Инфокоммуникационные технологии и системы. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника
Статья научная
Рассмотрены принципы построения современных широкодиапазонных устройств обработки и формирования радиосигналов. Установлено, что ключевыми компонентами широкодиапазонных радиоэлектронных систем являются быстродействующие программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), аналого-цифровые (АЦП) и цифроаналоговые (ЦАП) преобразователи радиосигналов. Приведены характеристики интегральных микросхем ПЛИС, АЦП и ЦАП отечественного производства. Показано, что отечественные быстродействующие ПЛИС, АЦП и ЦАП по своим технических характеристикам во многом уступают своим зарубежным аналогам. Это затрудняет их прямое использование в цифровых широкодиапазонных устройствах обработки и формирования радиосигналов. Например, максимальная тактовая частота быстродействующих отечественных АЦП не превышает 125 МГц. В то же время в зарубежных быстродействующих АЦП максимальная тактовая частота достигает 1000…5000 МГц. В отечественных ПЛИС отсутствуют специализированные блоки цифровой обработки информации (например, последовательные каналы передачи цифровых данных, обеспечивающие пропускную способность в несколько гигабит в секунду). Зарубежные ПЛИС располагают десятками таких специализированных блоков. Проанализированы проблемы определения частоты радиосигналов в широком частотном диапазоне и согласования скоростей цифровых потоков между интегральными микросхемами ПЛИС и ЦАП отечественного производства. Показано, что применение специальных технических решений и алгоритмов обработки радиосигналов позволяет строить широкодиапазонные цифровые устройства обработки и формирования радиосигналов на отечественной элементной базе. Например, применение монобитной цифровой технологии обработки радиосигналов позволяет проводить оценку частоты радиосигнала в широком диапазоне частот при минимальных требованиях к применяемым цифровым интегральным микросхемам.
Бесплатно
Статья научная
Введение. В настоящий момент при реализации проектов по разработке и производству высокотехнологичной продукции разработчики работают в кооперации. В рамках таких проектов создаются цифровые платформы, позволяющие снизить транзакционные издержки за счет модернизации и алгоритмизации бизнес-процессов. Применение двойника такой предметно-ориентированной платформы в корпоративной информационной системе университета позволит модернизировать его учебные программы, а также повысить эффективность подготовки студентов. Цель исследования. Рассмотреть системную модель трансформации процесса обучения с использованием цифрового двойника информационной платформы, позволяющей решать актуальные задачи в заданной предметной области. Разработать методику применения функционально-стоимостного анализа при учете заданных ограничений на располагаемые проектные ресурсы, включая временные. Методы исследования, использованные в работе: - принципы методологии системной инженерии (процессного подхода, жизненного цикла и др.); - комплексный подход и структурный анализ процесса проектирования по методологии SADT (Structured Analyze and Design Technology); - функциональное моделирование (в нотации IDEFO). Результаты. Предложен метод определения ресурсных ограничений, включая временные, на основе функционально-стоимостного анализа (ФСА) по моделям процессов в исследуемой предметной области с использованием информационной платформы. Предложен модульный подход, основанный на логике прямого и обратного отношений композиции - декомпозиции, путем выделения элементарных объектов исследуемой предметной области по правилам дифференциально-интегрального исчисления (определённых и неопределённых интегралов) и далее теории динамических систем. Подход демонстрируется на решении задачи формирования учебных программ по дисциплинам базовой кафедры «Информационные технологии в машиностроении», связанных с производственной деятельностью. Показано, что применение предложенного подхода позволяет формализовать противоречия в компетенциях студентов с требованиями работодателей и определить компромиссные решения для их устранения. Заключение. Разработанный подход системного функционального моделирования на основе цифрового двойника платформы предметно-ориентированной области позволяет произвести количественную оценку трудозатрат при ресурсных ограничениях, включая временные.
