Контроль толщины льда на основе применения сверхширокополосных сигнально-кодовых конструкций

С.А. Ненашев; А.Р. Бестугин; Р.И. Чембарисова; И.А. Киршина; В.А. Ненашев

doi:10.18127/j20700814-202406-02

Контроль толщины льда на основе применения сверхширокополосных сигнально-кодовых конструкций

С.А. Ненашев¹, А.Р. Бестугин², Р.И. Чембарисова³, И.А. Киршина⁴, В.А. Ненашев⁵

научная статья УДК 004.93 Страницы: 13-22 doi.org/10.18127/j20700814-202406-02

Ключевые слова: Cверхширокополосная сигнально-кодовая конструкция достоверность и точность измерений вложенные кодовые конструкции нормированная автокорреляционная функция уровень боковых лепестков контроль толщины льда

Аннотация

Постановка проблемы. В настоящее время применение сверхширокополосных сигнально-кодовых конструкций являются одними из наиболее востребованных технологий, реализуемых при определении глубины залегания конкретного слоя или объекта в нем, в частности, при определении толщины льда водных поверхностей. Последнее требует обеспечить высокую достоверность и точность определения границ разделов «лед-вода» в целях контроля его толщины в интересах экологического контроля.

Цель. Провести синтез сверхширокополосных сигнально-кодовых конструкций и исследовать их автокорреляционных характеристики, которые должны обеспечивать достоверность измерения толщины льда на всех контролируемых участках, имеющих границы разделов «лед–вода».

Результаты. Найдены новые значения элементов, по которым синтезированы сверхширокополосные сигнально-кодовые конструкции. Показано, что уровни боковых лепестков нормированной автокорреляционной функции синтезированного сверхширокополосного сигнала ниже, чем у аналогичных канонических сигналов, часто применяемых на практике.

Практическая значимость. Синтез и применение новых сверхширокополосных сигнально-кодовых конструкций, имеющих улучшенные корреляционные характеристики, обеспечивает достоверное и точное измерение и контроль толщины льда на различных водоемах.

Поступила: 18.10.2024
Одобрена: 08.11.2024
Принята: 28.11.2024

Для цитирования

Ненашев С.А., Бестугин А.Р., Чембарисова Р.И., Киршина И.А., Ненашев В.А. Контроль толщины льда на основе применения сверхширокополосных сигнально-кодовых конструкций // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2024. Т. 22. № 6. С. 13−22. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700814-202406-02

