Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць, Вип. 92
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Automated Precision Amplitudes and Phases Measurement of Polyharmonic Eddy Current Signals of Non-destructive Testing(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Bazhenov, V. G.; Kalenychenko, Yu. O.; Ratsebarskiy, S. S.; Gloinik, K. A.The development of electronic systems like Field-Programmable Gate Array (FPGA) made them available for mass commercial use. This created conditions for the development and application of software and technical tools implemented on FPGA algorithms for fast processing of digital signals. Such solutions, in turn, opened up new opportunities for the spread of multi-frequency eddy current systems (МFЕС) for non-destructive testing (NDT) in the form of systems for simultaneous processing of digital signals of different frequencies, which allows MFEC to effectively compete with pulsed eddy current systems (PEC). This work presents a new algorithm for accurate digital measurement of the MFEC amplitude and phase of harmonic components of polyharmonic signals, which is implemented in hardware and software on FPGA. The measurement of the amplitude and phase of harmonic components is based on the method of orthogonal processing of digital signals, to increase the accuracy of which the necessity of fulfilling the condition of multiplicity of the sampling sequence to the size of the digital signal period has been proved. Compliance with this condition is achieved by adjusting the length of the sampling sequence, which in the proposed algorithm is performed before orthogonal processing. The influence of inaccuracy in setting the length of the sampling sequence on the size of measurement errors when determining the amplitude and phase of the harmonic components of the signal is simulated. As a result of the simulation, it was established that when the multiplicity condition is met, the measurement error significantly decreases, which indicates the high efficiency of our algorithm. The achieved accuracy of measuring the amplitude of harmonic components and the phase of polyharmonic signals due to the given hardware and software implementation of the algorithm makes it possible to create inexpensive, compact, scalable automated digital systems, the measurement data of which can be used both to determine the individual characteristics of the object and to reconstruct three-dimensional images, i.e. in tomographic systems.Документ Відкритий доступ Electromagnetic Compatibility of Implantable Biomaterials for Reconstructive and Restorative Surgery of Facial Bones(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Yanenko, О. P.; Peregudov, S. М.; Shevchenko, К. L.; Malanchuk, V. O.; Shvydchenko, V. S.; Golovchanska, О. D.The critically important part for reconstructive and restorative surgical interventions in facial bones results is the interface of implant-tissue surfaces. The importance of taking into account the processes occurring at the border of the distribution of the implant and living tissue is due to many factors. Among them are well-known ones, such as biological compatibility, consistency of physicochemical parameters, etc. But, at the same time, the issues of electromagnetic interaction between implant materials and biological tissues remain unresolved. So, it’s actual to investigate the interaction of implanted materials and tissues they are in contact. The authors considered the sources of formation of low-intensity microwave signals generated by the implant and living tissue. In this article, the authors demonstrate that microwave electromagnetic radiation is an important indicator and a new criterion for the physical compatibility of dielectric implantation biomaterials. It is proposed to use the term “electromagnetic compatibility” for the possibility of evaluating implant materials. This makes it possible to quantify the materials that come into contact with the human body during implantation. It should be noted that it is extremely difficult to measure the microwave radiation of the implant and biological tissue with existing technical means. This is due to the extremely low power of the emitted signals. The authors created a radiometric system with a sensitivity of 10−14 W. Using a highly sensitive radiometric system, a study of the radiation capacity of a number of implantable biomaterials was conducted. The possibility of forming positive and negative flows of microwave radiation, which can occur between adjacent tissues and implants, is shown. Violations of electromagnetic compatibility and, accordingly, the energy state of the surrounding biotissues, can qualitatively and quantitatively affect the reparative processes in the area of interventions, prolong the recovery period of adjacent tissues. So, it must be taken into account when choosing dielectric implant biomaterials.Документ Відкритий доступ Акустичний аналiз артикуляцiйних таблиць числiвникiв(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Хвiст, А. М.; Луньова, С. А.; Гребiнь, О. П.