Бесплатно
Статья научная
Технологии агрометеорологических прогнозов урожайности (АПУ) зерновых культур, включая регрессионные АПУ, основанные на данных о нормализованном вегетационном индексе (NDVI), являются важным элементом современной аграрной индустрии. Цель исследования: обосновать эвристическую модель урожайности и подходы к разработке моделей регрессионных методов АПУ, включая процедуру выбора предикторов АПУ по данным NDVI спутниковой системы наблюдений Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) и провести экспериментальное прогнозирование. Материалы и методы. Используются данные официальной статистики урожайности орошаемых озимых пшеницы и ячменя иракской провинции Дивания и наблюдения NDVI MODIS за 2001-2019 годы. За основу принята двухкомпонентная эвристическая модель урожайности, содержащая тренд урожайности, обусловленный сравнительно медленным изменением технологии возделывания культур, и климатическую компоненту, связанную с колебаниями биологической продуктивности из-за погодных условий вегетации. Результаты. С помощью эвристической модели развит объектно-ориентированный подход к выбору предикторов регрессионной модели АПУ. Используя зависимость NDVI от проективного покрытия и листового индекса посевов, качественно и количественно определили эволюцию NDVI в отдельных стадиях развития пшеницы и ячменя. Показано, что в АПУ на уровне провинции в качестве исходных предикторов следует выбрать временные ряды NDVI-MODIS за первую и вторую половину февраля в трех зерносеющих районах провинции. Эксперименты показали, что удовлетворительное качество регрессионных АПУ ячменя и пшеницы достигается при различных наборах 2-3 исходных неколлинеарных предикторов и их комбинацией с величиной урожайности прошлого года либо включением линейных или квадратичных зависимостей. Выводы. АПУ пшеницы с относительной ошибкой около 10 % получаются только при подборе интервала обучения моделей и контроле параметров авторегрессионного предиктора. Высокое качество прогнозов регрессионных моделей АПУ ячменя обусловлено тем, что в изменчивости его урожайности преобладает климатическая компонента. Разработанный объектно-ориентированный подход может быть адаптирован к условиям богарного земледелия и прогнозу урожайности других культур.
Бесплатно
Статья научная
Предложена методология и рассмотрен способ решения задачи выбора варианта беспроводного взаимодействия управляющей и управляемой аппаратуры системы управления космическим аппаратом по нескольким критериям с учетом неполноты требований технического задания. Задача обоснованного выбора варианта сети широкополосного доступа обусловлена необходимостью учитывать совокупность технических, экономических и нормативных требований их построения относительно заданных территориальных районов. Выполнение этих требований, в первую очередь, связано с сокращением сроков и затрат на проектирование и эксплуатацию сетей. Выбор оптимальных решений при проектировании и развертывании таких сетей с учетом совокупности технико-экономических показателей является актуальной проблемой при управлении космическим аппаратом. Предложенный подход к построению сетей широкополосного доступа позволяет существенно повысить обоснованность принимаемых решений при выборе наиболее подходящего варианта аппаратно-программных средств.
Бесплатно
Статья научная
Предложен математический Е-операторный метод для преобразования системы дифференциальных уравнений в систему разностных уравнений математической модели следящего электропривода. В отличие от традиционно используемых громоздких способов численного интегрирования, например, в пакете Matlab-Simulink, он позволяет синтезировать из передаточных функций следящих электроприводов как последовательные, так и параллельные разностные алгоритмы, работающие в реальном времени на основе как программных, так и аппаратных регистров сдвига. Важно отметить, что эти алгоритмы невозможно реализовать средствами пакета Matlab-Simulink. Параллельный алгоритм обеспечивает большее быстродействие чем последовательный и может быть реализован «конвейерным» способом с помощью нескольких сопроцессоров одновременно. Изложенный метод представляет реальную альтернативу имеющимся средствам в пакете Matlab-Simulink для описания и анализа параметров моделей следящих электроприводов. В первой части статьи описан синтез алгоритма управления с использованием традиционных средств дифференциального исчисления и преобразования Лапласа. Во второй части статьи эта же задача решается с применением предложенного Е-операторного метода. Полученные результаты могут быть использованы в мехатронике, робототехнике, в теории управления и автоматического регулирования, в практике построения следящих электроприводов.
