  изделий  на  ранних  стадиях  одной  из  важнейших решаемых  задач  является  определение  эффективного  варианта  исполнения  системы/устройства  путем анализа  всех  возможных  доступных  исполнений.  Поэтому  разработка таких  систем/устройств представляет собой сложный и трудоемкий процесс, который в себеподразумевает бесконечно большое количество  итераций  расчетов  и  моделирований  различных  вариантов  в  поисках  оптимально-эффективного. В данной статье рассмотрены программы: AppCAD от компании Agilent и ADISimRF от компании Analog Devices. Данные программы имеют большой функционал, множество рассчитываемых системных  характеристик  тракта,  но  в  каждой  из  них  существуют  недостатки,  например,  отсутствие редактируемой базы данных интегральных микросхем, отсутствие расчетов динамического диапазона по интермодуляции  третьего  порядка  приемного  тракта, невозможность оптимизации  по  нелинейным искажениям  и  т. д.  Целью  статьи  является  разработка  оригинальной  программы  для  расчета адиоприемных трактов, которая по функционалу не уступает зарубежным аналогам и обладает рядом полезных  для  расчетов  уточнений.  В  статье  представлены  формулы для  расчета  коэффициента  шума аналогово-цифрового  преобразователя  (АЦП)  и  произведен  сравнительный  анализ  полученных результатов  с  реальным  значением.  Коэффициент  шума  радиоприемного  тракта  уточнен  с  помощью включения  в  формулу  коэффициента  обратных  потерь  и  коэффициента шума  АЦП.  Программа, разработанная  автором  статьи,  имеет  редактируемую  элементную  базу,  работа  с  которой  упрощает и ускоряет расчет устройства. Описан алгоритм работы программы,разработанной автором, и приведен расчет системных характеристик тракта для сравнения с зарубежными аналогами.

81-88 92
Аннотация

Для  удовлетворения  потребности  в  метрологическом  обеспечении  измерений  мощности в диапазоне частот от 37,5 до 178,6 ГГц была разработана установка, предназначенная для проведения автоматизированных  измерений,  калибровок  и  проверок  ваттметров  с  высокой  точностью  и возможностью  адаптации  под  различные  типы  исследуемых  устройств.  В  данной  работе  представлен состав,  схема  и  общий  принцип  работы  установки.  Дано  описание  структуры  изотермических калориметрических преобразователей автокомпенсационного типа с сухой нагрузкой и телом сравнения, являющихся основой установки. Представлены реализованные алгоритмы преобразования и замещения мощности СВЧ мощностью постоянного тока разработанных калориметрических ваттметров. Описаны меры,  принятые  на  стадии  изготовления,  по  минимизации  источников  неопределенности  измерений. Для  оценки  точности  измерения  поглощаемой  мощности  составлена  математическая  модель коэффициента преобразования. В указанную математическую модель введены поправки, позволяющие повысить  точность  измерения  воспроизводимой  мощности  миллиметрового  диапазона  длин  волн. Приведены  полученные  основные  метрологические  и  технические  характеристики  калориметрических ваттметров  и  устройств  сличения  установки.  Полученные  метрологические  и  технические характеристики соответствуют современному уровню эталонного оборудования.

