Том 55 № 2 2019 (МАРТ – АПРЕЛЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

К 80-летию В. К. Малиновского

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО- И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ 

1. Заверткин П. С., Ивлюшкин Д. В., Машковцев М. Р., Николенко А. Д., Сутормина С. А., Чхало Н. И. Широкодиапазонный монохроматор вакуумного ультрафиолетового и мягкого рентгеновского диапазонов для метрологической станции синхротронного излучения

Аннотация:
Представлен монохроматор метрологической станции синхротронного излучения «Космос». Приведены результаты тестирования монохроматора в поддиапазоне энергий 2000–6000 эВ с использованием кристаллов Si(111). Получено спектральное разрешение на уровне ∆E/E = 10⁻⁴. Описана методика проверки спектральной чистоты полученного монохроматического излучения. Отмечена возможность использования монохроматора для спектроскопических измерений в указанном поддиапазоне.

Страницы: 5-13
DOI: 10.15372/AUT20190201

2. Генцелев А. Н., Кузнецов С. А.,  Дульцев Ф. Н., Гольденберг Б. Г., Зелинский А. Г., Кондратьев В. И., Таныгина Д. С. Реализация терагерцовых фильтров высоких частот на основе цельнометаллических микроструктур с использованием глубокой рентгенолитографии

Аннотация:
Описывается методика создания квазиоптических фильтров высоких частот терагерцового диапазона на базе толстых (толщиной до 1 мм) самонесущих медных микроструктур субволновой топологии. Методика основана на рентгенолитографическом формировании высокоаспектной резистивной маски из рентгенорезиста SU-8 на кремниевой подложке с использованием вольфрамового рентгеношаблона и последующим гальваническим выращиванием медного слоя через резистивную маску. Рассмотрен пример структуры толщиной 212 мкм с частотой отсечки 0,42 ТГц, имеющей топологию гексагонально упакованных отверстий шестиугольной формы. Представлены результаты широкополосной ТГц-характеризации полученной структуры и её электродинамического анализа.

Страницы: 14-27
DOI: 10.15372/AUT20190202

3. Золотов Д. А., Асадчиков В. Е., Бузмаков А. В., Дьячкова И. Г., Кривоносов Ю. С., Чуховский Ф. Н., Суворов Э. В. Рентгеновская дифракционная томография с применением лабораторных источников для исследования одиночных дислокаций в слабопоглощающем монокристалле кремния

Аннотация:
Работа продолжает цикл исследований по развитию метода рентгеновской дифракционной томографии с использованием лабораторного оборудования. В результате тестирования степени чувствительности рентгеновского дифрактометра получены результаты исследования пространственного расположения одиночной полигональной дислокационной полупетли в монокристалле кремния. Проведено их сравнение с экспериментальными данными с высоким пространственным разрешением, полученными на синхротронном источнике излучения ESRF (European Synchrotron Radiation Facility). Представлены методики эксперимента и программно-аппаратного обеспечения для трёхмерной реконструкции исследуемого единичного дефекта полигональной дислокационной полупетли.

Страницы: 28-35
DOI: 10.15372/AUT20190203

4. Куц О. А., Старенченко С. В., Соловьева Ю. В., Старенченко В. А., Пилюгин В. П., Анчаров А. И. Исследование структуры монокристалла Ni₃Al после интенсивной пластической деформации

Аннотация:
Проведено рентгенодифракционное исследование монокристаллов сплава Ni₃Al, упорядоченных по типу L1₂ с использованием синхротронного излучения. Изучена ультрамелкозернистая структура, полученная в результате интенсивной деформации. В исходном состоянии упорядоченный монокристалл ориентирован вдоль оси сжатия [211]. Наряду с упорядоченной фазой присутствует небольшая доля разупорядоченного кристалла, ориентированного вдоль оси [100]. Сжатие образцов и последующее скручивание на разные углы привело к нарушению монокристалличности образца, изменению состояния упорядоченности вплоть до исчезновения сверхструктуры L1₂.

Страницы: 36-41
DOI: 10.15372/AUT20190204

5. Ингачева А. С., Бузмаков А. В. Методы предобработки томографических изображений с учётом термической нестабильности рентгеновской трубки

Аннотация:
Для правильной численной интерпретации результатов томографического эксперимента, т. е. оценки коэффициентов ослабления исследуемого объекта, важно уметь получать реконструкции высокого качества, которое напрямую зависит от работы с зарегистрированными во время эксперимента данными. Взаимодействие с данными начинается с их подготовки к применению алгоритма реконструкции. Обязательная обработка данных состоит из вычета темнового тока, нормирования на «пустой» пучок и логарифмирования. Однако на практике такой обработки для получения качественной реконструкции недостаточно, поскольку экспериментальные данные зачастую не соответствуют теоретическим идеальным, заложенным в модель эксперимента. Полученные данные зашумлены, а во время длительных экспериментов может измениться геометрическая схема измерений. Проанализированы возможные искажения данных во время эксперимента и предложены два вида коррекции проекционных данных. Первая коррекция направлена на поправку изменения положения центра пучка рентгеновского излучения, вторая учитывает и устраняет влияние полихроматичности излучения на результат томографической реконструкции. Модельные и реальные эксперименты подтверждают работоспособность предложенных методов дополнительной обработки томографических данных. Выставленные экспертами параметры совпадают с предложенными параметрами в 90 % случаев.

Страницы: 42-53
DOI: 10.15372/AUT20190205

6. Агафонов А. Н., Князев Б. А., Павельев В. С., Ахметова Э. И., Платонов В. И. Элементы силовой отражающей оптики терагерцового диапазона с поверхностью свободной формы

Аннотация:
С помощью технологии микрофрезерования созданы и экспериментально исследованы силовые отражающие оптические элементы терагерцового диапазона c поверхностями свободной формы. Результаты экспериментального исследования находятся в хорошем соответствии с теоретическими оценками. Показано, что использованная в работе методика позволяет создавать фокусирующие отражающие элементы терагерцового диапазона с энергетической эффективностью свыше 94 %.

Страницы: 54-60
DOI: 10.15372/AUT20190206

7. Косцов Э. Г., Соколов А. А. Гигагерцовый MEMS-генератор тактовой частоты

Аннотация:
В современной микроэлектронике интенсивно развивающимся сектором являются микроэлектромеханические системы (MEMS — MicroElectroMechanical Systems). Рассматриваются вопросы создания нового MEMS-генератора тактовой частоты, способного функционировать на гигагерцовых частотах. Проведён анализ основных закономерностей возникновения и поддержания вынужденных колебаний подвижного электрода под действием сил электростатики. Показана возможность поддержания таких колебаний в условиях высоких инерциальных перегрузок (до 106 g и более). Создана математическая модель микроосциллятора, описаны основные режимы его функционирования.

Страницы: 61-69
DOI: 10.15372/AUT20190207

8. Новоселов А. Р., Алдохин П. А., Маточкин А. Е., Добровольский П. П., Шатунов К. П. Оперативные методы контроля формы поверхностей компонент фотоприёмников flip-chip ИК-диапазона

Аннотация:
Исследована возможность применения автоколлимационного и интерференционного методов для неразрушающего оперативного контроля формы поверхностей фотоприёмников, чувствительных в инфракрасном диапазоне спектра и изготовленных путём гибридизации компонент (технология flip-chip). Методы позволяют контролировать формы поверхностей и стрелки прогиба. Этими методами были исследованы: формы поверхностей фрагментов кремниевых приборных пластин и матриц фоточувствительных элементов на подложках GaAs, формы поверхностей фотоприёмников на разных стадиях разрушения и в процессе термоциклирования.

Страницы: 70-80
DOI: 10.15372/AUT20190208

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ 

9. Вяткин С. И., Долговесов Б. С. Комбинированный метод визуализации функционально заданных поверхностей и трёхмерных текстур

Аннотация:
Предложен комбинированный метод визуализации объектов на основе аналитических и скалярных функций возмущения и трёхмерных текстур с применением графических процессоров. Для отображения рельефа и смены уровней детальности используется тот же механизм, что и для текстуры цвета, а для рассеянного света — вершинные шейдеры. Описывается метод визуализации объёмных облаков в реальном времени. Для этого предлагается формировать трёхмерные текстуры с использованием предварительной обработки структуры облака и объёмно-ориентированной визуализации.

