Институт в фотографиях

2017


Том 53 № 1 2017 (ЯНВАРЬ – ФЕВРАЛЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1. Белоконь С.А., Золотухин Ю.Н., Нестеров А.А. Планирование маршрутов движения летательного аппарата с использованием гладких траекторий

Аннотация:
Для решения проблемы планирования маршрута, заданного последовательностью поворотных пунктов, предложен упрощённый метод расчёта плоской траектории, состоящей из ориентированных отрезков прямых, сопряжённых клотоидами (спиралями Корню). Эффективность метода подтверждена численным моделированием в среде MATLAB/Simulink.

Страницы: 3-11
DOI: 10.15372/AUT20170101

2. Миловзоров Д.Г., Ясовеев В.Х. Математические модели преобразователей параметров наклона на основе двухосевых акселерометров

Аннотация:
Решаются вопросы математического моделирования преобразователя параметров наклона на основе двух двухосевых акселерометрических датчиков в едином интегральном исполнении. Представлены варианты компоновочных схем такого преобразователя. Рассмотрены дополнительные повороты акселерометрических датчиков, возникающие при их установке в корпус преобразователя. Получены обобщённые статические математические модели для двух двухосевых акселерометрических датчиков в составе преобразователя параметров наклона, позволяющие с высокой точностью определять углы пространственной ориентации объекта - зенитный и визирный (апсидальный).

Страницы: 12-18
DOI: 10.15372/AUT20170102

3. Павленко А.Н., Жуков В.Е., Печеркин Н.И., Назаров А.Д., Серов А.Ф., Миськив Н.Б., Li X., Jiang B., Sui H., Li H., Gao X. Автоматизированная система управления распределителем жидкости дистилляционного исследовательского стенда со структурированной насадкой

Аннотация:
Приведено описание автоматизированной системы сбора первичных опытных данных и системы управления режимами работы экспериментальной крупномасштабной разделительной колонны. Изучено влияние нового метода жидкостного орошения структурированной насадки на эффективность разделительной колонны. Данные, полученные с помощью разработанного автоматизированного комплекса, позволят повысить эффективность разделения смесей на структурированных насадках на 20-30 %.

Страницы: 19-25
DOI: 10.15372/AUT20170103

4. Котов К.Ю., Мальцев А.С., Нестеров А.А., Соболев М.А., Ян А.П. Децентрализованное управление квадрокоптерами в составе группы лидер—ведомые

Аннотация:
Рассматривается задача управления квадрокоптерами в составе группы лидер—ведомые. Предложен метод, позволяющий сформировать управляющие воздействия для робота-ведомого группы только на основе информации о параметрах движения ведомого и относительного расположения ведомого и лидера.

Страницы: 26-31
DOI: 10.15372/AUT20170104

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

5. Борзов С.М., Потатуркин О.И. Исследование эффективности спектрально-пространственной классификации данных гиперспектральных наблюдений

Аннотация:
Экспериментально исследована эффективность методов спектрально-пространственной классификации трудноразличимых типов растительности по гиперспектральным данным дистанционного зондирования Земли, учитывающих при анализе пикселей изображений их локальные окрестности. Рассмотрены алгоритмы, использующие предварительную пространственную обработку исходных данных, а также постобработку картосхем попиксельной спектральной классификации. Приведены результаты, полученные как на крупноформатном гиперспектральном изображении, так и на его тестовом фрагменте при различных способах формирования обучающих выборок. Точность классификации во всех случаях оценена путём сопоставления подспутниковых данных и картосхем классов, сформированных с помощью сравниваемых методов. При обсуждении результатов поясняются причины, приводящие к различию оценок.

Страницы: 32-42
DOI: 10.15372/AUT20170105

6. Булычев Ю.Г., Мозоль А.А. Пеленгационно-энергетический метод координатометрии с учётом кривизны Земли и явления интерференции

Аннотация:
Предложен метод определения пространственных координат движущегося источника излучения на базе двухпозиционной системы по измерениям одного пеленга и относительным энергетическим измерениям принимаемого сигнала с учётом влияния его отражения от поверхности Земли. Задача пассивной локации решается для малых углов места с учётом кривизны Земли, при этом используется полиномиальная модель движения источника. Построен алгоритм параметрической идентификации данной модели по выборке измерений нарастающего объёма в регуляризованной постановке, проведён анализ точностных характеристик метода.

Страницы: 43-52
DOI: 10.15372/AUT20170106

7. Трофимов В.К., Храмова Т.В. Оптимальное равномерное по выходу кодирование для объединения различных множеств источников

Аннотация:
Предложен метод оптимального равномерного по выходу кодирования для множества источников, состоящего из объединения счётного числа множеств источников. Показано, что кодирование для объединения марковских источников с конечной памятью является асимптотически оптимальным. Установлено, что рассматриваемое кодирование - слабоуниверсальное для множества стационарных источников.

Страницы: 53-62
DOI: 10.15372/AUT20170107

8. Варданян В.А. Влияние помех от четырёхволнового смешения на спектрально разделённые каналы в пассивных оптических сетях доступа

Аннотация:
Исследовано явление четырёхволнового смешения, возникающее в пассивных оптических сетях со спектральным уплотнением каналов. Приведены результаты моделирования распределения комбинационных частот по спектру в зависимости от количества и частотного интервала между каналами. Для подавления перекрёстных помех между каналами на комбинационных частотах предложено разбить диапазон на две полосы и подобрать защитный интервал между ними. Рассмотрено влияние комбинационных частот на качество передачи сигналов в зависимости от уровня мощности в каналах, частотного интервала и длины передачи.

Страницы: 63-72
DOI: 10.15372/AUT20170108

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

9. Пен Е.Ф., Родионов М.Ю., Чубаков П.А. Спектральные свойства каскада голографических отражательных решёток, разделённых однородным слоем

Аннотация:
Представлены результаты экспериментальных исследований спектральных свойств слоистых структур, состоящих из двух объёмных голографических отражательных решёток, разделённых оптически однородным слоем. При освещении таких структур полихроматичным светом интерференционное взаимодействие волн, сформированных указанными решётками, приводит к образованию множества узких спектральных полос пропускания, период расположения которых определяется оптической толщиной промежуточного слоя, а их огибающая совпадает с контуром спектральной селективности одной решётки. Экспериментально подтверждено наличие такого вида спектров с периодичностью локальных полос пропускания 2-8 Å (в разных экспериментах). При измерениях использованы высокоразрешающий спектрометр "Ramanor U1000", а также установка с оптической схемой интерферометра Фабри — Перо. Выявлено, что неоднородности внутренней структуры голографических решёток из-за несовершенства регистрирующей среды существенно искажают вид спектральных характеристик исследуемых структур в сравнении с их простыми теоретическими моделями: вид спектра несимметричен, пропускание локальных полос значительно меньше расчётной величины. Путём подбора параметров упомянутых неоднородностей достигнуто сходство экспериментальных данных и результатов моделирования.

Страницы: 73-82
DOI: 10.15372/AUT20170109

10. Ленкова Г.А. Исследование пространственно-энергетических характеристик фокальных областей бифокальных дифракционно-рефракционных хрусталиков глаза

Аннотация:
Проведено компьютерное моделирование процесса измерения параметров дифракционно-рефракционных бифокальных хрусталиков типа МИОЛ-Аккорд, в дифракционном элементе которых уменьшена центральная зона и предусмотрена компенсация сферических аберраций глаза. Предварительно рассчитаны пространственно-энергетические характеристики идеальной дифракционной линзы по известным формулам. Моделирование процесса контроля параметров интраокулярных линз показало, что распределение интенсивности вдоль оптической оси не характеризует дифракционную эффективность, которая представляет полную (интегральную) интенсивность в поперечном сечении пучка в фокусе. Установлено, что из-за взаимного влияния порядков дифракции сложно измерить абсолютную дифракционную эффективность, и лучше оценивать только относительную эффективность.