В статтi методами акустичного аналiзу дослiджується звуковий матерiал словарної вибiрки, що утворює артикуляцiйну таблицю числiвникiв українською мовою. Адаптована таблиця числiвникiв створена спiвробiтниками Iнституту отоларингологiї НАМН України на базi перекладу аналогiчної росiйськомовної артикуляцiйної таблицi Є. М. Харшака i рекомендується для тестування стану слуху. Авторами статтi перевiряється загальна вiдповiднiсть запропонованого тесту числiвникiв iнтегральним характеристикам української мови, що є обов’язковою умовою для застосування дiагностичного тесту. Для цього використовувався метод оцiнки усередненого спектра потужностi мови. Текст таблицi був записаний за стандартними вимогами. Обробка звукового матерiалу виконувалась за розробленою авторами методикою. Одержаний iнтегральний спектр звукового матерiалу артикуляцiйної таблицi i порiвняння його з усередненим спектром потужностi української мови свiдчать про обмеженi можливостi використання даного тесту для вичерпної дiагностики слуху. Крiм того, значнi розмiри артикуляцiйної таблицi роблять неможливим зачитування її цiлком. Сформованi в межах таблицi стовпцi числiвникiв не є взаємозамiнними, оскiльки мають суттєву рiзницю в спектральних характеристиках. В статтi для безпосереднього тестування пропонується на основi загальної таблицi числiвникiв створення окремих дiагностичних таблиць, збалансованих по стовпцях або по рядках на основi iнтегральних характеристик мови.Документ Відкритий доступ Mathematical Model of Two-Fragment Signal with Non-Linear Frequency Modulation in Current Period of Time(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Kostyria, O. O.; Hryzo, A. A.; Dodukh, O. M.; Nariezhnii, O. P.Advantages of using frequency-modulated signals for locating objects are the possibility of using long-term probing pulses. Such signals provide the required radiated power while maintaining the desired discriminating power from range. One such signal that has found wide application is a signal with linear frequency modulation. An undesirable effect of the matched filtering of such a radio pulse is a sufficiently large level of side lobes of the compressed signal at the output of the processing device, the maximum level of which is approximately minus 13 dB. Such an effect may lead to an increase in the probability of false detection or masking of less powerful signals by side lobes of signals with greater power. One method of reducing the level of side lobes is the use of signals with non-linear frequency modulation. An example of such signals is a known two-fragment signal consisting of linearly-frequency modulated fragments in time. However, the mathematical models used to describe such a signal do not fully reflect the effects that occur at the moment of transition from one fragment of the signal to the second. These effects are manifested in a sudden change in frequency and phase, which leads to distortion of the signal spectrum, an increase in the level of the side lobes of the autocorrelation function and sharp changes in their level. Such effects have not been studied in known works, as evidenced by the results of the analysis of studies and publications given in the first section of the article. In the second section of the work, the research task is formulated. The third section of the work is devoted to the development of a mechanism for compensating for the manifestation of detected effects and its mathematical description, which is verified by modeling. Taking into account the detected effects, a new mathematical model of a non-linear frequency modulated signal has been developed. In contrast to those known in the proposed model, instantaneous frequency and phase jumps are compensated for, which occur at the moments when the frequency modulation rate changes during the transition from one signal fragment to another. Further studies should be focused on the peculiarities of compensation for the manifestation of detected effects for signals with a large number of fragments, as well as combinations of fragments with different types of modulation, as indicated in the conclusions on the work.Документ Відкритий доступ Method of Complex Envelope Processing for Signal Edges Detection(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Buhaiov, M. V.Problem statement. The need of information processing automation in modern radio monitoring systems stimulates development of flexible methods for signal detection and its parameters estimation in time domain. A priori uncertainty of signal time-frequency structure complicates the automatic determination of signals edges. Purpose. The purpose of the article is subsequent automation of radio frequency spectrum analysis process by developing and implementing a method for determining signals time edges under conditions of a known noise power and signal-to-noise ratio. Method. To determine signal time edges in given frequency channel, square of signals’ complex envelope is first calculated, smoothed with moving average window and compared with threshold. Threshold is calculated as a quantile