Страницы: 81-91
DOI: 10.15372/AUT20190209

10. Першина Ж. С., Каздорф С. Я., Лопота А. В. Методы визуальной навигации мобильного робота и построения картографических моделей внешней среды

Аннотация:
Рассмотрены современные методы визуальной навигации мобильного робота. Предложена иерархическая структура представления окружающего пространства, соответствующая иерархической организации системы управления мобильного робота. Представлены современные подходы к построению картографических моделей. Их развитие позволит приблизить систему навигации к той, которая реализуется интеллектом человека и объединяет зрение и семантическое представление о мире в рамках когнитивных карт.

Страницы: 92-102
DOI: 10.15372/AUT20190210

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ 

11. Лях Т. В., Зюбин В. Е., Гаранина Н. О. Автоматическая верификация алгоритмов управления в киберфизических системах на программных имитаторах

Аннотация:
Решается задача автоматической верификации алгоритмов управления, созданных средствами процесс-ориентированного программирования для киберфизических систем. Предлагается метод на основе программных имитаторов объекта управления и описывается его реализация на базе пакета LabVIEW и транслятора языка Reflex.

Страницы: 103-113
DOI: 10.15372/AUT20190211

12. Розов А. С., Зюбин В. Е. Адаптация процесс-ориентированного подхода к разработке встраиваемых микроконтроллерных систем

Аннотация:
Представлено описание адаптации процесс-ориентированного подхода к программированию микроконтроллеров во встраиваемых системах. Проведён анализ специфики алгоритмов управления и особенностей программирования микроконтроллеров. Предложена математическая модель алгоритма управления, предусматривающая механизм описания прерываний микроконтроллера в виде гиперпроцессов, и приведена её динамическая семантика. Разработанная модель предоставляет понятийный аппарат для создания специализированных языков процесс-ориентированного программирования встраиваемых систем.

Страницы: 114-122
DOI: 10.15372/AUT20190212

13. Абдуракипов С. С., Токарев М. П., Первунин К. С., Дулин В. М. Моделирование характеристик тонального шума методами машинного обучения при обтекании гидропрофиля

Аннотация:
Апробирован метод машинного обучения для моделирования характеристик тонального шума, возникающего при обтекании гидропрофиля. На основе данных эксперимента проведены исследования математических моделей регрессии амплитуды давления и моделей классификации режимов c высоким уровнем тонального шума от безразмерных параметров обтекания. Протестированы различные семейства алгоритмов: от линейных до нейросетевых. Показано, что реализованная модель градиентного бустинга с коэффициентом детерминации (95 %) является наиболее точной для описания спектральных кривых акустического давления на всём интервале значений амплитуд и характерных частот.

Страницы: 123-131
DOI: 10.15372/AUT20190213

Том 55 № 3 2019 (МАЙ – ИЮНЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

АНАЛИЗ  И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ 

1. Громилин Г. И., Косых В. П., Попов С. А., Стрельцов В. А. Подавление фона с резкими перепадами яркости в последовательности изображений динамических малоразмерных объектов

Аннотация:
В системах космического мониторинга околоземного пространства существует задача обнаружения слабоконтрастных подвижных объектов в изображениях с мощным пространственно-нестационарным фоном, значительно превышающим случайный (как правило, слабо коррелированный) шум регистрации. Наиболее эффективным способом повышения отношения сигнал/фон в условиях различия скорости движения объектов и фона является межкадровая обработка последовательности изображений, реализующая подавление фоновой составляющей в текущем кадре за счёт вычитания его оценки, полученной по предыдущим кадрам. Проблема заключается в наличии априори неизвестного движения фона, приводящего на участках его резких изменений к существенным ошибкам в формировании оценки. Исследован алгоритм межкадровой обработки, позволяющий оценить небольшие локальные движения фона и компенсировать их вплоть до долей шага дискретизации. Приведены результаты натурного моделирования, показывающие возможность подавления фоновой составляющей вплоть до уровня шума даже на участках с резкими изменениями фона.

Страницы: 3-12
DOI: 10.15372/AUT20190301

2. Воскобойников Ю. Е. Оценивание оптимальных параметров пространственно-локальных алгоритмов фильтрации сигналов

Аннотация:
Пространственно-локальные алгоритмы фильтрации сигналов и изображений широко используются в практике, поскольку содержат один или несколько параметров, от значений которых существенно зависит ошибка фильтрации. Выбор этих параметров из условия минимума ошибки фильтрации является известной проблемой, не получившей приемлемого решения. Предлагается статистический алгоритм, позволяющий с достаточной точностью оценить оптимальные параметры двух пространственно-локальных фильтров. Приводится эффективный алгоритм оценивания дисперсии шума измерения.

Страницы: 13-21
DOI: 10.15372/AUT20190302

3. Лапко А. В., Лапко В. А., Им С. Т., Тубольцев В. П., Авдеенок В. Л. Непараметрический алгоритм выделения классов, соответствующих одномодальным фрагментам плотности вероятности многомерных случайных величин

Аннотация:
Рассматривается непараметрический алгоритм автоматической классификации больших массивов статистических данных. Его синтез основан на декомпозиции исходных данных. Результаты декомпозиции образуют множество центров многомерных интервалов и соответствующих им частот встречаемости значений случайных величин. На основе полученной информации обнаруживаются классы, соответствующие одномодальным фрагментам плотности вероятности признаков исследуемых объектов. Анализируется пространственная интерпретация результатов автоматической классификации. Полученные непараметрические алгоритмы имеют важное значение при обработке данных дистанционного зондирования природных ресурсов.

Страницы: 22-30
DOI: 10.15372/AUT20190303

4. Артюшенко В. М., Воловач В. И. Сравнительная оценка параметров распределения накагами, полученная методами моментов и максимального правдоподобия

Аннотация:
Проведена сравнительная оценка параметров плотности распределения вероятностей, найденных с помощью методов максимального правдоподобия и моментов, по их точности и сложности алгоритмов оценивания. Получены выражения, позволяющие дать оценку параметров распределения Накагами методом максимального правдоподобия. Приведена методика нахождения оценок параметров распределения Накагами методом моментов, при которой моменты распределения заменяются их оценками. Отмечено, что оценки параметров методом максимального правдоподобия имеют меньшую дисперсию и смещение по сравнению с оценками по методу моментов особенно при малых объёмах выборки. Показано, что в отличие от оценки энергетических параметров для аппроксимации реальных законов распределения Накагами требуется большой объём статистических данных, описывающих сигнал.

Страницы: 31-37
DOI: 10.15372/AUT20190304

5. Волков Ю. В. Анализ температурных сигналов и алгоритм их кластеризации

Аннотация:
Приведены результаты анализа температурных сигналов. Представлена математическая модель температурного сигнала в форме колебания, модулированного по амплитуде и фазе. Вычисление амплитуды и фазы реализовано на основе теории аналитического сигнала. Амплитуда и фаза температурных сигналов применены в качестве критериев выделения климатических кластеров. Описан алгоритм климатической кластеризации.

Страницы: 38-44
DOI: 10.15372/AUT20190305

6. Журавель Ф. А., Скурлатов А. И., Щербаченко А. М. Определение и коррекция ошибок в сигналах квадратурных детекторов лазерных интерферометров

Аннотация:
Погрешности лазерных интерферометров, использующих квадратурные детекторы, зависят не только от самих интерферометров, но и от электронных систем обработки квадратурных сигналов. Существует три источника ошибок сигналов квадратурных детекторов: неравенство амплитуд квадратурных сигналов, сдвиг по фазе этих сигналов (не равен 90^◦) и смещение нуля в каждом из сигналов, которые влияют на погрешность измерения перемещений. Рассматривается простой способ определения и коррекции этих ошибок, использующий экспериментальные данные о сигналах, полученных с помощью аналого-цифровых преобразователей. Предложенный способ применим к любому интерферометру с синусоидальными квадратурными выходами.