Страницы: 83-93
DOI: 10.15372/AUT20170110

11. Строганова Е.В., Галуцкий В.В., Налбантов Н.Н., Козин А.С. Спектрально-люминесцентные характеристики градиентно активированных кристаллов LiNbO3 с концентрационными профилями ионов Yb3+ и Er3+

Аннотация:
Исследованы люминесцентные свойства градиентно активированных кристаллов ниобата лития с концентрационными профилями оптических центров ионов иттербия и эрбия. Показано, что спектрально-люминесцентные свойства градиентных кристаллов коррелируются с концентрационными профилями оптических центров доноров Yb3+ и акцепторов Er3+.

Страницы: 94-99
DOI: 10.15372/AUT20170111

12. Сосунов А.В., Пономарев Р.С., Юрьев В.А., Волынцев А.Б. Влияние структуры и механических свойств приповерхностного слоя монокристалла ниобата лития на процесс производства интегрально-оптических схем

Аннотация:
Показано, что приповерхностный слой монокристалла ниобата лития глубиной до 15 мкм значительно отличается от остального объёма материала по составу, структуре и механическим свойствам. Указанные отличия обусловлены воздействием резки, шлифовки и полировки пластин ниобата лития, в результате чего в приповерхностном слое повышается плотность точечных дефектов и дислокаций. Рост плотности структурных дефектов приводит к неконтролируемому изменению условий формирования волноводов и дрейфу характеристик интегрально-оптических схем. Полученные результаты имеют большое значение в производстве интегрально-оптических схем на основе ниобата лития.

Страницы: 100-106
DOI: 10.15372/AUT20170112

НАНОТЕХНОЛОГИИ В ОПТИКЕ И ЭЛЕКТРОНИКЕ

13. Кузнецов С.А., Генцелев А.Н., Баев С.Г. Реализация фильтров высоких частот субтерагерцового диапазона с использованием высокоаспектных полимерных структур

Аннотация:
Представлен технологический подход к реализации эффективных квазиоптических фильтров типа high-pass субтерагерцового диапазона частот электромагнитного спектра с использованием высокоаспектных псевдометаллических структур. Подход основан на микроструктурировании сплошного полимерного слоя из полиметилметакрилата посредством синхротронной рентгеновской литографии с последующей металлизацией всей поверхности структуры. Приведены пример изготовленного образца и операционные характеристики фильтра high-pass c частотой отсечки 0,275 ТГц, который имеет толщину 1 мм и сформирован гексагонально упакованными сквозными отверстиями шестиугольной формы, разделёнными перемычками шириной 70 мкм. Представлены электродинамический анализ и принципы дизайна структур high-pass.

Страницы: 107-116
DOI: 10.15372/AUT20170113

14. Сабельфельд К.К., Киреева А.Е. Стохастическое моделирование рекомбинации электронов и дырок в двумерных и трёхмерных неоднородных полупроводниках. Ч. I. Стохастическая модель и алгоритмы

Аннотация:
Представлены стохастические модели рекомбинации электронов и дырок в неоднородном полупроводнике в двумерном и трёхмерном случаях, разработанные на основе двух подходов: дискретного (клеточный автомат) и непрерывного (метод Монте-Карло). Описана математическая модель рекомбинации электронов и дырок, построенная на базе системы неоднородных по пространству нелинейных интегродифференциальных уравнений типа Смолуховского. Изложены непрерывный алгоритм метода Монте-Карло и дискретный клеточно-автоматный алгоритм, использующиеся для моделирования рекомбинации частиц в полупроводнике.

Страницы: 117-124
DOI: 10.15372/AUT20170114


Том 53 № 2 2017 (МАРТ – АПРЕЛЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

1. Чуркин Д.В., Хорев С.В., Ватник И.Д. Пространственно-временная динамика волоконных лазерных систем (обзор)

Аннотация:
Рассматривается новая концепция изучения пространственно-временных режимов генерации в лазерах, при которых в излучении одновременно сосуществуют несколько временных масштабов (один из них связан со временем обхода резонатора). Суть концепции заключается в том, зависимость интенсивности от времени исследуется в двух измерениях, одно из которых соответствует эволюции по последовательным обходам резонатора. Показывается разнообразие пространственно-временных режимов генерации в волоконных лазерах различных типов, например квазинепрерывных лазерах, импульсных лазерах с пассивной и активной сихронизацией мод. Демонстрируется возможность экспериментального детектирования локализованных структур, в том числе солитонов, в излучении волоконных лазеров. Обсуждаются перспективы предложенного подхода.

Страницы: 3-18
DOI: 10.15372/AUT20170201

2. Твердохлеб П.Е., Щепеткин Ю.А. Оценка предельной скорости послойного гетеродинного анализа характеристик рассеяния света в объёмных оптических средах

Аннотация:
Описан метод послойного гетеродинного анализа объёмных оптических сред. Приведены результаты теоретической оценки, компьютерного моделирования и экспериментального исследования зависимости предельной скорости анализа от параметров оптических схемы и среды. Дана оценка влияния скорости анализа на разрешающую способность метода по толщине оптической среды и на характер зависимости выходного сигнала от глубины расположения изучаемого слоя. Предложен способ увеличения предельной скорости сканирования. Полученные результаты подтверждены экспериментально.

Страницы: 19-29
DOI: 10.15372/AUT20170202

3. Шиманский Р.В., Полещук А.Г., Корольков В.П., Черкашин В.В. Совмещение записывающего пучка с осью вращения дифракционной структуры при синтезе дифракционных оптических элементов в полярной системе координат

Аннотация:
Разработан метод точного совмещения начала системы полярных координат, в которой задаётся положение лазерного пучка при записи дифракционных оптических элементов, с осью вращения оптической заготовки. Этот метод использован для повышения точности работы круговой лазерной записывающей системы при записи крупногабаритных дифракционных оптических элементов в полярной системе координат. Представлены результаты исследования новых алгоритмов определения и коррекции ошибок позиционирования круговой лазерной записывающей системы в процессе записи.

Страницы: 30-38
DOI: 10.15372/AUT20170203

4. Арбузов В.А., Арбузов Э.В., Дубнищев Ю.Н., Бердников В.С., Мелехина О.С. Оптическая диагностика фронта кристаллизации, индуцированного температурным градиентом на верхней границе горизонтального слоя жидкости

Аннотация:
Исследована динамика фронта кристаллизации, индуцированного температурным градиентом на верхней границе горизонтального слоя воды, ограниченного плоскими термостататированными поверхностями. Формирование и эволюция конвективных структур, визуализированных методами гильберт-оптики, регистрировались цифровой видеокамерой. Разность температур верхнего (T1) и нижнего (T2) термостатов удовлетворяла условию T1 < T2. В этой системе температура охлаждаемой верхней поверхности является параметром порядка, критическое значение которого вызывает бифуркационный фазовый переход из жидкой фазы (переохлаждённая вода) в твердофазное (лёд) кристаллическое состояние. Определены скорость движения волны кристаллизации и эволюция её фронта. Выявлено пространственно-временное состояние волны кристаллизации, в котором форма фронта является изолинией равных скоростей. Визуализирован динамический профиль изотермической поверхности, ограничивающей пространственную форму твердотельной фазы.

Страницы: 39-44
DOI: 10.15372/AUT20170204

5. Казаков В.В., Казаков В.Г., Ковалев В.С., Мешков О.И., Яценко А.С. Информационная система «Электронная структура атомов»: текущее состояние и направления развития

Аннотация:
Предлагается информационная система по атомной спектроскопии «Электронная структура атомов». Приводятся сведения об объёме и характерных особенностях базы данных интернет-ресурса, сравниваются параметры базы данных с авторитетными мировыми аналогами. Рассматриваются средства визуализации научных данных, реализованные в системе в виде спектрограмм и диаграмм Гротриана. Показано, что классифицированные уровни и переходы в табличном и графическом видах представлены наиболее полно в сравнении с аналогичными информационными системами. Обсуждается эффективность применения информационной системы «Электронная структура атомов» для различных научных задач, в том числе анализа электронной структуры атомных систем, и для подготовки специалистов.

