Модуль ЦОС для вивчення сейсмічно-магнітосферної кореляції
Вантажиться...
Дата
2023
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Єзерський Н.В. Модуль ЦОС для вивчення сейсмічно-магнітосферної кореляції. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктор філософії з галузі знань 17 Електроніка та телекомунікаціїза спеціальністю 172 Телекомунікації та радіотехніка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023.
Землетруси завдають великої шкоди як у матеріальному вимірі, так і забирають багато людських життів. Було запропоновано багато різноманітних методів їх прогнозування, але достовірність таких методів є вкрай низькою. В ході вивчення напрямку досліджень для було обрано шлях дослідження потоків плазми у радіаційних поясах Землі. Вперше збурення радіаційних поясів Землі було зафіксовано ще у 1964 році, також було запущено декілька супутникових місій з метою дослідження потоків плазми на низькій навколоземній орбіті, але вивчивши матеріали науковців про висновки, щодо фіксації передвісника землетрусу не можна створити достовірну модель його прогнозування. Для аналізу змін концентрації потоків плазми в поясах Ван-Аллена було прийнято рішення обрати метод ідентифікації типу та сорту заряджених частинок високих енергій питомих втрат енергії та повної енергії з розділів ядерної фізики запуском малогабаритного реєстратора-аналізатора потоків плазми на навколоземну орбіту у форматі наносупутника. На жаль, через сучасні проблеми економічного, соціального характеру та реалізації різних стадій проекту групами інженерів, що ніяк не взаємодіють між собою накладаються додаткові проблеми з фінансуванням та, відповідно, серіями випробувань на шляху до реалізації проекту, тож постає необхідність у заміні серії випробувань іншими операціями для налагодження роботи усіх складових наносупутника разом. Метою даної роботи є розроблення науково-методичних підходів у методиках сортування заряджених частинок за їхніми типами та сортами, зареєстровані системою сцинтиляційних детекторів для накопичення статистики та фіксації передвісника землетрусу. У дисертаційній роботі вирішено такі науково-технічні завдання: - Виявити найдоцільніші в застосуванні методи прогнозу сейсмічної активності. - Встановити критерії достовірності відпрацювання алгоритмів сортування заряджених частинок за їхніми типами та сортами. - Описати єдиною математичною моделлю джерела шуму для їхньої оптимізації - Удосконалити методики покращення співвідношення сигнал/шум. - З’ясувати такі параметри супутникового каналу зв’язку, що зведуть до мінімуму кількість прийнятих помилок. - Адаптувати характеристики спектрометричних каналів для оптимізації процедури калібрування модулю ЦОС. - Розробити модуль ЦОС фіксації передвісників землетрусу реалізуючи алгоритми сортування заряджених частинок - Розробити модуль імітатора сигналів з сцинтиляційного детектора для оптимізації процедури калібрування модулю ЦОС. Основний зміст дисертаційної дослідницької роботи наведено в п’яти розділах, де представлено та обґрунтовано основний результат. У вступній частині підтверджена актуальність роботи, сформульована мета, завдання та методи дослідження, надана інформація про наукову новизну, а також практичне значення отриманих результатів. В першому розділі було проведено огляд методів прогнозування землетрусів, процес виникнення сейсмічної активності, опис феномену радіаційних поясів Землі, методу ідентифікації типу та сорту заряджених частинок високих енергій питомих втрат енергії та повної енергії та досвіду попередніх наукових місій. Наприкінці розділу було сформульовано мету дослідження та висунуто вимоги до модулю ЦОС. В другому розділі описується розробка алгоритму з ідентифікації сортів та енергій заряджених частинок для вивчення явища сейсмічно-магнітосферної кореляції. Початковою точкою було обрано результати розрахунку розподілу енергій електронів і протонів, продетектованих системою з сцинтиляційних детекторів методом Монте-Карло з використанням ПЗ CERN GEANT-4. В підсумку було розроблено програму, за допомогою якої можна здійснити перевірку достовірності розподілу кількості частинок по діапазонах енергій при різних співвідношеннях С/Ш, що є перевіркою вірності функціонування алгоритму. В третьому розділі було розроблено модуль ЦОС, реалізуючи алгоритм з ідентифікації сортів та енергій заряджених частинок. Показано взаємозв’язок між алгоритмом ідентифікації та програмно-апаратною частиною модулю ЦОС. При побудові класифікатору заряджених частинок за сортами та енергіями було запропоновано перехід від енергій, з якими заряджені частинки було поглинуто детекторною системою до напруги, яка дискретизується АЦП та фіксацією кодів АЦП з якими збільшується лічильник відповідних діапазонів енергій на борту модулю ЦОС. В четвертому розділі запропоновано механізм випробування модулю ЦОС без залучення інших складових корисного навантаження наносупутника та іонізаційної камери. Також показано програмно-апаратну реалізацію модулю імітатора сигналів зі сцинтиляційних детекторів. В п’ятому розділі йдеться про методику прогнозування та зменшення рівня шумів, що будуть накладатися на результати через нюанси проектування підсилювачів слабких сигналів модулю АОС та встановлення критерію достатності придушення шумів. Наукова новизна отриманих результатів полягає в: 1) Дістала подальшого розвитку модель для ідентифікації сортів та енергій заряджених частинок для вивчення явища сейсмічно-магнітосферної кореляції. 2) Вперше було запропоновано метод заміщення корисного навантаження та іонізаційної камери імітатором сигналів зі сцинтиляційних детекторів з довільним співвідношенням С/Ш для налаштування модулю ЦОС. 3) Вперше запропоновано методику оптимізації аналогового спектрометричного каналу для зменшення впливу рівня шумів на достовірність реєстрації сортів та енергій частинок у потоках плазми. Практичне значення отриманих результатів полягає в: 1) Прикладному застосуванні моделі для ідентифікації сортів та енергій заряджених частинок, створенням модулю ЦОС для вивчення явища сейсмічномагнітосферної кореляції. 2) Сформульовано метод спрощення процедури калібрування модуля ЦОС, шляхом заміщення високовартісних процедур налаштування корисного навантаження одним дешевим модулем імітатора сигналів зі сцинтиляційних детекторів. 3) Створені рекомендації, щодо подальшої модернізації реєстраторааналізатора заряджених частинок. Результати цього дослідження можуть бути використані при розробці аналізаторів потоків плазми заряджених частинок, проектуванні підсилювачів слабких сигналів, та покращення шумових характеристик метрологічного обладнання в цілому. Основні результати використовуються в лабораторних та практичних занять з навчальної дисципліни [RE-248] «Дизайн цифрових та аналогових схем. Частина 1» для студентів за спеціальністю 172 — «Телекомунікації та радіотехніка».
Опис
Ключові слова
гіпервізор, вибірка даних, негаусові завади, математична модель, надійне керування, радар з синтезованою апертурою, матриця передачі, високочутливий датчик, маскувальний шум, сейсмічні сигнали, модуляція, аналогова обробка сигналів, цифрова обробка сигналів, співвідношення сигналшум, Hypervisor, data sampling, non-Gaussian noise, mathematical model, robust control, synthetic aperture radar, transfer matrix, masking noise, highsensitive sensor, seismic signals, modulation, analog signal processing, digital signal processing, signal-to-noise ratio
Бібліографічний опис
Єзерський, Н. В. Модуль ЦОС для вивчення сейсмічно-магнітосферної кореляції : дис. … д-ра філософії : 172 Телекомунікації та радіотехніка / Єзерський Нікіта Валерійович. – Київ, 2023. – 158 с.