Страницы: 45-51
DOI: 10.15372/AUT20190306

7. Пакулич Д. В., Якимов С. А., Алямкин С. А. Распознавание возраста по изображению лица с использованием свёрточных нейронных сетей

Аннотация:
Задача определения возраста человека по изображению лица получила развитие с ростом популярности свёрточных нейронных сетей. Благодаря им появилась возможность выделять особенности лиц, которые незаметны взгляду человека, и интерпретировать эти особенности и их совокупность как возрастные характеристики. Проведён анализ существующих подходов к распознаванию возраста. Взяты данные из существующих наборов для обучения с последующей корректировкой в целях уменьшения ошибок, приобретённых при разметке алгоритмами сбора. Обучены и протестированы нейронные сети на полученных данных. Выявлена проблема с поворотом головы, для решения которой при обучении были предоставлены изображения лиц, повёрнутые с помощью нейронной сети PRNet.

Страницы: 52-61
DOI: 10.15372/AUT20190307

8. Нежевенко Е. С. Нейросетевая классификация трудноразличимых типов растительности по гиперспектральным признакам

Аннотация:
Экспериментально показано, что классификация фрагментов гиперспектрального изображения с предварительной трансформацией его спектральных признаков в главные компоненты и с применением пространственного преобразования Гильберта — Хуанга эффективна в случае трудноразличимых по гиперспектрам типов растительности. Проведено сравнение такой классификации с традиционными методами, когда используются гиперспектральные признаки, преобразованные в главные компоненты без привлечения пространственной информации. На конечной стадии классификации во всех методах применяются нейронные сети RBF.

Страницы: 62-70
DOI: 10.15372/AUT20190308

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 

9. Пен Е. Ф. Энергетическая эффективность фотоэлектрических панелей при использовании голографических решёток в качестве пассивных трекеров солнечного излучения

Аннотация:
Получены теоретические и экспериментальные оценки энергетической эффективности голографических решёток в качестве пассивных трекеров солнечного излучения. Установлено, что в условиях средней полосы России их применение может дать прирост сигнала фотоэлектрических панелей, вмонтированных в «умные» окна, примерно на 20 %. Повышение прироста сигнала до уровня 35 % возможно лишь при улучшении дифракционных свойств решёток — расширении контура угловой селективности с сохранением высокой дифракционной эффективности. Этого можно достичь либо путём разработки новых материалов с модуляцией показателя преломления более 0,1 при толщине регистрирующего слоя порядка 3 мкм, либо с использованием известных гибридных дифракционных структур в виде рельефа на поверхности объёмной решётки с модуляцией показателя преломления.

Страницы: 71-81
DOI: 10.15372/AUT20190309

10. Чугуй Ю. В. Приближённая модель формирования изображений объектов в частично когерентном свете

Аннотация:
Разработана конструктивная (приближённая) теория формирования изображений одномерных бинарных объектов в частично когерентной проекционной дифракционно-ограниченной системе при произвольном соотношении угловых размеров источника света и апертурной диафрагмы. Решение двумерной задачи для таких объектов можно свести к одномерной: к вычислению интеграла в виде свёртки объекта с обобщённым апертурным откликом, спектр которого имеет трапецеидальный профиль, определяемый параметрами системы. Полученный интеграл свёртки в дальнейшем подвергается нелинейному преобразованию, степень которого задаётся отношением угловых размеров источника к апертурной диафрагме. Показано, что профиль изображений, сформированных в частично когерентном свете, определяется пороговой характеристикой системы, обеспечивающей достоверное нахождение положения границ бинарных объектов. Предложена аппроксимация этой характеристики. Теория допускает простую физическую интерпретацию явлений в частично когерентных проекционных системах.

Страницы: 82-93
DOI: 10.15372/AUT20190310

11. Кирьянов А. В., Кирьянов В. П. Метод компенсации искажений траекторий относительного движения записывающего луча в лазерных генераторах изображений с круговым сканированием

Аннотация:
Анализируются предложения по компенсации искажений круговых траекторий, реализуемые в лазерных генераторах изображений с круговым сканированием в целях повышения точности синтеза топологии формируемых оптических элементов. Оценивается ожидаемый выигрыш в точности формирования топологии элементов при использовании фотоэлектрического метода регистрации биений оси вращения ротора шпинделя лазерного генератора.

Страницы: 94-102
DOI: 10.15372/AUT20190311

12. Паулиш А. Г., Загубисало П. С. Определение коэффициента тензочувствительности пьезооптических датчиков механических напряжений методом численного моделирования

Аннотация:
Методами численного моделирования проведён расчёт зависимости коэффициента тензочувствительности для пьезооптических датчиков механических напряжений от геометрических параметров его фотоупругого элемента. Показано, что чувствительность к силе пьезооптического датчика сильнее зависит от формы фотоупругого элемента, чем чувствительность к деформации. Проведён сравнительный анализ коэффициентов тензочувствительности и других параметров тензорезисторных, пьезоэлектрических, оптоволоконных и пьезооптических датчиков деформации как наиболее широко применяемых в промышленности. Коэффициенты тензочувствительности тензорезисторных и волоконно-оптических датчиков на три порядка ниже коэффициентов пьезооптических датчиков. Корректно рассчитанный коэффициент тензочувствительности пьезоэлектрических датчиков также на два-три порядка уступает коэффициенту пьезооптических датчиков. Проведено сравнение свойств и параметров современных промышленных датчиков механических напряжений, основанных на разных физических принципах, и показаны преимущества пьезооптических датчиков.

Страницы: 103-112
DOI: 10.15372/AUT20190312

13. Шиманский Р. В. Метод контроля погрешностей изготовления прецизионных синтезированных голограмм на круговых лазерных записывающих системах

Аннотация:
Разработан и исследован метод контроля точности изготовления прецизионных синтезированных структур на круговых лазерных записывающих системах с использованием специализированных микроструктур, формируемых по двум ортогональным направлениям. Данные микроструктуры состоят из двух частей, одна из которых формируется перед записью прецизионной структуры, а вторая — во время записи структуры. Сдвиг между первой и второй частью микроструктуры позволяет определить ошибки дрейфа, сдвига подложки и другие по каждой из координат. Метод даёт возможность повысить точность и достоверность сертификации изготовления прецизионных синтезированных структур.

Страницы: 113-119
DOI: 10.15372/AUT20190313

14. Бусурин В. И., Йин Наинг Вин, Жеглов М. А. Анализ влияния линейного ускорения на характеристики кольцевого оптоэлектронного преобразователя угловой скорости и его компенсация

Аннотация:
Представлен анализ влияния линейного ускорения на характеристики вибрационного кольцевого оптоэлектронного преобразователя угловой скорости с учётом жёсткости опор кольцевого резонатора. Предложен метод компенсации влияния линейного ускорения на характеристики преобразователя угловой скорости.

Страницы: 120-128
DOI: 10.15372/AUT20190314

Том 55 № 4 2019 (ИЮЛЬ – АВГУСТ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

СИСТЕМЫ  АВТОМАТИЗАЦИИ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1. Рапопорт Э. Я., Плешивцева Ю. Э. Многокритериальное управление системами с распределёнными параметрами в условиях интервальной неопределённости характеристик объекта

Аннотация:
Разработанная ранее технология многокритериальной оптимизации детерминированных систем с распределёнными параметрами параболического типа распространяется на типичные ситуации с интервальными неопределённостями параметрических характеристик управляемых объектов. В соответствии со стратегией управления по принципу наилучшего гарантированного результата на расширенном множестве аргументов, включающем все допустимые реализации неопределённых факторов, в условиях оценки заданной точности приближения к требуемому конечному состоянию системы в равномерной метрике формируются соответствующие минимаксные задачи математического программирования, решение которых находится по схеме альтернансного метода, использующего чебышевские свойства искомых экстремалей и фундаментальные закономерности предметной области. Приводится представляющий самостоятельный интерес пример многокритериальной оптимизации температурных режимов индукционного нагрева металлических полуфабрикатов перед операциями пластического деформирования в технологических комплексах обработки металла давлением.