Страницы: 45-55
DOI: 10.15372/AUT20170205

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

6. Двойнишников С.В., Меледин В.Г., Павлов В.А. Высокоскоростная обработка фазовых изображений с использованием параллельных вычислений

Аннотация:
Предложен алгоритм обработки фазовых изображений с использованием вычислительных мощностей графических процессоров при измерениях трёхмерной геометрии методом фазовой триангуляции. Показано, что реализация алгоритма расшифровки фазовых изображений на графическом процессоре работает более чем в 100 раз быстрее, чем на центральном процессоре. Практическая реализация этого алгоритма существенно улучшает быстродействие методов фазовой триангуляции.

Страницы: 56-62
DOI: 10.15372/AUT20170206

7. Еремин Е.Л., Шеленок Е.А. Система нелинейного робастного управления для неаффинного нестационарного динамического объекта с запаздыванием

Аннотация:
Рассматривается задача построения робастного регулятора для системы управления неаффинным по входу априорно неопределённым нестационарным динамическим объектом. С помощью имитационного моделирования иллюстрируется качество работы построенной системы управления.

Страницы: 63-71
DOI: 10.15372/AUT20170207

8. Свитов Д.В., Куликов В.А., Косых В.П. Обнаружение подозрительных предметов на основе анализа рентгенографических изображений человека

Аннотация:
Предложен новый подход к поиску подозрительных объектов на рентгенографических изображениях для решения задач обеспечения безопасности. Суть подхода заключается в применении статистической модели изображения для поиска аномалий. Для её построения используется «мешок визуальных слов» с контекстным заданием координат слова на изображении при формировании статистики. Экспериментально показано, что этот подход хорошо аппроксимирует результат поиска подозрительных объектов человеком.

Страницы: 72-78
DOI: 10.15372/AUT20170208

9. Нежевенко Е.С., Феоктистов А.С., Дашевский О.Ю. Нейросетевая классификация гиперспектральных изображений на основе преобразования Гильберта — Хуанга

Аннотация:
Метод классификации изображения с предварительной трансформацией его к главным компонентам и использованием преобразования Гильберта — Хуанга исследуется на примере нейросетевой классификации гиперспектрального изображения. Показана эффективность метода путём сравнения с традиционными методами нейросетевой классификации при использовании в качестве признаков спектральных компонент и главных компонент без привлечения пространственной информации. Для классификации применяются нейронные радиально-базисные и комплексные сети.

Страницы: 79-85
DOI: 10.15372/AUT20170209

10. Павлова А.И. Анализ методов интерполирования высот точек для создания цифровых моделей рельефа

Аннотация:
Рассмотрены методы интерполирования для создания цифровой модели рельефа с использованием геоинформационной системы. Для этой цели проанализированы наиболее известные методы: обратных взвешенных расстояний (IDW - Inverse Distance Weighting), кригинга (Krige), ANUDEM, сплайн-интерполяции (Spline), естественного соседства (Natural Neighbor), метод, основанный на построении TIN-модели (Triangulation Irregular Network). Выполнена оценка точности смоделированной поверхности рельефа на территории, расположенной между реками Уй, Тара, Иртыш Омской области Западной Сибири (Россия). Анализ результатов оценки точности цифровой модели рельефа, созданной с помощью геоинформационной системы ArcGIS 10, показал, что наилучшие результаты получены при использовании сплайн-методов и метода обратных взвешенных расстояний.

Страницы: 86-94
DOI: 10.15372/AUT20170210

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО- И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

11. Гайслер В.А., Деребезов И.А., Гайслер А.В., Дмитриев Д.В., Торопов А.И., Fischbach S., Schlehahn A., Kaganskiy A., Heindel T., Bounouar S., Rodt S., Reitzenstein S. Гибридный микрорезонатор для сверхминиатюрных излучателей на основе одиночных полупроводниковых квантовых точек

Аннотация:
Разработан и реализован микрорезонатор на основе полупроводникового брэгговского отражателя и микролинзы, селективно позиционированной над одиночной квантовой точкой (111) InGaAs. Конструкция микрорезонатора обеспечивает эффективную накачку квантовых точек и высокую внешнюю квантовую эффективность вывода излучения. Микрорезонатор может быть использован для создания излучателей одиночных фотонов и фотонных пар, запутанных по поляризации, на основе одиночных полупроводниковых квантовых точек.

Страницы: 95-101
DOI: 10.15372/AUT20170211

12. Исламов Д.Р., Гриценко В.А., Чин А. О транспорте заряда в тонких плёнках оксидов гафния и циркония

Аннотация:
Исследован механизм транспорта заряда в МДП-структурах на основе тонких плёнок оксидов гафния и циркония. Показано, что в изучаемых материалах транспорт лимитируется фонон-облегчённым туннелированием между ловушками. Из сравнения экспериментальных вольт-амперных характеристик МДП-структур n-Si/HfO2/Ni и n-Si/ZrO2/Ni с рассчитанными определены термическая и оптическая энергии ловушек. Продемонстрировано, что вакансии кислорода являются центрами локализации (ловушками) носителей заряда в HfO2 и ZrO2.

Страницы: 102-108
DOI: 10.15372/AUT20170212

13. Паханов Н.А., Пчеляков О.П., Якимов А.И., Войцеховский А.В. Разработка высоковольтного волноводного фотодетектора, составленного из диодов Шоттки, на структуре Ge—Si с квантовыми точками Ge для портативных термофотогенераторов

Аннотация:
Показана возможность создания высоковольтного волноводного фотодетектора, составленного из диодов Шоттки, на структуре Au/Ge—Si с квантовыми точками Ge, псевдоморфными к кремниевой матрице, обеспечивающая существенное увеличение внешнего квантового выхода и напряжения холостого хода. На таком фотодетекторе продемонстрировано значительное увеличение и расширение фоточувствительности вплоть до λ = 2,1 мкм, что совпадает с основным диапазоном излучения чёрного (серого) тела при практически используемых в термофотогенераторах температурах эмиттеров 1200–1700 °С. Необходимым условием получения такого состояния ансамбля квантовых точек Ge молекулярно-лучевой эпитаксией является низкая температура роста (250–300 °C). Установлено, что ниже края поглощения Si фотоответ на рассматриваемых фотодетекторах определяется двумя основными механизмами: поглощением на ансамбле квантовых точек Ge и эмиссией Фаулера. Анализ спектров комбинационного рассеяния на оптических фононах структур Ge—Si показал, что величина квантовой эффективности фотодетекторов на их основе в первом случае обусловливается степенью неоднородной релаксации напряжений в массиве квантовых точек Ge. Фотоответ, связанный именно с квантовыми точками Ge, проявляется на диодах Шоттки со сверхтонким промежуточным окисным слоем SiO2, который устраняет второй механизм. При дальнейшей разработке предложенная архитектура фотодетектора с псевдоморфными квантовыми точками Ge может быть использована как для портативных термофотогенераторов, так и для волоконно-оптических систем передачи информации на длинах волн, отвечающих основным телекоммуникационным стандартам (λ = 0,85, 1,3 и 1,55 мкм), на основе кремниевой технологии.

Страницы: 109-116
DOI: 10.15372/AUT20170213

14. Сабельфельд К.К., Киреева А.Е. Стохастическое моделирование рекомбинации электронов и дырок в двумерных и трёхмерных неоднородных полупроводниках. Ч. II. Результаты моделирования

Аннотация:
Представлены результаты стохастического моделирования рекомбинации электронов и дырок в неоднородном полупроводнике в двумерном и трёхмерном случаях, основанного на дискретном (клеточный автомат) и непрерывном (метод Монте-Карло) подходах. Исследована кинетика процесса рекомбинации частиц в режимах чистой диффузии и диффузии с туннелированием. Обнаружено различие в поведении электронно-дырочных пространственных корреляций, вычисляемых дискретной и непрерывной моделями, и связанного с этим характера формирования сегрегации в трёхмерных полупроводниках. Проведён сравнительный анализ характеристик моделирования, вычисленных с помощью клеточно-автоматной и непрерывной моделей рекомбинации.

