Датчики и системы, № 1, 2019

Sensors and Systems, N 1, 2019

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  &  A B S T R A C T S

С НОВЫМ ГОДОМ! … 3

HAPPY NEW YEAR!

Представляет Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований ДВО РАН

Special Research Bureau for Automation of Marine Researches FEB RAS presents

Мироненко М. В., Малашенко А. Е.

ШИРОКОМАСШТАБНАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА И ТОМОГРАФИИ ПОЛЕЙ ИСТОЧНИКОВ АТМОСФЕРЫ, ОКЕАНА И ЗЕМНОЙ КОРЫ В МОРСКОЙ СРЕДЕ … 4

Аннотация: Рассматриваются научно-технические основы создания и применения широкомасштабных радиогидроакустических систем мониторинга характеристик полей различной физической природы. Система мониторинга формируется на основе разработок просветного метода гидролокации и технических средств морского приборостроения. Приводятся результаты реализации макетов экспериментальных систем мониторинга на протяженных морских трассах.

Ключевые слова: морские объекты и неоднородности среды, гидрофизические поля источников и явлений различной физической природы, параметрический прием волн в морской среде, акустическая томография измеряемых полей.

Mironenko M. V., Malashenko A. E.

LARGE-SCALE SYSTEM FOR MONITORING AND TOMOGRAPHY OF THE FIELDS OF SOURCES OF THE ATMOSPHERE, OCEAN AND THE EARTH'S CRUST IN THE MARINE ENVIRONMENT

Abstract: The scientific and technical fundamentals to create and use the large-scale radio-hydroacoustic systems for monitoring the characteristics of the diverse physical origin fields are considered. The monitoring system is built based on the developments of the low-frequency method of hydrolocation and technical means of marine instrumentation. The model implementations of experimental monitoring systems on long sea routes are presented.

Keywords: marine objects and heterogeneities of the environment, hydrophysical fields of sources and phenomena of diverse physical origin, parametric reception of waves in marine environment, acoustic tomography of measured fields.

Мироненко М. В., Малашенко А. Е., Василенко А. М., Пятакович В. А.

РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА СИГНАЛОВ С ПРОСТРАНСТВЕННО-РАЗНЕСЕННЫХ ПРИЕМНИКОВ В ПРОСВЕТНОЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ МОНИТОРИНГА … 7

Аннотация: Рассмотрены закономерности и измерительные технологии просветной гидролокации морских объектов. Обоснована практическая возможность их использования в системах морского мониторинга полей объектов на основе фазового приема сигналов с пространственно-разнесенных приемников. Приведены результаты параметрического приема полей объектов и среды экспериментальными системами на дистанциях десятки-сотни километров.

Ключевые слова: морские объекты, система мониторинга полей, амплитудно-фазовая модуляция сигналов, фазовый прием и обработка сигналов, спектральный анализ.

Mironenko M. V., Malashenko A. E., Vasilenko A. M., Pyatakovich V. A.

THE RESULTS ANALYSIS OF SIGNALS FROM SPACE-SEPARATED RECEIVERS OF MONITORING SYSTEM

Abstract: Regularities and measuring technologies of low-frequency parametric hydrolocation of sea objects are considered. The practical possibility of their use in systems that perform marine monitoring of object fields based on the phase reception of signals from space-separated receivers is substantiated. The results of parametric reception of fields of objects and environment by experimental systems on the distances of tens-to-hundreds kilometers are given.

Keywords: sea objects, field monitoring system, amplitude-phase modulation of signals, phase reception and processing of signals, spectral analysis.

Мироненко М. В., Малашенко А. Е., Пятакович В. А., Василенко А. М.

РЕАЛИЗАЦИЯ В СИСТЕМЕ МОНИТОРИНГА ОПЕРАЦИЙ РАСПОЗНАВАНИЯ И КЛАССИФИКАЦИИ МОРСКИХ ЦЕЛЕЙ … 14

Аннотация: Рассмотрена радиогидроакустическая система мониторинга движущегося акустического слабозаметного объекта, который регистрируется по признакам амплитудно-фазовой модуляции сигналов накачки среды излучениями и полями, сопутствующими движению объекта в морской среде. Показано, что применение вычислительных операций искусственных нейронных сетей позволяет распознавать класс объекта по измеренным амплитудно-частотным характеристикам.

Ключевые слова: средства морского приборостроения, распознавание и классификация объектов, искусственные нейронные сети.

Mironenko M. V., Malashenko A. E., Pyatakovich V. A., Vasilenko A. M.

