Радіоелектроніка, інформатика, управління - 2024, №2 (69)
Постійне посилання зібранняhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/25161
Переглянути
Нові надходження
Документ Mathematical model of current time of signal from serial combination linear-frequency and quadratically modulated fragments(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Kostyria, O. O.; Нryzo, A. A.; Khudov, H. V.; Dodukh, O. M.; Solomonenko, Y. S.; Костиря, О. О.; Гризо, А. А.; Худов, Г. В.; Додух, О. М.; Соломоненко, Ю. С.EN: Context. One of the methods of solving the actual scientific and technical problem of reducing the maximum level of side lobes of autocorrelation functions of radar signals is the use of nonlinear-frequency modulated signals. This rounds the signal spectrum, which is equivalent to the weight (window) processing of the signal in the time do-main and can be used in conjunction with it. A number of studies of signals with non-linear frequency modulation, which include linearly-frequency modulated fragments, indicate that distortions of their frequency-phase structure occur at the junction of the fragments. These distortions, depending on the type of mathematical model of the signal – the current or shifted time, cause in the generated signal, respectively, a jump in the instantaneous frequency and the instantaneous phase or only the phase. The paper shows that jumps occur at the moments when the value of the derivative of the instantaneous phase changes at the end of the linearly-frequency modulated fragment. The instantaneous signal frequency, which is the first derivative of the instantaneous phase, has an interpretation of the rotation speed of the signal vector on the complex plane. The second derivative of the instantaneous phase of the signal is understood as the frequency modulation rate. Distortion of these components leads to the appearance of an additional component in the linear term of the instantaneous phase, starting with the second fragment. Disregarding these frequency-phase (or only phase) distortions causes distortion of the spectrum of the resulting signal and, as a rule, leads to an increase in the maxi-mum level of the side lobes of its autocorrelation function. The features of using fragments with frequency modulation laws in complex signals, which have different numbers of derivatives of the instantaneous phase of the signal, were not considered in the known works, therefore this article is devoted to this issue. Objective. The aim of the work is to develop a mathematical model of the current time of two-fragment nonlinear-frequency modulated signals with a sequential combination of linear-frequency and quadratically modulated fragments, which provides rounding of the signal spectrum in the region of high frequencies and reducing the maximum level of side lobes of the autocorrelation function and increasing the speed of its descent. Method. Nonlinear-frequency modulated signals consisting of linearly-frequency and quadratically modulated fragments were studied in the work. Using differential analysis, the degree of influence of the highest derivative of the instantaneous phase on the frequency-phase structure of the signal was determined. Its changes were evaluated using time and spectral correlation analysis methods. The parameters of the resulting signal evaluated are phase and frequency jumps at the junction of fragments, the shape of the spectrum, the maximum level of the side lobes of the autocorrelation function and the speed of their descent. Results. The article has further developed the theory of synthesis of nonlinear-frequency modulated signals. The theoretical contribution is to determine a new mechanism for the manifestation of frequency-phase distortion at the junction of fragments and its mathematical description. It was found that when switching from a linearly-frequency modulated fragment to a quadratically modulated frequency-phase distortion of the resulting signal, the third derivative of the instantaneous phase becomes, which, by analogy with the theory of motion of physical bodies, is an acceleration of frequency modulation. The presence of this derivative leads to the appearance of new components in the expression of the instantaneous frequency and phase of the signal. The compensation of these distortions provides a decrease in the maximum level of the side lobes by 5 dB and an increase in its descent rate by 8 dB/deck for the considered version of the non-linear-frequency modulated