Страницы: 117-124
DOI: 10.15372/AUT20170214


Том 53 № 3 2017 (МАЙ – ИЮНЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

1. Резник А.Л., Тузиков А.В., Соловьев А.А., Торгов А.В. Оптимальные по быстродействию алгоритмы поиска случайных импульсно-точечных источников для систем с несколькими приёмными устройствами

Аннотация:
Построены оптимальные по быстродействию алгоритмы локализации случайных импульсно-точечных источников, имеющих равномерное распределение на интервале поиска и обнаруживающих себя генерацией в случайные моменты времени мгновенных импульсов (дельта-функций). Оптимальные поисковые процедуры обеспечивают заданную точность локализации и зависят от количества регистрирующих устройств в приёмной системе.

Страницы: 3-11
DOI: 10.15372/AUT20170301

2. Грузман И.С. Оценивание вектора частот двумерного гармонического сигнала с использованием трёхточечных интерполяционных алгоритмов и сингулярного разложения

Аннотация:
Предложены простые в вычислительном отношении алгоритмы оценивания локального вектора частот вещественного двумерного сигнала с медленно изменяющимися параметрами, наблюдаемого при наличии аддитивного гауссовского шума. Для уточнения грубой максимально правдоподобной оценки вектора частот используются трёхточечные алгоритмы интерполяции и сингулярное разложение матрицы размера 3 x 3 коэффициентов дискретного преобразования Фурье. Приведены результаты компьютерного моделирования, демонстрирующие эффективность алгоритмов при малых размерах анализируемого фрагмента.

Страницы: 12-18
DOI: 10.15372/AUT20170302

3. Климов А.В., Двойнишников С.В., Меледин В.Г., Куликов Д.В., Кротов С.В., Щепихин И.В. Определение трёхмерного вектора скорости по данным лазерных доплеровских измерений неравномерно дискретизованных компонент

Аннотация:
Предложен метод определения трёхмерного вектора скорости потока по данным лазерных доплеровских измерений неравномерно дискретизованных компонент. Метод основан на фильтрации и линейной интерполяции измеренных компонент скорости в каналах схемы. В численном моделировании и физическом эксперименте показано, что ошибка метода не превышает 2 % и в несколько раз улучшаются результаты метода интерполяции по ближайшим точкам.

Страницы: 19-27
DOI: 10.15372/AUT20170303

4. Егоров А.В., Поляков В.В., Лепендин А.А., Грачева Я.И. Применение сигналов специальной формы в многочастотных вихретоковых измерениях

Аннотация:
Предложен метод вихретоковых измерений, основанный на использовании возбуждающего сигнала специальной формы. Последующая цифровая обработка регистрируемого выходного сигнала делает возможным расчёт параметров измерительного датчика на различных частотах и построение экспериментального годографа системы датчик—контролируемый объект. Проведённые эксперименты для материалов с различными физическими и геометрическими характеристиками построения годографов показали, что предложенный метод обеспечивает надёжное разделение основных факторов, влияющих на результаты многочастотных вихретоковых измерений. Полученные результаты могут быть использованы в автоматизированных системах диагностики и неразрушающего контроля материалов и изделий.

Страницы: 28-35
DOI: 10.15372/AUT20170304

5. Артюшенко В.М., Воловач В.И. Идентификация параметров распределения аддитивных и мультипликативных негауссовских помех

Аннотация:
Рассмотрены вопросы, связанные с идентификацией параметров и формы плотности распределения вероятности воздействующих на полезный сигнал аддитивных и мультипликативных в общем случае негауссовских помех. Представлены результаты численного моделирования методов оценки информационных параметров случайных процессов с негауссовской плотностью распределения вероятности по конечной выборке.

Страницы: 36-43
DOI: 10.15372/AUT20170305

6. Панин С.В., Чемезов В.О., Любутин П.С., Титков В.В. Алгоритм детектирования усталостной трещины и определения местоположения её вершины на оптических изображениях

Аннотация:
Предложен и протестирован алгоритм детектирования трещины на оптических изображениях, зарегистрированных при усталостных испытаниях материалов. Алгоритм предназначен для использования при автоматизации измерения параметров роста трещины и слежения за её вершиной в процессе циклического нагружения в целях перемещения оптической системы относительно поверхности исследуемого образца в «область интереса». Установлено, что координаты фрагмента изображения, содержащего трещину, могут быть определены со средней ошибкой 1,93 % от полного размера растра. Тестирование алгоритма на модельных изображениях показало, что средняя ошибка определения местоположения вершины трещины не превышает 56 пикселей.

Страницы: 44-52
DOI: 10.15372/AUT20170306

7. Вяткин С.И. Метод рекурсивного поиска элементов изображения функционально заданных поверхностей

Аннотация:
Рассмотрены проблема синтеза изображений высокого качества в реальном времени и способ задания трёхмерных объектов на основе функций возмущения. Предложен метод рекурсивного поиска элементов изображения функционально заданных объектов с использованием графических ускорителей. Показаны преимущества такого подхода перед фрейм-буферным методом визуализации.

Страницы: 53-57
DOI: 10.15372/AUT20170307

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

8. Суровцев Н.В. Подавление паразитного фона в низкочастотной спектроскопии комбинационного рассеяния света

Аннотация:
Предложен монохроматор, применение которого позволяет подавлять паразитное излучение лазера, доводя до уровня, требуемого для низкочастотной (<100 см-1) спектроскопии комбинационного рассеяния света. Монохроматор имеет высокое спектральное разрешение, включает в себя малое число оптических элементов и легко встраивается в оптическую схему эксперимента. Эффект от применения монохроматора в спектроскопии низкочастотного комбинационного рассеяния света проиллюстрирован на тестовых образцах.

Страницы: 58-63
DOI: 10.15372/AUT20170308

9. Шиманский Р.В., Полещук А.Г., Корольков В.П., Черкашин В.В. Динамическая коррекция координаты лазерного пучка при записи крупногабаритных дифракционных элементов для контроля асферических зеркал

Аннотация:
Создан метод увеличения точности работы круговой лазерной записывающей системы при записи крупногабаритных дифракционных оптических элементов в полярной системе координат и представлены результаты его использования. Предложен и исследован алгоритм коррекции ошибок позиционирования в процессе записи на круговой лазерной записывающей системе, разработанной в Институте автоматики и электрометрии Сибирского отделения РАН. Показаны изготовленные с использованием разработанного метода высокоточные дифракционные оптические элементы и результаты применения этих элементов для контроля асферического зеркала диаметром 6,5 м нового космического телескопа «Джеймс Уэбб».

Страницы: 64-73
DOI: 10.15372/AUT20170309

10. Соболев В.С., Кащеева Г.А. Потенциальная точность методов лазерной доплеровской анемометрии в режиме одночастичного рассеяния

Аннотация:
Определена потенциальная точность методов лазерной доплеровской анемометрии для режима одночастичного рассеяния, когда единственным мешающим фактором является дробовой шум, порождаемый самим оптическим сигналом. Задача решена на основе методологии максимального правдоподобия с использованием компьютерного моделирования. Исходными параметрами для моделирования выбраны: число реальных или виртуальных интерференционных полос в измерительном объёме анемометра, частота дискретизации сигнала и ряд типичных значений отношений сигнал/дробовой шум. В качестве оцениваемых параметров взяты: доплеровская частота как основной параметр, несущий информацию о скорости процесса; амплитуда сигнала, содержащая информацию о размерах рассеивающих частиц и их концентрации; момент появления частиц в центре измерительного объёма анемометра, знание которого необходимо при восстановлении реализации скорости исследуемого потока как функции времени. Полученные оценки показали очень слабое влияние дробового шума (0,004-0,04 %) на точность определения частоты во всём диапазоне задаваемых значений исходных параметров. Для амплитуды сигнала и момента появления рассеивающих частиц в центре измерительного объёма вносимые дробовым шумом погрешности лежат в диапазоне 0,2-3,5 % и при достаточно большом числе интерференционных полос (>20) не превышают 0,2 % независимо от уровня дробового шума.