IMPLEMENTING RECOGNITION AND CLASSIFICATION OF SEA TARGETS IN A MONITORING SYSTEM

Abstract: Radio-hydroacoustic monitoring system can register an acoustically low-observable moving object by detecting amplitude-phase modulation of pump signals that is caused by radiations and fields generated by the movement of object in a marine environment. Computations by artificial neural networks allow to recognize an object's class based on measured amplitude-frequency characteristics.

Keywords: marine instrumentation, recognition and classification of objects, artificial neural networks.

Емельяненко В. Ф., Кранц В. З.

К ВОПРОСУ ОБ ОПТИМИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ КОММУНИКАЦИОННОГО КАНАЛА МУЛЬТИСТАТИЧЕСКОЙ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ МОРСКОЙ ОБСТАНОВКИ … 18

Аннотация: Предложено исключить модуль звукоподводной связи из состава автономных гидроакустических станций сетецентрической гидроакустической системы освещения морской обстановки и разместить его в пульте управления системы, что упростит автономную станцию, снизит ее энергопотребление и сократит число модулей в системе. Дана оценка временной задержки доставки информации по радиоканалу между автономной станцией и пультом управления с учетом увеличения объема сообщения после ее кодировки в модуле звукоподводной связи, расположенном в пульте управления.

Ключевые слова: автономная гидроакустическая станция, модуль обработки данных, звукоподводная связь, радиоканал, скорость передачи.

Emeljanenko V. F., Kranz V. Z.

TO A QUESTION OF OPTIMIZATION OF THE STRUCTURE OF COMMUNICATION CHANNEL OF THE MULTISTATIC HYDROACOUSTIC SYSTEM FOR A SEA MONITORING

Abstract: It is offered to exclude the module of sound underwater communication from the structure of the autonomous hydroacoustic stations of the network-centric hydroacoustic system for a sea monitoring and to place such module in the system control panel that will simplify the autonomous station, will reduce its energy consumption and will reduce number of modules in system. The temporary delay of delivery of information on a radio channel between the autonomous station and the control panel taking into account increasing of the message volume after its coding by the sound coupling module in the control panel is estimated.

Keywords: autonomous hydroacoustic station, data processing module, sound underwater communication, radio channel, transfer speed.

Драченко В. Н., Михнюк А. Н., Якутов И. Н.

КАЛИБРОВКА ПРИЕМНЫХ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК В МОРСКИХ УСЛОВИЯХ … 22

Аннотация: Описан метод калибровки приемных антенн в натурных морских условиях без предъявления жестких требований взаимного позиционирования в эксперименте. Приведены результаты, демонстрирующие возможности данного метода, полученные при численном моделировании и экспериментально.

Ключевые слова: калибровка, амплитудно-фазовые характеристики приемных каналов, диаграмма направленности.

Drachenko V. N., Mikhnyuk A. N., Yakutov I. N.

CALIBRATION OF RECEPTION ANTENNA LATTICES IN SEA CONDITIONS

Abstract: The method of calibration of reception antennas in natural sea conditions without presentation of strict requirements of mutual positioning in an experiment is described. The results showing the opportunities of this method which were obtained at numerical modeling and experimentally are given.

Keywords: calibration, the amplitude-phase characteristics of reception channels, directional pattern.

Емельяненко В. Ф., Каленов Е. Н.

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРИЕМНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗВУКОПРОЗРАЧНОЙ АНТЕННЫ ДЛЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ КРУГОВОГО ОБЗОРА … 28

Аннотация: Рассмотрена приемная однорядная цилиндрическая звукопрозрачная антенна гидроакустической станции освещения подводной обстановки в сравнении с аналогичной двухрядной антенной. Получены характеристики однорядной антенны в зависимости от межэлементного расстояния. Определен критерий для расчета расстояния между приемными элементами по окружности, обеспечивающий минимальное количество элементов однорядной антенны при сохранении тех же акустических характеристик, что и у двухрядной антенны с равными габаритами, вследствие чего упрощается конструкция и снижается стоимость.

Ключевые слова: гидроакустическая цилиндрическая антенна, диаграмма направленности, коэффициент концентрации, кардиоида.

Emeljanenko V. F., Kalenov E. N.

