Датчики и системы, № 2,2015 г.
Sensors
and Systems, N 2,2015
С О Д Е Р Ж А Н И Е и А Н Н О Т А Ц И И
C O N T E N T S AND A B S T R A C T S
Факультету (Институту)
радиотехники, электроники и связи
ГУАП – 70 лет
Faculty of radioengineering,
electronics and communication of SUAI – 70 yars
НАУЧНЫЕ ШКОЛЫ
ФАКУЛЬТЕТА РАДИОТЕХНИКИ, ЭЛЕКТРОНИКИ И СВЯЗИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ … 3
SCIENTIFIC SCHOOLS OF FACULTY OF RADIOENGINEERING,
ELECTRONICS AND COMMUNICATION OF
КОНСТРУИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ И ЛАЗЕРНЫХ СРЕДСТВ
DESIGNING AND TECHNOLOGY
OF ELECTRONIC AND LASER MEANS
Ларин В. П., Смирнов
В. А., Шелест Д. К.
ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПРИ
ПРИЕМОЧНОМ КОНТРОЛЕ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ … 5
Аннотация: Рассмотрены вопросы проектирования технологической
системы приемочного контроля сложных технических объектов на примере бортовой
автоматизированной системы управления. Предложен комбинированный метод анализа и оценки результатов контроля
и диагностирования, заключающийся в моделировании правдоподобных рассуждений на основе
прецедентов и применении обученных многослойных нейронных сетей. Приведена
методика и механизм извлечения прецедентов. Рассмотрены принципы формирования поддержки
принятия решений с использованием многослойной нейронной сети, элементы которой
обучаются на прецедентах.
Ключевые слова: бортовая система управления,
приемочный
контроль,
состояние объекта, интеллектуализация поддержки принятия решений
Larin V. P., Smirnov V. A., Shelest D. K.
APPLICATION
OF INTELLIGENT DIAGNOSTIC MODELS FOR ACCESS CONTROL OF COMPLEX TECHNICAL
OBJECTS … 5
Abstract: The design
technology of the acceptance control of complex technical objects for example onboard
automatic control system. A combined method of analysis and assessment of the
results of monitoring and diagnosis in simulation of plausible reasoning on the
basis of the case law and the application of multilayer neural networks
trained. The method and mechanism of extract of precedents are proposed. The
principles of decision-making support using multilayer neural network whose
elements are trained on precedents.
Keywords: flight control system,
acceptance control, object state, intellectualization of decision support.
Бестугин А. Р., Киршина И. А., Окин П. А., Филонов О. М.
МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ
ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ ПРИ ИЗОТРОПНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ УПРУГИХ СВОЙСТВ
МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ … 11
Аннотация: Проведено исследование методической погрешности
микромеханического датчика давления с вторичным емкостным измерительным
преобразователем, возникающей из-за применения в конструкторских и
метрологических расчетах изотропной модели упругих свойств монокристаллической
мембраны. Получено решение уравнения Жермен-Лагранжа
для круглых анизотропной и изотропной мембран, проведено сравнение значений их
прогибов для обоих случаев. Проведенный анализ показал, что выходная
погрешность измеряемой величины, соответствующей изотропному приближению
достигает 7 % от измеряемого давления и
вносит существенный вклад в общую погрешность датчика. Показано, что эта
погрешность может быть легко скомпенсирована схемотехническими средствами
Ключевые слова: методическая погрешность, монокристаллическая
мембрана, анизотропия упругих свойств, уравнение Жермен-Лагранжа.
Bestugin A. R., Kirshina
METHODICAL
ERRORS OF MICROELECTROMECHANICAL SENSORS OF PRESSURE
AT ISOTROPIC MODELING OF ELASTIC PROPERTIES OF SINGLE-CRYSTAL SILICON …11
Abstract: This article
examines the methodical error of micromachined
pressure sensor with secondary capacitive transducer due to the use of the
calculations and metrology isotropic model of the elastic properties of single
crystal membrane.
Obtained solution of Germain-Lagrange
equations for anisotropic and isotropic circular membranes compared the values
of their deflections in both cases.
The analysis showed that the output error of the measured value
corresponding to the isotropic approximation reaches 7 % of the measured
pressure values and contributes significantly to the total error of the sensor.
Since the magnitude of this error is uniquely associated with the measured
pressure, it can be easily compensated by means of circuit design.
Keywords: methodical error, monocrystalline
membrane, anisotropy of the elastic properties, the equation Germain-Lagrange.
