{"title":"Модуль многопараметрического мониторинга окружающей среды подземной угольной шахты со встроенными датчиками: применение радио приемопередающего модуля УВЧ-диапазона","authors":"А. Гош, П. К. Мишра","doi":"10.20535/s0021347022040045","DOIUrl":"https://doi.org/10.20535/s0021347022040045","url":null,"abstract":"Постоянный контроль окружающей среды подземной угольной шахты необходим для обеспечения рабочих условий в шахтах с максимальным уровнем безопасности. Для мониторинга безопасности необходимо создать сеть активной коммуникации и информации, которая будет быстро и эффективно выявлять состояние окружающей среды в шахте, и принимать необходимые меры для предупреждения и оповещения рабочих о состоянии окружающей среды в зоне добычи. Эта задача может быть решена с помощью технологии дальней беспроводной связи. В данной работе разработан и спроектирован модуль со встроенными датчиками для мониторинга многих параметров окружающей среды, таких как температура, влажность, содержание метана, угарного газа, водорода и угольной пыли. Эти мульти-параметрические датчики постоянного контроля связаны посредством интерфейса с микроконтроллером Arduino. Для осуществления дальней связи использовано приемопередающее устройство ультравысокой частоты (УВЧ) XBee S8. Указанные параметры прогнозировались для оценки безопасности в подземной угольной шахте. Предложен новый подход к процессу градуировки газовых датчиков и датчика угольной пыли в воздухе подземной шахты для достижения желательной концентрации газов и плотности пыли в воздухе подземной шахты. Компьютер подключен через интерфейс к системе многопараметрического мониторинга окружающей среды. Успешные лабораторные испытания проведены в реальных условиях. Кроме того, обсуждаются вопросы, связанные с диапазоном регулирования устройства радио приемопередатчика УВЧ и управлением питания встроенного модуля контроля.","PeriodicalId":233627,"journal":{"name":"Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника","volume":"4 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2022-04-29","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"122582143","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
Михаил Викторович Андреев, Олег Олегович Дробахин, Дмитрий Юрьевич Салтыков, Николай Борисович Горев, Инна Федоровна Коджеспирова
{"title":"Трехзондовая реализация микроволновой интерферометрии для измерения перемещения с учетом коэффициента отражения антенны","authors":"Михаил Викторович Андреев, Олег Олегович Дробахин, Дмитрий Юрьевич Салтыков, Николай Борисович Горев, Инна Федоровна Коджеспирова","doi":"10.20535/s0021347022040021","DOIUrl":"https://doi.org/10.20535/s0021347022040021","url":null,"abstract":"В статье рассматривается задача измерения перемещения с помощью трехзондовой реализации микроволновой интерферометрии в случаях, когда коэффициенты отражения объекта и антенны сравнимы. Представлен трехзондовый метод измерения перемещения с учетом коэффициента отражения антенны. В этом методе перемещение объекта определяется из двух квадратурных сигналов посредством метода развертывания фазы. Выражения для квадратурных сигналов включают в себя неизвестный модуль коэффициента отражения объекта. Для определения этого модуля получено уравнение, связывающее его с токами детекторов и коэффициентом отражения антенны. Показано, что модуль коэффициента отражения объекта определяется как меньший положительный корень этого уравнения при условии, что сумма модулей отражения объекта и антенны не превышает единицы. Из-за малости коэффициента отражения антенны это условие выполняется почти всегда при измерениях в свободном пространстве. Для проверки предложенного метода проведено моделирование определения перемещения объекта, осуществляющего синусоидальные колебания. Моделирование показало, что при сопоставимости коэффициентов отражения объекта и антенны метод позволяет снизить погрешность определения перемещения в несколько раз по сравнению с пренебрежением отражением от антенны даже при наличии заметной шумовой составляющей в токах детекторов. Предлагаемый метод может быть использован при разработке микроволновых датчиков перемещения.","PeriodicalId":233627,"journal":{"name":"Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника","volume":"4 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2022-04-29","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"123757490","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
