Физика волновых процессов и радиотехнические системы @journal-pwp
Статьи журнала - Физика волновых процессов и радиотехнические системы
Все статьи: 624
Новые технологии текстурно-фрактального анализа многомерных радиолокационных изображений
Статья научная
Обоснование. В настоящее время известно достаточно большое количество фрактальных признаков, каждый из которых характеризует скейлинговые, сингулярные, направленные и мультифрактальные свойства текстуры по отдельности. Поэтому для решения ряда задач тематической обработки одного и того же изображения целесообразным оказывается применение различных текстурно-фрактальных признаков, обладающих различной информативной и дифференцирующей способностью, что, с точки зрения как теории, так и практики цифровой обработки изображений не удовлетворяет требованиям эффективности решения широкого круга задач. Цель. Обоснование единого метода обработки многомерных данных от радиолокационных средств воздушно-космического мониторинга на основе фрактальных признаков, универсальных для различных пространств признаков многомерных и многопараметрических радиолокационных изображений воздушных и наземных целей, формируемых в условиях помех в интересах автоматизации процесса дешифрирования. Методы. Используемый в работе метод направленной морфологической мультифрактальной сигнатуры основан на итерационном морфологическом формировании «верхних» и «нижних» покрытий с помощью, соответственно, операций дилатации и эрозии поворачивающимся в дискретном диапазоне углов линейным структурирующим элементом, вычислении «объема» между исходным изображением и итерационными покрытиями, оценке площади поверхности, расчете обобщенной статистической суммы как функции распределения меры мультифрактального множества q-го порядка скейлингового момента на каждом анализируемом масштабе и формировании мультифрактальных сигнатур путем определения обобщенной статистической суммы между соседними масштабами анализа с итоговой коррекцией значений по преобладающему направлению текстуры. Результаты. Предложена концепция многомерных радиолокационных изображений с обоснованием максимально возможной размерности массива, формируемых с помощью радиолокационной станции с синтезированной апертуры данных. Метод позволяет одновременно оценивать практически все известные фрактальные параметры (за исключением лакунарности) с учетом анизотропии и формировать соответствующие им изображения с помощью единого научно-методического аппарата, за счет чего исключаются потери информации при раздельном вычислении всех признаков различными методами (способами, алгоритмами) и достигается синергетический эффект применения данного подхода. На основе предложенного метода разработаны технологии формирования универсального фрактального признака параметрических, многодиапазонных и поляриметрических радиолокационных изображений. Заключение. Такой подход, несмотря на существенные вычислительные затраты на реализацию предложенного метода, позволяет использовать универсальное множество фрактальных признаков для всего многообразия радиолокационных изображений независимо от их динамического диапазона и физической природы рассеяния электромагнитных волн в различных частотных диапазонах и поляризациях при сохранении высокой достоверности и информативности. Результаты текстурно-фрактальной обработки двумерных, многодиапазонных и поляриметрических радиолокационных изображений, формируемых радиолокационными станциями с синтезированной апертурой, показывают высокую достоверность и полноту извлекаемой информации.
Бесплатно
О взаимодействии бороуглеродных нанотруб с металлами
Статья научная
В последнее время уделяется много внимания поиску новых материалов для нанотехнологий. В числе прочих активно исследуются нанотрубки, созданные из углерода, но с атомами замещения. Так, было установлено, что стабильные нанотубулярные структуры получаются при замещении атомов углерода атомами бора в соотношении 1:3. Однако до настоящего времени особенности механизмов взаимодействия данных нанотубулярных структур с различными веществами не были изучены в полном объеме. А это - основополагающее звено в цепи определения области применения нанотубуленов. Поскольку применение наноструктур в наноэлектронике предусматривает взаимодействие с металлами, именно этот механизм и выглядит наиболее актуальным и важным для изучения. В статье рассматривается влияние поверхностной металлизации бороуглеродных нанотрубок различных типов, различающихся способом упорядочения атомов углерода и бора поверхности нанотрубок, а также их внутреннего заполнения атомами щелочных металлов, на изменение типа проводимости тубуленов. Выявлены особенности механизмов проникновения атомов металлов в полость нанотрубки, и установлена энергия интеркалирования полученного композита. Изучено влияние металлической сверхрешетки на электронное строение бороуглеродных нанотрубок.
