Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 93
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Перегляд Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 93 за Назва
Зараз показуємо 1 - 10 з 10
Результатів на сторінці
Налаштування сортування
Документ Відкритий доступ Estimation of Multiple Cardiac Cells’ Action Potentials From Extracellular Field Potentials(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Shpotak, M. O.; Ivanushkina, N. H.; Ivanko, K. O.; Prokopenko, Y. V.Modern biomedical technologies use a combination of microelectrode array (MEA) systems and artificially grown cells to study disease mechanisms and test drug effects. MEA systems measure extracellular field potentials (FPs) of cell cultures or tissues, but they cannot record intracellular action potentials (APs) without some modifications or additional devices, limiting the depth of electrophysiological analysis. One of the possible solutions to the inability of MEA systems to measure APs is to mathematically reconstruct them using recorded FPs. However, accurately reconstructing APs of multiple cells is challenging task, which is complicated by many factors such as the number of cells, synchronicity of their APs, identification of their electrophysiological parameters, and noise. This paper aims to address the mathematical problem of AP synchronicity, asynchronicity and partial synchronicity between multiple cells. In this study, mathematical techniques were employed to derive a system of equations capable of reconstructing the APs of N cells simultaneously, using the FPs recorded with N + 1 electrodes. The equations take into account the number of cells, synchronicity and variation of their APs and specific electrical properties of the cells and the medium. In numerical experiments the equations were applied to reconstruct APs from FPs for cases with different types of synchronicity in noise-free and noisy conditions. The reconstructed APs, when combined with recorded FPs, expand the number of electrophysiological characteristics available for cardiotoxicity assessment in MEA systems.Документ Відкритий доступ Improvement of Mathematical Models with Time-Shift of Two- and Tri-Fragment Signals with Non-Linear Frequency Modulation(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Kostyria, O. O.; Hryzo, A. A.; Dodukh, O. M.; Nariezhnii, O. P.The use of signals with intra-pulse modulation in radar systems allows us to increase the duration of sounding pulses, and therefore the radiated energy with limitations on peak power. In the processing system, compression of the signal provides the necessary time difference, but leads to the appearance of side lobes. This, in turn, causes the “stretching” of the passive interference zone by range and worsens the potential for target detection. Therefore, reducing the level of the side lobes of the processed signal is an urgent task of radar. With regard to the maximum level of side lobes, signals with non-linear frequency modulation have advantages, but the models used for their mathematical description need to be clarified. The research carried out by the authors of the article and the obtained results of mathematical modelling explain the mechanism of frequency and phase jumps in signals with nonlinear frequency modulation, consisting of several linearly frequency modulated fragments. These results are obtained for the mathematical model of the current time, when the time of each subsequent fragment is counted from the end of the previous one. The article discusses mathematical models of two- and three-fragment signals with using different approach. The difference is that the start time of each successive linearly frequency modulated fragment is shifted to the origin, that is, the shifted time is used. The advantage of this approach is the absence of frequency jumps at the joints of fragments, but phase jumps at these moments of time still occur. Thus, there is a need to develop a mathematical apparatus for compensating of such jumps. An analysis of known publications conducted in the first section of the article shows that for mathematical models of shifted time, the issue of determining the magnitude of phase jumps at the joints of fragments and the mechanisms for their compensation were not considered. From this follows the task of research, which is formulated in the second section of the work. Mathematical calculations for determining the magnitude of phase jumps that occur in these mathematical models, as well as the results of checking the improved mathematical apparatus, are given in the third section of the work. Further research is planned to be directed at the features of using the developed mathematical models in solving applied problems in radar systems.