Список источников

Рожнев А.Ю., Калинин П.М., Волынская А.В. Исследование надежности комбинированных сигналов Баркера // Сб. науч. трудов «Актуальные вопросы развития систем железнодорожной автоматики и телемеханики / Под ред. В.В. Сапожникова. СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения. 2013. С. 87−92.
Rosepreet K.B., Manoj S. Generation of Single Sideband-Suppressed carrier (SSB-SC) Signal Based on Stimulated Brillouin Scattering // Journal of Physics: Conference Series. V. 2327. 4th International Conference on Intelligent Circuits and Systems. 2327 (2022) 012025 IOP Publishing doi:10.1088/1742-6596/2327/1/012025.
Дворников С.С., Жеглов К.Д., Дворников С.В. Однополосно модулированный сигнал с контролированным уровнем остатка несущей // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2023. Т. 17. № 3. С. 41−47. https://doi.org/10.36724/2072-8735-2023-17-3-41-47.
Кибирниченко А.Г., Кудряшов М.Ю., Худанов А.А. Влияние параметров радиолокационных дальностных портретов целей на характеристики их обнаружения известными обнаружителями сверхширокополосных сигналов // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2015. № 3 (19). P. 26−33.
Ипатов В. Широкополосные системы и кодовое разделение сигналов: принципы и приложения. М.: Техносфера. 2007. 488 с.
Никонов А.В., Никонова Г.В. Формирование сверхширокополосных сигналов с управляемой формой // Динамика систем, механизмов и машин. 2012. № 1. С. 338−341.
Shepeta A.P., Nenashev V.A., Isakov V.I., Sentsov A.A. Ultra-wideband signals in location measuring devices for generation and processing. St. Petersburg: St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation. 2020. 56 p. ISBN 978-5-8088-1523-0.
Yang, Hongchao, Wang Yunjia, Xu Shenglei, Bi Jingxue, Jia, Haonan, Seow Chee Kiat. Ultra-Wideband Ranging Error Mitigation with Novel Channel Impulse Response Feature Parameters and Two-Step Non-Line-of-Sight Identification // Sensors. 24. 1703. 10.3390/s24051703.
Lazarov A.A., Minchev C., Garvanov I. Barker Phase-Code-Modulation Waveform in ISAR Imaging System. 10.1007/978-3-031-23226-8_1.
Maksimov V.A., Khrapovitsky I. New composite barker codes in the synchronization system of broadband signals // Information and Telecommunication Sciences. 24−30. 10.20535/2411-2976.22020.24-30.
Soba J., Munir A., Suksmono A. Barker code radar simulation for target range detection using software defined radio. 271−276. 10.1109/ICITEED.2013.6676251.
Maksimov V.V., Khrapovitsky I.A. New composite Barker codes // The Scientific Heritage. 2020. № 49-1(49). P. 28−35.
Ненашев В.А., Бестугин А.Р., Киршина И.А., Ненашев С.А. Методика поиска модифицированных кодовых последовательностей Баркера // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2023. Т. 17. № 12. С. 15−21. DOI 10.36724/2072-8735-2023-17-12-15-21.
Srinivasu C., Monica Satyavathi D., Markandeya Gupta N. Performance Evaluation of UWB Waveforms in High-Resolution Radar // Chowdary P., Chakravarthy V., Anguera J., Satapathy S., Bhateja V. (eds). Microelectronics, Electromagnetics and Telecommunications. Lecture Notes in Electrical Engineering. 2021. V. 655. Springer. Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-15-3828-5_58.
Taylor J.D., Boryssenko A., Boryssenko E. Signals, Targets and Advanced Ultrawideband Radar Systems // Advanced Ultrawideband Radar / eds. James D. Taylor. Boca Raton: CRC Press. 2016.
Varlamov O.V. Construction of powerful broadband DC amplifiers of the modulation path of transmitters with separate amplification of the components // T-Comm: Telecommunications and transport. 2022. V. 16. № 11. P. 4−14. https://doi.org/10.36724/2072-8735-2022-16-11-4-14.
Верба B.C., Татарский Б.Г., Ильчук А.Р., Лепехина Т.А., Майстренко Е.В., Меркулов В.И., Михеев В.А., Неронский Л.Б., Плющев В.А. и др. Радиолокационные системы авиационно-космического мониторинга земной поверхности и воздушного пространства. М.: Радиотехника. 2014. 576 с.
Dvornikov S.V., Dvornikov S.S., Zheglov K.D. Proactive monitoring of the suitability of radio channels in the frequency hopping mode // T-Comm: Telecommunications and transport. 2022. V. 16. № 11. P. 15−20. https://doi.org/10.36724/2072-8735-2022-16-11-15-20.
Khanykov I.G., Nenashev V.A., Kharinov M.V. Algebraic Multi-Layer Network: Key Concepts // Journal of Imaging. 2023. 9(7):146. https://doi.org/10.3390/jimaging9070146.
Brest J., Boskovic B. A heuristic algorithm for a low autocorrelation binary sequence problem with odd length and high merit factor // IEEE Access. 2018. V. 6. P. 4127–4134. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2789916.
Jahangir K.K., Hashmi A. A Novel Non-Coherent Radar Pulse Compression Technique Based on Periodic M-sequences // Aerospace Science and Technology. 2016. 188–193.
Slovak S., Galajda P., Hoffmann J., Kocur D. New ultra-wideband sensor system for measuring the properties of liquid materials // Proceedings of the 26th International Conference Radioelektronika. Kosice, Slovakia. 19–20 April 2016. P. 309–314.
Xu Kaikai. Silicon electro-optic micro-modulator fabricated in standard CMOS technology as components for all silicon monolithic integrated optoelectronic systems // Journal of Micromechanics and Microengineering. 2021. 31. https://doi.org/10.1088/1361-6439/abf333.
Shepeta A.P., Makhlin A.M., Nenashev V.A., Kryachko A.F. Performance of UWB Signal Detecting Circuits // Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF). St. Petersburg. 2018. P. 1−4. https://doi.org/10.1109 /WECONF.2018.8604440.

[1] Рожнев А.Ю., Калинин П.М., Волынская А.В. Исследование надежности комбинированных сигналов Баркера // Сб. науч. трудов «Актуальные вопросы развития систем железнодорожной автоматики и телемеханики / Под ред. В.В. Сапожникова. СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения. 2013. С. 87−92.

[2] Rosepreet K.B., Manoj S. Generation of Single Sideband-Suppressed carrier (SSB-SC) Signal Based on Stimulated Brillouin Scattering // Journal of Physics: Conference Series. V. 2327. 4th International Conference on Intelligent Circuits and Systems. 2327 (2022) 012025 IOP Publishing doi:10.1088/1742-6596/2327/1/012025.

[3] Дворников С.С., Жеглов К.Д., Дворников С.В. Однополосно модулированный сигнал с контролированным уровнем остатка несущей // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2023. Т. 17. № 3. С. 41−47. https://doi.org/10.36724/2072-8735-2023-17-3-41-47.

[4] Кибирниченко А.Г., Кудряшов М.Ю., Худанов А.А. Влияние параметров радиолокационных дальностных портретов целей на характеристики их обнаружения известными обнаружителями сверхширокополосных сигналов // Радиотехнические и телекоммуникационные системы. 2015. № 3 (19). P. 26−33.

[5] Ипатов В. Широкополосные системы и кодовое разделение сигналов: принципы и приложения. М.: Техносфера. 2007. 488 с.