Страницы: 74-80
DOI: 10.15372/AUT20170310

11. Заболотский А.А. Резонансный перенос энергии между сферической наночастицей и J-агрегатом

Аннотация:
Исследуется нерадиационный (ферстеровский) перенос энергии между J-агрегатом красителя и близко расположенными наночастицами, обладающими свойствами двухуровневых систем. Наночастицы могут быть квантовыми точками (КТ) или сферически-симметричным пакетом атомов. Для описания динамики процесса выведены уравнения, характеризующие динамику матрицы плотности в двухуровневой среде и эволюцию экситонных импульсов в протяжённом квазиодномерном J-агрегате красителя. Показано, что в системе реализуется эффективный управляемый резонансный перенос энергии, запасённой в КТ, который проявляется в усилении экситонных импульсов. В свою очередь, возможен обратный процесс переноса энергии экситонов в частичную инверсию двухуровневых переходов КТ. Результаты работы подтверждаются известными из литературы экспериментальными данными.

Страницы: 81-88
DOI: 10.15372/AUT20170311

12. Атутов С.Н., Бенимецкий Ф.А., Макаров А.О. Влияние объёмной диффузии атомов рубидия и натрия на время их адсорбции на поверхности стекла

Аннотация:
Представлены результаты измерения поверхностного потенциала и времени пребывания атомов Rb и Na на поверхности молибденового стекла марки С-52. Обнаружено, что при температурах меньше температуры стеклования зависимость времени пребывания атомов Rb от температуры хорошо описывается формулой Аррениуса. Измерены поверхностные потенциалы, которые составили 0,67 и 1,37 эВ для Rb и Na соответственно. Выявлено, что при температурах выше температуры стеклования время пребывания данных атомов аномально возрастает. Это обусловлено тем, что при столкновении атома с поверхностью расплавленного стекла он может проникнуть в объём стекла, а затем посредством диффузии вернуться назад и десорбироваться с поверхности. В таком случае время пребывания атома на стекле определяется диффузионным временем и может быть очень значительным, несмотря на относительно низкий потенциальный барьер на поверхности и высокую температуру.

Страницы: 89-100
DOI: 10.15372/AUT20170312

13. Гужов В.И., Ильиных С.П., Хайбуллин С.В. Восстановление фазовой информации на основе методов пошагового фазового сдвига при малых углах между интерферирующими пучками

Аннотация:
Предложен метод восстановления цифровых голограмм, получаемых при малых углах между интерферирующими волновыми полями. Рассматривается способ получения информации о фазе волнового фронта, отражённого от объекта.

Страницы: 101-106
DOI: 10.15372/AUT20170313

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО- И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

14. Багинский И.Л., Косцов Э.Г. Ёмкостные МЭМС-акселерометры сверхвысоких ускорений

Аннотация:
Установлена возможность создания ёмкостного акселерометра для измерения сверхвысоких ускорений (до 106g и более). Показано, что введение в межэлектродный зазор тонкой плёнки электрета с высоким потенциалом поверхности позволяет значительно расширить частотный и амплитудный диапазоны регистрации ускорений при уменьшении размера устройства по сравнению с известными МЭМС-акселерометрами сверхвысоких ускорений. Создана математическая модель электретного акселерометра для сверхвысоких ускорений и проведён анализ основных закономерностей его функционирования.

Страницы: 107-116
DOI: 10.15372/AUT20170314

15. Филимонова Н.И., Илюшин В.А., Величко А.А. Молекулярно-лучевая эпитаксия буферных слоёв BaF2/CaF2 на подложке Si(100) для монолитных фотоприёмных устройств

Аннотация:
Исследование морфологии поверхности эпитаксиальных плёнок BaF2, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии в различных режимах роста на поверхности CaF2/Si(100), проведено методом атомно-силовой микроскопии. Слои CaF2 получены на подложке Si(100) в низкотемпературном режиме роста (Ts = 500 oС). Определены технологические режимы роста сплошных с гладкой поверхностью плёнок BaF2 на СaF2/Si(100), пригодных в качестве буферных слоёв для последующего роста слоёв PbSnTe или других полупроводников типа А4В6 и твёрдых растворов на их основе.

Страницы: 117-124
DOI: 10.15372/AUT20170315


Том 53 № 4 2017 (ИЮЛЬ – АВГУСТ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1. Котов К. Ю., Нестеров А. А., Филиппов М. Н., Ян А. П. Метод управления полётом квадрокоптера в задаче сопровождения цели

Аннотация:
Рассматривается задача управления траекторным движением квадрокоптера. Приводится обоснование выбора формы требуемых дифференциальных уравнений в предложенном ранее методе сопровождения подвижной цели. Работоспособность системы управления в присутствии шумов измерений и внешних возмущений подтверждается результатами экспериментов с квадрокоптером AR.Drone.

Страницы: 3–10
DOI: 10.15372/AUT20170401

2. Рапопорт Э. Я., Плешивцева Ю. Э. Технология решения многокритериальных задач управления системами с распределёнными параметрами

Аннотация:
Предлагается конструктивная технология многокритериальной оптимизации процессов управления техническими объектами с распределёнными параметрами, базирующаяся на однокритериальной версии в виде минимаксной свёртки нормализуемых критериев качества. Развиваемый подход основан на переходе к эквивалентной форме вариационной задачи с ограничениями, решение которой априори является парето-эффективным. Дальнейшие процедуры предварительной параметризации управляющих воздействий и последующей редукции к специальной задаче полубесконечного программирования позволяют найти искомые экстремали с использованием их чебышевских свойств и фундаментальных закономерностей предметной области. Приводится представляющий самостоятельный интерес пример многокритериальной оптимизации режимов функционирования объекта технологической теплофизики.

Страницы: 11–25
DOI: 10.15372/AUT20170402

3. Асанов А. З., Демьянов Д. Н. Аналитический синтез функционального наблюдателя состояния билинейной динамической системы

Аннотация:
Рассмотрена задача асимптотического оценивания линейной комбинации переменных состояния билинейной динамической системы с помощью наблюдателя минимального порядка. Предложен алгоритм расчёта матричных коэффициентов функционального наблюдателя с использованием технологии канонизации матриц и сформулированы условия разрешимости задачи синтеза.

Страницы: 26–34
DOI: 10.15372/AUT20170403

4. Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Автономизация каналов управления многомерными объектами на основе формализма линейно-квадратичной оптимизации

Аннотация:
Задача динамической развязки каналов управления многомерными объектами направлена на автономизацию процессов управления выходными переменными объекта и достигается посредством включения в систему управления специальных корректирующих звеньев. Предлагается новый метод решения данной задачи. Развязка реализуется блоком динамической коррекции. Желаемый результат развязки представляется эталонной моделью с сепаратными каналами управления. Применяемый математический аппарат расчёта блока коррекции основан на формализме линейно-квадратичной оптимизации, в котором оптимизируемые интегральные квадратичные критерии служат мерой отклонения переходных характеристик скорректированного объекта от их желаемых – эталонных значений.

Страницы: 35–43
DOI: 10.15372/AUT20170404

5. Белоконь С. А., Золотухин Ю. Н., Филиппов М. Н. Архитектура комплекса полунатурного моделирования систем управления летательными аппаратами

Аннотация:
Представлен программно-аппаратный комплекс, предназначенный для разработки и полунатурного моделирования систем управления летательными аппаратами, реализующий функции построения математической модели объекта, создания алгоритмов и программного обеспечения бортового радиоэлектронного оборудования и наземного пункта управления, а также визуализации трёхмерной модели аппарата и закабинной обстановки в режиме тренажёра.

