Preview

Доклады БГУИР

Расширенный поиск
Том 18, № 4 (2020)

ЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКА

5-12 90
Аннотация

Предложены два типа сферотрона-диотрона на двусферическом резонаторе (раннее в статье был предложен сферотрон-диотрон с несинхронным взаимодействием на двусферическом резонаторе, где электронный поток в этом генераторе проходит по оси z резонатора от внешней сферы до внутренней и взаимодействует с продольным (осевым) электрическим полем резонатора). Первый тип сферотрона имеет ряд электронных лучей (пучков), проходящих от внешней сферы резонатора к внутренней под углами ϧ относительно оси z резонатора: ϧ=0, π/8, π/4. Взаимодействие электронов с полем резонатора в нем осуществляется за счет возникновения квадратичных сил в возрастающем в направлении движения электронов поле. Во втором типе сферотрона (обращенном сферотроне) радиальные электронные пучки расположены по полудуге экваториальной плоскости резонатора, а электроны движутся от внутренней сферы к внешней. Взаимодействие в нем осуществляется из-за пространственной фазировки электронов. В обоих типах сферотронов достижим КПД 30 % при сверхбольшой мощности в импульсном режиме и суммарных токах пучков в десятки килоампер. Приведенные в статье данные свидетельствуют о перспективности многолучевого и oбращенного сферотрона по следующим показателям: чрезвычайная простота конструкции; не требуется прецизионных решеток или гребенок с шагом, значительно меньшим длины волны; не требуются фокусирующие магнитные системы; обеспечивается электронный КПД 26…45 %. Заметим, что сферотрон – прибор большой мощности (10–100 МВт в импульсе длительностью 1–10 нс), поскольку для поддержания эффективности несинхронного взаимодействия нужна высокая величина напряженности электромагнитного поля, что достигается только при большой мощности прибора.

13-19 36
Аннотация
Статья посвящена анализу совокупной спектральной плотности излучения абонентских терминалов сети связи LTE. В сети связи LTE для нисходящей линии связи (downlink) применяется технология мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA), а для восходящей линии связи (uplink) – технология множественного доступа с частотным разделением каналов и одной несущей (SC-FDMA). В нисходящей линии связи занимаемая полоса радиочастот определяется количеством ресурсных блоков и величиной шага размещения поднесущих колебаний в частотной области. Особенности используемых технологий организации множественного доступа в сетях связи LTE определяют характер спектральной плотности совокупного радиосигнала. Так, в нисходящей линии связи спектральная плотность приближается к равномерной, поскольку распределение мощности в спектральной области не зависит от количества и местоположения ресурсных блоков, выделяемых абоненту, а также не зависит от территориального расположения самого абонента. Для восходящей линии связи определение характеристик спектральной плотности не так однозначно, так как они зависят от ряда факторов (параметров трафика, характера радиоусловий и др.). Для проведения подробного анализа спектральной плотности излучения совокупности абонентских терминалов сети связи LTE была разработана схема измерительной установки и проведены экспериментальные исследования спектральной плотности на базе научно-исследовательской лаборатории БГУИР. В статье приводятся спектрограммы совокупности сигналов в восходящей линии сети связи LTE, полученные для различных интервалов времени и различных мест наблюдения. Сделано заключение о возможности использования эквивалентной равномерной спектральной плотности для описания помеховых воздействий от группировок абонентских терминалов сетей связи LTE.
20-27 22
Аннотация