Документ Відкритий доступ Issues of Optimizing Detection of Stealth Aircraft Using Group of Satellites Flying at Different Altitudes(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Agayev, F. G.; Asadov, H. H.; Aliyeva, G. V.The article is devoted to the optimization of the detection of stealth aircraft using a group of satellites flying at different altitudes and equipped with an infrared reproducing system. The main sources for the formation of the infrared signature of stealth aircraft are the heating of the aircraft casing during flight and the high-temperature plume emanating from the nozzle of the aircraft engine. The necessity of calculating the infrared signature of stealth aircraft is noted. The infrared signature of such aircraft is usually calculated in wide ranges of IR waves. At the same time, there are works according to which it is advisable to use narrow spectral wavelengths for these purposes. A push-pull method of detecting stealth aircraft using satellites flying in a group at different orbital altitudes has been developed. The proposed method makes it possible to increase the signal-to-noise ratio in the resulting informative signal, which is the difference between the signal from the aircraft itself and the background signal within the frame. It is shown that the introduction of a binary control signal depending on the spatial resolution of the distance to the satellites allows minimizing the total background signal coming from a group of satellites. At the same time, an increasing version of this function applied to the sum of signals from the background under a given restrictive condition ultimately increases the signal-to-noise ratio in the system, and also increases the probability of detecting a stealth aircraft using spectrometric devices installed on satellites.Документ Відкритий доступ Mathematical Modeling of Piezoelectric Ceramic Ring Transducers for Functional Instrumentation(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Bazilo, C. V.; Anriienko, V. O.; Tuz, V. V.; Usyk, L. M.; Bondarenko, Yu. Yu.The article reviews a mathematical model of piezoelectric ceramic ring transducers which are functional, highly effective, and applicable as components of functional instrumentation devices, such as sensors, automatic control devices, measuring devices, data collection devices, electronic control systems, etc. The main distinctive characteristic of the mathematical model developed in this study is the ability to establish analytical dependencies for determining such electromechanical characteristics of a piezoceramic ring as: electrical impedance, quality factor, elastic modulus, piezo modulus, dielectric constant, as well as the amplitude values of the electric charge and electric current on the electroded surfaces of the piezoceramic ring, thus significantly expanding the range of these products and determine their operational characteristics at the design stage. The key research question of this study is frequency dependence of the change in electrical impedance for a ring made of PZT-type (plumbum zirconate titanate) piezoelectric ceramics, which significantly depends on the values of mechanical and geometric parameters, the wave number of elastic oscillations, as well as the corresponding Bessel and Neumann functions of the first order, according to which a sharp decrease in the electrical impedance from 4900 to 10 Ohms is observed when the quasiwave number increases from 0 to 2. Also, this study has established a high degree of convergence between the theoretically obtained and experimentally determined electrical impedance modules for ring transducers made of PZT-type piezoelectric ceramics (the discrepancy between the impedance values in these cases did not exceed 16%).Документ Відкритий доступ Rationale for Choosing Type of Heatsink Profile for New Design of Electronic Module Cooling System(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Nikolaenko, Yu. E.; Pekur, D. V.; Nikolaienko, T. Yu.; Kravets, V. Yu.The reliable operation of complex electronic systems with increased heat generation is ensured by the use of efficient cooling systems, the cost of which is sometimes up to 45% of the cost of electronic modules that are cooled. In this regard, the development of new design solutions aimed at reducing the cost of electronic module cooling systems is an urgent task. In this work, a new design solution to reduce the cost of the basic version of the air cooling system of the transmit/receive (T/R) module is proposed. Instead of the heatsink case of the T/R module made by the method of milling from a solid aluminum plate 53 mm thick, a design is proposed, which consists of two parts: an improved case part, made by the method of milling from an aluminium plate with half the thickness, and a convective heat exchanger attached to it, made from a serial heatsink profile. Active electronic components are in contact with the surface of the heat exchanger through the windows in the case. The main part of this work is devoted to rationale for choosing the most advantageous from a thermal point of view heat sink profile from the existing serial profiles for use in the new cooling system. Using computer simulation, the thermal performance of the proposed cooling system was determined and compared in two versions: based on a serial heatsink profile of type 1 and based on a serial heatsink profile of type 2. Types 1 and 2 of the heatsink profile are similar, but have different geometric characteristics, different number of fins, different fin heights, different base thicknesses and different weights. The purpose of the simulation is to determine the most effective of them for use in the new T/R module cooling system. As a result of simulation, it is shown that the most effective for use in the design of the T/R module air cooling system is a serial type 1 heatsink profile, made of aluminum-magnesium alloy AD 31Т. It has a base thickness of 4 mm, a fin height of 21 mm, a fin pitch of 7 mm, a fin thickness at the base of 2.5 mm, and a fin thickness at the top of 1 mm.