OPTIMIZATION OF A RECEIVING CYLINDRICAL SOUND-TRANSPARENT ANTENNA FOR A HYDROACOUSTIC CIRCULAR VIEW STATION

Abstract: The receiver single-row cylindrical sound-transparent antenna of a hydroacoustic station for illuminating an underwater situation is considered in comparing with a similar two-row antenna. The dependences of the characteristics of a single-row antenna from inter-element distance are obtained. An optimal criterion for calculating the distance between receiving elements along the circumference is determined. This criterion ensures the minimum number of elements of a single-row antenna, in which this antenna has the same acoustic characteristics as a two-row antenna with equal dimensions. A single-row antenna requires a much smaller number of elements than two-row antenna, which simplifies the design and reduces its cost.

Keywords: hydroacoustic cylindrical antenna, directional pattern, concentration coefficient, cardioid.

КОНСТРУИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО ДАТЧИКОВ, ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

DESIGN AND PRODUCTION OF SENSORS, DEVICES AND SYSTEMS

Афонин С. М.

ГАРМОНИЧЕСКАЯ ЛИНЕАРИЗАЦИЯ ГИСТЕРЕЗИСНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЕФОРМАЦИИ МНОГОСЛОЙНОГО ПЬЕЗОАКТЮАТОРА НАНО- И МИКРОПЕРЕМЕЩЕНИЙ … 33

Аннотация: Определены коэффициенты гармонической линеаризации гистерезисной характеристики деформации пьезоактюатора нано- и микроперемещений при обобщенном обратном пьезоэффекте и при продольном, поперечном, сдвиговом пьезоэффектах. Получена передаточная функция нелинейного звена для основного гистерезисного цикла деформации многослойного пьезоактюатора при обобщенном обратном пьезоэффекте.

Ключевые слова: пьезоактюатор, пьезоэффект, гистерезис, нано- и микроперемещения, коэффициенты гармонической линеаризации.

Afonin S. M.

HARMONIC LINEARIZATION OF HYSTERESIS CHARACTERISTIC OF DEFORMATION OF MULTILAYER PIEZOACTIVATOR OF NANO- AND MICROMOVEMENTS

Abstract: In the work of the coefficients of harmonic linearization of the hysteresis characteristic of deformation of the piezoactuator of nano- and micromovements are obtained for longitudinal, transverse, shear and generalized piezoelectric effects. The transfer function of a nonlinear link for the main hysteresis cycle of deformation of a multilayer piezoactuator is determined.

Keywords: multilayer piezoactuator, hysteresis characteristic of deformation, nano- and micromovements, coefficients of harmonic linearization.

Душин С. В., Фархадов М. П., Шаврин С. С.

УСТОЙЧИВОСТЬ АДАПТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ К НЕПРЕРЫВНЫМ АДДИТИВНЫМ ПОМЕХАМ … 40

Аннотация: Представлены результаты исследования помехоустойчивости ряда алгоритмов адаптивной фильтрации: нормализованного метода наименьших средних квадратов, быстрого алгоритма аффинных проекций, взвешенной рекурсии наименьших квадратов, быстрого трансверсального фильтра, алгоритма минимальной корреляции виртуальных сигналов. Перечень рассмотренных алгоритмов охватывает основные классы адаптивных фильтров, что позволяет оценить помехоустойчивость данного типа устройств в целом.

Ключевые слова: адаптивный фильтр, уравнение Винера-Хопфа, помехоустойчивость, алгоритм аффинных проекций, рекурсия наименьших квадратов, быстрый трансверсальный фильтр.

Dushin S. V., Farkhadov M. P., Shavrin S. S.

THE ROBUSTNESS OF ADAPTIVE FILTERS TO CONTINUOUS ADDITIVE NOISES

Abstract: The experimental results of research on robustness of the main adaptive filtering algorithms are presented. Normalized least mean squire, fast affine projection, weighed recursive least squire, fast transversal filter and minimum correlation of virtual signals algorithms are under study. The algorithms considered cover the main classes of adaptive filters and provide its robustness estimation in general.

Keywords: adaptive filtering, Wiener-Hopf equation, robustness, affine projection algorithm, recursive least square, least mean square, fast transversal filter.

Гусейнова М. В.

ПОСТРОЕНИЕ ПОДСИСТЕМЫ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ КОНЦЕНТРАЦИИ СО₂ В ВЕНТИЛИРУЕМЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ … 46

Аннотация: Рассмотрено построение подсистемы оперативного контроля концентрации СО₂ в вентилируемых помещениях на основе измерения степени поглощения на длинах волн 3,6 и 4,3 мкм. Показано, что динамическая погрешность измерения концентрации СО₂ имеет максимум при определенном соотношении между временем измерения, объемом помещения и скоростью вентиляции. Сформулирована и решена модельная оптимизационная задача определения условий достижения высокой информативности результатов измерений концентрации СО₂ в разноформатных производственных помещениях.