Цель работы, результаты которой представлены в рамках статьи, заключалась в развитии и переносе на класс кодов Рида – Соломона (РС-кодов) базовых положений теории норм синдромов (ТНС), разработанных ранее для активно применяемого в теории и практике помехоустойчивого кодирования класса кодов Боуза – Чоудхури – Хоквингема (БЧХ-кодов). Для достижения поставленной цели осуществлен переход в изложении теории РС-кодов с полиномиального языка на матричный. Такой подход позволяет в полной мере использовать возможности теории полей Галуа. Главная сложность РС-кодов в том, что они опираются на недвоичный алфавит. Этот же фактор является привлекательным для практических применений РС-кодов. Матричный язык позволяет разбивать синдромы ошибок на компоненты, являющиеся элементами поля Галуа – поля определения РС-кодов. ТНС для БЧХ-кодов опирается на применение автоморфизмов этих кодов – циклических и циклотомических подстановок. В работе подробно изучены автоморфизмы РС-кодов. Циклическая подстановка относится к разрядам автоморфизмов РС-кодов и порождает подгруппу Г порядка N (длина кода). Циклотомическая подстановка не принадлежит классу автоморфизмов РС-кодов – мощность алфавита, большая 2, препятствует этому. При расширении понятия автоморфизма кода за рамки перестановок координат векторов к автоморфизмам РС-кодов можно отнести и гомотетии, или аффинные подстановки, поскольку они также образуют циклическую группу А порядка N. Показано, что циклическая и аффинная подстановки коммутируют друг с другом, что, вообще говоря, не типично для линейных операторов и подстановок. Группа Г циклических подстановок, группа А аффинных подстановок и объединенная АГ группа порядка N2 порождают 3 вида орбит ошибок в РС-кодах. Изучено строение орбит ошибок относительно действия групп А, Г и объединенной группы АГ {231 слово}.

28-35 25
Аннотация
Цель работы, представленной в статье, заключается в демонстрации поэтапной разработки мехатронного устройства, описании процесса разработки конструкции устройства, его программного обеспечения, демонстрации применения теории избранных разделов математики и физики в области робототехники, и в частности: линейной алгебры, геометрии, вычислительной математики, дискретной математики, механики. Исследование проводилось на основе мехатронного устройства, которое было спроектировано в рамках подготовки к международному турниру по робототехнике «First Global Challenge 2019» молодежной командой Республики Беларусь, ставшей победителем данных соревнований. В статье подробно описана постановка задачи на данном турнире, выделены основные требования к создаваемому роботу, представлено общее описание этапов создания устройства как в ходе проектирования, так и при непосредственной реализации проекта, а также обоснованы инженерные решения, которые были приняты в процессе конструирования. Более подробно описаны этапы, представляющие наибольший интерес с точки зрения применения теории прикладной физики и математики. Особое внимание в статье уделено проектированию и разработке модулей конструкции, а также разработке программного обеспечения для управления устройством. Робот представляет собой экспериментальную модель, которая может быть использована в дальнейших исследованиях в области искусственного интеллекта, машинного обучения, систем автоматизации, а также является потенциальной платформой для обучения робототехнике на уровне среднего специального и высшего образования.
36-43 26
Аннотация
Цель работы – разработка и апробирование аппаратно-программной системы для экологического мониторинга атмосферного воздуха в режиме реального времени. В статье обоснована актуальность создания заявленной системы, показано, что имеющимися средствами невозможно получать оперативные данные о степени загрязнения атмосферного воздуха, хотя данная информация является важной для населения крупных городов и промышленных центров. Изложены результаты создания и использования автоматизированной системы для мониторинга атмосферного воздуха с использованием моделирования переноса загрязняющих веществ. В основу системы лег аппаратно-программный комплекс, состоящий из микрокомпьютера, датчиков загрязнения, модуля беспроводной связи и беспилотного летательного аппарата. Получаемые в режиме реального времени показатели загрязненности обрабатываются с целью построения актуальных карт, в том числе для предоставления возможности выбора оптимального маршрута следования с учетом неблагоприятного воздействия загрязнения. Разработанное мобильное приложение предоставляет возможность конечному пользователю получать информацию on-line и строить прогнозы, основанные на данных о скорости ветра и его направлении в краткосрочной и среднесрочной перспективе. В качестве основной модели переноса загрязняющих веществ в атмосферном воздухе выбрана методика ОНД-86, являющаяся обязательной в Республике Беларусь. Информация о силе и направлении ветра для построения прогнозов берется из открытых Интернет-источников метеоданных. С использованием реальных данных о массе выбросов производится построение карты планируемой концентрации, которая рассеивается пропорционально удалению от источника выброса с учетом cилы и направления ветра. Получаемый таким образом прогноз может быть использован для выбора оптимального маршрута следования, оптимизации транспортных потоков и организации действий при чрезвычайных ситуациях, связанных с утечкой и выбросов вредных веществ.