Бесплатно
О генераторах динамического хаоса на основе модифицированной модели Лоренца
Статья научная
Представлена математическая модель автоколебательной системы - модифицированного генератора Лоренца, полученной путем преобразования стандартной системы Лоренца. Показано, что в модифицированном генераторе Лоренца реализуются режимы как регулярных, так и хаотических автоколебаний. Получена дискретная модель генератора с инерционной нелинейностью. Проведено исследование на устойчивость состояний равновесия системы. Представлены графики амплитудных спектров хаотических и регулярных автоколебаний.
Бесплатно
О генерации третьей гармоники автоколебаний в схемах Хартли и Мейснера
Статья научная
Для моделирования автоколебаний в генераторе с автотрансформаторной связью предложен численно-аналитический метод, базирующийся на представлении автоколебательной системы в виде совокупности осцилляторов основной частоты и ее гармоник. Ведущий осциллятор генерирует строго монохроматические автоколебания в дискретном времени и возбуждает вынужденные колебания осцилляторов высших гармоник. Основное внимание уделено генерации третьей гармоники в схемах с трансформаторной и автотрансформаторной связями. Показано, что предложенный метод моделирования позволяет давать сравнительные оценки амплитуд гармонических составляющих спектра автоколебаний.
Бесплатно
О дискретных моделях колебательных систем
Статья научная
Предложен алгоритм численного интегрирования задачи Коши для уравнений движения нелинейных колебательных систем. Продемонстрирована трансформация конечно-разностных вычислительных алгоритмов в объекты нелинейной динамики в дискретном времени.
Бесплатно
О дискретных отображениях осциллятора Ван дер Поля
Статья научная
Предложены новые дискретные отображения классической автоколебательной системы - осциллятора Ван дер Поля. Отображения получены на основе сочетания методов параметрического синтеза и инвариантности импульсных характеристик динамических систем. Приведены примеры генерации регулярных и хаотических автоколебаний в дискретном времени.
Бесплатно
О краевых задачах электродинамики без калибровки Лоренца
Статья научная
Рассматриваются возможности прямых вариационных методов без наложения на поля условия калибровки Лоренца. Предлагаются автономное разложение компонент электромагнитного поля и применение процедуры Галеркина непосредственно к уравнениям Максвелла.
Бесплатно
О некоторых интегралах от произведений цилиндрических функций
Статья научная
Для ряда решений задач многослойного волоконного световода, поле которого в каждом слое описывается суммой соответствующих функций Бесселя, представляют интерес интегралы от произведений этих функций. К сожалению, далеко не все из этих интегралов представлены в литературе в таблицах интегралов в явном виде. В предлагаемой работе предпринята попытка восполнить этот пробел.
Бесплатно
Статья научная
Предложена модель кремниевого МДП-транзистора, предназначенного для работы в импульсном режиме вплоть до T = 550 К. Основная особенность модели заключается в аномально высоком уровне легирования области стока. Выполнена оценка скорости деградации рабочих параметров прибора. Показано, что время работоспособности прибора при длине канала L ~ 600 нм и глубине его расположения под рабочей поверхностью x_10 ≥ 500 нм составляет не менее 1,5 лет. Расчеты времен деградации выполненные для T = (600-700) К могут быть полезны при проектировании высокотемпературных приборов на базе широкозонных полупроводников.
Бесплатно
О применении барицентрического метода в численном решении внутренней задачи электродинамики
Статья научная
В статье рассмотрены основные особенности применения барицентрического метода в численном решении внутренней задачи электродинамики с выделением ограничений метода и его основных этапов. Изложены методы нахождения гармонических барицентрических координат для односвязной однородной области анализа с кусочно-линейной границей. С использованием гармонических барицентрических координат определены соотношения по заданию аппроксимирующих неизвестный скалярный или векторный потенциал в области анализа функций. С целью обеспечения наглядности и определения предпочтительности применения барицентрического метода представлен алгоритм решения внутренней задачи электродинамики зеркальной антенны, включающей один источник электромагнитного поля (облучатель) и рефлектор. Приведены примеры численного расчета плотности тока на поверхности рефлектора барицентрическим методом в зависимости от порядка аппроксимации. Выделены достоинства и недостатки барицентрического метода.