Григорьев Л. В.,
Бочкарева Е. С., Нефедов В. Г., Шакин О. В.
ФОРМИРОВАНИЕ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК ZNO
ИОННО-ПЛАЗМЕННЫМ МЕТОДОМ ДЛЯ МДП-ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ПРИБОРОВ УФ-ДИАПАЗОНА … 15
Аннотация: Приведены результаты исследования тонких
поликристаллических пленок оксида цинка, полученных методом ионно-плазменного
распыления металлической мишени в среде сильного газового окислителя. Показано,
что их оптические свойства близки к оптическим свойствам монокристаллического
оксида цинка и могут быть успешно использованы в качестве приемной площадки
фотоприемников ультрафиолетового оптического диапазона. Ширина запрещенной зоны
пленки составляет 3,22 эВ, что незначительно отличается от ширины запрещенной
зоны монокристалла оксида цинка 3,3 Эв.
Ключевые слова: поликристаллические тонкие пленки оксида цинка, ионно-плазменное распыление,
оптический спектр, УФ-фотоприемники.
Grigoryev L. V., Bochkaryova
E. S., Nefedov V. G., Shakin
O. V.
THE POLYCRYSTALLINE ZNO FILMS SPUTTERING BY
THE ION-PLASMA METHOD FOR UV MDP PHOTOELECTRIC
DEVICES … 15
Abstract: Research
results of zinc oxide thin polycrystalline films are given. By ion-plasma dispersion method of a
metal target in a strong gas oxidizer
films were
received. It is shown that their optical properties are close
to optical properties of the single-crystal zinc oxide and can be
successfully used as a reception area of photodetectors
of ultra-violet optical range. Band gap of a film 3,22
eV slightly differs from band gap of the
single-crystal zinc oxide equal 3,3 eV.
Keywords: zinc oxide thin polycrystalline films,
ion-plasma dispersion method, ultra-violet optical range, UV photodetectors.
Казаков В. И., Москалец О. Д., Пресленев Л. Н.
ВЗРЫВОБЕЗОПАСНЫЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА … 19
Аннотация: В рамках проблемы раннего обнаружения пожаров на
объектах, относящихся к категории взрывоопасных, рассмотрен принцип построения
волоконно-оптического дымового пожарного извещателя. Приведено
описание распространения оптического излучения через чувствительный элемент
дымового волоконно-оптического пожарного извещателя.
Ключевые слова: пожарный извещатель, взрывозащита, взрывоопасная зона, оптическое волокно.
Kazakov V. I., Moskaletz O. D., Preslenev
L. N.
EXPLOSION PROOF FIBER-OPTIC FIRE
DETECTOR. THE MATHEMATICAL MODEL OF THE SENSING ELEMENT
… 19
Abstract: In the context of
problem of early detection of fires at the explosive zone the principle of
design of the fiber optic smoke detectors is described. The description of
optical radiation propagation through the sensing element of fiber optic smoke
fire detector is proposed.
Keywords: fire detector, explosion protection, explosive zone,
optical fiber.
Балышева О. Л.
КРИТЕРИИ ВЫБОРА МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ДАТЧИКОВ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ
АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ … 23
Аннотация: Рассмотрены современные материалы и типы подложек,
используемые для устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ), и
особенности выбора материалов для чувствительных элементов датчиков на ПАВ.
Приведена классификация датчиков, показаны учитываемые при разработке факторы,
выделены критерии выбора материалов.
Ключевые слова: поверхностные акустические волны (ПАВ), датчики, пьезоматериалы, монокристаллы, температурные свойства, лангасит.
Balysheva O. L.
CRITERIA
OF A CHOICE OF MATERIALS FOR SENSORS ON SURFACE ACOUSTIC WAVES … 23
Abstract: The modern materials
and types of the substrates used for the device on surface acoustic waves (SAW)
are considered, their special requirements for SAW sensors are discussed. The
classification of SAW sensors, factors and criteria of a choice of sensors
materials are listed.
Keywords: surface acoustic waves (SAW), sensors, piezomaterials, monocrystals,
temperature properties, langasite.
РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ И ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ
RADIO
ENGINEERING
AND
OPTOELECTRONIC
SYSTEMS
Тимофеев Б. С.,
Обухова Н. А., Мотыко А. А.
ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ В ВИДЕОСИСТЕМАХ МОНИТОРИНГА ДОРОЖНОГО
ДВИЖЕНИЯ … 28
Аннотация: Приведен обзор возможностей современных систем
транспортного мониторинга. Проанализированы основные недостатки и предложены
пути совершенствования комплексов транспортного мониторинга. Приведены
алгоритмы обработки видеоданных для перспективных видеосистем наблюдения за
дорожной обстановкой. Даны результаты экспериментального исследования алгоритмов
Ключевые слова:
: видеосистемы транспортного
мониторинга, цифровая обработка изображений, панорамные видеосистемы, видео
измеритель скорости, определение автомобильных номеров.
Timofeev B.
S., Obukhova N. A., Motyko
A. A.
IMAGE PROCESSING FOR ROAD TRAFFIC MONITORING VIDEOSYSTEMS
… 28
Abstract: The paper
describes the review of modern video systems for road monitoring. The main
disadvantages are analyzed. The ways of improving are shown and there are
described useful algorithms of digital image processing. The results of carried
out experiments are given.
Keywords: image
processing, video systems for road traffic monitoring, license plate
recognition, panoramic video systems.
Астратов О. С., Филатов В. Н.
ВИДЕОДАТЧИКИ В СИСТЕМЕ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ПЕРЕЕЗДЕ … 33
Аннотация: Рассмотрена задача обеспечения безопасности на
железной дороге с помощью видеодатчиков и цифровой
обработки видеоизображений. Проанализированы опасные ситуации, возникающие на
железнодорожном переезде, и возможности их обнаружения с помощью цифровой
обработки видеоинформации. Описан алгоритм обработки изображений, приведены
результаты обработки конкретных изображений. Сделаны выводы относительно
работоспособности предложенного алгоритма и его совершенствования.
Ключевые слова: видеодатчик, железнодорожный переезд, безопасность, цифровая
обработка изображений, алгоритм.
Astratov O. S., Filatov V. N.
VIDEO
SENSORS IN THE SYSTEM OF ENSURING OF TRAFFIC SAFETY THE MOVE ON THE RAILWAY
CROSSING … 33
Abstract: Тasks to
ensure safety on the railway (on a railway crossing) is described in this
paper. The task can be solved with the help of the video sensor and digital
processing of video images. Dangerous situations on the move,
and their possible detection using digital processing of video information are
analyzed. The algorithm for image processing, and the results of processing of
specific images are shown. Conclusions are made regarding the operability of
the proposed algorithm and how to improve it.
Keywords: video sensor, railway crossing, security, digital processing of the images, algorithm.
Ададуров А. С., Крячко А.
Ф.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО
ДАТЧИКА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАГРУЗКИ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ …
38
Аннотация: Рассмотрен метод определения зависимости выходного
сигнала волоконно-оптического датчика от прилагаемой статической нагрузки с
использованием калибровочного комплекса. Калибровка волоконно-оптического
датчика основана на применении метода вычисления с известными нагрузками на ось
без учета жесткости железнодорожного пути. Наличие высокочастотных шумов при
вычислении нормирующих коэффициентов устранялось путем применения алгоритма
“скользящего окна”.
Ключевые слова: силоизмерительная панель, волоконно-оптический датчик,
калибровка
Adadurov A. S., Kryachko A. F.
THE OPTICAL
SENSOR EXPERIMENTAL CHARACTERISTICS ESTIMATION FOR FREIGHT CARS LOADING
CALCULATION … 38
Abstract: The method of
determination of dependence of an output signal of the fiber-optical sensor on
the enclosed static loading with use of a calibration complex is considered.
Calibration of the fiber-optical sensor is based on use of a method of
calculation with known loads of an axis without rigidity of a railway track.
Existence of high-frequency noise at calculation of the normalizing
coefficients is eliminated by use of algorithm of "the sliding
window".
Keywords: force measurement panel, fibre-optical
sensor, calibration.
БОРТОВАЯ РАДИОЭЛЕКТРОННАЯ АППАРАТУРА
THE ONBOARD RADIO-ELECTRONIC EQUIPMENT
Зилинберг А. Ю., Корнеев Ю. А., Корнеев А. Ю.
РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ
ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ДАТЧИКОВ СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ НАБЛЮДЕНИЯ
… 43
Аннотация: Рассмотрены основные принципы построения современных
интеллектуальных систем видеомониторинга.
Охарактеризованы этапы обработки ТВ-сцен в системе
видеоанализа. Проанализирована структура обработки одного видеокадра
(внутрикадровая обработка). Приведены характерные проблемы при видеоанализе.
Ключевые слова: распознавание образов, сегментация изображения, видеомониторинг, анализ изображений.