 

44-52 43
Аннотация

Выполнен анализ модели представления данных и знаний в виде семантической сети. Обоснован ее выбор для работы с текстовой информацией. Сформулирована задача автоматической генерации семантической сети на основе произвольного текста на русском языке. Приведены исходные данные, условия и ограничения, необходимые для алгоритма построения сети. В результате анализа части речи каждого слова и порядка слов в предложении установлены семантические отношения между словами. Создан словарь лексем, с помощью которого определяются части речи слов из предложений. Выбрано множество видов вопросов, используемых в семантической сети. Количество отношений в сети регулируется за счет возможности использовать только нужные типы связей при решении конкретной задачи. При этом отношения в семантической сети могут быть самых разных типов, что делает ее универсальной моделью представления данных и знаний. Разработан алгоритм, позволяющий получать ответы на поставленные вопросы. Рассмотрены предложения, для которых автоматически построена модель семантической сети. В предложенном алгоритме семантическая сеть интерпретируется как неориентированный граф, на котором для поиска ответа на вопрос применен алгоритм поиска в ширину. Разработанные алгоритмы реализованы в программном средстве, которое автоматически строит семантическую сеть для произвольного текста. Созданное программное средство позволяет задавать вопросы и получать на них ответы на основе информации, хранящейся в семантической сети. Эксперименты показали, что построенная семантическая сеть дает правильные ответы на поставленные ей вопросы. Сеть модифицируются путем добавления и удаления из нее информации. Есть возможность выбирать сложность структуры сети в зависимости от решаемой задачи. Предложенный подход к построению и работе с сетью позволяет использовать ее для текстов на разных языках, в информационных системах с естественно-языковым интерфейсом, для решения задач классификации и поиска информации.

53-61 32
Аннотация
Цель работы, результаты которой приведены в рамках статьи, заключалась в исследовании закономерностей изменений нелинейных параметров электроэнцефалограмм (ЭЭГ), представленных фрактальной размерностью, экспонентой самоподобия при облучении оператора электромагнитным шумовым излучением. Вместе с вышеуказанными нелинейными параметрами исследовалось изменение спектральной плотности мощности ритмических составляющих ЭЭГ: дельта-, тета-, альфа-, бета-ритмов. Изучение фрактальной размерности, экспоненты самоподобия и спектральной плотности мощности ЭЭГ при облучении было связано с возможным изменением данных параметров при депрессии и малой депрессии оператора. В качестве облучателя использовался генератор электромагнитного шумового излучения на транзисторах мощностью 30 мВт в диапазоне частот 5 ГГц. В работе приведено описание методов для расчета нелинейных параметров ЭЭГ, представленных фрактальной размерностью и экспонентой самоподобия. Для определения параметров ЭЭГ: фрактальной размерности, экспоненты самоподобия, спектральной плотности мощности ритмических составляющих при достижении поставленной цели было разработано программное обеспечение на языке Java. Проведено изучение научной литературы, связанной с изменением фрактальной размерности, экспоненты самоподобия, спектральной плотности мощности дельта-, тета-, альфа-, бета-ритмов при депрессии и малой депрессии человека. Регистрация электроэнцефалограмм осуществлялась по схеме «10/20» c использванием электроэнцефалографа «Нейрокартограф» фирмы МБН. Анализируемые отведения ЭЭГ: Fp1, Fp2, T3, T4, Р3, Р4, О1, О2, F3, F4, C3, C4. Результаты работы показали отсутствие четкого депрессивного состояния у оператора при воздействии электромагнитным шумовым излучением, если руководствоваться изменением экспоненты самоподобия, фрактальной размерности и спектральной плотности мощности. Однако при облучении оператора электромагнитным шумовым излучением наблюдалась тенденция изменения параметров, характерная для малой депрессии.
62-70 25
Аннотация