Ключевые слова: подсистема измерений, концентрация, оптимизация, погрешность, вентиляция.

Huseynova M. V.

QUESTIONS ON DEVELOPMENT OF SYSTEM FOR CONTROL OF CO₂ CONCENTRATION IN VENTILATED ROOMS

Abstract: The development of subsystem for measuring of CO₂ concentration in ventilated rooms is discussed. It is shown that dynamic error of measuring of CO₂ concentration in ventilated rooms has a maximum occurred on some functional dependencies between time of measurements, volume of room and speed of ventilation. The optimization task on determination of conditions for reaching of high informativity of results of CO₂ concentration in production rooms of different sizes is solved by simulation.

Keywords: subsystem of measurements, concentrations, optimization, error, ventilation.

Александров В. А., Казаков Ю. В., Маркова Л. В., Чупров О. А.

МОЩНЫЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ … 50

Аннотация: Представлены результаты разработки и испытаний широкополосных усилителей мощности для гидроакустических преобразователей звукового и ультразвукового диапазона. Приведены данные испытаний гидроакустических преобразователей в составе дискретных излучающих антенн. Рассмотрена методика исследований нагрузочных характеристик и взаимного влияния каналов гидроакустической фазированной антенной решетки с применением нового типа испытательного оборудования.

Ключевые слова: ключевой усилитель, широтно-импульсная модуляция, полевой транзистор.

Aleksandrov V. A., Kazakov Y. V., Markova L. V., Chuprov O. A.

POWERFUL AMPLIFYING DEVICES FOR RESEARCH OF HYDROACOUSTIC EMITTER

Abstract: Results of development and evaluation of wideband power amplifiers for hydroacoustic transformers in sound and ultrasonic range are presented. Data of tests of hydroacoustic transformers as a part of the discrete radiating antennas are provided. The technique of researches using new type in the test equipment is considered for load characteristics and cross impact of channels in the hydroacoustic phased array.

Keywords: key amplifier, pulse-width modulation, field effect transistor.

Нестерук Иг. Н., Нестерук Ир. Н.

ДАТЧИК СКОРОСТИ СИСТЕМЫ СКАНИРОВАНИЯ ФУРЬЕ-СПЕКТРОМЕТРА … 55

Аннотация: Дано описание интерференционного датчика скорости системы сканирования Фурье-спектрометра (ФС). Представлен способ преобразования синусоидального сигнала референтного канала ФС в напряжение пропорциональное скорости перемещения подвижного отражателя интерферометра, обеспечивающий большой диапазон скоростей, высокое быстродействие и точность.

Ключевые слова: датчик, вторичный измерительный преобразователь, быстродействие, полоса пропускания, точность.

Nesteruk Ig. N., Nesteruk Ir. N.

SPEED SENSOR OF SYSTEM OF SCANNING OF THE FOURIER SPECTROMETER

Abstract: The description of the interferometric speed sensor of system of scanning of the Fourier Spectrometer (FS) is described. Distinctive feature of the sensor is the way of transformation of sine signal of the FS reference channel to voltage proportional traverse speeds of the moving reflector of the interferometer, the providing big range of speeds, high high-speed performance and accuracy.

Keywords: sensor, secondary measuring transducer, high-speed performance, bandwidth, accuracy.

Новые приборы

New devices

НОВАЯ ЛИНЕЙКА ВЫСОКОТОЧНЫХ ДАТЧИКОВ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ BOURNS … 59

BOURNS PRESENT NEW LINE OF HIGH ACCURACY SENSORS FOR HARSH ENVIRONMENTS PARAMETERS MEASUREMENT

ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИИ ТМ-5001 … 60

MEASURING INSTRUMENT OF PARAMETERS OF ELECTRICAL INSULATION TM-5001

СТРУКТУРОСКОП ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕТЭК … 61

STRUCTUROSCOPE МЕТЭК

* * *

XIII ВСЕРОССИЙСКОЕ СОВЕЩАНИЕ ПО ПРОБЛЕМАМ УПРАВЛЕНИЯ, ПОСВЯЩЕННОЕ 80-ЛЕТИЮ ИНСТИТУТА ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ ИМ. В. А. ТРАПЕЗНИКОВА РАН … 62

XIII ALL-RUSSIAN MEETING ON MANAGEMENT PROBLEMS, DEDICATED TO THE 80TH ANNIVERSARY OF V. A. TRAPEZNIKOV INSTITUTE OF CONTROL SCIENCES OF RAS