Страницы: 3-18
DOI: 10.15372/AUT20190401

2. Асанов А. З., Демьянов Д. Н. Аналитический синтез наблюдателя состояния билинейной динамической системы с векторным входом

Аннотация:
Рассматривается задача оценивания вектора состояния билинейной динамической системы с векторным входом. Показано, что при выполнении ряда ограничений может быть сформирован наблюдатель состояния люенбергеровского типа, обеспечивающий асимптотическое стремление к нулю ошибки оценивания. Предложен пошаговый алгоритм определения матриц коэффициентов наблюдателя, основанный на технологии канонизации матриц и методах модального управления.

Страницы: 19-28
DOI: 10.15372/AUT20190402

3. Юркевич В. Д., Суняйкина П. А., Сыренов С. В. Применение релейного теста для автоматической настройки регулятора электрогидропривода стенда прочностных испытаний

Аннотация:
Рассматривается проблема автоматизации выбора параметров регулятора электрогидропривода для одноканального стенда силового нагружения элементов авиационных конструкций. Предлагается методика настройки параметров пропорционально-интегрального регулятора стенда на основе результатов теста с релейной обратной связью и метода разделения движений. Полученные результаты дают возможность выполнить автоматическую настройку параметров регулятора стенда прочностных испытаний и повысить точность реализации заданных циклограмм силового нагружения конструкций, что в конечном итоге позволяет ускорить процесс проведения прочностных испытаний. Приведены результаты реализации данной методики на экспериментальном стенде.

Страницы: 29-36
DOI: 10.15372/AUT20190403

4. Белоконь С. А., Деришев Д. С., Золотухин Ю. Н., Нестеров А. А., Филиппов М. Н. Управление движением гибридного летательного аппарата в переходных режимах

Аннотация:
Представлены результаты исследования системы управления полётом прототипа гибридного летательного аппарата (ЛА) в переходных режимах. Гибридный ЛА оборудован двумя силовыми установками квадрокоптерного и маршевого типов. Разработанная система управления включает подсистемы стабилизации углового положения, вертикального взлёта, зависания и посадки, а также подсистему управления в переходных режимах — от квадрокоптерного к самолётному и обратно.

Страницы: 37-48
DOI: 10.15372/AUT20190404

5. Белоконь С. А., Деришев Д. С., Золотухин Ю. Н., Ян А. П. Моделирование движения гибридного летательного аппарата

Аннотация:
Представлены лётно-технические характеристики гибридного летательного аппарата, приведена математическая модель в среде MATLAB/Simulink и результаты, полученные на стенде полунатурного моделирования и подтверждающие эффективность предложенного способа управления.

Страницы: 49-56
DOI: 10.15372/AUT20190405

6. Французова Г. А., Востриков А. С. Особенности синтеза ПИД-регулятора для нелинейного объекта второго порядка

Аннотация:
Предлагается процедура расчёта ПИД-регуляторов для класса нелинейных нестационарных объектов второго порядка. В целях уменьшения возможных скачков в управлении его пропорционально-дифференциальные составляющие переносятся в канал обратной связи системы. Показано, что наличие в системе специального дифференцирующего устройства с малой инерционностью порождает быстрые процессы на фоне медленных рабочих, выделение которых осуществляется с использованием методики разделения движений. Рассчитанный на этой основе регулятор обеспечивает инвариантность системы по отношению как к действию внешних неконтролируемых возмущений, так и к изменению параметров объекта. Результаты численного моделирования системы в среде MATLAB иллюстрируют её основные свойства.

Страницы: 57-64
DOI: 10.15372/AUT20190406

7. Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б., Барашков А. А. Вопросы построения потенциальных полей в задачах локальной навигации мобильных роботов

Аннотация:
Рассматриваются вопросы локальной навигации мобильных роботов. Анализируются особенности метода искусственных потенциальных полей как одного из популярных методов локальной навигации роботов. Исследуется вопрос конструирования притягивающих потенциальных полей. Обсуждается проблема локальных минимумов («ловушек»). Предлагается новый способ обхода препятствий при движении робота к цели.

Страницы: 65-70
DOI: 10.15372/AUT20190407

8. Митрошин В. Н., Рогачев Г. Н., Чостковский Б. К., Рогачев Н. Г. Применение нечёткой логики в задачах оптимизации непрерывно-дискретных систем управления многооперационными технологическими процессами

Аннотация:
Рассматривается численный метод синтеза программ работы цифровых регуляторов гибридных непрерывно-дискретных систем управления. Метод базируется на способе организации на цифровых регуляторах алгоритмов управления в виде систем правил и на процедуре нечёткой оптимизации для определения правил работы регуляторов. Непрерывную часть гибридных систем управления составляют многооперационные технологические цепочки, являющиеся нелинейными, многомерными и многосвязными объектами управления, дискретную часть — цифровые регуляторы. Разработанные цифровые регуляторы обеспечивают выполнение требований самого общего характера к управляемым процессам, в том числе нечётко формулируемых.

Страницы: 71-78
DOI: 10.15372/AUT20190408

9. Окольнишников В. В., Ордин А. А., Рудометов С. В. Моделирование технологических процессов подземной добычи угля

Аннотация:
Представлена комплексная имитационная модель технологических процессов подземной добычи угля в длинном комплексно-механизированном очистном забое. Выполнен ряд имитационных экспериментов. Дана оценка производительности очистного забоя в зависимости от различных факторов: технических параметров горных машин, длины лавы, газового фактора, технологических схем работы очистного комбайна, распределённых геомеханических характеристик угольного пласта.

Страницы: 79-85
DOI: 10.15372/AUT20190409

10. Боровик С. Ю., Подлипнов П. Е., Секисов Ю. Н., Скобелев О. П. Влияние мешающих факторов в системе измерения радиальных зазоров в газотурбинных двигателях с самокомпенсацией температурных воздействий

Аннотация:
Приведены результаты анализа влияния мешающих факторов на изменения информативного параметра одновиткового вихретокового датчика, используемые как исходные данные в задачах исследований системы измерения радиальных зазоров с самокомпенсацией температурных воздействий на датчик. В аналитическом виде получены функции преобразования измерительной цепи с включённым в неё одновитковым вихретоковым датчиком. Функции преобразования представляют собой зависимости экстремальных значений кодов на выходе измерительной цепи от радиальных зазоров и температурных воздействий на датчик с учётом влияния мешающих факторов (соседних лопаток, температуры лопаток, осевых смещений рабочего колеса компрессора газотурбинного двигателя). Даны количественные оценки функций влияния перечисленных мешающих факторов на вычисляемую в системе разность экстремальных значений кодов, характеризующую измеряемый параметр.

Страницы: 86-98
DOI: 10.15372/AUT201904011

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

11. Резник А. Л., Соловьев А. А., Торгов А. В. Многоэтапные алгоритмы локализации случайного импульсного источника с двухступенчатой плотностью вероятности распределения на интервале поиска

Аннотация:
Предложены и рассчитаны параметры оптимальных по быстродействию алгоритмов пространственной локализации случайных импульсно-точечных источников, имеющих двухступенчатую плотность вероятности распределения на интервале поиска и обнаруживающих себя генерацией в случайные моменты времени мгновенных импульсов (дельта-функций). Показано преимущество построенных оптимальных алгоритмов локализации по сравнению с поисковыми процедурами, не учитывающими специфику пространственного распределения разыскиваемых импульсно-точечных объектов.

Страницы: 99-107
DOI: 10.15372/AUT201904011

12. Огреб С. М., Юхно П. М. Сравнительная эффективность способов совместной обработки видовой информации

Аннотация: 
Рассматривается задача обнаружения пространственных объектов по видовой информации (по изображениям), доставляемой двумя или тремя различными датчиками. Дана сравнительная оценка характеристик обнаружения объекта с использованием алгоритмов комбинирования и комплексирования информации от различных датчиков, а также путём формирования единого синтетического изображения из двух исходных. Определены условия, при которых применение как алгоритма комбинирования информации, так и способа формирования единого синтетического изображения проигрывает в эффективности случаю использования для обнаружения только одного изображения из всех имеющихся.

