Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2019, № 11 · RADIO ENGINEERING

Registration and authentication of non-stationary fields of USP signals of radio-vision of subnanosecond resolution

G.V. Kulikov1,2, M.S. Kostin1,2

1 МИРЭА - Российский технологический университет, Moscow, Russia
2 MIREA - Russian Technological University, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.11.2 UDC 537.874 + 537.877 + 621.37 EDN MUAXUZ

Abstract

The problems and relevance of the study of non-stationary USP fields for the creation of radio-visual subnanosecond resolution systems are formulated. The responsibilities of non-stationary USP fields in radio vision were studied: the influence of the radiophysical features of stationary homogeneous and inhomogeneous material media on the distribution pattern and the time-frequency instability of the fields of USP signals of non-stationary radio wave processes by direct registration of fields in time was studied; the scattering of non-stationary fields by equivalent inhomogeneities is investigated. Methods of authenticating USP responses, which are radio images, by impulse characteristics under stationary interference conditions, are investigated. An adaptive method of singular decomposition radio wave analysis and identification of the radiophysical and electrodynamic parameters of the inhomogeneities of stationary and non-stationary material media is developed. A numerical algorithm is developed for the synthesis of USP with a given quasioptimal configuration of the power spectral density function and an estimate of the energy potential of the quasioptimal USP. The effectiveness of the methods of time-scale transformation of non-stationary fields of USP in equivalent and real time modes, the study of dynamic processes, stability and increasing the resolution of devices for temporary transformation of USP of periodic and quasi-finite configuration are evaluated. A stroboscopic method of a high-precision strobe-sampling frame for USP sampling with a picosecond recording resolution was developed, which is independent of the number of stroboscopic iterations of a sample sequence of radio pulses. We carried out the experimental study of the time-scale transformation of the USP in the stroboscopic mode, the strobe-sampling frame, spectral-temporal recovery and quasi-optimal detection of quasi-finite USP and their radio pulse sequence under stationary noise conditions. The assessment of the authentic reproducibility of recording non-stationary fields was fulfilled also.

  • сверхкороткий радиоимпульс
  • нестационарное поле
  • аутентификация
  • регистрация
  • масштабно-временное преобразование
  • строб-фрейм дискретизация
  • импульсная характеристика
  • радиовидение
  • радиомониторинг
  • радиоизображение
  • субнаносекундное разрешение
  • Usp
  • non-stationary field
  • authentication
  • registration
  • time-scale conversion
  • strobe-frame sampling
  • impulse response
  • radiovision
  • radiomonitoring
  • radiowave image
  • subnanosecond resolution
Аннотация (на русском)

Регистрация и аутентификация нестационарных полей сверхкороткоимпульсных сигналов радиовидения субнаносекундного разрешения

Сформулирована проблематика и актуальность исследования нестационарных сверхкороткоимпульсных (СКИ) полей для создания радиовизионных систем субнаносекундного разрешения. Изучены особенности нестационарных полей СКИ в радиовидении: исследовано влияние радиофизических особенностей стационарных однородных и неоднородных материальных сред на характер распределения и частотно-временную неустойчивость полей СКИ-сигналов нестационарных радиоволновых процессов путем прямой регистрации полей во времени; исследовано рассеяние нестационарных полей эквивалентными неоднородностями. Разработаны методы аутентификации радиоволновых откликов СКИ, представляющих собой радиоизображения, по импульсным характеристикам в условиях стационарных помех. Разработан адаптивный метод сингулярного декомпозиционного радиоволнового анализа и идентификации радиофизических и электродинамических параметров неоднородностей стационарных и нестационарных материальных сред. Разработан численный алгоритма синтеза СКИ с заданной квазоптимальной конфигурацией функции спектральной плотности мощности и приведена оценка энергетического потенциала квазиоптимального СКИ. Проведена оценка эффективности методов масштабно-временной трансформации нестационарных полей СКИ в режимах эквивалентного и реального времени. Выполнено исследование динамических процессов, устойчивости и повышение разрешающей способности устройств временной трансформации СКИ периодической и квазифинитной конфигураций. Разработан стробоскопический метод высокоточной строб-фрейм дискретизации СКИ с пикосекундным разрешением регистрации, не зависящим от числа стробоскопических итераций выборочной последовательности радиоимпульсов. Проведено экспериментальное исследование масштабно-временной трансформации СКИ в стробоскопическом режиме строб-фрейм дискретизации, спектрально-временной рекуперации и квазиоптимальное обнаружение квазифинитных СКИ и их радиоимпульсной последовательности в условиях стационарных помех, дана статистическая оценка регистрационной воспроизводимости антиформантных нестационарных полей СКИ.