Страницы: 44-50
DOI: 10.15372/AUT20170405

6. Лапердин А. И., Юркевич В. Д. Разработка адаптивного алгоритма управления стендом прочностных испытаний авиационных конструкций

Аннотация:
Рассматривается проблема синтеза системы управления стендом прочностных испытаний авиационных конструкций. Представлена методика расчёта параметров пропорционально-интегрального регулятора (алгоритма управления) методом разделения движений для испытательного стенда с учётом влияния запаздывания в канале управления. Предложена структура адаптивного алгоритма, позволяющая ограничить амплитуду высокочастотных колебаний в системе управления при изменении направления движения штока гидроцилиндра, обеспечить заданные требования на точность и показатели качества переходных процессов на всех этапах реализации циклограммы силового нагружения конструкций. Приведены результаты испытаний разработанной системы управления с адаптивным алгоритмом управления на экспериментальном стенде силового нагружения авиационных конструкций.

Страницы: 51-58
DOI: 10.15372/AUT20170406

7. Белоконь С. А., Золотухин Ю. Н., Филиппов М. Н. Метод формирования тестовых сигналов для оценивания аэродинамических параметров летательного аппарата

Аннотация:
Предложена методика построения тестовых сигналов для исследования аэродинамических характеристик летательного аппарата при использовании технологии динамически подобных свободно летающих моделей. Для повышения эффективности применено одновременное возбуждение всех входных каналов в заданной полосе частот набором взаимно ортогональных сигналов. Представлена модифицированная методика расчёта набора взаимно ортогональных синусоидальных сигналов с малым относительным пик-фактором. Приведены результаты моделирования в среде MATLAB/Simulink движения летательного аппарата с использованием разработанной методики построения тестовых сигналов.

Страницы: 59-65
DOI: 10.15372/AUT20170407

8. Нос О. В. Построение алгоритма синхронизации трёхфазных напряжений автономного инвертора и сети

Аннотация:
Представлены результаты синтеза контура совместной автоподстройки угловых сдвигов (скорости) и евклидовой нормы трёхфазных напряжений автономного инвертора к аналогичным параметрам сети, в функции которого входит выравнивание потенциалов двух параллельно включённых силовых источников по основной гармонике в моменты переключения обмоток статора асинхронного двигателя переменного тока от преобразовательного устройства на централизованную систему электроснабжения и обратно. Техническая реализация разработанного алгоритма синхронизации позволит существенно снизить величину индуктивности уравнительного реактора и исключить аварийные режимы работы в силовых цепях электропривода.

Страницы: 66-73
DOI: 10.15372/AUT20170408

9. Чостковский Б. К., Митрошин В. Н. Автоматизация процесса экструзии пористой кабельной продукции на основе цифрового регулятора

Аннотация:
Рассматривается новый подход к синтезу автоматизированной системы контроля и управления технологическим процессом наложения пористой изоляции на токопроводящую кабельную жилу, предполагающий вместо расчёта типовых ПИД-регуляторов по известным методикам переход к структурно и параметрически оптимизируемым цифровым регуляторам произвольного порядка. Тактирование цифрового регулятора предлагается осуществлять не сигналом таймера, а сигналом тактового датчика длины с мерного колеса, что обеспечивает робастные свойства системы по отношению к изменяющейся скорости изолирования. Настройки цифровых регуляторов по критерию, определяемому исходя из необходимости гарантированного достижения эксплуатационных характеристик изготавливаемого кабеля, определяются на имитационной модели стохастического процесса экструзии и минимизируются путём перемещения регулярного симплекса в пространстве параметров настраиваемого регулятора.

Страницы: 74-83
DOI: 10.15372/AUT20170409

10. Ходашинский И. А., Филимоненко И. В., Сарин К. С. Алгоритмы «стадо криля» и кусочно-линейной инициализации для построения систем типа Такаги – Сугено

Аннотация:
Предложен метод построения нечётких систем типа Такаги – Сугено, генерация структуры которых осуществляется алгоритмом кусочно-линейной инициализации, а оптимизация параметров – метаэвристическим алгоритмом «стадо криля». Проведены тесты полученных систем на реальных наборах данных. Приведён анализ влияния некоторых параметров этого алгоритма на точность аппроксимации. Оценки точности аппроксимации и количество нечётких правил сравнивались с четырьмя известными методами построения.

Страницы: 84-94
DOI: 10.15372/AUT20170410

11. Миловзоров Д. Г., Ясовеев В. Х. Математическое моделирование градиентометрических преобразователей с феррозондовыми датчиками

Аннотация:
Рассмотрены вопросы построения градиентометрических преобразователей с феррозондовыми датчиками. Определены области применения феррозондовых градиентометров магнитного поля. Представлены структура и схема взаимного расположения биэлементного преобразователя с феррозондовыми датчиками. Принято допущение о строго соосном позиционировании феррозондовых датчиков в корпусе градиентометрического преобразователя (ГМП). Рассмотрены элементы классического подхода при математическом моделировании пространственного положения твёрдых тел. Приведены базисы корпуса ГМП и их преобразования во время пространственного перемещения градиентометра. Выполнена постановка задач математического моделирования градиентометрических преобразователей, разработаны базовые математические модели ГМП с биэлементным феррозондовым датчиком, осуществлён анализ полученных математических моделей. Проведён вычислительный эксперимент на ЭВМ. Показаны графические изменения разностных сигналов с феррозондовых датчиков градиентометра при вертикальном и горизонтальном положениях его корпуса в зависимости от изменения величины и направления вектора напряжённости геомагнитного поля.

Страницы: 95-103
DOI: 10.15372/AUT20170411

12. Боровик С. Ю., Кутейникова М. М., Секисов Ю. Н., Скобелев О. П. Анализ влияния температуры на информативные параметры одновитковых вихретоковых датчиков

Аннотация:
Исследуется влияние температуры в проточной части турбины на информативные параметры (эквивалентные индуктивности первичных обмоток согласующих трансформаторов) одновитковых вихретоковых датчиков с чувствительным элементом в виде отрезка проводника, применяемых в составе систем автоматизации испытаний газотурбинных двигателей. При этом объектами температурных воздействий являются как датчики, так и контролируемые турбинные лопатки. С помощью существующей модели электромагнитного взаимодействия чувствительного элемента и торцевой части контролируемой лопатки даются количественные оценки температурных изменений эквивалентных индуктивностей чувствительных элементов и первичных обмоток согласующих трансформаторов, а в процессе экспериментальных исследований температурных воздействий на датчик (при отсутствии лопатки в зоне чувствительности) – соответствующих изменений его информативного параметра. Представлены семейства функций преобразования в виде зависимостей информативных параметров от радиальных и осевых смещений при нормальной (20 °C) и номинальной (1000 °C) температурах, а по их разности определяются семейства функций влияния температуры, характеризующие возможные температурные погрешности при любых значениях радиальных и осевых смещений в диапазонах их изменений.

Страницы: 104-111
DOI: 10.15372/AUT20170412

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

13. Воскобойников Ю. Е. Оценивание оптимальных параметров мультипликативного алгоритма вейвлет-фильтрации изображений

Аннотация:
В большинстве используемых алгоритмов вейвлет-фильтрации коэффициенты разложения обрабатываются с использованием пороговых функций, что не позволяет учитывать «энергетическую» особенность каждого коэффициента разложения. В определённой степени этот недостаток устраняется в одном классе мультипликативных алгоритмов, которые учитывают энергию коэффициентов разложения, находящихся в заданной близости от обрабатываемого коэффициента разложения. Однако для эффективной минимизации ошибок вейвлет-фильтрации изображений в данные алгоритмы обработки необходимо ввести параметр, выбор оптимальной величины которого остаётся нерешённой задачей. Поэтому решается задача оценивания оптимальной величины такого параметра, минимизирующего среднеквадратическую ошибку фильтрации. Выполненные исследования показали эффективность предлагаемого алгоритма оценивания и возможность его использования на практике.