{"title":"Широкополосная несимметричная антенна P-образной формы с круговой поляризацией для C-диапазона","authors":"Решми Дхара, Таракнатх Кунду","doi":"10.20535/s0021347022030025","DOIUrl":"https://doi.org/10.20535/s0021347022030025","url":null,"abstract":"В данной работе спроектирована широкополосная несимметричная антенна с круговой поляризацией CP (circular polarization). Она состоит из одного Р-образного излучателя с питанием от Г-образной микрополосковой линии передачи с усеченной плоскостью заземления на обратной стороне квадратной подложки. Оптимизация параметров излучателя и зазора облучателя позволила расширить полосу пропускания по входному сопротивлению IBW (impedance bandwidth) и по коэффициенту эллиптичности ARBW (axial ratio bandwidth). Измеренное значение IBW составило 5,65 ГГц (3,9–9,55 ГГц, 84,01%, на центральной резонансной частоте frc = 6,725 ГГц), а моделированное значение — 5,73 ГГц (3,8–9,53 ГГц, 85,97%, frc = 6,6 ГГц), соответственно. Соответствующее моделированное значение ARBW равно 1,47 ГГц (6,62–8,09 ГГц, 19,99%, резонансная частота круговой поляризации fCP = 7,35 ГГц) в пределах измеренных и моделированных значений. Максимальное амплитудное значение коэффициента усиления составило 5,01 дБи на частоте 7,76 ГГц. Результаты моделирования с помощью Ansys Electronics Desktop 2020R1 достаточно точно совпадают с результатами измерений. Оптимизированные размеры предложенной малогабаритной антенны составили 20×20×1,6 мм3 при уменьшении размеров на 57,49%. Предложенная антенна может использоваться в приложениях беспроводной связи C-диапазона.","PeriodicalId":233627,"journal":{"name":"Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника","volume":"37 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2022-03-20","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"127715258","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
{"title":"Природные алгоритмы оптимизации в задачах синтеза встроенных антенн IoT-устройств (обзор)","authors":"Дмитрий Алексеевич Василенко","doi":"10.20535/s0021347022030013","DOIUrl":"https://doi.org/10.20535/s0021347022030013","url":null,"abstract":"Стаття надає огляд застосування природних алгоритмів оптимізації для синтезу вбудованих антен IoT (Internet of Things), що працюють в частотних діапазонах протоколів передачі даних GSM1800, GSM1900, UMTS, LTE2300, GSM+EGSM, Bluetooth, UNII-1 (5150–5250 MHz), UNII-2 (5250–5350 MHz), UNII-2 extended (5470–5725 MHz) та UNII-3 (5725–5825 MHz), WLAN 2,4–2,48 ГГц, WiMAX 3,2–3,6 ГГц, WLAN 3,6 ГГц. Огляд присвячений аналізу успішних стратегій синтезу антен вбудованих пристроїв. До такої стратегії відноситься принцип побудови геометрії антени, налаштування алгоритмів оптимізації, та побудова цільової функції. Для синтезу вбудованих антен IoT знайшли застосування генетичний алгоритм, алгоритм бджолиного рою, світлячковий алгоритм, і алгоритм імітації відпалу.","PeriodicalId":233627,"journal":{"name":"Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника","volume":"10 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2022-03-20","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"125357314","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
Олексій Миколайович Романов, Сергій Миколайович Ніколаєв, Євген Іванович Орлюк
{"title":"Модель комплексу радіомоніторингу як багатофазної системи масового обслуговування","authors":"Олексій Миколайович Романов, Сергій Миколайович Ніколаєв, Євген Іванович Орлюк","doi":"10.20535/s0021347022030050","DOIUrl":"https://doi.org/10.20535/s0021347022030050","url":null,"abstract":"В статье выделено три этапа преобразования сигналов связи и протоколов передачи данных в комплексах радиомониторинга. Модель таких комплексов представлена трехфазной системой массового обслуживания. Первая фаза представлена системой массового обслуживания с отказами, а вторая и третья – с неограниченной очередью. Для каждой из фаз представлены граф состояний, формулы определения вероятностей состояний и основных характеристик систем. Вероятность обслуживания и среднее время пребывания заявок в комплексах радиомониторинга, представленных трехфазной и соответствующей однофазной системами массового обслуживания, сравнены аналитически и по экспериментально построенным зависимостям. Доказано, что трехфазный комплекс радиомониторинга обеспечивает вероятность обслуживания больше однофазного при меньшем количестве каналов обслуживания, что приводит к удешевлению комплекса, при приемлемом увеличении времени обслуживания. Конкретные значения характеристик комплекса рассчитываются для выбора рациональной структуры в зависимости от начальных условий путем решения оптимизационной задачи. Приведен порядок выбора рациональной структуры комплекса радиомониторинга.","PeriodicalId":233627,"journal":{"name":"Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника","volume":"6 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2022-03-20","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"117100065","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