Бесплатно
О причине конфайнмента кварков в поле Янга - Миллса
Статья научная
На основе аналитического решения уравнений поля Янга - Миллса при некоторых приближениях получено доказательство неизбежного существования конфайнмента кварков. Показано, что в результате нелинейного взаимодействия составляющих поля, на пути возможного вылета кварка из адрона формируется конфигурация поля в виде потенциального барьера. Обсуждены физические следствия обратной пропорциональности компонент тензор-потенциала поля от константы сильного взаимодействия.
Бесплатно
О пропускной способности модемов OFDM в радиоканалах с замираниями сигнала
Статья научная
В статье проводится анализ пропускной способности модемов OFDM в радиоканалах с замираниями сигналов, вызванными многолучевым распространением радиоволн от передатчика к приемнику. Показано, что скорость растет с увеличением числа поднесущих модемов OFDM, равных числу точек обработки процессора БПФ, с увеличением числа позиций модуляции сигнала каждой поднесущей модема и с уменьшением длительности замираний сигнала. При этом время обработки процессором БПФ всей совокупности точек, равных числу поднесущих в модемах OFDM, должно быть меньше длительности символа на каждой поднесущей модема.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено сингулярное интегральное уравнение тонкого трубчатого вибратора. Исследована зависимость собственных значений интегрального оператора сингулярного интегрального уравнения от частоты и геометрических размеров вибратора с определением их асимптотического поведения при малых длинах и малых радиусах вибратора. Показано, что данные зависимости допускают простую полиномиальную аппроксимацию, а для собственных функций интегрального оператора целесообразна аппроксимация гармоническими функциями. Полученные результаты могут послужить основой при построении приближенных решений внутренней задачи для тонкого трубчатого вибратора.
Бесплатно
О частотных характеристиках цифрового генератора на основе ДВ-осциллятора Ван-дер-Поля
Статья научная
В статье рассмотрена программная модель генератора псевдослучайных бинарных последовательностей, построенная на основе дискретно временного осциллятора Ван-дер-Поля в режиме динамического хаоса. Для нее исследованы способы достижения наилучших частотных характеристик, а также максимальной скорости генерации последовательности. Для оценки криптографической стойкости получаемых бинарных последовательностей используется набор статистических тестов NIST.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматривается возможность за счет использования «окон прозрачности» увеличения скорости передачи информации в радиотехнических системах передачи информации, использующих многопозиционные фазоманипулированные сигналы с n дискретными состояниями, которые функционируют при межсимвольных искажениях, вызванных со стороны линейных избирательных систем радиотракта. Произведена оценка стабильности «окон прозрачности» при наличии дестабилизирующих факторов (расстройки по частоте и погрешностей измерения фазы). Представлены рекомендации по использованию «окон прозрачности».