Страницы: 108-117
DOI: 10.15372/AUT201904012

13. Кугаевских А. В., Согрешилин А. А. Анализ эффективности выделения границ сегментов средствами нейронных сетей

Аннотация: 
В работе приведена архитектура нейросети выделения краёв. Проведено сравнение разных фильтров для нейронов первого слоя. Обучение нейросети с помощью алгоритма на базе косинусной меры показало существенно более худшие результаты по сравнению с алгоритмом обратного распространения ошибки. Также в работе указаны оптимальные параметры функционирования нейронов первого слоя. Предлагаемая архитектура выполняет поставленные задачи по выделению краёв.

Страницы: 118-128
DOI: 10.15372/AUT201904013

Том 55 № 5 2019 (СЕНТЯБРЬ – ОКТЯБРЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ  ОСНОВЫ МИКРО- И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

Предисловие

1. Баталов Р. И., Баязитов Р. М., Новиков Г. А., Шустов В. А., Лядов Н. М., Новиков А. В., Бушуйкин П. А., Байдакова Н. А., Дроздов М. Н., Юнин П. А. Импульсный ионный отжиг германия, имплантированного ионами сурьмы

Аннотация:
В целях формирования сильно легированных донорной примесью слоёв Ge проведена имплантация монокристалла p-Ge двухзарядными ионами сурьмы (Sb++) с энергией E = 80 кэВ и дозой Φ = 10¹⁶ см⁻² с последующим импульсным отжигом имплантированного слоя Ge:Sb мощными ионными пучками (C+, H+) наносекундной длительности в жидкофазном режиме. Исследованы морфология поверхности, глубинные профили Sb, кристаллическая структура слоя, концентрация электрически активных атомов и фотолюминесценция слоёв Ge:Sb. Данные по глубинному распределению Sb сравнивались с результатами компьютерного моделирования и показали хорошее согласие. Полученные результаты свидетельствуют о высокой степени активации внедрённой примеси Sb (вплоть до 100 %) и об усилении в сильно легированном слое прямозонной фотолюминесценции при 300 К с максимумом при 0,77 эВ.

Страницы: 5-13
DOI: 10.15372/AUT20190501

2. Наумова О. В., Фомин Б. И., Живодков Ю. А., Зайцева Э. Г., Щеглов Д. В., Латышев А. В. Электрооптические модуляторы на основе кремниевых p–n-диодов

Аннотация:
Апробирован способ формирования кремниевых электрооптических модуляторов на основе p–n-диодов с использованием локального окисления. Показано, что локальное окисление кремния позволяет сформировать гребень волновода в виде сглаженной трапеции в отличие от классического способа создания гребня волновода прямоугольной формы методом плазмохимического травления. Представлены основные преимущества используемого подхода: контролируемость, воспроизводимость критичных конструктивных параметров модуляторов (ширины, высоты гребня волновода), низкая шероховатость поверхности, возможность применения стандартных для планарной технологии подходов при формировании в гребенчатом волноводе модулирующего p–n-диода комбинированной конструкции.

Страницы: 14-19
DOI: 10.15372/AUT20190502

3. Рубцова Н. Н., Борисов Г. М., Гольдорт В. Г., Ковалёв А. А., Ледовских Д. В., Преображенский В. В., Путято М. А., Семягин Б. Р. Широкополосные с малым временем релаксации полупроводниковые зеркала для пассивной синхронизации мод лазеров ближнего ИК-диапазона

Аннотация:
Рассмотрены конструкции зеркал с насыщающимся поглощением как монолитные, выращенные из полупроводниковых материалов, так и зеркала с диэлектрическим отражателем с переносом на диэлектрик полупроводниковых структур, содержащих квантовые ямы. Для обоих типов зеркал получена высокая отражательная способность в области ближнего ИК-диапазона спектра: для полупроводниковых отражателей ширина «оптического стола» составляет около 100 нм, для диэлектрических — более 200 нм. Показана возможность максимальной глубины модуляции поглощения от 1 до 40 %. Время восстановления насыщающегося поглотителя (порядка 2 пс) делает такие зеркала принципиально пригодными для использования в лазерах с частотой следования импульсов до 1 ГГц.

Страницы: 20-23
DOI: 10.15372/AUT20190503

4. Семенова О. И., Абрамкин Д. С., Деребезов И. А., Шмаков А. Н., Гайслер А. В., Гайслер В. А. Структурные и оптоэлектронные свойства кристаллов гибридного перовскита

Аннотация:
В широком температурном интервале исследованы структура и фотолюминесценция синтезированных кристаллов перовскита CH₃NH₃PbI₃ (метиламмония трийодида свинца). При повышении температуры до 130–140 К наблюдается переход от орторомбической к тетрагональной кристаллической решётке с изменением ширины запрещённой зоны. Обнаружен рост интенсивности стационарной фотолюминесценции при комнатной температуре с течением времени воздействия возбуждающего излучения. Предложена модель, объясняющая наблюдаемый рост интенсивности фотолюминесценции.

Страницы: 24-30
DOI: 10.15372/AUT20190504

5. Ступак М. Ф., Михайлов Н. Н., Дворецкий С. А., Якушев М. В. Экспрессная характеризация кристаллического совершенства структур Cd_xHg_1-xTe методом генерации на отражение второй гармоники зондирующего излучения

Аннотация:
Представлены результаты численного моделирования для кристаллов класса ¯43m и экспериментальные результаты азимутальных угловых зависимостей поляризационных компонент сигнала второй гармоники, отражённой от подложек GaAs с ориентацией (013), буферных слоёв CdTe/ZnTe/GaAs и структур Cd_xHg_{1- x}Te/CdTe/ZnTe/GaAs, последовательно выращенных на этих подложках при нормальном падении на образец зондирующего лазерного излучения и азимутальном вращении плоскости его поляризации. По результатам исследования подложек (013)GaAs и буферных слоёв CdTe/ZnTe/GaAs выявлено, что отклонения от базового среза (013) по углам θ, ϕ составили 1–3^◦ у подложек GaAs и до 8^◦ у буферных слоёв CdTe/ZnTe/GaAs. Наблюдаемая асимметрия минимумов угловой экспериментальной зависимости сигнала второй гармоники в подложках GaAs связана с напряжениями. На основе экспериментальных данных высказано предположение, что компоненты тензора нелинейной восприимчивости χ_xyz(ω) кристаллической структуры Cd_xHg_1-xTe существенно превосходят по величине аналогичные компоненты тензора в CdTe и GaAs.

Страницы: 31-39
DOI: 10.15372/AUT20190505

6. Стучинский В. А., Вишняков А. В., Сидоров Г. Ю. Влияние ступенчатого профиля состава на формирование инверсии в плёнках материала кадмий—ртуть—теллур

Аннотация:
В контексте задачи обеспечения условий для нормальной работы фотоприёмных диодных матриц изучено влияние ступенчатого профиля состава на формирование инверсии в плёнках материала кадмий—ртуть—теллур (КРТ) под действием встроенного заряда Q_i изолирующего диэлектрика. Дан анализ задачи максимизации предельно допустимой величины Q_i, ещё не приводящей к формированию в системе инверсии, посредством варьирования параметров системы: величины разрыва краёв зон для носителей заряда в КРТ, толщины широкозонного поверхностного КРТ-слоя, температуры и уровня легирования двухслойной плёнки материала КРТ.

Страницы: 40-47
DOI: 10.15372/AUT20190506

7. Семенова О. И., Косинова М. Л., Li Zhi-Yong, Немкова А. А., Yu Yu-De. Волноводные структуры на основе напряжённого кремния для фотонных приложений

Аннотация:

Созданы микроструктуры волноводов на основе напряжённого кремния с использованием плёнок карбонитрида и нитрида кремния в качестве оптических покрытий. Разработана методика плазмохимического осаждения диэлектрических плёнок, которая позволила получить высокие значения собственных механических напряжений (около 700 МПа). Представлены результаты сканирования волноводных структур с использованием метода комбинационного рассеяния света. Показано, что нанесение плёнок нитрида и карбонитрида кремния привело к появлению сжимающих напряжений в кремниевом волноводе, что зафиксировано сдвигом положения максимума основного пика рассеяния на LO-фононах кремния в сторону более высоких значений волновых чисел. Оценка величин сжимающих напряжений в кремниевом волноводе с верхним слоем нитрида кремния и карбонитрида кремния даёт 350 и 250 МПа соответственно, что достаточно для появления в кремнии нелинейных оптических свойств (эффект Поккельса).