Zilinberg A. Yu., Korneev Yu. A., Korneev A. Yu.
DEVELOPMENT
OF THE SMART SIGNAL PROCESSING ALGORITHMS OF TELEVISION SENSOR OF MODERN
SURVEILLANCE SYSTEMS … 43
Abstract: The article
includes the main tasks and options of the smart video monitoring system.
Stages of processing the TV scenes in the video analysis system have been
considered. In addition the processing structure of the one
frame (intraframe processing) have been
discussed. The main problems of the video analysis have been mentioned.
Keywords: pattern recognition, image segmentation, video
monitoring, image analysis.
Нестеров М. Ю., Монаков А. А.
СОВМЕСТНАЯ ОЦЕНКА ВЫСОТЫ И ВЕКТОРА СКОРОСТИ ПО МИНИМУМУ
ЭНТРОПИИ В РАДИОВЫСОТОМЕРЕ С НЕПРЕРЫВНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ … 48
Аннотация: Предложен способ оценки высоты полета, а также продольной и вертикальной компоненты скорости летательного аппарата радиовысотомером с непрерывным частотно-модулированным сигналом. Получение оценки скорости основано на минимизации функции энтропии для дальномерного профиля земной поверхности в режиме синтезирования апертуры. Представлены результаты математического моделирования и натурного эксперимента.
Ключевые слова: радиовысотомер, линейная частотная модуляция, сигнал биений, оценка вектора скорости, радиолокационное синтезирование апертуры, энтропия информации.
Nesterov M. Yu., Monakov A.
A.
THE MINIMUM
ENTROPY METHOD OF JOINT ESTIMATION OF ALTITUDE AND VELOCITY FOR CWFM ALTIMETER … 48
Abstract: A method of
estimation of the flight altitude and the lateral and vertical components of
the velocity is proposed for CWFM altimeter. The
method implements minimization of the entropy of the earth surface range
profile for the altimeter operating in SAR mode. Results of the mathematical
simulation and the physical experiment are presented.
Keywords: radio altimeter, beat signal, velocity estimation,
synthetic aperture radar, information entropy.
МЕДИЦИНСКАЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКА
MEDICAL RADIOELECTRONICS
Зайченко К. В.
ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА СЪЕМА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ДАТЧИКОВ
БИОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЖИВЫХ СИСТЕМ … 52
Аннотация: Представлены результаты работы научной школы
“Радиоэлектронные и информационные средства оценки физиологических параметров
живых систем” ГУАП по разработке уникального
инструментария для обработки биоэлектрических сигналов живых систем при тонких
биофизических исследованиях с целью получения новых результатов в области
физиологии и фундаментальной медицины.
Ключевые слова: информационная
система, биоэлектрические сигналы, электроды, живые системы, сверхвысокое
разрешение, аналоговая и цифровая обработка, адаптация.
Zaichenko K. V.
INFORMATION SYSTEM FOR THE SIGNALS READOUT AND
PROCESSING FROM THE SENSORS OF THE LIVING SYSTEMS BIOELECTRIC ACTIVITY … 52
Abstract: The
investigations results of scientific school “Radio electronic and information
means for living systems physiologic parameters estimation” SUAI
have been presented. The results are related to the area of the unique tool set
development on the basis of advances radio electronic and information
technologies connected with living systems bioelectric signals processing for
the fine biophysical investigations in order to obtain some new results in
physiology and fundamental medicine
Keywords: information system,
bioelectric signals, electrodes, living systems, ultra high resolution, analog
and digital processing, adaptation.
Егоров В. В., Зайченко К. В., Михайлов В. Ф., Смаль
М. С.
ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ НЕСТАЦИОНАРНОГО КАНАЛА СВЯЗИ ПО
ИНФОРМАЦИОННЫМ СИГНАЛАМ … 57
Аннотация: Дана оценка параметров законов распределения
отношения сигнал/шум без использования тестовых сигналов. Получены
аналитические выражения для функций распределения измеряемого информативного
показателя, инвариантного к передаваемой информации и однозначно связанного с
оцениваемыми параметрами законов распределения. Приведены результаты
вычислительного эксперимента.
Ключевые слова: нестационарный канал связи, законы распределения,
аналитическая оценка, анализ точности.
Egorov V. V., Zaychenko K. V., Mikhailov
V. F., Smal M. S.
ESTIMATION
OF PARAMETERS OF TRANSIENT COMMUNICATION CHANNEL FROM INFORMATION SIGNALS … 57
Abstract: The parameters of
the distribution of signal to noise ratio are estimated without the use of test
signals. The analytical expressions for the distribution of the measured
informative indicator invariant to the transmitted information and
unambiguously associated with the estimated parameters of the distribution are
obtained. The results of computational experiments are presented.
Keywords: transient communication channel, distributions,
analytical evaluation, accuracy analysis.
Зайченко К. В., Гуревич Б. С.
ПРИНЦИПЫ ИЗМЕРЕНИЙ ИНФОРМАЦИОННЫХ И ТЕХНИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК АКУСТООПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ МНОГОСПЕКТРАЛЬНОЙ
ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ … 61
Аннотация: Акустооптические системы многоспектральной
обработки изображений (МОИ) строятся на базе акустооптических перестраиваемых
фильтров с широкой угловой апертурой. Такие системы могут быть описаны набором
оптических степеней свободы, которые влияют на информационные характеристики
системы. Предложены методы измерений этих характеристик, а также установлена их
связь с техническими характеристиками систем. Формулируются критерии
разрешения, учитывающие допустимую вероятность неразличения
единицы информации. Приводится описание установки для реализации измерений
характеристик систем МОИ.
Ключевые слова: оптические степени свободы, акустооптические
перестраиваемые фильтры, критерий спектрального разрешения, многоспектральная
обработка, субизображения.
Zaichenko K. V., Gurevich B. S.
MEASUREMENT
PRINCIPLES OF INFORMATION AND TECHNICAL CHARACTERISTICS OF THE MULTISPECTRAL IMAGE PROCESSING ACOUSTO-OPTIC SYSTEMS … 61
Abstract: Multispectral image processing (MIP) acousto-optic systems
are designed on the basis of acousto-optic tunable filters with wide angular
aperture. These systems can be described by the set of optical freedom degrees
which act a direct influence on the system information characteristics. These
characteristics measurement methods have been proposed,
and their connection with technical characteristics of the systems have been
established. The resolving power criteria have been formulated which had taken
into consideration the information unit non-recognition admissible probability.
The installation description has been presented for MIP systems characteristics
measurements realization.
Keywords: optical freedom degrees, acousto-optic tunable
filters, spectral resolving power criterion, multispectral
processing, subimages.
Выболдин Ю. К.
АЛГОРИТМ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ИСТОЧНИКОВ АКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ … 65
Аннотация: Рассмотрена математическая модель датчика угловых перемещений источников широкополосных акустических сигналов с коррекцией инструментальных ошибок измерителя. Предусмотренное предлагаемым алгоритмом коррекции дополнительное оценивание параметров, обусловленное неидеальностью каналов измерительного устройства, приводит к некоторому снижению точности при измерении координат источников излучения, однако при малых ошибках измерителя это снижение точности несущественно.
Ключевые слова: датчик угловых перемещений, высокое разрешение, восстановление сигналов, синтез измерителя.
Vyboldin Y. K.
THE
ALGORITHM OF MEASUREMENT ANGULAR DISPLACEMENT … 65
Abstract Equation of the
sensor model for measuring the angular displacement of broadband acoustic
signals sources with correction of a measuring instrument
errors is deduced. Proposed algorithm the additional parameters estimation caused by not ideal channel
measuring device, leads to some decrease in measurement accuracy of sources
coordinates. However, for small errors this reduction of a measuring accuracy
is not essential.
Keywords: acoustic signals sources, measuring of the angular
displacement, high resolution, signal recovery,
synthesis of a measuring instrument.
Михайлов В. Ф.
ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОТЕМПЕРАТУРНОЙ
ПЛАЗМЫ … 69
Аннотация: Предложено
применение датчика проводимости для измерения электрических характеристик
низкотемпературной плазмы (концентрации электронов). Представлена его
конструкция, методика применения, методы уменьшения погрешностей измерения.
Ключевые слова: низкотемпературная
плазма, электрические характеристики, датчик проводимости, конструкция, метод
измерения.
Mikhailov V. F.
SENSOR TO
MEASURE ELECTRICAL CHARACTERISTICS OF LOW TEMPERATURE PLASMA … 69
Abstract: It is shown that the knowledge of the plasma
electrical characteristics like electron density is
absolutely essential. The use of the
conductivity sensor is proposed. The sensor design, method of use, techniques to reduce measurement errors are
discussed.
Keywords: low
temperature plasma, electrical characteristics, conductivity sensor, design, конструкция, measurement techniques.