of gamma distribution using Wilson-Hilferty approximation of х 2 distribution quantiles for a given probability of false alarm. An analytical expression is obtained for calculation length of moving average window depending on signal-to-noise ratio. An algorithm has been developed for determining signals’ time parameters and filtering them by duration. Unknown noise power value in frequency channel can be replaced by its estimate under the assumption that frequency channel is not constantly occupied and noise level is estimated on signal-free time intervals. Conclusions. Proposed method makes it possible to automatically determine edges of signal with an arbitrary structure at signal-to-noise ratio values from -6 dB. Adjustable length of moving average window makes it possible to reduce the error in determining signal time parameters by 2-4 times with an increase in the signal-to-noise ratio compared to a fixed window length. Prospects for further research in this direction should be focused on development and implementation of methods for detection signal edges under conditions of an unknown noise level.Документ Відкритий доступ Метод стиснення вiдеосегментiв з забезпеченням їх достовiрностi в спектрально-кластерному просторi(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Бараннiк, В. В.; Красноруцький, А. О.; Колесник, В. О.; Сушко, А. Л.; Єлiсєєв, Є. С.; Федоровський, О. В.Проводиться аналiз особливостей органiзацiї вiдеоiнформацiйного забезпечення для систем управлiння критичною iнфраструктурою. Показано, що зростають вимоги щодо повноти, своєчасностi та достовiрностi доставки вiдеоiнформацiї. Показано зростання попиту на органiзацiю дистанцiйних вiдеосервiсiв з використанням технологiчних платформ на базi безпiлотних авiацiйних комплексiв (БАК). Водночас це потребує дотримання вимог ряду мiжнародних стандартiв, якi висуваються до якостi надання вiдеоiнформацiї. В свою чергу, такi вимоги спонукають використання телекомунiкацiйних систем (ТКС) з необхiдним рiвнем швидкостi передачi iнформацiї. Для систем надання дистанцiйних вiдеосервiсiв з використанням бездротових ТКС на авiацiйних платформах iснує дисбаланс. Вiн стосується вiдставання темпiв зростання продуктивностi ТКС за швидкiстю передачi даних вiдносно темпiв зростання бiтової iнтенсивностi вiдеоiнформацiйних потокiв, якi формуються на борту БАК. В статтi показано, що наслiдками дисбалансу є поява значних часових затримок в процесi доставки вiдеоiнформацiї. Вiдповiдно виникають втрати: актуальностi (адекватностi) вiдеоiнформацiї щодо поточного стану об’єктiв монiторингу; достовiрностi вiдеоiнформацiї. Наведенi деструкцiї є причиною порушення процесу прийняття рiшень в системах критичної iнфраструктури. Отже iснує нагальна потреба у вирiшеннi науково-прикладної задачi, яка стосується пiдвищення якостi надання дистанцiйних вiдеосервiсiв з використанням телекомунiкацiйних технологiй на платформi БАК. Для вирiшення означеної задачi використовується комплекс технологiчних рiшень. Основною складовою тут є застосування технологiй зменшення бiтової iнтенсивностi вiдеопотоку. Водночас, як показано в статтi, в процесi розробки таких технологiй потрiбно вирiшувати суперечнiсть. Вона полягає в тому, що кiлькiсть психовiзуальної надмiрностi вiдеозображень використовується, як для локалiзацiї деструктивного впливу канальних помилок на достовiрнiсть вiдеозображень, так i для скорочення їх бiтового об’єму. Отже виникає протирiччя мiж вимогами щодо забезпечення достовiрностi вiдеозображень та їх своєчасною доставкою. Звiдси реалiзацiя дистанцiйних вiдеосервiсiв з використанням бортових ТКС в умовах дiї завад висуває додатковi вимоги до технологiй зменшення бiтового об’єму вiдеоданих. Тому мета статтi полягає у створеннi методiв стиснення вiдеозображень для зменшення їх бiтового об’єму в умовах забезпечення потрiбної достовiрностi. На основi всебiчного аналiзу обґрунтовано напрямки вдосконалення методiв кодування. Вони стосуються таких аспектiв. Перший. Виявлення нових закономiрностей, врахування яких дозволить створити умови для додаткового зменшення бiтового об’єму вiдеосегментiв без внесення втрат щодо достовiрностi iнформацiї. Дозволить локалiзувати руйнiвну дiю канальних помилок в процесi реконструкцiї вiдеозображень з пошкодженими кодограмами їх компактного опису. Другий. Формувати кодовi конструкцiї з використанням режиму рiвномiрного або локально-рiвномiрного кодоутворення. Вiдповiдно до чого обґрунтовано ефективнiсть кодування трансформованих вiдеосегментiв в кластерному просторi. При цьому кластеризацiя здiйснюється за такою ознакою, як кiлькiсть серiй одиниць в двiйковому описi їх компонент. Стверджується те, що для кластеризованої трансформанти створюються умови для додаткового скорочення кiлькостi надмiрностi без втрат iнформацiї. Розроблено метод стиснення вiдеосегментiв з забезпеченням їх достовiрностi в спектрально-кластерному просторi. В основi такої технологiї лежить принцип дуальностi компонент трансформанти. Вiн полягає в тому, що кластеризована компонента може одночасно розглядатись як: елемент статистичного простору кластеру; допустимий елемент структурного кластеру. Тобто як одна з допустимих перестановок з повтореннями з визначеною кiлькiстю серiй одиниць. За результатами експериментальних дослiджень можна стверджувати те, що у разi використання створеного методу для заданих рiвнiв досягається збiльшення рiвня стиснення вiдносно iснуючих методiв в середньому на 40%.