Страницы: 48-54
DOI: 10.15372/AUT20190507

НАНОТЕХНОЛОГИИ В ОПТИКЕ И ЭЛЕКТРОНИКЕ

8. Синько А. С., Молдосанов К. А., Солянкин П. М., Ожередов И. А., Шкуринов А. П. Терагерцовый отклик поверхности кремния с нанесёнными наноразмерными частицами золота

Аннотация:
Экспериментально зарегистрированы спектры генерации терагерцового излучения на поверхности кристаллов кремния с разным типом проводимости при возбуждении фемтосекундными лазерными импульсами при различных температурах. Наблюдаемые особенности в спектрах терагерцовой генерации на поверхности кремния соответствуют энергетической структуре определяющих тип проводимости образца примесных центров. Проведено сравнение с результатами, полученными в случае нанесения на поверхность полупроводника наночастиц золота. Спектральные особенности, регистрируемые при нанесении наночастиц, обсуждаются с привлечением механизма терагерцового переизлучения при двухфононном поглощении.

Страницы: 55-61
DOI: 10.15372/AUT20190508

9. Телегин А. В., Сухоруков Ю. П., Мостовщикова Е. В., Гижевский Б. А. Механофизические методы получения оптических нанокерамик магнитных полупроводников

Аннотация:
Рассмотрены разработанные механофизические методы получения (сдвиг под давлением и взрывное нагружение) и особенности оптических свойств высокоплотных оптических нанокерамик на основе ряда оксидных магнитных полупроводников. Преимуществами использованных методик являются простота реализации, сочетание наноизмельчения и уплотнения материала в едином процессе, получение высокоплотных (~99 %) стабильных материалов и отсутствие внешних загрязнений. Показана потенциальная возможность применения нанокерамик оксида меди в качестве поглотителя солнечной энергии, а нанокерамик железоиттриевого граната в качестве оптического элемента в модуляторах электромагнитного излучения.

Страницы: 62-68
DOI: 10.15372/AUT20190509

10. Ткаченко О. А., Бакшеев Д. Г., Ткаченко В. А., Квон З. Д., Ярошевич А. С., Родякина Е. Е., Латышев А. В. Фотонно-стимулированное прохождение электрона через квантовый точечный контакт

Аннотация:
Теория когерентного фотонно-стимулированного прохождения электрона через одномерный плавный барьер успешно применена к моделированию результатов измерения терагерцовой фотопроводимости туннельного точечного контакта в двумерном электронном газе. Для этого барьера в более глубоком туннельном режиме расчётом обнаружены фотонные ступени на зависимости коэффициента прохождения от начальной энергии электрона. Их положение определяется энергией терагерцового фотона.

Страницы: 69-77
DOI: 10.15372/AUT20190510

11. Аникин К. В., Милёхин А. Г., Rahaman M., Дуда Т. А., Милёхин И. А., Родякина Е. Е., Васильев Р. Б., Dzhagan V., Zahn D., Латышев А. В. Плазмон-усиленная ближнепольная оптическая спектроскопия многокомпонентных полупроводниковых наноструктур

Аннотация:
Проведён локальный спектральный анализ многокомпонентных полупроводниковых наноструктур, основанный на гигантском комбинационном рассеянии света (КРС) полупроводниковыми наноструктурами, расположенными на поверхности массива нанокластеров Au вблизи металлизированной иглы атомно-силового микроскопа. В зазоре между металлическими нанокластерами и иглой, где расположена полупроводниковая наноструктура, возникает сильное увеличение локального электрического поля («горячая точка»), и, как следствие, резко усиливается сигнал КРС. Достигнуто беспрецедентное усиление сигнала КРС двумерными (свыше 10⁸ для MoS₂) и нульмерными (10⁶ для нанокристаллов CdSe) полупроводниковыми наноструктурами. Применение метода для картирования КРС многокомпонентной системы из MoS₂ и CdSe позволило идентифицировать составляющие компоненты с пространственным разрешением, существенно превышающим дифракционный предел.

Страницы: 78-85
DOI: 10.15372/AUT20190511

12. Окотруб К. А., Зыкова В. А., Адищев С. В., Суровцев Н. В. Определение ориентации фосфолипидных молекул в планарных структурах по спектрам комбинационного рассеяния света

Аннотация:
Предложен метод определения ориентации фосфолипидных молекул в планарных структурах по спектрам неполяризованного комбинационного рассеяния света. Метод использует чувствительность интенсивности линий комбинационного рассеяния света на колебаниях групп CH₂ к ориентации молекул фосфолипида. Работоспособность метода проиллюстрирована на планарном образце насыщенного фосфолипида, приготовленном путём высушивания из раствора. Показано, что для анализа пространственного распределения ориентации молекул в образце удобно применять метод главных компонент.

Страницы: 86-92
DOI: 10.15372/AUT20190512

13. Осинных И. В., Малин Т. В., Милахин Д. С., Александров И. А., Журавлев К. С. Рост гетероструктур AlGaN:Si с брэгговскими зеркалами для сине-зелёного спектрального диапазона

Аннотация:
Представлены результаты расчёта и роста гетероэпитаксиальных структур с брэгговскими зеркалами на основе AlGaN/AlN для сине-зелёного спектрального диапазона, соответствующего максимуму широкополосной люминесценции слоёв AlGaN:Si, методом молекулярно-лучевой эпитаксии из аммиака. Выращены структуры с активной областью AlGaN:Si, расположенной на одном нижнем брэгговском зеркале для длины волны 510 нм и между двумя брэгговскими зеркалами для длины волны 510 нм. Для обеих гетероэпитаксиальных структур продемонстрирована селекция излучения активного слоя в заданном спектральном диапазоне нижними брэгговскими зеркалами. Показано, что большая суммарная толщина гетероструктуры с двумя брэгговскими зеркалами приводит к появлению трещин и макроскопических дефектов на поверхности гетероэпитаксиальной структуры.

Страницы: 93-100
DOI: 10.15372/AUT20190513

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

14. Паулиш А. Г., Дмитриев А. К., Гельфанд А. В., Пыргаева C. М. Исследование спектральных характеристик поглощения ИК-излучения в плёнках диоксида кремния для детекторов теплового излучения

Аннотация:
Проведены исследования спектральных характеристик поглощения плёнок диоксида кремния в ИК-диапазоне (λ = 8–14 мкм) в целях определения оптимальной толщины поглотителя в матричной структуре микроячеек Голея для создания высокочувствительных детекторов ИК-излучения. Показано, что спектр поглощения плёнок SiO₂, нанесённых методом электронно-лучевого испарения, в диапазоне толщин до 2 мкм имеет структуру, которая отличается от известных спектров поглощения объёмного диоксида кремния, что, по-видимому, связано с перестройками в стехиометрии диоксида кремния на начальных стадиях формирования плёнки. Экспериментально подтверждено, что интегральное поглощение в нанесённых плёнках в заданном спектральном диапазоне близко к линейной зависимости от толщины и на порядок меньше величины, полученной расчётом на основе опубликованных данных для объёмного SiO₂.

Страницы: 101-106
DOI: 10.15372/AUT20190514

15. Голицын А. А. Аппаратно-программный комплекс для исследования возможностей применения ПЗС-фотоприёмников в составе активно-импульсных систем наблюдения

Аннотация:
Представлены результаты разработки и апробации комплекса для изучения режимов работы ПЗС-матриц. Целью изучения является проверка работоспособности указанных матриц в составе активно-импульсного устройства без использования в его конструкции электронно-оптического преобразователя или иного внешнего быстродействующего затвора. Комплекс позволяет управлять серийной ПЗС-матрицей недокументированным способом с помощью сигналов произвольной формы, синхронизировать её работу с лазерным излучателем, получать изображение, производить его цифровую обработку и передавать на внешние устройства. Проведённые эксперименты на различных ПЗС-матрицах показали возможность построения на основе ПЗС-матрицы со строчным переносом активно-импульсной системы наблюдения без использования в её составе электронно-оптического преобразователя и практического приложения такой системы.