[6] Никонов А.В., Никонова Г.В. Формирование сверхширокополосных сигналов с управляемой формой // Динамика систем, механизмов и машин. 2012. № 1. С. 338−341.

[7] Shepeta A.P., Nenashev V.A., Isakov V.I., Sentsov A.A. Ultra-wideband signals in location measuring devices for generation and processing. St. Petersburg: St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation. 2020. 56 p. ISBN 978-5-8088-1523-0.

[8] Yang, Hongchao, Wang Yunjia, Xu Shenglei, Bi Jingxue, Jia, Haonan, Seow Chee Kiat. Ultra-Wideband Ranging Error Mitigation with Novel Channel Impulse Response Feature Parameters and Two-Step Non-Line-of-Sight Identification // Sensors. 24. 1703. 10.3390/s24051703.

[9] Lazarov A.A., Minchev C., Garvanov I. Barker Phase-Code-Modulation Waveform in ISAR Imaging System. 10.1007/978-3-031-23226-8_1.

[10] Maksimov V.A., Khrapovitsky I. New composite barker codes in the synchronization system of broadband signals // Information and Telecommunication Sciences. 24−30. 10.20535/2411-2976.22020.24-30.

[11] Soba J., Munir A., Suksmono A. Barker code radar simulation for target range detection using software defined radio. 271−276. 10.1109/ICITEED.2013.6676251.

[12] Maksimov V.V., Khrapovitsky I.A. New composite Barker codes // The Scientific Heritage. 2020. № 49-1(49). P. 28−35.

[13] Ненашев В.А., Бестугин А.Р., Киршина И.А., Ненашев С.А. Методика поиска модифицированных кодовых последовательностей Баркера // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2023. Т. 17. № 12. С. 15−21. DOI 10.36724/2072-8735-2023-17-12-15-21.

[14] Srinivasu C., Monica Satyavathi D., Markandeya Gupta N. Performance Evaluation of UWB Waveforms in High-Resolution Radar // Chowdary P., Chakravarthy V., Anguera J., Satapathy S., Bhateja V. (eds). Microelectronics, Electromagnetics and Telecommunications. Lecture Notes in Electrical Engineering. 2021. V. 655. Springer. Singapore. https://doi.org/10.1007/978-981-15-3828-5_58.

[15] Taylor J.D., Boryssenko A., Boryssenko E. Signals, Targets and Advanced Ultrawideband Radar Systems // Advanced Ultrawideband Radar / eds. James D. Taylor. Boca Raton: CRC Press. 2016.

[16] Varlamov O.V. Construction of powerful broadband DC amplifiers of the modulation path of transmitters with separate amplification of the components // T-Comm: Telecommunications and transport. 2022. V. 16. № 11. P. 4−14. https://doi.org/10.36724/2072-8735-2022-16-11-4-14.

[17] Верба B.C., Татарский Б.Г., Ильчук А.Р., Лепехина Т.А., Майстренко Е.В., Меркулов В.И., Михеев В.А., Неронский Л.Б., Плющев В.А. и др. Радиолокационные системы авиационно-космического мониторинга земной поверхности и воздушного пространства. М.: Радиотехника. 2014. 576 с.

[18] Dvornikov S.V., Dvornikov S.S., Zheglov K.D. Proactive monitoring of the suitability of radio channels in the frequency hopping mode // T-Comm: Telecommunications and transport. 2022. V. 16. № 11. P. 15−20. https://doi.org/10.36724/2072-8735-2022-16-11-15-20.

[19] Khanykov I.G., Nenashev V.A., Kharinov M.V. Algebraic Multi-Layer Network: Key Concepts // Journal of Imaging. 2023. 9(7):146. https://doi.org/10.3390/jimaging9070146.

[20] Brest J., Boskovic B. A heuristic algorithm for a low autocorrelation binary sequence problem with odd length and high merit factor // IEEE Access. 2018. V. 6. P. 4127–4134. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2789916.

[21] Jahangir K.K., Hashmi A. A Novel Non-Coherent Radar Pulse Compression Technique Based on Periodic M-sequences // Aerospace Science and Technology. 2016. 188–193.

[22] Slovak S., Galajda P., Hoffmann J., Kocur D. New ultra-wideband sensor system for measuring the properties of liquid materials // Proceedings of the 26th International Conference Radioelektronika. Kosice, Slovakia. 19–20 April 2016. P. 309–314.

[23] Xu Kaikai. Silicon electro-optic micro-modulator fabricated in standard CMOS technology as components for all silicon monolithic integrated optoelectronic systems // Journal of Micromechanics and Microengineering. 2021. 31. https://doi.org/10.1088/1361-6439/abf333.

[24] Shepeta A.P., Makhlin A.M., Nenashev V.A., Kryachko A.F. Performance of UWB Signal Detecting Circuits // Wave Electronics and its Application in Information and Telecommunication Systems (WECONF). St. Petersburg. 2018. P. 1−4. https://doi.org/10.1109 /WECONF.2018.8604440.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи