ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №5

УДК: 621.391.82; 004.032.26

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОМЕХ В ЭЛЕКТРОННОМ УСТРОЙСТВЕ
ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИСКУССТВЕННОЙ НЕЙРОННОЙ СЕТИ

З.М. Гизатуллин, Р.М. Гизатуллин, Р.Р. Мубараков

Казанский национальный исследовательский технический университет
им. А.Н. Туполева-КАИ,
420111, г. Казань, ул. К. Маркса, д.10

Статья поступила в редакцию 27 марта 2024 г.

Аннотация. Современные электронные средства достаточно чувствительны к электромагнитным помехам и при этом должны надёжно функционировать в существующей электромагнитной обстановке. Существенный вклад в формирование электромагнитной обстановки вокруг электронных средств создают разряды молнии и индустриальные источники. При этом чаще всего возникают импульсные магнитные поля с микросекундными параметрами. Наиболее рациональным подходом обеспечения электромагнитной совместимости электронных средств, в предполагаемой электромагнитной обстановке вокруг, является наиболее полный учет и защита от возможных явлений на этапе его проектирования. Разные методы прогнозирования последствий воздействия электромагнитных помех имеют свои достоинства и недостатки. Целью данной работы является разработка методики и моделирование помех в электронных средствах на основе искусственной нейронной сети на примере воздействия импульсного магнитного поля. В работе предложена практическая методика прогнозирования величины помех в электронных средствах с использованием искусственной нейронной сети. Описаны все этапы методики: анализ основных входных параметров, влияющих на величину помех в электронном средстве; применение специального экспериментального стенда для измерения помех в зависимости от значимых входных параметров; выбор структуры и параметров искусственной нейронной сети для моделирования помех; выбор метода обучения искусственной нейронной сети; выбор критерия оценки качества обучения при решении регрессионной задачи; нормализация данных обучения; обучение искусственной нейронной сети с использованием измеренных данных; расчет величины помех в линии связи электронного средства при воздействии импульсного магнитного поля; оценка последствий и выбор методов защиты от помех. В качестве примера рассмотрена задача расчета величины помех в линии связи внутри электронного средства при воздействии импульсного магнитного поля, в соответствие с требованиями нормативного документа по электромагнитной совместимости устройств. В рассматриваемой задаче допустимое расхождение результатов достигается при приемлемом количестве эпох обучения нейронной сети.

Ключевые слова: электронное средство, электромагнитная помеха, импульсное магнитное поле, разряд молнии, методика, моделирование, искусственная нейронная сеть.

Финансирование: работа выполнена за счет средств Программы стратегического академического лидерства Казанского национального исследовательский технического университета имени А.Н. Туполева («ПРИОРИТЕТ-2030»).

Автор для переписки: Гизатуллин Зиннур Марселевич, zmgizatullin@kai.ru

Литература

1. Williams T. EMC for product designers. – Newnes, 2016.

2. Keller R.B. Design for Electromagnetic Compatibility--In a Nutshell: Theory and Practice. – Springer Nature, 2023. – С. 416.

3. Гизатуллин З.М. и др. Целостность информации в USB флэш-накопителе при воздействии импульсного магнитного поля //Журнал радиоэлектроники. – 2015. – №. 8. – С. 8-8.

4. Uman M.A. The art and science of lightning protection //(No Title). – 2008. – С. 50.

5. Нуриев М.Г. и др. Анализ помехоустойчивости вычислительной техники при воздействии разряда молнии на молниезащиту здания на основе физического моделирования //Журнал радиоэлектроники. – 2019. – №. 6. – С. 14-14.

6. Гизатуллин З.М. Электромагнитная совместимость электронных средств объектов электроэнергетики при внешних электромагнитных воздействиях по сети питания //Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2007. – №. 9-10. – С. 37-45.

7. Сафина Р.М., Шкиндеров М.С., Мубараков Р.Р. Помехоустойчивость систем контроля и управления доступом в здания при воздействии электромагнитных помех по сети электропитания //Журнал радиоэлектроники. – 2021. – №. 6.

8. Нуриев М.Г., Гизатуллин Р.М., Гизатуллин З.М. Физическое моделирование электромагнитных помех в беспилотном летательном аппарате при воздействии контактной сети электротранспорта //Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. – 2018. – №. 2. – С. 137-141.