signal. Conclusions. A new mathematical model of the current time has been developed for calculating the values of the instantaneous phase of a nonlinear-frequency modulated signal, the first fragment of which has linear, and the second – quadratic frequency modulation. The difference between this model and the known ones is the introduction of new components that provide compensation for frequency-phase distortions at the junction of fragments and in a fragment with quadratic frequency modulation. The obtained oscillogram, spectrum and autocorrelation function of one of the synthesized two-fragment signals correspond to the theoretical form, which indicates the adequacy and reliability of the proposed mathematical model. UK: Актуальність. Одним з методів вирішення актуальної науково-технічної задачі зниження максимального рівня бічних пелюсток автокореляційних функцій радіолокаційних сигналів є застосування нелінійно-частотно модульованих сигналів. Це забезпечує округлення спектру сигналу, що еквівалентно ваговій (віконній) обробці сигналу у часовій області та може використовуватися спільно з нею. Ряд досліджень сигналів з нелінійною частотною модуляцією, які мають у своєму складі лінійно-частотно модульовані фрагменти, свідчить, що на стику фрагментів виникають спотворення їх частотно-фазової структури. Ці спотворення, у залежності від типу математичної моделі сигналу – поточного або зсунутого часу, викликають у сформованому сигналі відповідно стрибок миттєвої частоти та миттєвої фази або тільки фази. У роботі показано, що стрибки виникають у моменти зміни значення похідної миттєвої фази по закінченні лінійно-частотно модульованого фрагменту. Миттєва частота сигналу, яка є першою похідною миттєвої фази, має тлумачення швидкості обертання вектору сигналу на комплексній площині. Друга похідна миттєвої фази сигналу розуміється як швидкість частотної модуляції. Спотворення цих компонент призводить до появи додаткової складової у лінійному члені миттєвої фази, починаючи з другого фрагменту. Неврахування вказаних частотно-фазових (або тільки фазових) спотворень викликає викривлення спектру результуючого сигналу і, як правило, призводить до зростання максимального рівня бічних пелюсток його автокореляційної функції. Особливості застосування у складних сигналах фрагментів з законами частотної модуляції, які мають різну кількість похідних миттєвої фази сигналу, у відомих роботах не розглядалися, тому дану статтю присвячено цьому питанню. Мета роботи – розробка математичної моделі поточного часу двофрагментних нелінійно-частотно модульованих сигналів з послідовним поєднанням лінійно-частотно та квадратично модульованих фрагментів, що забезпечує округлення спектру сигналу в області верхніх частот та зниження максимального рівня бічних пелюсток автокореляційної функції і збільшення швидкості його спадання. Метод. У роботі досліджувалися нелінійно-частотно модульовані сигнали, які складаються з лінійно-частотно та квадратично модульованого фрагментів. За допомогою диференційного аналізу визначався ступінь впливу старшої похідної миттєвої фази на частотно-фазову структуру сигналу. Її зміни оцінювалися за допомогою методів часового та спектрально-кореляційного аналізу. Показники результуючого сигналу, що оцінювалися, – стрибки фази та частоти на стику фрагментів, форма спектру, максимальний рівень бічних пелюсток автокореляційної функції та швидкість їх спадання. Результати. В статті отримала подальший розвиток теорія синтезу нелінійно-частотно модульованих сигналів. Теоретичний внесок полягає у визначенні нового механізму проявів частотно-фазових спотворень на стику фрагментів та його математичний опис. Встановлено, що при переході від лінійно-частотно модульованого фрагменту до квадратично модульованого першоджерелом частотно-фазових спотворень результуючого сигналу стає третя похідна миттєвої фази, яка за аналогією з теорією руху фізичних тіл є прискоренням частотної модуляції. Наявність цієї похідної призводить до появи нових складових у виразі миттєвої частоти та фази сигналу. Компенсація цих спотворень забезпечує зниження максимального рівня бічних пелюсток на 5 дБ та збільшення швидкості його спадання на 8 дБ/дек для розглянутого варіанту нелінійно-частотно модульованого сигналу. Висновки. Розроблено нову математичну модель поточного часу для розрахунку значень миттєвої фази нелінійно-частотно модульованого сигналу, перший фрагмент якого має лінійну, а другий – квадратичну частотну модуляцію. Відмінністю цієї моделі від відомих є введення нових складових, які забезпечують компенсацію частотно-фазових спотворень на стику фрагментів та у фрагменті з квадратичною частотною модуляцією. Отримані осцилограма, спектр та автокореляційна функція одного з синтезованих двофрагментних сигналів відповідають теоретичному вигляду, що свідчить про адекватність та достовірність запропонованої математичної моделі.