Бесплатно
Статья научная
В современном информационном обществе обостряется проблема, связанная с усилением традиционных и возникновением новых угроз безопасности при работе с информационными и коммуникационными технологиями. К ним относятся угрозы экономического, информационного, психологического, социального и дидактического характера. Перспективным направлением для решения проблемы является электронное обучение, сводящее к минимуму перечисленные угрозы. В статье рассматривается методология управления безопасностью подготовки кадров к работе с информационными и коммуникационными технологиями в условиях усиления угроз. Предлагаемая методология опирается на принципы безопасности, классификацию ИКТ-компетенций, модель условий и факторов управления, шаблоны поведения (паттерны). Среди паттернов выделены методы принятия решений и методика оценки безопасности подготовки кадров на основе анализа опыта работы и применения математических моделей. Методология управления безопасностью подготовки кадров к работе с информационными и коммуникационными технологиями обеспечивает минимизацию угроз экономического, информационного, психологического, социального и дидактического характера. Результаты использования методологии продемонстрированы на примере подготовки кадров к работе с информационно-измерительными системами на Челябинской ТЭЦ-2.
Бесплатно
Цилиндрическая щелевая антенна
Статья научная
Представлена щелевая цилиндрическая антенна с оригинальным устройством согласования с фидером. Антенна выполнена в виде продольной щели на металлической трубе с диаметром, много меньшим длины волны; длина щели меньше длины волны в свободном пространстве. Параметры антенны найдены численным методом в строгой электродинамической постановке задачи. При этом в электродинамической модели антенны учтена конструкция устройства согласования. Теоретические результаты в рабочем диапазоне частот находятся в хорошем количественном соответствии с экспериментальными результатами, полученными на макетах антенн. Предложенные в статье способ и устройство позволяют простым и удобным образом согласовать антенну с фидером.
Бесплатно
Экспериментальное исследование полосно-пропускающих фильтров на основе многослойной технологии
Статья научная
Частотно-селективные СВЧ-устройства являются неотъемлемой частью антенно-фидерного тракта систем радиолокации и радионавигации, а также других инфокоммуникационных систем связи. Наибольшее распространение в указанных системах получили полосно-пропускающие фильтры. Они обеспечивают первичную селекцию полезного сигнала в смеси его с шумом. Перспективным направлением конструирования СВЧ полосно-пропускающих фильтров является их многослойное исполнение с применением полосковых и щелевых резонаторов. В настоящее время такая конструкция СВЧ полосно-пропускающих фильтров до конца не исследована. Цель исследования. Целью настоящей работы является экспериментальное исследование полосно-пропускающих фильтров на основе многослойной полосково-щелевой технологии их построения. При этом экспериментальному исследованию подлежат их амплитудно-частотные характеристики, в том числе элементы матрицы рассеяния - коэффициент отражения и коэффициент передачи в диапазоне частот. Материалы и методы. В рамках настоящего исследования проведено компьютерное моделирование полосно-пропускающих фильтров в программе электродинамического моделирования, где были подобраны основные геометрические размеры элементов топологии фильтров и предварительно исследованы их амплитудно-частотные характеристики. При этом особенностью исследуемых полосно-пропускающих фильтров является применение в их конструкции отечественного СВЧ-материала на основе слоев фторопласта - ФАФ-4Д, что соответствует программе импортозамещения. По результатам компьютерного моделирования были изготовлены макеты полосно-пропускающих фильтров и проведено их экспериментальное исследование при использовании векторного анализатора цепей в диапазоне частот до 2 ГГц. Результаты. По результатам экспериментального исследования было определено хорошее качественное и количественное согласование теоретических и экспериментальных данных. Так, максимальное отклонение значения амплитуды коэффициента передачи, полученного по результатам компьютерного моделирования, от результатов эксперимента составляет не более 0,53 дБ; максимальное отклонение границ полосы пропускания составляет не более 30 МГц (3 % относительно центральной частоты). Заключение. Результаты экспериментального исследования доказывают возможность разработки и применения СВЧ полосно-пропускающих фильтров на основе многослойной полосково-щелевой технологии.
Бесплатно