Страницы: 107-114
DOI: 10.15372/AUT20190515

МОДЕЛИРОВАНИЕ  В ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

16. Вишняков А. В., Васильев В. В., Сабинина И. В., Сидоров Г. Ю., Стучинский В. А. Моделирование диффузии носителей заряда методом Монте-Карло для определения пространственного разрешения ИК КРТ ФПУ

Аннотация:
Проведено моделирование методом Монте-Карло диффузии носителей заряда в фоточувствительной плёнке инфракрасных фотоприёмных устройств (ИК ФПУ) на основе материала кадмий—ртуть—теллур для определения пространственного разрешения (частотно-контрастной характеристики) таких ФПУ. Приведены результаты расчётов для матричных и линейчатых ФПУ с разным дизайном фотоэлементов матрицы, включая конфигурации с изолирующими диодами. Дано сравнение рассчитанных данных с экспериментально измеренными величинами разрешения реальных фотоприёмников.

Страницы: 115-121
DOI: 10.15372/AUT20190516

17. Смекалин В. П., Федосеев В. Н., Шанин Ю. И., Ягнятинский Д. А. Конечно-элементный анализ механики объектива телескопа для космического эксперимента «Лира-Б»

Аннотация: 
Представлены конечно-элементные математические модели реального и упрощённого объективов телескопа космического эксперимента «Лира-Б». Приведены результаты расчётов механики объектива при воздействии на него различных внешних нагрузок: как статических, так и динамических. Расчёты выполнены с помощью программного комплекса ANSYS. Описаны три способа определения характеристик облегчённых конструкций деталей объектива, два из которых использованы в расчётах. Сравнение результатов, полученных с помощью реальной и упрощённой (приведённой) моделей, указывает на возможность применения упрощённой модели для начальных оценочных расчётов. При этом такая модель, обладающая приведёнными характеристиками, более проста в построении и генерации конечно-элементной сетки и требует существенно меньше расчётного времени.

Страницы: 122-132
DOI: 10.15372/AUT20190517

Том 55 № 6 2019 (НОЯБРЬ – ДЕКАБРЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1. Золотухин Ю. Н., Мальцев А. С., Филиппов М. Н., Котов К. Ю., Димова А. С. Адаптивное управление движением группы роботов по заданной траектории

Аннотация:
Предложены метод управления и структура программного обеспечения для решения задачи управления движением группы роботов по заданной траектории с сохранением выбранной конфигурации в условиях нестационарных динамических характеристик отдельных роботов.

Страницы: 3-10
DOI: 10.15372/AUT20190601

2. Ерёмин Е. Л., Чепак Л. В. Комбинированный регулятор для неаффинного объекта с запаздыванием по управлению

Аннотация:
Предлагается решение задачи синтеза комбинированной системы управления по выходу для нелинейного неаффинного объекта с запаздыванием в канале управления, функционирующего в условиях априорной параметрической неопределённости и под влиянием внешних помех. Приведённые результаты имитационного моделирования подтверждают работоспособность синтезированной системы управления, а полученный регулятор обеспечивает слежение выхода объекта за эталонным сигналом.

Страницы: 11-20
DOI: 10.15372/AUT20190602

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ  ОСНОВЫ МИКРО- И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

3. Голдина Н. Д. К расчёту металл-диэлектрических фильтров для проходящего ультрафиолетового света

Аннотация:
В рамках модели проводящей поверхности для характеристики свойств тонких металлических плёнок проведён расчёт металл-диэлектрического узкополосного фильтра для длины волны 270 нм. Показано, что при включении четырёх тонких плёнок молибдена в многослойную диэлектрическую структуру возможна эффективная отсечка пропускания <1,5 % в видимой области спектра при пике пропускания более 50 % для выделяемой длины волны и спектральной ширине фильтра <5 нм.

Страницы: 21-24
DOI: 10.15372/AUT20190603

4. Бессмельцев В. П., Павленко А. Н., Жуков В. И. Разработка технологии создания структурированных капиллярно-пористых покрытий методом 3D-печати для интенсификации теплообмена при кипении

Аннотация:
Рассмотрено применение метода селективного послойного лазерного спекания металлического порошка для нанесения капиллярно-пористых покрытий с заданной пористостью на теплоотдающие поверхности. Реализация данного метода в экспериментальных исследованиях процесса кипения на модифицированных поверхностях позволяет широко варьировать основные параметры микроструктурированных капиллярно-пористых покрытий и других трёхмерных структур: материал, пористость, амплитуду (высоту), толщину остаточного слоя и длину волны капиллярно-пористых покрытий, размер и форму трёхмерных упорядоченных микротекстур. Показано, что использование такой технологии может увеличить коэффициент теплоотдачи при кипении на поверхности с капиллярно-пористым покрытием в несколько раз по сравнению с поверхностью без покрытия.

Страницы: 25-35
DOI: 10.15372/AUT20190604

5. Савелькаев С. В., Литовченко В. А., Заржецкая Н. В. Аналитический обзор двухсигнальных методов измерения S-параметров четырёхполюсников

Аннотация:
Рассмотрены двухсигнальный и модифицированный двухсигнальный методы измерения S-параметров пассивных четырёхполюсников, а также разработанный на их основе метод адекватного измерения S-параметров активных четырёхполюсников, например транзисторов. Методы реализуются коаксиальным имитатором-анализатором сверхвысокочастотных усилителей и автогенераторов в согласованных и рассогласованных с нагрузками его измерительных каналах. Рассмотрен способ калибровки имитатора-анализатора, обеспечивающий нормировку результатов измерения микрополосковому тракту. Исследованы область применения и взаимосвязь рассматриваемых методов с указанием их преимуществ и недостатков. Приведены данные о погрешности измерения этих методов.

Страницы: 36-47
DOI: 10.15372/AUT20190605

6. Апарников А. Н., Бурый Е. В., Орлов Н. Е. Модель температурной зависимости вольт-амперной характеристики линейки лазерных диодов

Аннотация:
На основании анализа отличий результатов экспериментальных измерений зависимости вольт-амперной характеристики (ВАХ) линейки лазерных диодов (ЛД) на базе гетероструктуры AlGaAs/GaAs от температуры и отсчётов этой зависимости, полученных в соответствии с известной моделью ВАХ светоизлучающих диодов, сделано предположение об источниках обнаруженных несоответствий. Учёт в модели изменений сопротивлений слоёв структуры ЛД, вызванных температурой, позволил заметно улучшить соответствие экспериментальных и модельных результатов. Показано, что измеренную величину падения напряжения на линейке ЛД при известной амплитуде протекающего тока можно использовать для оценки температуры активной области ЛД при построении систем термостабилизации, в том числе в твердотельных лазерах с системой накачки активного элемента на основе линеек ЛД.

Страницы: 48-54
DOI: 10.15372/AUT20190606

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

 7. Лихачев А. В. Модифицированный метод обнаружения мелких структур на зашумлённых изображениях

Аннотация:
Предложен классификатор, ориентированный на работу с фрагментами изображения размером 1 пиксель. Разделение элементов на объект и фон проводится по апостериорным вероятностям, при расчёте которых используется гистограмма. Вычислительный эксперимент показал, что разработанный алгоритм осуществляет более точную классификацию по сравнению с разделением по порогу яркости, определяемому из условия минимальности взвешенной суммы ошибок первого и второго рода.

Страницы: 55-63
DOI: 10.15372/AUT20190607

8. Шакенов А. К. Обнаружение объектов на пространственно-неоднородных фонах с использованием нейронных сетей

Аннотация:
Рассмотрено несколько подходов к применению нейронных сетей для обнаружения объектов на пространственно-неоднородных фонах. Реализован метод построения классификатора для обнаружения объектов непосредственно по наблюдаемым фрагментам. Предложен подход, заключающийся в комбинации метода согласованной линейной фильтрации и свёрточных нейронных сетей. Показано, что применённый подход позволяет уменьшить вероятность ложной тревоги при сохранении вероятности обнаружения объекта.