Страницы: 112-119
DOI: 10.15372/AUT20170413

14. Шакенов А. К., Будеев Д. Е. Фильтрация изображений малоразмерных объектов в системах с круговым микросканированием

Аннотация:
Рассмотрена модель регистрации изображений, получаемых в режиме кругового микросканирования. Для обнаружения объектов на слабом фоне при использовании системы регистрации изображений, основанной на круговом сканировании, предложен подход к фильтрации изображений. Использован расчёт матрицы ковариации шумов по данным, полученным методом численного моделирования. Рассчитанная матрица используется при построении фильтра. Показано, что применённый подход позволяет увеличить отношение сигнал/шум при обработке изображений со слабой фоновой составляющей.

Страницы: 120-126
DOI: 10.15372/AUT20170414

15. Батищев В. И., Волков И. И., Золин А. Г. Использование стохастического базиса в задачах восстановления сигналов и изображений

Аннотация:
Рассмотрены вопросы построения базиса стохастических функций, представляющих собой выборки случайных чисел с заданным законом распределения. Представлен алгоритм построения аппроксимационной модели с использованием этого базиса. Дан общий алгоритм восстановления сигналов с помощью стохастического базиса методом наименьших квадратов с заданной весовой функцией. Предложен подход к решению задачи восстановления смазанных изображений при известной функции рассеяния точки путём построения модели обратного фильтра.

Страницы: 127-134
DOI: 10.15372/AUT20170415

Том 53 № 5 2017 (СЕНТЯБРЬ – ОКТЯБРЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

ДИФРАКЦИОННАЯ ОПТИКА

1. Антонов А. И., Грейсух Г. И., Ежов Е. Г., Степанов С. А. Дифракционные элементы для изображающих оптических систем

Аннотация: 
Проанализированы проблемы и возможности использования дифракционных элементов с пилообразной рельефно-фазовой микроструктурой в изображающих оптических системах. Особое внимание обращено на минимизацию негативного влияния побочных дифракционных порядков на качество изображения, формируемого оптической системой с дифракционным элементом за счёт перехода от однослойных микроструктур к структурам, содержащим несколько слоёв и рельефов. Сформулированы требования к конструктивным параметрам микроструктуры и условиям работы дифракционного элемента в составе оптической системы, обеспечивающие отсутствие визуально наблюдаемого гало, обусловленного побочными дифракционными порядками. На ряде примеров показано, что включение дифракционного элемента в пластмассово-линзовую изображающую оптическую систему позволяет скорректировать хроматизм и обеспечить высокое разрешение в формируемом изображении.

Страницы: 4-16
DOI: 10.15372/AUT20170501

2. Ленкова Г. А. Особенности оптических поверхностей мультифокальных дифракционно-рефракционных хрусталиков глаза

Аннотация: 
Рассмотрены особенности форм поверхностных структур мультифокальных искусственных хрусталиков глаза – интраокулярных линз (ИОЛ), которые в отличие от бифокальных ИОЛ формируют дополнительные фокусы или увеличивают глубину фокуса, что позволяет хорошо видеть не только вблизи и вдаль, но и на промежуточном расстоянии. Расширение области чёткого зрения достигается на основе явлений дифракции, интерференции и рефракции  (изменении радиуса кривизны поверхности линзы). Приведены оптические характеристики наиболее известных мультифокальных ИОЛ (трифокальных, квадрофокальных и с расширенной фокальной областью).

Страницы: 17-29
DOI:10.15372/AUT20170502

3. Искаков И. А. Технологии производства мультифокальных дифракционно-рефракционных интраокулярных линз

Аннотация: 
Представлены способы изготовления и конструктивные особенности современных дифракционно-рефракционных интраокулярных линз. Мультифокальные интраокулярные линзы являются наиболее оптимальным способом восстановления утраченной аккомодативной функции после удаления хрусталика. Дифракционно-рефракционные интраокулярные линзы занимают наибольший объём среди имплантируемых мультифокальных линз во всём мире. Существующие способы изготовления таких линз позволяют реализовать различные конструктивные решения для достижения наилучших показателей зрения после операции. Многообразие современных конструкций дифракционно-рефракционных интраокулярных линз отражает востребованность этого способа коррекции зрения в клинической практике, актуальность дальнейших прикладных исследований и поиска новых технологических решений для создания более совершенных моделей линз.

Страницы: 30-39
DOI:10.15372/AUT20170503

4. Завьялов П. С., Карлин В. Э., Кравченко М. С., Финогенов Л. В., Хакимов Д. Р. Применение дифракционных элементов для повышения производительности систем контроля цилиндрических поверхностей

Аннотация:
Рассматривается усовершенствованный метод структурного освещения для повышения производительности контроля внешнего вида поверхности цилиндрических объектов. Суть метода заключается в сокращении объёма регистрируемой информации благодаря формированию освещения с помощью дифракционного оптического элемента под углом к плоскости регистрации изображения, перпендикулярной контролируемой поверхности. Реализация предлагаемого метода предполагает использование нескольких идентичных измерительных каналов. Ввиду этого нами рассмотрен один канал. Приведены расчёты дифракционных элементов, описание экспериментальной установки, результаты экспериментов по определению глубины дефектов на поверхности имитаторов топливных таблеток и тепловыделяющих элементов. Реализация исследованного метода контроля внешнего вида с определением глубины дефектов в промышленных системах контроля топливных таблеток и тепловыделяющих элементов позволит повысить качество выпускаемого топлива для атомных электростанций.

Страницы: 40-47
DOI:10.15372/AUT20170504

5. Бессмельцев В. П., Завьялов П. С., Корольков В. П., Насыров Р. К., Терентьев В. С. Дифракционный фокусирующий мультипликатор для параллельного многоканального секвенатора

Аннотация:
Рассмотрены вопросы создания и применения для задач ДНК-секвенирования и микроскопии дифракционных оптических элементов, формирующих из одного лазерного пучка с малой расходимостью матрицу сходящихся пучков с дифракционным размером сфокусированных пятен в плоскости освещения объекта. Расчёт и оптимизация параметров элементов выполнялись в приближении теории дифракции Френеля – Кирхгофа. Дифракционные элементы изготавливались методом прямой лазерной записи на фоторезисте с помощью круговой лазерной записывающей системы. Представлены экспериментальные характеристики дифракционного элемента, создающего матрицу размера 33 × 33 пучка, которые фокусируются на расстоянии 210 мм в одной плоскости. Степень неоднородности интенсивностей пучков, определяемая отношением интенсивностей пучков в центральной области к интенсивностям периферийных пучков, составляет 1/2,5, что потенциально достаточно для использования в задачах ДНК-секвенирования. При этом величина максимальных дисторсионных искажений положений пятен на всём поле области фокусировки < 0,15 %.

Страницы: 48-56
DOI:10.15372/AUT20170505

6. Миронников Н. Г., Корольков В. П., Деревянко Д. И., Шелковников В. В. Исследование оптических методов формирования многоуровневого микрорельефа в тонких плёнках гибридного фотополимерного материала на основе тиол-силоксановых и акрилатных олигомеров

Аннотация:
Исследованы оптические методы формирования многоуровневого микрорельефа в слоях гибридного фотополимерного материала Гибример-ТАТС на основе тиол-силоксановых и акрилатных олигомеров. Методами полутоновой фотолитографии и прямой лазерной записи сформированы многоуровневые структуры высотой 3,5 и 6 мкм соответственно. Определены характеристические кривые и фоточувствительность материала. Оптимизирован процесс приготовления и обработки плёнок, при этом обнаружено, что добавление этапов пред- и постэкспозиции существенно влияет на фоточувствительные свойства Гибример-ТАТС. Фотополимер перспективен как конструкционный материал для формирования микроструктурированных оптических компонентов.