Документ Відкритий доступ Метод зберiгання елементiв службових складових криптокомпресiйних кодограм вiдеозображень(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Бараннiк, В. В.; Сiдченко, С. О.; Бараннiк, Д. В.; Чорномаз, I. К.; Гуржiй, П. М.; Григор’ян, М. Б.В статтi проводиться обґрунтування вимог до якiсних характеристик вiдеоiнформацiйного ресурсу у разi його використання для iнформацiйного забезпечення функцiонування систем критичної iнфраструктури. Тут одночасно висуваються вимоги щодо: своєчасностi доставки та конфiденцiйностi вiдеоiнформацiї в умовах заданого рiвня її цiлiсностi та повноти. Показується те, що частково такi вимоги зумовленi iнтелектуалiзацiєю окремих етапiв процесу аналiзу та прийняття рiшень в системах критичної iнфраструктури. Надається системне обґрунтування наявностi проблемних питань, до яких вiдноситься: дисбаланс мiж рiвнями продуктивностi iнфокомунiкацiйних систем та бiтової iнтенсивностi вiдеоiнформацiйних потокiв. Для зменшення такого дисбалансу використовуються технологiї компресiйного кодування. Вони дозволяють зменшити бiтовий об’єм вiдеоданих. Однак самi по собi не забезпечують потрiбного рiвня конфiденцiйностi iнформацiї. Звiдси доводиться актуальнiсть науковоприкладної проблеми вiдносно необхiдностi забезпечення потрiбного рiвня оперативностi доставки конфiденцiйної iнформацiї з використанням бездротових iнфокомунiкацiйних технологiй в системах критичної iнфраструктури. В статтi показано, що напрямком вирiшення iснуючої проблеми є створення та застосування технологiй кодування, якi дозволяють забезпечити конфiденцiйнiсть вiдеоiнформацiї в процесi скорочення надмiрностi. При цьому одними з представникiв даного класу методiв є такi, що будуються на основi технологiй криптокомпресiйного кодування. Для таких технологiй формується система службових вiдомостей. З одного боку це створює умови для забезпечення конфiденцiйностi вiдеоiнформацiї в процесi зменшення її бiтового об’єму. З iншого боку виникає деструктивний вплив на стримування росту коефiцiєнту стиснення. Звiдси мета статтi полягає у розробцi методу зберiгання елементiв службових складових криптокомпресiйних кодограм. Запропоновано три способи зберiгання елементiв службових складових криптокомпресiйних кодограм зображень. Перший полягає у зберiганнi службових даних у виглядi мiнiмальних та максимальних значень. Другий спосiб передбачає зниження динамiчного дiапазону максимальних значень. Третiй спосiб передбачає зберiгання промiжних елементiв або елементiв службових складових у виглядi напiвсуми та напiврiзницi. Для реалiзацiї третього способу зберiгання елементiв службових даних розроблено метод, який органiзує примусове зниження якостi вихiдних зображень. Зниження якостi органiзується за рахунок внесення помилки у вихiднi зображення для формування парних i непарних значень елементiв службових даних в межах усiєї площини зображення, окремих її блокiв або для кожного рядка блоку окремо. Пiкове спiввiдношення сигналу до шуму (PSNR) реконструйованих зображень не нижче 56,5 dB, а значення коефiцiєнта кореляцiї становить 0,99997. Позитивним ефектом вiд реалiзацiї розробленого методу є пiдвищення конфiденцiйностi кодограм за рахунок порушення взаємозв’язку мiж елементами службових даних, пiдвищення коефiцiєнту компресiї до 2–3% та зниження обсягу службових складових кодограм на 6,25%.Документ Відкритий доступ Error Probability of a Multipath Communication Channel With Inaccurate Estimation of the Impulse Characteristic of Such Channel(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Pochernyaev, V. N.; Syvkova, N. M.; Mahomedova, M. S.The possibility of error in the case of imprecise estimation of the impulse characteristic of a multipath channel is investigated in the article. The study was carried out for a multipath communication channel of discrete channel models, which corresponds to the mapping of a continuous two-path channel onto a discrete channel with an impulse characteristic. Numerical results of calculations are obtained, which can be used to calculate the error probability in the cases indicated in the article, which differ in the ratio of the amplitudes of the interfering beams. Formulas for calculating probability integrals are presented in the article. The influence of the accuracy of estimating the components of the impulse characteristic vector on the error probability in a two-beam channel with constant parameters is studied. The results of a study of the influence of the communication channel model on the error probability for different models of the communication channel for 8PSK modulation are also presented. With the “deterioration” of the type of the channel impulse characteristic (an increase in the number of channel amplitude-frequency characteristic dips in the signal band and an increase in their depth), the decrease in the error probability characteristic due to begins at lower estimation error values. The results of studying the error probability of 8PSK and 64QAM signals in a single-beam channel with Rayleigh fading are presented. It is determined that the influence of errors becomes more noticeable with an increase in the signal-to-noise ratio in the channel and with an increase in the number of dips in the amplitude-frequency characteristic of the channel in the signal band and an increase in their depth.