89-95 124
Аннотация

Целью данной статьи является построение внутренней функции, лежащей в основе схемы “Sponge”  для  построения  криптографических  хеш-функций.  Внутренняя  функция  в  схеме  “Sponge” является  преобразованием  фиксированной  длины  или  перестановкой, оперирующей  с  фиксированным числом  битов,  составляющих  внутреннее  состояние  функции. Существуют  различные  конструктивные подходы  к  проектированию  функции.  Наиболее  распространенным  является  подход,  при  котором используется  перестановка,  основанная  на  симметричном  блочном  алгоритме  шифрования с константами  в  качестве  ключа.  В данной статье строится внутренняя функция с помощью обобщенной  методологии  проектирования  AES.  Эта  методология  позволяет  легко  проектировать блочные  шифры  для  зашифровывания больших  блоков  открытого  текста  с  помощью  небольших компонентов,  представляя  обрабатываемые  данные  в  виде  многомерных  массивов.  Внутренняя функция  является  блочным  шифром,  который  обрабатывает  2048  битов,  представляемых  в  виде 9-мерного массива из 512 4-битовых элементов размера 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2 × 2. Каждый раунд шифрования  состоит  из  трех  преобразований  (S-блоки,  линейное  преобразование  и  перестановка), аналогичных  трем  раундовым  преобразованиям  AES  SubBytes,  MixColumns  и  ShiftRows.  Построенная функция может быть использована в качестве внутренней функции вмодифицированной схеме “Sponge” построения криптографических хеш-функций.

96-103 94
Аннотация

В  последние  годы  технические  средства  охраны  периметра  получают все  большее распространение, что обусловлено их возрастающей эффективностьюзащиты от несанкционированного доступа  злоумышленников  к  охраняемым  объектам.  Высокая  конкуренция  производителей  подобных средств привела к появлению множества технических решений средств обнаружения (СО), работающих на  разных  физических  принципах  и  предназначенных  для  решения  специфических  задач.  Основное назначение  СО  –  обеспечить  обнаружение  фактов  проникновения  нарушителей  через  охраняемое препятствие.  Учитывая,  что  способы  проникновения  нарушителей  разнообразны  (разрушение ограждений, перелаз через ограждение, подкоп под ограждение и т. д.), создание эффективной системы охраны с использованием только одного типа СО является проблемной задачей. При этом автономное использование  множества  типов  СО  приводит  к  тому,  что  в  дежурном  помещении  будет  находиться большое  количество  технических  средств,  которые  увеличивают  не только  временные  и  финансовые затраты на их обслуживание, но и повышают требования к компетенции дежурного персонала. С целью разрешения вышеуказанных проблем в НИИ ЭВМ разработан комплекс ВМ 8018, предназначенный для автоматизации процесса охраны протяженных периметров объектов различного назначения, в том числе участков  государственной  границы,  периметров  и  помещений  подразделений  границы,  протяженных периметров  промышленных  и  военных  объектов,  а  также  управления исполнительными  устройствами (электроприводами ворот и калиток, освещением и т. п.), ведения видеонаблюдения.

104-109 113
Аннотация

The  article  presents  the  results  of  experimental  substantiation  of  the  method  for  improving the shielding  properties  of  composite  coatings  based  on  powdered  alumina  (electrocorundum,  alum  earth), which  consists  in  modifying  the  composition  of  such  coatings  by adding  to  it  powdered  iron  oxide. This experimental substantiation consisted in the development of the technique for obtaining composite coatings based on powdered alumina and iron oxide, the manufacture of the experimental samplesusing the developed technique,  measurements  of  electromagnetic  radiation  reflection and  transmission  coefficients  values in the frequency range 0.7…17.0 GHz of the manufactured samples; implementation of the comparative analysis of the measured values with the similar values typical for the composite coatings filled with powdered alumina oxides, and composite coatings with the fillers such as powdered iron oxide. The obtained results revealed that by  adding  powdered  iron  oxide  to  the  composite  coatings  based  on powdered  alumina  oxides,  it  is  possible to reduce by 1.0…8.0 dB their electromagnetic radiation transmission coefficient values in the frequency range 0.7…17.0 GHz. In addition, we found that the implementation of the proposed method allows one to decrease by  2.0…20.0  dB  the  electromagnetic  radiation  reflection  coefficient  values  in  the  specified  frequency  range of the considered composite coatings, if such are applied to metal substrates. We propose to use the composite coatings, obtained on the base of the substantiated method, in order to ensure the electromagnetic compatibility of radio-electronic equipment.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1729-7648 (Print)
ISSN 2708-0382 (Online)