For citation

Kulikov G.V., Kostin M.S. Registration and authentication of non-stationary fields of USP signals of radio-vision of subnanosecond resolution // Journal of Radio Electronics. – 2019. – No. 11. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.11.2

References

  1. Бойков К.А., Костин М.С. Моделирование и исследование динамических характеристик системы радиоимпульсной регенерации // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. №6. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jun18/7/text.pdf (дата обращения: 01.09.2019).
  2. Будагян И.Ф., Костин М.С. Аналитическая модель сверхкороткоимпульсного радиосенсорного виброметрического локатора // T-Сomm - Телекоммуникации и Транспорт, 2014. №11. C.52-56.
  3. Будагян И.Ф., Костин М.С. Атактовая оцифровка сверхкоротких импульсов в гибридных системах радиофотонного сканирования // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2016. №3. URL: http://jre.cplire.ru/jre/mar16/5/text.html (дата обращения: 01.09.2019).
  4. Будагян И.Ф., Костин М.С. Вибродиагностика кинематических схем устройств точной механики методом радиосенсорной сверхкороткоимпульсной фазовой девиометром // Мехатроника, автоматизация, управление, 2015. Т.16. №2. C.127-132.
  5. Будагян И.Ф., Костин М.С. Методы цифровой обработки сверхкороткоимпульсных сигналов при оценке малой угловой девиации фазораспределенных радиоимпульсов в системе радиосенсорной виброметрологической диагностики // Радиотехника и электроника. 2015. Т.60. №8. C.825-834. DOI: 10.7868/S0033849415080033.
  6. Будагян И.Ф., Костин М.С., Шильцин А.В. Строб-фрейм-дискретизация радиоимпульсов субнаносекундного диапазона // Радиотехника и электроника. 2017. Т.62. № 5. C. 486-492. DOI: 10.7868/S0033849417050047.
  7. Костин М.С. Моделирование системы радиолокационной виброметрии // T-Сomm - Телекоммуникации и Транспорт. "Математическое моделирование систем и средств связи". 2013. №11. С.97-101.
  8. Костин М.С. Формонеустойчивая электродинамика распределения электрических полей субнаносекундных сигналов в неоднородных средах // Российский технологический журнал. 2017. Т.5. № 4 (18). C. 32-46.
  9. Костин М.С., Бойков К.А. Циклогенеративные системы атактовой оцифровки субнаносекундных радиоимпульсов в радиовидении // Инженерная физика. 2018. №1. C. 41-47.
  10. Костин М.С., Бойков К.А. Циклогенеративные системы высокоскоростной оцифровки нестационарных субнаносекундных процессов // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2017. №6. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jun17/8/text.pdf (дата обращения: 01.09.2019).
  11. Костин М.С., Бойков К.А., Котов А.Ф. Высокоточные методы циклоподобной атактовой оцифровки субнаносекундных сигналов // Радиотехника и электроника. 2019. Т.64. № 2. C. 191-194. DOI: 10.1134/S0033849419020104.
  12. Костин М.С., Бойков К.А., Стариковский А.И. Циклоподобная регенерация субнаносекундных радиоимпульсов // Вестник РАЕН. 2018. Т.18. №3. C. 107-113.
  13. Костин М.С., Викулов В.М., Парамонов А.А. Побочные электромагнитные излучения цифровых систем в режиме импульсного возбуждения коннекторных элементов печатной топологии // Радиотехника и электроника. 2019. Т.64. № 2. С. 123-126. DOI: 10.1134/S0033849419020116.
  14. Костин М.С., Викулов В.М., Тамбовский С.С. Формовременная динамика субнаносекундных радиоимпульсов при распространении в гетерогенных средах // Радиотехника и электроника. 2019. Т.64. №2. С.116-122. DOI: 10.1134/S0033849419020086.
  15. Костин М.С., Воруничев Д.С. Спецпроектные реинжиниринговые исследования радиоэлектронных изделий // Российский технологический журнал. 2017. Т.5. №4(18). С. 47-55.
  16. Костин М.С., Воруничев Д.С., Корж Д.А. Контрреинжиниринг радиоэлектронных средств // Российский технологический журнал. 2019. Т.7. №1(27). С. 57-79.
  17. Костин М.С., Севрюгин П.В., Стешин И.А. Методы сверхкороткоимпульсной идентификации параметров материальных сред по конфигурации нестационарных полей в радиовидении // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2019. №7. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jul19/5/text.pdf (дата обращения: 01.09.2019).