Документ Відкритий доступ Передавальний модуль радара прихованої зброї на тiлi рухомої людини(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Козачук, М. А.; Найденко, В. I.В статтi приведено результати розробки передавальної частини радара для пошуку зброї на тiлi людини. Розглянуто декiлька варiантiв антен Вiвальдi, якi використовуються для передачi та прийому сигналiв у радарнiй системi, яка здiйснює повне поляриметричне вимiрювання. В системi використовуються 4 антени – по двi для передачi та прийому сигналу з рiзними поляризацiями. Для забезпечення точного виявлення зброї, антени повиннi мати рiвномiрну дiаграму спрямованостi i мiнiмальнi боковi пелюстки. Антени Вiвальдi мають широку смугу частот та високий рiвень пiдсилення. Вони знижують крос-поляризацiю та мають вузьку дiаграму спрямованостi. Розроблено кiлька варiантiв таких антен, якi вiдповiдають технiчним вимогам для CWD (Concealed Weapon Detection) радара. Дослiдженi антени перекривають необхiдний дiапазон частот 0,5-5 ГГц. Також приведенi результати вимiрювань їх коефiцiєнтiв стоячої хвилi за напругою, дiаграми спрямованостi та коефiцiєнтiв пiдсилення. Розроблений генератор сигналiв призначений для створення ультраширокосмугових (УШС, Ultra-Wideband (UWB)) iмпульсiв, якi охоплюють дiапазон частот вiд 0,5 до 3,75 ГГц по рiвню -10 дБ їх спектра. Головним завданням генератора є створення моноiмпульсних сигналiв тривалiстю 150 пс. Iмпульси рознесенi в часi таким чином, що їх час повторення значно перевищує тривалiсть самого iмпульсу. З метою забезпечення стабiльностi i низького джиттеру, цi iмпульси синхронiзуються з приймачем. Структурно генератор складається з драйвера, схеми формування iмпульсу та диференцiатора. Драйвер генерує сигнал, початок якого пов’язаний з iмпульсом запуску, що надходить вiд транзисторно-транзисторної логiки (ТТЛ, transistor–transistor logic (TTL)). Схема формування iмпульсу використовує SRD (Step Recovery Diode) дiод для створення гаусового iмпульсу. Диференцiатор формує остаточний моноциклiмпульс. Описано переваги та обмеження рiзних систем пошуку зброї. Попереднi результати аналiзу показали, що розроблений передавальний модуль у складi готового радара має високу ефективнiсть на вiдстанях до 2 м та може використовуватись для пошуку зброї на тiлi людини в реальних умовах.Документ Відкритий доступ Transverse Resonance Technique for Analysis of Symmetrical Stub in Microstrip Transmission Line(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Rassokhina, Yu. V.; Krizhanovski, V. G.Open or short-circuit stubs in a strip (microstrip) transmission line are one of the most common elements of planar circuits used in numerous devices in the microwave frequency range: various types of filters, couplers, power amplifiers, antennas, sensors, wireless energy transfer systems, etc. Modern planar circuits in the microwave frequency range already contain stubs of a complex shape and a complex pattern inside the microstrip line. Therefore, an urgent problem is to develop an analyzing method for discontinuities in form of the closed or open stub in a microstrip transmission line at frequencies at which the transmission line theory already has significant errors and high-frequency effects must be considered. In paper a technique of scattering characteristics calculating on a symmetrical microstrip open stub by transverse resonance method is presented. Boundary value problems for a rectangular volume resonator based on a microstrip transmission line with a symmetric open stub are solved for three different boundary conditions in the plane of symmetry and on the longitudinal boundaries. To algebraize the boundary value problems for the resonator’s eigen frequencies with discontinuity, the corresponding two-dimensional functions of the magnetic potential are constructed, through which the components of the current density on the strip are calculated. The magnetic potential functions were written by decomposing them into series by orthogonal Chebyshev polynomials, which consider the behavior of the field on a thin edge and ensure fast convergence of the series and the algorithm. The developed algorithms were tested by calculating the scattering characteristics of a microstrip open stub using the transverse resonance method on the example of open stub in a microstrip transmission line with a resonant frequency of about 3.0 GHz. In addition, the method was tested on the example of numerical calculations of the dependence of resonant reflection frequencies of an open stub on its width.