Документ Optimal synthesis of stub microwave filters(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Karpukov, Leonid M.; Voskoboynyk, V. O.; Savchenko, Iu. V.; Карпуков, Леонід Матвійович; Воскобойник, Володимир Олександрович; Савченко, Ю. В.EN: Context. Microwave stub filters are widely used in radio engineering and telecommunication systems, as well as in technical information protection systems due to simplicity of design, possibility of realization in microstrip design and manufacturability in mass production. For synthesis of stub filters nowadays traditional methods based on transformation of low-frequency prototype filters on LC-elements into filtering structures on elements with distributed parameters are used. The transformations used are approximate and provide satisfactory results for narrowband stub filters. In this connection there is a necessity in development of direct synthesis methods for stub filters, excluding various approximations and providing obtaining of amplitude-frequency characteristics with optimal shape for any bandwidths. Objective. The purpose of the study is to develop a method for direct synthesis of stub band-pass filters and low-pass filters with Chebyshev amplitude-frequency response in the passband. Method. The procedure of direct synthesis includes the formulation of relations for filter functions of plume structures, selection of approximating functions of Chebyshev type for filter functions and formation of a system of nonlinear equations for calculation of parameters of filter elements. Results. A method for the direct synthesis of stub bandpass and lowpass filters with Chebyshev response is developed. Conclusions. Scientific novelty of the work consists in the development of a new method of direct synthesis of l stub filters. The method, in contrast to approximate traditional methods of synthesis of microwave filters, is exact, and the obtained solutions of synthesis problems are optimal. The experiments confirmed the performance of the proposed method and the optimality of the obtained solutions. Prospects for further research suggest adapting the method to the synthesis of filter structures with more complex resonators compared to stubs. UK: Актуальність. Мікрохвильові шлейфні фільтри знаходять широке застосування в радіотехнічних і телекомунікаційних системах, а також у системах технічного захисту інформації завдяки простоті конструкції, можливості реалізації в мікросмужковому виконанні та технологічності при масовому виготовленні. Для синтезу шлейфових фільтрів наразі використовують традиційні методи, засновані на перетворенні низькочастотних фільтрів-прототипів на LC-елементах на фільтрувальні структури на елементах із розподіленими параметрами. Використовувані перетворення є наближеними і забезпечують задовільні результати для вузькосмугових шлейфових фільтрів. У зв’язку з цим виникає необхідність у розробленні для шлейфних фільтрів методів прямого синтезу, що виключає різного роду наближення і забезпечує отримання амплітудно-частотних характеристик з оптимальною формою для будь-яких смуг пропускання. Мета. Метою дослідження є розробка методу прямого синтезу шлейфних смугово-пропускних фільтрів і фільтрів нижніх частот із чебишевською амплітудно-частотною характеристикою в смузі пропускання. Метод. Процедура прямого синтезу містить у собі складання співвідношень для функцій фільтрацій шлейфових структур, підбір апроксимувальних функцій чебишевського типу для функцій фільтрацій і формування системи нелінійних рівнянь для обчислення параметрів елементів фільтрів. Результат. Розроблено метод прямого синтезу шлейфних смугово-пропускних і фільтрів нижніх із чебишевською характеристикою. Висновки. Наукова новизна роботи полягає в розробленні нового методу прямого синтезу шлейфних фільтрів. Метод, на відміну від наближених традиційних методів синтезу мікрохвильових фільтрів, є точним, а одержувані розв’язки задач синтезу – оптимальними. Проведені експерименти підтвердили працездатність пропонованого методу й оптимальність одержуваних рішень. Перспективи подальших досліджень передбачають адаптацію методу на синтез фільтрувальних структур зі складнішими порівняно зі шлейфами резонаторами.