9. Gizatullin Z.M., Gizatullin R.M., Nuriev M.G. Prediction of noise immunity of computing equipment under the influence of electromagnetic interference through the metal structures of building by physical modeling //2020 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). – IEEE, 2020. – С. 120-123.

10. Жечев Е.С. и др. Экспериментальные исследования зеркально-симметричного модального фильтра во временной и частотной областях //Системы управления, связи и безопасности. – 2019. – №. 2. – С. 162-179.

11. Гизатуллин З.М., Гизатуллин Р.М. Моделирование электромагнитной обстановки на основе теории масштабного эксперимента для задач электромагнитной совместимости и защиты информации //Информационные технологии. – 2013. – №. 4. – С. 19-22.

12. Gizatullin Z.M., Shleimovich M.P. Analysis of Noise Immunity of the UAV Onboard Control System Based on Physical Modeling of Induced Interference //Russian Aeronautics. – 2021. – Т. 64. – С. 554-561.

13. Takahashi T., Schibuya N. EMC Simulation and Modeling //IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems. – 2003. – Т. 123. – №. 7. – С. 1192-1195.

14. Хасан А.А. и др. Верификация моделирования проводных антенн методом моментов //Журнал радиоэлектроники. – 2021. – №. 11.

15. Luo M., Huang K.M. Prediction of the electromagnetic field in metallic enclosures using artificial neural networks //Progress In Electromagnetics Research. – 2011. – Т. 116. – С. 171-184.

16. Gizatullin Z., Gizatullin R., Drozdikov V. Research of noise immunity of computer equipment of control systems under action of pulsed magnetic field //2019 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). – IEEE, 2019. – С. 1-5.

17. Евдокимова Т.С., Андреянов Н.В., Фаткуллина Л.Ф. Методы расширения наборов данных на основе обучения с подкреплением //Научно-технический вестник Поволжья. – 2023. – № 11. – С. 59-62.

18. De Marchi L., Mitchell L. Hands-On Neural Networks: Learn how to build and train your first neural network model using Python. – Packt Publishing Ltd, 2019.

19. Андреянов Н.В. и др. Анализ стенда бортовой системы для методов обнаружения основанных на глубоких нейронных сетях //Научно-технический вестник Поволжья. – 2022. – № 5. – С. 13-16.

20. Гизатуллин З.М. и др. Исследование алгоритма анализа изображений радужной оболочки глаза на основе сверточной нейронной сети //Научно-технический вестник Поволжья. – 2023. – № 6. – С. 55-57.

21. Cherny S. N., Gibadullin R. F. The recognition of handwritten digits using neural network technology //2022 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). – IEEE, 2022. – С. 965-970.

22. Khadse C.B., Chaudhari M.A., Borghate V.B. Electromagnetic compatibility estimator using scaled conjugate gradient backpropagation based artificial neural network //IEEE Transactions on Industrial Informatics. – 2016. – Т. 13. – №. 3. – С. 1036-1045.

23. Кириллов В.Ю., Жуков П.А., Торлупа А.А. Применение радиопоглощающих материалов для ослабления высокочастотных помех в электрических цепях электротехнических комплексов летательных аппаратов //Электричество. – 2022. – №. 4. – С. 66-71.

24. Гибадуллин Р.Ф., Вершинин И.С., Глебов Е.Е. Разработка приложения для ассоциативной защиты файлов //Инженерный вестник Дона. – 2023. – №. 6 (102). – С. 118-142.

25. Гибадуллин Р.Ф., Вершинин И.С. Ассоциативная защита числовых сведений в текстовых документах с применением библиотеки Parallel Framework платформы .NET //Computational Nanotechnology. – 2023. – Т. 10. – №. 3. – С. 121-129.

26. Гизатуллин З.М. и др. Снижение электромагнитных помех и защита информации в вычислительной технике с помощью экранирующих стекол //Вестник Казанского государственного энергетического университета. – 2017. – №. 3 (35). – С. 46-57.

27. Газизов Т.Р. и др. Пути решения актуальных проблем проектирования радиоэлектронных средств с учетом электромагнитной совместимости //Техника радиосвязи. – 2014. – №. 2. – С. 11-22.

Для цитирования:

Гизатуллин З.М., Гизатуллин Р.М., Мубараков Р.Р. Моделирование помех в электронном устройстве при воздействии импульсного магнитного поля с использованием искусственной нейронной сети. //Журнал радиоэлектроники. – 2024. – № 5. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.5.1