Документ Відкритий доступ Second-Order Filters with Independent Setting and Adjustment of Basic Parameters(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Antypenko, R. V.; Kyrpatenko, I. M.; Movchanyuk, A. V.; Fesich, W. P.A new topology of the second-order low-pass filter containing three operational amplifiers is proposed. As known, a feature of second-order filters based on operational amplifiers is the interdependence of the main filter parameters, such as the pole frequency, Q factor and gain. The second-order filters synthesized by the state variable method have the smallest relationship between the main parameters, but they also do not allow independent adjustment of the gain and Q factor, and contain at least three operational amplifiers. The proposed low-pass filter topology also contains three operational amplifiers and provides the possibility of independent setting of the pole frequency, Q factor and gain, as well as the possibility of independently adjustment of the Q factor and gain. Relationships have been obtained that relate the pole frequency, Q factor and filter gain to the nominal values of the passive filter elements. On the basis of these ratios, the possibility of independently changing the Q factor and gain of the filter is shown. On the basis of this topology, a second-order universal filter was synthesized with the possibility of independent setting and adjustment of the main parameters. A cut-off filter with independent installation and adjustment of the main parameters is also offered. Examples of second-order low-pass filter calculations and simulation results are given, which confirm the correctness of the calculations. Also, the results of modeling universal and rejection filters are given.Документ Відкритий доступ Towards a New Implementation of Bandpass Filters on Basis of Band-Stop Structures on Dielectric WGM Microresonators(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Grygorenko, O. G.; Trubin, O. O.A new method of constructing band-stop filters based on a system of optical microresonators with whispering gallery oscillations of ultra-high Quality factor (Q) is proposed, which are widely used in various integral filters of the optical wavelength range. To reduce the mutual coupling, the system of microresonators is located on different sides of the regular transmission line. With the help of perturbation theory, an electrodynamic model of filters was developed, which describes a complex system of interconnected microresonators with doubly degenerate types of natural oscillations. The obtained general analytical expressions are used to describe the characteristics of the scattering of natural waves of the line on the system of optical microresonators, which form a band-stop filter or an alternative band-pass filter. The frequency dependencies of the filter scattering matrix were calculated and analyzed. On the basis of the built analytical model, and using the periodicity of the microresonators’ own oscillations, with a change in the free spectral range (FSR) value, the possibility of constructing a new class of band-pass filters has been proven. The new filters differ from the known ones in that they simultaneously use two types of natural oscillations of adjacent microresonators. Amplitude-frequency characteristics of filters with different sizes of operating frequency bands are calculated. Based on the comparison of the obtained data, a conclusion about the reduced dependence of the losses of the proposed filters on the bandwidth is made. It is noted that the amplitude-frequency characteristics of the new class of filters are close to linear ones. The obtained practical simulation results allow significantly reducing the calculation time and optimizing complex multi-resonator structures for optical communication systems.Документ Відкритий доступ Алгоритм оброблення аудiосигналiв iз використанням методу машинного навчанн(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Сокольський, С. О.; Мовчанюк, А. В.Малi безпiлотнi лiтальнi апарати або дрони швидко розвиваються та впроваджуються. Але це також збiльшує i загрозу громадськiй та нацiональнiй безпецi через ризики їхнього неправомiрного використання. Перспективним напрямком для вирiшення цiєї проблеми є акустичний метод, що включає в себе аналiз звукових характеристик i доплерiвського зсуву сигнатур безпiлотникiв, використання масивiв мiкрофонiв та методи машинного навчання. Задачею цiєї статтi є розроблення алгоритму для ефективного виявлення та класифiкацiї аудiосигналiв малих безпiлотних лiтальних апаратiв iз використанням згорткової нейронної мережi глибокого навчання, побудова архiтектури та оцiнка ефективностi її роботи. Перед подачею набору аудiозаписiв дронiв на вхiд мережi, пiдвищили їхню якiсть застосувавши нормалiзацiю, Вiнеровську фiльтрацiю, сегментацiю — подiлили аудiо на кадри тривалiстю 25 мс з перекриттям 50% та вiконне керування за допомогою вiкна Хеммiнга, оскiльки у завданнi оброблення аудiосигналiв важливiша точнiсть у часовiй областi. Отриманi данi роздiлили у спiввiдношеннi 60/20/20 на три набори: для навчання, валiдацiї та тестування. Далi