Документ Удосконалений метод оцінювання надійності об’єктів зі змінною структурою(Національний університет «Запорізька політехніка», 2024) Бабій, О. С.; Сакович, Л. М.; Слюсарчук, О. О.; Єлісов, Ю. М.; Курята, Я. Е.; Babii, O. S.; Sakovych, L. M.; Sliusarchuk, O. O.; Yelisov, Y. M.; Kuryata, Y. E.UK: Актуальність. Основна ідея – врахування можливості впливу прихованих дефектів на надійність багаторежимних радіоелектронних засобів зі змінною структурою, що не враховують відомі методи розрахунку показників надійності. Пропонується кількісна оцінка параметра потоку відмов виробів з врахуванням впливу на його значення накопичення прихованих дефектів. Мета. Удосконалення методу оцінки надійності об’єктів зі змінною структурою врахуванням можливості виникнення прихованих дефектів під час використанням за призначенням в окремих режимах роботи. Метод. Використовується методологія оцінки значень показників надійності складних технічних систем. Метод, що розробляється, є розвитком алгоритму оцінки показників надійності багаторежимних об’єктів в напрямку врахування можливості появи і накопичення прихованих дефектів в підмножинах елементів об’єкту, які при його роботі в окремих режимах не використовують. Результати. Отримані функціональні залежності часткових і комплексних показників надійності багаторежимних об’єктів від накопичення прихованих дефектів, які проявляються тільки під час технічного обслуговування або зміни режимів роботи. Рішення формалізовано у вигляді алгоритму, що використовує результати дослідної експлуатації виробів в якості вихідних даних. Висновки. Наукова новизна полягає у розробці наступних інноваційних рішень: 1) вперше запропоновано враховувати наявність прихованих дефектів при оцінці надійності багаторежимних об’єктів зі змінною структурою; 2) вперше отримано і досліджено функціональні залежності впливу наявності прихованих дефектів на значення часткових та комплексних показників надійності. Практичне значення результатів полягає в тому, що це дозволяє на етапі дослідної експлуатації радіоелектронних засобів зі змінною структурою об’єктивно оцінити відповідність розрахунків необхідним значенням показників надійності завдяки врахуванню можливості появи прихованих дефектів. EN: Context. The main idea is to take into account the possibility of the influence of hidden defects on the reliability of multi-mode radio-electronic equipment with a variable structure, which do not take into account the known methods for calculating reliability indicators. A quantitative assessment of the parameter of the failure flow of products is proposed, taking into account the impact of the accumulation of hidden defects on its value. Objective. Improvement of the method for assessing the reliability of objects with a variable structure, taking into account the possibility of hidden defects when used for their intended purpose in certain operating modes. Method. The methodology for assessing the values of reliability indicators of complex technical systems is used. The method being developed is the development of an algorithm for assessing the reliability indicators of multi-mode objects in the direction of taking into account the possibility of appearance and accumulation of hidden defects in subsets of elements of the object, which are not used when it operates in separate modes. Results. Functional dependencies of partial and complex indicators of reliability of multi-mode objects on the accumulation of hidden defects, which manifest themselves only during maintenance or change of operating modes, are obtained. The solution is formalized in the form of an algorithm that uses the results of trial operation of products as initial data. Conclusions. The scientific novelty lies in the development of the following innovative solutions: 1) for the first time it is proposed to take into account the presence of hidden defects when assessing the reliability of multi-mode objects with a variable structure; 2) for the first time, functional dependencies of the influence of the presence of hidden defects on the values of partial and complex reliability indicators were obtained and studied. The practical significance of the results lies in the fact that it allows, at the stage of trial operation of radio-electronic equipment with a variable structure, to objectively assess the compliance of calculations with the required values of reliability indicators by taking into account the possibility of hidden defects.