Страницы: 64-69
DOI: 10.15372/AUT20190608

9. Tan H., Li L., Wu G., Wang Q. Анализ цифровых изображений для обнаружения и идентификации внутренних дефектов в закрытых газовых смесителях

Аннотация:
Наличие дефектов внутренней структуры закрытых газовых смесителей (ЗГС) серьёзно влияет на нормальную работу оборудования. Для их обнаружения требуется эффективный неразрушающий метод. Исследована возможность использования рентгеновских цифровых изображений для контроля ЗГС. Кратко описан процесс их регистрации. В целях повышения качества исходных данных улучшена фильтрация шума алгоритмом нелокальных средних путём применения в нём коэффициента корреляции между областями изображения. Предложена модификация метода адаптивного выравнивания гистограммы с ограничением контраста. Система детектирования и предлагаемые методы обработки изображений были использованы для контроля двух ЗГС электроэнергетической компании (г. Чунцин, Китай). Установлено, что метод с высокой точностью выявляет дефекты оборудования и показывает его надёжность. Это исследование даёт теоретическую основу для дальнейшего внедрения рентгеновской технологии в область контроля оборудования ЗГС.

Страницы: 70-75
DOI: 10.15372/AUT20190609

10. Лапко А. В., Лапко В. А. Методика быстрого выбора коэффициентов размытости в непараметрическом классификаторе, соответствующем критерию максимума апостериорной вероятности

Аннотация:
Предлагается быстрый алгоритм выбора коэффициентов размытости ядерных функций в непараметрическом алгоритме распознавания образов, соответствующем критерию максимума апостериорной вероятности. Основу алгоритма составляют результаты исследования асимптотических свойств непараметрической оценки уравнения разделяющей поверхности и плотностей вероятностей при решении двухальтернативной задачи распознавания образов. Проводится сравнение предложенной методики и традиционного подхода, основанного на минимизации оценки вероятности ошибки классификации.

Страницы: 76-86
DOI: 10.15372/AUT20190610

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

11. Заболотский А. А. Влияние нелокальности отклика среды на поляризацию солитона

Аннотация:
Изучается влияние нелокальности на динамику поляризации импульса электрического поля в среде с кубичной нелинейностью. Для решения нелинейных уравнений применяется вариационный подход. Показано, что нелокальные и хиральные эффекты приводят к осцилляциям траектории и нелинейному вращению поляризации солитонных импульсов поля.

Страницы: 87-93
DOI: 10.15372/AUT20190611

12. Токарев М. П., Середкин А. В., Хребтов М. Ю., Петкогло Н. П., Вовк М. Ю., Чикишев Л. М., Дулин В. М., Маркович Д. М., Марчуков Е. Ю. Оптическая диагностика геометрии осесимметричного регулируемого сопла газотурбинного двигателя

Аннотация:
Современная авиационная промышленность решает задачу разработки многофункциональных двигателей, способных к полёту как на дозвуковых скоростях, так и на сверхзвуковых. Важной частью двигателей является сопло переменного сечения, которое позволяет изменять геометрию выходной части двигателя и, следовательно, его технические характеристики. В данной работе рассмотрен оптический бесконтактный метод восстановления формы сопла, основанный на компьютерном зрении. Для реконструкции используются данные, зарегистрированные двумя оптическими трёхмерными регистраторами, направленными на внутреннюю часть сопла во время наземных испытаний работы двигателя. Диагностика осложняется наличием горячей струи на пути обзора датчиков, изменением яркости свечения сопла в зависимости от режима, а также интенсивными механическими вибрациями. Выполненные стендовые испытания подтвердили работоспособность предложенного метода. По их результатам в режиме малого газа стандартное отклонение диагностированных диаметров выходного и критического сечений для каждого кадра не превышало 0,3 % от соответствующих размеров. Данные, полученные в результате подобной диагностики, могут учитываться при модернизации выходного устройства двигателя и системы управления тягой газотурбинного двигателя.

Страницы: 94-101
DOI: 10.15372/AUT20190612

13. Генералов В. М., Наумова О. В., Фомин Б. И., Пьянков С. А., Хлистун И. В., Сафатов А. С., Зайцев Б. Н., Зайцева Э. Г., Асеев А. Л. Индикация белка VP40 вируса Эбола с помощью нанопроволочного КНИ-биосенсора

Аннотация:
КНИ-биосенсоры без модификации поверхности использованы для индикации белка VP40 вируса Эбола путём выявления его иммунных комплексов со специфичными моноклональными антителами (MКA). Показано, что реакция специфичного взаимодействия VP40 и MКA даёт более выраженный отклик сенсоров, чем прямая адсорбция VP40 или антител на их поверхность. Образование комплексов антиген — антитело ведёт к накоплению отрицательного заряда на поверхности сенсоров. Индикация белка и комплексов белок — антитело осуществляется в реальном масштабе времени (∼200–300 с на пробу).

Страницы: 102-107
DOI: 10.15372/AUT20190613

14. Чугуй Ю. В. Повышение точности френелевского метода измерений диаметров круговых металлических цилиндров с произвольным коэффициентом отражения света

Аннотация:
Развит дифракционный френелевский метод прецизионного измерения диаметров круговых металлических цилиндров в диапазоне от единиц до сотен миллиметров с произвольным коэффициентом отражения света от их поверхностей. Метод основан на определении положения 1-го максимума во френелевской картине объекта, формируемой в свободном пространстве. В классе специальных функций — интегралов Френеля — получено выражение для дифракционной френелевской картины плоской модели фрагмента цилиндра, на основании которого найдена формула, учитывающая смещение положения 1-го максимума поля в зависимости от коэффициента отражения света. Введение соответствующей корректирующей поправки позволяет снизить составляющую погрешности измерений, обусловленную этим фактором, более чем на порядок. Результаты исследований могут быть использованы при разработке оптико-электронных систем прецизионного размерного контроля цилиндрических изделий.

Страницы: 108-116
DOI: 10.15372/AUT20190614

15. Кучеренко М. А., Лавринов В. В., Лавринова Л. Н. Реконструкция искажённого атмосферной турбулентностью волнового фронта с учётом оптической схемы телескопа

Аннотация:
Рассматривается реконструкция волнового фронта, содержащего турбулентные искажения оптического излучения. Реконструкция выполняется на основе метода Гартмана аппроксимацией волновой функции полиномами Цернике по оценкам локальных наклонов и анализируется исходя из заполнения гартманограммы фокальными пятнами в зависимости от схемы телескопа. В результате оценок объёма и качества информации о фазовых искажениях излучения по гартманограмме, сформированной в плоскости приёмного устройства, определены способы, позволяющие уменьшить остаточную ошибку реконструкции, обусловленную устройством телескопа.

Страницы: 117-125
DOI: 10.15372/AUT20190615

16. Гужов В. И., Ильиных С. П., Поздняков Г. А., Хайдуков Д. С. Восстановление изображений из цифровых голограмм, полученных при задании случайных фазовых сдвигов

Аннотация:
Рассматривается новый метод восстановления изображений из серии цифровых голограмм, полученных методом пошагового фазового сдвига при случайных значениях фазовых сдвигов. Показано, что изображения, восстановленные с цифровой голограммы в области Френеля на расстоянии, совпадающем с расстоянием от объекта до голограммы, состоят из двух частей, одна из которых является чётким изображением объекта, а вторая, вызванная неправильным заданием фазовых сдвигов, состоит из набора расфокусированных изображений объекта. При этом незначительно снижается качество восстановленного изображения. Этот эффект позволяет отказаться от использования прецизионных систем задания фазового сдвига и значительно снизить требования к стабилизации оптической установки.

Страницы: 126-135

DOI: 10.15372/AUT20190616

Указатель статей, опубликованных в журнале "Автометрия" в 2019 году