  18. Куликов Г.В., Костин М.С., Воруничев Д.С. Реинжиниринг изделий электронных средств в задачах внутрисистемного контррадиопротиводейстия // Вестник РАЕН. 2018. Т.18. № 3. С. 75-86.
  19. Костин М.С., Воруничев Д.С. Реинжиниринг радиоэлектронных средств: монография / М. С. Костин, Д. С. Воруничев. М.: МИРЭА - Российский технологический университет, 2018. 131 с.
  20. Костин М.С. Электродинамика метакомпозитных сред. Радиофизика отрицательной рефракции. Саарбрюккен: Palmarium Academic Publishing, 2016. 60 с.
  21. Будагян И.Ф., Костин М.С. Субнаносекундная радиоволновая виброметрия. Методы и технологии. Саарбрюккен: Palmarium Academic Publishing, 2015. 107 с.
  22. Костин М.С., Воруничев Д.С. Радиоволновые процессы и технологии: учебное пособие / М.С. Костин, Д.С. Воруничев. М.: МИРЭА - Российский технологический университет, 2019. 296 с.
  23. Костин М.С. Субнаносекундные сигналы и технологии: учебное пособие / М. С. Костин. М.: МИРЭА - Российский технологический университет, 2018. 110 с.
  24. Будагян И.Ф., Костин М.С. Фрейм-дискретизация сверхкороткоимпульсных сигналов. // Сб. науч. тр. II Международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем". - М.: МГТУ МИРЭА, 2015. - Ч.1 - с. 393-398.
  25. Будагян И.Ф., Костин М.С. Радиоволновая субнаносекундная виброметрия // Эл. сетевой научно-метод. журнал "Вестник МГТУ МИРЭА / Herald of MSTU MIREA". 2015 - №1(6). - с.96-122. URL: https://rtj.mirea.ru/upload/medialibrary/378/09-budagyan.pdf (дата обращения: 25.10.2019).
  26. Костин М.С., Воруничев Д.С., Викулов В.М. Технические методы и средства анализа PCB-топологии реинжиниринга радиоэлектронных изделий // Журнал коммуникационных технологий и электроники. 2019. Т.64. № 3. С. 193-197. DOI: 10.1134/S1064226919020098.
  27. К. А. Бойков. Разработка и исследование системы радиоимпульсной регенерации для устройств высокоскоростной стробоскопической оцифровки. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. №3. URL: http://jre.cplire.ru/jre/mar18/6/text.pdf (дата обращения: 25.10.2019).
  28. Костин М.С., Бойков К.А. Циклогенеративная высокоскоростная оцифровка сверхкороткоимпульсных сигналов // Материалы 20-й всероссийской молодежной научной школы-семинара "Актуальные проблемы физической и функциональной электроники". - Ульяновск: УлГТУ, 2017. - с. 222-223.
  29. Костин М.С. Численные методы обработки сверхкороткоимпульсных сигналов радиосенсорных виброметрических систем // Сб. докладов V научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Актуальные вопросы развития систем и средств ВКО", ГСКБ АЛМАЗ-АНТЕЙ. - М.: ГСКБ АЛМАЗ-АНТЕЙ, 2014. - Гл.4 - с. 381-387.
  30. Alexander N., Trevor B. Non-stationary Electromagnetics. USA: Jenny Stanford Publishing, 2012. 616 p.
  31. Bystrov A., Gachinova M. Analysis of stroboscopic signal sampling for radar target detectors and range finders. // IET Radar, Sonar & Navigation, 2013. Vol.7. No.4. P. 451-458.
  32. Carrer L., Yarovoy A.G. Concealed weapon detection using UWB 3-D radar imaging and automatic target recognition. // 8th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), 2014. P. 2786-2790.
  33. Callahan P.T., Dennis M.L., Clark Jr T.R. Photonic Analog-to-Digital Conversion. // John Hopkins Apl Technical Digest, 2012. Vol.30. No.4. P. 280-286.
  34. Günther L. Electromagnetic Field Theory for Engineers and Physicists. USA: Springer, 2010. 659 p.
  35. James D. Taylor, Boryssenko A., Boryssenko E. Advanced Ultrawideband Radar. Signals, Targets, and Advanced Ultrawideband Radar Systems. USA.: CRC Press, 2016. 494 p.
  36. Qiuchi J. Application Development on Compact UWB Radar Systems: a PhD dissertation. Chalmers University of Technology, 2013. 60 p.
  37. Shahrzad N. Time-based analog to digital converters: a PhD dissertation. University of Michigan, 2009. 105 p.