представили данi спрощеним набором ознак, визначивши з кожного кадру оброблених аудiосигналiв мел-спектрограми, для фiксацiї часових та спектральних характеристик. Дiапазон частот аналiзу становить межi робочих частот моделi мiкрофону (20 Гц — 20 кГц), частотна роздiлова здатнiсть 50 Гц, а кiлькiсть робочих мел-смуг дорiвнює 30. Використовуючи навчальнi данi та отриманi ознаки аудiосигналiв, розробили архiтектуру нейронної мережi для дослiджень роботи алгоритму виявлення дронiв. Вона складається iз 10 пар шарiв згортки, ReLU, пакетної нормалiзацiї та максимального пулингу. Їхня кiлькiсть визначається розмiром вiкна об’єднання в часi. Наступними є шари згладжування, вiдсiкання, повнозв’язний та Softmax. Для нормалiзацiї вихiдних даних i отримання фiнальних ймовiрностей застосовується шар класифiкацiї. У якостi оптимiзатора для навчання моделi обрано Adam, початкова швидкiсть навчання дорiвнює 0.001, а пiсля проходження 75% епох поступово зменшується у 10 разiв, для покращення збiжностi. Точнiсть розпiзнавання даних складає 99%, оцiнка F1 — 0.93, що вказує на високий рiвень загальної продуктивностi архiтектури. Максимальна вiдстань ефективного виявлення дронiв алгоритмом складає 200 м.Документ Відкритий доступ Математичнi моделi адаптивних за поляризацiєю антенних решiток на основi iнтегральних рiвнянь Фредгольма першого роду(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Марченко, А. О.; Гусак, Ю. А.; Хамула, С. В.; Войтко, В. В.; Стейскал, А. Б.; Кузьменко, В. В.Зазначено про ефект змiнюваностi поляризацiї сигналiв пiд час поширення електромагнiтних хвиль уздовж земної поверхнi, який призводить до втрат потужностi сигналiв внаслiдок рефракцiї. Цей ефект може бути усунений адаптацiєю за поляризацiєю антенних систем, побудованих на основi решiтчастих структур, що перетворюють сигнали з будь-якою поляризацiєю у колову. Такими антенними решiтками є поляризацiйно-голографiчнi антени, задачу дифракцiї електромагнiтних хвиль у яких доцiльно розв’язувати методами iнтегральних рiвнянь, що дають змогу визначати параметри антен через трансформацiю первинного електромагнiтного поля у вторинне на основi принципiв голографiї. Наведено фiзичну модель неоднорiдного напiвпрозорого тiла, що за своїми властивостями вiдповiдає адаптивнiй за поляризацiєю антеннiй решiтцi. Математично формалiзовано електродинамiчну модель напiвпрозорого тiла на основi iнтегрального рiвняння Фредгольма першого роду, як постановка i розв’язання зворотної електродинамiчної задачi, що зв’язує первинне електромагнiтне поле, поверхневий струм та поверхневий iмпеданс. Такий iмпеданс є голографiчним ядром iнтегрального рiвняння, яке дає змогу синтезувати iмпедансну поверхню для хвиль колової поляризацiї. Розглянуто фiзичну модель неоднорiдного тiла, що має декiлька шарiв, для якої розроблено математичну (електродинамiчну) модель багатошарового iмпедансного тiла, дифракцiя електромагнiтних хвиль на якому формалiзується системою iнтегральних рiвнянь Фредгольма першого роду для рiзних резонансних довжин хвиль з урахуванням впливу iнших шарiв. Подальшими дослiдженнями слiд вважати опис процесу поширення електромагнiтних хвиль, з урахуванням їх багатократного вiдбиття у планарному iмпедансному тiлi та удосконалення матричного методу визначення коефiцiєнтiв проходження та вiдбиття в таких тiлах.Документ Відкритий доступ Метод автоматизованого визначення модуляцiйних параметрiв короткотривалих радiосигналiв з двопозицiйною частотною манiпуляцiєю(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Нагорнюк, О. А.У статтi запропоновано метод автоматичного визначення несучої частоти, символьної швидкостi, частоти рознесення пiднесучих, iндексу манiпуляцiї та ширини спектра короткотривалих радiосигналiв iз двопозицiйною частотною манiпуляцiєю. Метод об’єднує чотири способи визначення параметрiв радiосигналiв iз частотною манiпуляцiєю. Для визначення несучої частоти та частоти рознесення пiднесучих використовується два вiдомi способи, якi ґрунтуються на аналiзi характеристик амплiтудно-частотних спектрiв радiосигналу та гiстограми миттєвої частоти. Для визначення символьної швидкостi – удосконалено спосiб, який ґрунтується на аналiзi циклостацiонарних властивостей випадкової функцiї миттєвої частоти та запропоновано новий спосiб на основi аналiзу пiкових значень перiодограми. Удосконалення першого способу визначення символьної швидкостi полягає в пiдвищеннi ймовiрностi правильної iдентифiкацiї домiнантних гармонiк в амплiтудно-частотному спектрi центрованої нормованої миттєвої частоти шляхом попередньої низькочастотної фiльтрацiї миттєвої частоти, збiльшення розмiрностi масиву її значень та обмеження смуги пошуку. Другий спосiб визначення символьної швидкостi ґрунтується на пошуку пiкових значень перiодограми сигналу, якi виникають за рахунок наявностi в модуляцiйних бiтових послiдовностях дiлянок з чергуванням одиниць та нулiв. Показано, що в аналiзованих характеристиках наявнi пiковi значення, частоти (або рiзниця частот) яких кратнi символьнiй швидкостi та девiацiї частоти. Запропоновано пiдхiд до розрахунку параметрiв частотної манiпуляцiї шляхом об’єднання даних отриманих чотирьома способами. Працездатнiсть методу перевiрена шляхом аналiзу радiосигналiв отриманих в процесi комп’ютерного моделювання, а також реальних сигналiв командно-телеметричних радiолiнiй безпiлотних авiацiйних комплексiв.