{"title":"Интеллектуальное определение спектра когнитивного радио на основе детектирования энергии для сложных сигналов","authors":"Арун Кумар, Химаншу Шарма","doi":"10.20535/s0021347022030049","DOIUrl":"https://doi.org/10.20535/s0021347022030049","url":null,"abstract":"В статье разработан и промоделирован метод определения спектра на основе детектирования энергии ED (energy detection) для метода частотного мультиплексирования нескольких несущих с универсальной фильтрацией трафика UFMC (Universal Filtered Multi Carrier). Кроме того, проектирование и анализ предложенной системы и системы мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) с использованием циклического префикса CP (Cyclic Prefix) и без него, проведено с точки зрения точного обнаружения, ложного обнаружения, пиковой мощности, частоты битовых ошибок (BER), и спектральной плотности мощности (PSD). Видно, что ED эффективность выше для UFMC структуры по сравнению с OFDM системой.","PeriodicalId":233627,"journal":{"name":"Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника","volume":"12 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2022-03-20","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"127993810","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
{"title":"Уменьшение поверхностной рекомбинации в монокристаллическом кремнии путем импульсного лазерного осаждения пленок с кремниевыми квантовыми точками","authors":"Сергей Васильевич Чирчик","doi":"10.20535/s0021347022030037","DOIUrl":"https://doi.org/10.20535/s0021347022030037","url":null,"abstract":"У роботі запропоновано спосіб пригнічення поверхневої рекомбінації c-Si шляхом модифікації його поверхні наночастинками. Нанокомпозити кремнію, що містять Si квантоворозмірні частинки в SiO2 матриці, характеризуються збільшеною шириною заборонених станів, при нанесенні на c-Si підкладку, вони формують гетероперехід nc-Si/c-Si, потенційний бар’єр якого сприяє збільшенню поверхневого часу життя носіїв заряду. Наведено експериментальні результати досліджень. Метод тестовано у виробничих умовах на технологічних пластинах кремнію. Підтверджена можливість зменшення поверхневої рекомбінації в монокристалічному кремнії шляхом пасивації його поверхні при імпульсному лазерному осадженні плівок з кремнієвими квантовими точками.","PeriodicalId":233627,"journal":{"name":"Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника","volume":"328 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2022-03-20","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"123401961","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
{"title":"Оценка эффективности нового подхода при адаптивном обнаружении частично коррелированных χ2 целей при наличии сторонних целей","authors":"Мохамед Б. Эль Машад","doi":"10.20535/s0021347021120025","DOIUrl":"https://doi.org/10.20535/s0021347021120025","url":null,"abstract":"Радар является основой современных комплексных систем ПВО. Принятие решения о наличии или отсутствии объекта при постоянном уровне ложной тревоги является одной из основных его концепций. В нее входит реализация методики постоянного уровня ложной тревоги CFAR (constant false alarm rate), которая обновляет порог обнаружения в соответствии с неоднородной обстановкой. Сложность поиска единственного варианта CFAR при наличии различных шумов приводит к необходимости разработки комплексной аппаратуры. Здесь объединение частных решений отдельных CFAR схем с помощью соответствующих правил объединения обеспечивает лучшее суммарное обнаружение. В данной статье представлен анализ линейного объединения LF (linear fusion) CA, OS и TM структур. Предполагается, что исследуемая и ложная цели имеют флуктуации согласно χ2-модели с двумя степенями свободы. Для характеристики обнаружения получено выражение в закрытой форме. По результатам проведенного моделирования получено, что LF модель обеспечивает надежную работу при отсутствии или наличии помех. Кроме того, LF характеристики в идеальном случае превосходят характеристики обнаружителя Неймана–Пирсона (N-P), который является эталоном для CFAR схем. Также, LF алгоритм позволяет удерживать уровень ложной тревоги неизменным при наличии помех.","PeriodicalId":233627,"journal":{"name":"Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника","volume":"127 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2022-02-18","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"133246946","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