Бесплатно
Статья научная
Обоснование. В настоящее время интегродифференцирование дробного порядка применяют в многочисленных исследованиях различных областях естествознания, таких как термодинамика, радиофизика, биофизика, биология, аэродинамика, теории вязкоупругости и электрических цепей и т. д. Наряду с практическими задачами развиваются и фундаментальные методы в теории дробно-дифференциальных уравнений и их приложений, и появляются новые определения дробных производных. Одно из новых определений дробной производной было введено относительно недавно М. Капуто и М. Фабрицио. В новом определении производной отсутствует сингулярность в ядре, в результате чего, по мнению авторов, она может эффективно описывать эффект памяти, а также способна отображать материальные неоднородности и структуры в различных случаях, которые физически символизируются различием или вариацией среднего. Целью работы является разработка численных алгоритмов решения задачи типа Коши для системы обыкновенных дифференциальных уравнений с производными дробного порядка Капуто – Фабрицио и вычислительные эксперименты по анализу численных решений. Методы. Использован математический аппарат дробных производных и интегралов. Применен численный метод решения задачи типа Коши для системы дифференциальных уравнений с дробной производной Капуто – Фабрицио. Результаты. Разработаны численные алгоритмы решения задачи типа Коши для системы обыкновенных дифференциальных уравнений с производными дробного порядка Капуто – Фабрицио. На основе разностной аппроксимации второго порядка точности построен численный метод решения задачи типа Коши для системы дифференциальных уравнений с дробной производной Капуто – Фабрицио и доказана теорема о сходимости численного метода. Проведены вычислительные эксперименты по анализу численного решения. Заключение. Построен численный алгоритм решения задачи типа Коши для системы обыкновенных дифференциальных уравнений с производными дробного порядка Капуто – Фабрицио, и получены условия сходимости численного метода. Работа алгоритма проверена на тестовой задаче. Показано, что погрешность совпадает с точностью метода. В качестве нелинейной динамической системы с хаотической динамикой исследовали дробный осциллятор Лоренца, обладающий эффектом памяти, через производную дробного порядка Капуто – Фабрицио. На основе алгоритма численного решения задачи Коши для дифференциального уравнения с дробной производной Капуто – Фабрицио разработана программа на языке Python. Построены фазовые траектории при различных значениях параметров системы. Установлены топологические изменения в фазовой плоскости при переходе к дробным производным.
Бесплатно
Об особенностях азимутальных колебаний в экранированном диэлектрическом резонаторе
Статья научная
Рассмотрены особенности собственных азимутальных колебаний в экранированном лейкосапфировом резонаторе. Исследована зависимость характеристик колебаний от параметров колебательной системы. Детально описан эффект преобразования высокодобротных колебаний в низкодобротные при изменении соотношений геометрических размеров экрана и диэлектрического резонатора. Даны рекомендации по практической реализации рассмотренной конструкции резонатора.
Бесплатно
Об особенностях диаграммы направленности симметричных щелевых антенн в микроволновом диапазоне
Статья научная
Изучались особенности диаграмм направленности антенн на основе плоских симметричных щелевых линий постоянной ширины на частоте 10 ГГц в плоскостях Е и Н при изменении их длины и ширины. Сравнительный анализ результатов математического моделирования и результатов эксперимента показал, что при увеличении ширины щели в пределах 0,5lambda0-1,5lambda0 (1,5-4,5 см), ширина главного лепестка диаграммы направленности по уровню половинной мощности в плоскости Е сужалась, что является ожидаемым, в то время, как в плоскости Н она оставалась практически неизменной.
Бесплатно
Облучающая система следящей приемо-передающей двухзеркальной антенны C/K-диапазонов
Статья научная
Обоснование. Необходимость создания станций космической связи, базирующихся на подвижных носителях, например на кораблях, требует использования облучающих систем многодиапазонных двухзеркальных антенн, обеспечивающих совмещение не только каналов приема и передачи ВЧ-сигналов, но и пеленгационных каналов для построения моноимпульсной системы слежения.
Бесплатно
Обобщение задачи Фурье о температурных волнах в полупространстве
Статья научная
Методом комплексных амплитуд решена задача об асимптотических колебаниях температуры и влагосодержания в полупространстве, граница которого обдувается воздушным потоком с изменяющейся по гармоническому закону температурой. Наполняющий полупространство материал состоит из твердой основы (капиллярно-пористое тело) и воды. Известное в литературе решение Фурье для температурных колебаний в полупространстве при отсутствии влаги и при граничных условиях теплообмена первого рода обобщено на случай влажного материала при граничных условиях Ньютона для температуры и Дальтона для влагосодержания. Результаты работы могут быть использованы в геокриологии для моделирования сезонных изменений теплофизического состояния мерзлых пород и грунтов, в теории строительных конструкций для изучения теплового режима внутренних помещений при колебаниях температуры окружающей среды, в теории сушки электромагнитным излучением для исследования процессов тепломассопереноса в осциллирующих режимах.
Бесплатно