В статье приводится методика структурно-параметрического синтеза многополосных частотно-избирательных цепей. Дается краткая характеристика подходов для решения задач синтеза многополосных частотно-избирательных цепей, основанных на использовании многочастотных резонаторов, частотных преобразований и параметрических, использующих численные процедуры оптимизации. Представлены и дается краткое описание трех широко используемых критериев оценки характеристик частотно-избирательных цепей: по Тейлору, чебышевский и среднестепенной. Показаны способы оценки совместного приближения амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик синтезируемых цепей к характеристикам идеального фильтра. Предложен критерий и приведена методика структурно-параметрического синтеза многополосных согласующих цепей на основе внутриполостного комплексного критерия соответствия идеальному фильтру в полосе пропускания и межполосного чебышевского критерия, реализуемая численной оптимизацией синтезируемых цепей относительно выбранного критерия близости. При этом многополосная цепь представляется в виде лестничного соединения, состоящего в общем случае из n различных реактивных сопротивлений. Приводится пример использования предложенной методики для решения задачи структурнопараметрического синтеза двухполосной согласующей цепи. В качестве согласуемой нагрузки выбран эквивалент первого типа, состоящий из последовательного соединения активного сопротивления и емкости. В примере в качестве дополнительного применено требование по обеспечению межполосной частотной избирательности. Такое требование обеспечивается введением нуля в функцию передачи синтезируемой цепи на межполосной средней геометрической частоте. Его реализация выполнена введением параллельного колебательного контура в первую последовательную ветвь синтезируемой согласующей цепи. Структурно-параметрический синтез выбранной в примере двухполосной согласующей цепи осуществляется с применением программного продукта Mathcad 15 на основе встроенного метода оптимизации Левенберга – Марквардта.