К. Падманбхан, А. К. Мариселвам, К. Судхамахи, С. Ананси
{"title":"Сложности обработки синфазных и квадратурных сигналов в системах OFDM и метод упрощения декодирования и обнаружения ошибок","authors":"К. Падманбхан, А. К. Мариселвам, К. Судхамахи, С. Ананси","doi":"10.20535/s0021347021120037","DOIUrl":"https://doi.org/10.20535/s0021347021120037","url":null,"abstract":"Схемы модуляции, используемые в радиочастотных протоколах обмена данными стандарта IEEE 802.11, основаны на двух несущих, сдвинутых на 90°, которые называют синфазным (I) и квадратурным (Q) сигналами. Эти два сигнала формируются для символов данных и затем модулируются при использовании высокой частоты на двух основных несущих, которые также сдвинуты на 90° между собой. В данной работе представлен критический анализ методов формирования I/Q сигналов. Показаны ошибки фазового и амплитудного дисбаланса, вызванные использованием двух сигналов для декодирования одного элемента данных. Эта схема используется главным образом вместе с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) при использовании обратного быстрого преобразования Фурье IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) на стороне передатчика, и прямого быстрого преобразования Фурье (FFT) на стороне приемника. В этой работе описан альтернативный улучшенный метод, который не требует использования указанных выше IFFT и FFT. В предлагаемом методе осуществляется поочередная демодуляция поднесущих и, в результате, определяются ненадежные поднесущие, которые склонны к появлению ошибок. Подобным же образом можно исправлять ошибки в символах.","PeriodicalId":233627,"journal":{"name":"Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника","volume":"4 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2022-02-18","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"121946924","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
{"title":"Миниатюризация и оптимизация антенны для многополосных применений с питанием от копланарного волновода на базе стеклотекстолита FR4","authors":"Дж. Бора, С. Баруа, Т. А. Шейх, С. Рой","doi":"10.20535/s0021347021120049","DOIUrl":"https://doi.org/10.20535/s0021347021120049","url":null,"abstract":"В работе представлена уникальная миниатюризированная и оптимизированная многополосная антенна с питанием от копланарного волновода CPW (coplanar waveguide) для современных беспроводных коммуникаций. Новая методика использования модифицированной структуры заземления MGS (modified ground structure) и полос частотного сдвига FSS (frequency shifting strips) наряду со структурой заземления с дефектом DGS (defected ground structure) и нагрузкой метаматериалом MTM (metamaterial) применяется в данной конструкции с тем, чтобы обеспечить многочастотную работу. Предлагаемая антенна генерирует четыре отдельные полосы пропускания, определяемые по входному импедансу, и охватывает минимально необходимые частотные диапазоны сетей GSM 1800/1900, Wi-Fi/WLAN 5,2/5,5 ГГц и WiMAX 3,3/10,3 ГГц. Антенна имеет сравнительно небольшие размеры 17×20 мм2 и работает в частотных диапазонах 1,45–2,08; 2,87–3,44; 5,01–5,58 и 8,89–10,69 ГГц. Разработанная антенна смоделирована в программе Ansoft HFSS при помощи метода конечных элементов FEM (finite element method). В работе представлены характеристики этой антенны, включая коэффициент отражения, коэффициент усиления, КСВН, распределения поверхностного тока и электрического поля. Также исследованы основные структурные параметры антенны и их влияние на характеристики антенны.","PeriodicalId":233627,"journal":{"name":"Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника","volume":"83 3 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2022-02-18","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"116409677","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}