71-79 29
Аннотация
Методами резерфордовского обратного рассеяния, рентгеновской дифракции и просвечивающей электронной микроскопии поперечных сечений исследовано формирование слоев дисилицида хрома на подложках монокристаллического кремния n-типа с ориентацией (111) при быстром термическом отжиге в режиме теплового баланса. Пленки хрома толщиной порядка 30 нм наносили магнетронным распылением хромовой мишени ионами аргона на кремниевые подложки при комнатной температуре. Быструю термообработку проводили в интервале температур от 200 до 550 °С в режиме теплового баланса путем облучения обратной стороны подложек некогерентным световым потоком кварцевых галогенных ламп в среде азота в течение 7 с. Установлено, что формирование гексагональной фазы дисилицида хрома с размером зерен 150–300 нм происходит пороговым образом при превышении температуры быстрой термообработки 400 °С. Одновременно происходят сильные изменения поверхностной морфологии пленок, возникает шероховатость поверхности и границы раздела силицид-кремний. При этом волнообразная морфология поверхности пленки практически повторяет морфологию границы раздела силицида с кремнием (то есть является точной репликой границы раздела). Предложен и обсуждается механизм формирования шероховатости структуры границы раздела дисилицида хрома с кремнием, основанный на учете эффекта Киркендала и деформационно-стимулированной диффузии вакансий. Результаты исследований структуры и морфологии слоев дисилицида хрома на кремнии хорошо согласуются с результатами электрофизических измерений барьера Шоттки. Полученные результаты могут быть использованы в микроэлектронике при формировании выпрямляющих контактов и металлизации межсоединений в интегральных схемах, а также с целью термоэлектрических и оптоэлектронных применений.
80-88 22
Аннотация
В настоящее время сфера применений мощного ультразвука интенсивно расширяется, продолжается совершенствование оборудования и технологических процессов. При этом ключевым фактором воздействия ультразвуковых колебаний на процессы в жидкостях и жидкообразных средах является кавитация – явление образования, пульсации и захлопывания микропузырьков газа под действием переменного давления. Широкое внедрение перспективных ультразвуковых технологий в значительной мере сдерживается тем, что закономерности генерирования кавитации изучены недостаточно, а известные в литературе данные противоречивы и характеризуются низкой воспроизводимостью. В данной работе приводится описание инновационного метода исследования ультразвуковой кавитации. С целью повышения воспроизводимости результатов и достоверности выводов о корреляции различных кавитационных эффектов предложено регистрировать одновременно параметры, характеризующие эти эффекты. Разработана и апробирована установка, предназначенная для реализации данного метода. Установка обеспечивает возможность регистрации полного выходного сигнала гидрофона, интенсивности свечения, генерируемого в кавитационной области – звуколюминесценции, спектра кавитационного шума и отдельных его составляющих. Технические характеристики установки позволяют регулировать скорость развития кавитационной области путем варьирования длительности и периода следования импульсов ультразвука и проводить измерения в низкочастотных (НЧ), высокочастотных (ВЧ) и взаимодействующих ВЧ и НЧ ультразвуковых полях. В ходе испытаний установки получены результаты, представляющие значительный интерес с точки зрения уточнения представлений о механизме генерирования кавитационных эффектов. Установлено, что предварительная обработка жидкости в ультразвуковом поле с целью ее дегазации в течение 15–20 мин обеспечивает значительное повышение воспроизводимости измерений, особенно для жидкостей с высоким газосодержанием. На основании сопоставления результатов синхронной регистрации сигналов датчика кавитации и фотоумножителя показано, что кавитационная область после включения ультразвука проходит четыре стадии развития, различающиеся динамикой изменения интенсивности звуколюминесценции и составом регистрируемых при этом спектров кавитационного шума. Сделан вывод о возможности идентификации стадий развития кавитационной области по спектрам кавитационного шума.
89-95 31
Аннотация
Целью статьи является оценка канала утечки дискретно-квантованного речевого сигнала при амплитудно-импульсной модуляции. Дискретно-квантованное преобразование аналоговых сигналов в цифровую форму рассматривается на примере амплитудно-импульсной модуляции. Разработка математической модели каналов утечки речевых сигналов при дискретно-квантованном преобразовании основана на спектральном представлении периодических сигналов рядами Фурье. В качестве измерительного сигнала предложено использовать периодическую импульсную последовательность треугольной формы. Измерительный сигнал треугольной формы имеет преимущество перед гармоническим сигналом в процессе выделения шума квантования, так как позволяет достичь более высокой точности при его обработке. Для оценки защищенности канала, обусловленного амплитудноимпульсной модуляцией, используется гармонический сигнал, сформированный из периодической импульсной последовательности треугольной формы методом преобразования Фурье. В результате построения спектра амплитудно-импульсного модулированного сигнала установлено, что при каждой гармонической составляющей спектра, соответствующей спектру периодической последовательности импульсов, появляются боковые составляющие, соответствующие спектру модулирующего сигнала, которые вместе с низкочастотной составляющей в полосе речевого сигнала формируют канал утечки информации. Наличие в составе спектра амплитудно-импульсного модулированного сигнала исходного модулирующего сигнала позволяет провести оценку защищенности канала утечки речевого сигнала при амплитудноимпульсной модуляции по низкочастотной составляющей модулирующего сигнала. Представленные в статье материалы являются оригинальными и могут быть использованы при оценке защищенности каналов утечки речевых сигналов, преобразованных в цифровую форму. Кроме того, полученные результаты позволяют проводить дальнейшие исследования защищенности речевых сигналов при их обратном преобразовании из цифровой формы в исходный сигнал.
96-112 11
Аннотация
В работе рассматривается гипотеза о возможном, наряду с другими факторами, влиянии
на уровень смертности населения от коронавирусной инфекции уровня электромагнитного загрязнения среды обитания. Гипотеза косвенно подтверждается наличием корреляции между степенью жесткости гигиенического нормирования уровней радиочастотного электромагнитного фона для населения, главным источником которого являются системы мобильной (сотовой) связи, и уровнем смертности от COVID-19 в различных странах. Обсуждаются специальные меры по обеспечению безопасного
быстрого развития технологий, систем и услуг мобильной связи четвертого (4G), пятого (5G), а к 2030 году и шестого (6G) поколения, связанного с увеличением на несколько порядков числа излучающих устройств, скорости передачи данных по радиочастотным каналам и территориальной плотности трафика мобильной связи. Для количественного анализа этих процессов развита и верифицирована с использованием результатов многочисленных измерений электромагнитного фона в различных странах практическая методика пессимистической оценки уровня электромагнитного фона, создаваемого
этими системами, основные положения которой излагаются в данной работе. Данная методика основана на использовании интегральных системных характеристик беспроводного информационного обслуживания общества и позволяет обосновать необходимые системные, технические и организационные решения, направленные на обеспечение необходимого уровня электромагнитной экологии населенных территорий и электромагнитной безопасности населения в условиях быстрого развития систем 4G/5G/6G без ущерба информационному обслуживанию населения и информационным технологиям в экономике, образовании, здравоохранении и других областях.


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


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