Страницы: 57-65
DOI:10.15372/AUT20170506

7. Вейко В. П., Корольков В. П., Полещук А. Г., Синев Д. А., Шахно Е. А. Лазерные технологии в микрооптике. Ч. 1. Изготовление дифракционных оптических элементов и фотошаблонов с амплитудным пропусканием

Аннотация:
Представлен обзор исследований, выполненных коллективами Университета информационных технологий, механики и оптики (Санкт-Петербург) и Института автоматики и электрометрии Сибирского отделения РАН (г. Новосибирск) в области разработки лазерных технологических процессов для формирования структуры дифракционных оптических элементов (ДОЭ) и фотошаблонов с амплитудным бинарным и полутоновым пропусканием. Приведены результаты исследований лазерной термохимической технологии изготовления хромовых ДОЭ, технологий изготовления полутоновых ДОЭ и фотошаблонов на основе применения аморфного кремния и LDW-стекла.

Страницы: 66-77
DOI:10.15372/AUT20170507

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

8. Казанский Н. Л., Хонина С. Н. Анализ эффектов непараксиальности в линзаконных оптических системах

Аннотация:
Выполнен краткий анализ работ, посвящённых исследованию непараксиальных эффектов, возникающих при использовании линзакона, предложенного В. П. Коронкевичем с соавторами в 1993 году, а также его аналогов в существенно непараксиальном режиме. В этом случае необходим учёт векторного характера электромагнитного излучения, позволяющий обнаружить новые эффекты, что, в свою очередь, даёт дополнительный импульс к расширению спектра приложений линзакона.

Страницы: 78-89
DOI:10.15372/AUT20170508

9. Чугуй Ю. В. Фурье-оптика трёхмерных объектов  постоянной толщины на основе дифракционных моделей

Аннотация:
Обобщены результаты исследований дифракционных явлений на 3D-объектах постоянной толщины с плоскими внутренними поверхностями (толстых пластинах) на основе разработанной нами конструктивной теории их расчёта применительно к размерному контролю. Она базируется на дифракционных моделях 3D-объектов с использованием эквивалентных диафрагм (распределений), что позволяет эффективно применять приближение Кирхгофа – Френеля. Данный подход в отличие от известных строгих и приближённых не требует громоздких вычислений, нагляден и достаточно точен для инженерных применений. Установлено, что фундаментальным дифракционным параметром для 3D-объектов постоянной толщины d является критический угол дифракции qкр = √l/d, при котором влияние объёмности на спектр 3D-объекта становится ощутимым. Приведены результаты расчёта дифракционных картин Фраунгофера (спектров) и изображений 3D-объектов постоянной толщины с абсолютно поглощающими, абсолютно отражающими и серыми внутренними гранями. Показано, что выбором конфигурации освещающей 3D-объект волны (плоские нормальные и наклонные, сферические) можно производить селекцию его фрагментов.

Страницы: 90-105
DOI:10.15372/AUT20170509

10. Седухин А. Г. Исследование энергетических характеристик предельно сфокусированных игольчатых пучков с продольной поляризацией

Аннотация: 
Проведён сравнительный анализ пространственных вариаций энергетических характеристик предельно сфокусированных игольчатых лазерных пучков с продольной поляризацией, генерируемых оптической системой с селективным тонкоплёночным преобразованием линейной поляризации пучков в радиальную, а также их последующей пространственной фильтрацией и острой кольцевой фокусировкой до субволновых размеров. Для важного частного случая идеальной радиальной поляризации фокусируемого пучка путём численного моделирования проведено сравнение продольных срезов пространственных распределений плотности электрической энергии и модуля вектора Пойнтинга в окрестности фокуса. Показано, что степень их различия существенно возрастает с уменьшением угловой зоны кольцевой фокусировки и введением пространственно-частотной фильтрации. Установлено, что размеры осевой зоны фокусировки пучков, определённые для их центральных лепестков, в первом приближении не зависят от того, в каких энергетических характеристиках они измерены.

Страницы: 106-115
DOI:10.15372/AUT20170510

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ПРИБОРЫ

11. Насыров Р. К., Полещук А. Г. Изготовление и сертификация дифракционного корректора для контроля формы поверхности главного зеркала диаметром 6 м Большого телескопа азимутального РАН

Аннотация: 
Разработаны и изготовлены дифракционные корректор и имитатор для интерферометрического контроля формы поверхности шестиметрового главного зеркала Большого телескопа азимутального РАН. Исследовано влияние погрешностей изготовления и юстировки на качество измерительного волнового фронта. Проведён контроль корректора с помощью внеосевого дифракционного имитатора, работающего в режиме отражения. Измеренная погрешность составила менее 0,0138l (RMS).

Страницы: 116-123
DOI:10.15372/AUT20170511

12. Насыров Р. К., Полещук А. Г., Сокольский М. Н., Трегуб В. П. Интерферометрический метод контроля качества сборки оптической системы с эксцентрично расположенной асферической линзой

Аннотация: 
Предложен интерферометрический метод контроля качества сборки трёхлинзового блока со смещённой асферической линзой нецентрированной девятикомпонентной оптической системы авиационного нашлемного широкоугольного дисплейного коллиматора. Показано, что такой метод юстировки позволяет установить оптические компоненты, в том числе эксцентрично расположенную асферическую линзу, с погрешностью единицы микрон. Метод является бесконтактным и даёт возможность контролировать положение линз внутри корпуса прибора.

Страницы: 124-130
DOI:10.15372/AUT20170512

13. Вишняков Г. Н., Левин Г. Г., Минаев В. Л. Автоматизированные интерференционные приборы ВНИИОФИ

Аннотация:
Дан обзор современной аппаратуры для автоматизированных интерференционных измерений, разработанной во ФГУП «ВНИИОФИ». Представлены три типа интерференционных микроскопов, основанных на схемах интерферометра Линника, Тваймана – Грина и Физо с использованием метода фазовых шагов.

Страницы: 131-138
DOI:10.15372/AUT20170513


Том 53 № 6 2017 (НОЯБРЬ – ДЕКАБРЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

МОДЕЛИРОВАНИЕ В ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

1. Семенов З. В., Лабусов В. А. Исследование погрешностей непрямого спектрального контроля толщин слоёв многослойных оптических покрытий путём компьютерного моделирования

Аннотация:
Представлены результаты исследования погрешности способа непрямого контроля, основанного на измерении спектров отражения в широкой спектральной области от дополнительных контрольных подложек, путём математического моделирования. Для проведения моделирования разработано программное обеспечение Deposition Control Simulator, позволяющее оценить влияние на случайную и систематическую погрешности измерения толщины наносимого слоя параметров системы контроля: шума линейки фотодетекторов, рабочего спектрального диапазона спектрометра и погрешности его градуировки по длинам волн, дрейфа интенсивности источника излучения, а также погрешности показателя преломления наносимых материалов. Для численного решения прямой и обратной задач многослойных покрытий использовалась библиотека OptiReOpt. Приведены зависимости случайной и систематической погрешностей измерения толщины наносимого слоя от его толщины при различных значениях параметров системы контроля. Даны рекомендации по применению способа непрямого контроля в целях снижения погрешности измерения толщины наносимого слоя.

Страницы: 3-14
DOI: 10.15372/AUT20170601

2. Кирьянов В. П., Никитин В. Г. Моделирование процесса формирования отвесных участков кусочно-непрерывного профиля при одностадийной технологии записи ДОЭ наклонными лазерными пучками

Аннотация:
Представлены результаты моделирования важнейшей составляющей одностадийной технологии записи киноформных линз в толстых слоях фоторезистов с повышенной дифракционной эффективностью, реализуемой за счёт формирования обратных скатов зон Френеля с крутизной до 90º с помощью наклонных лазерных пучков. Показано, что подобная методика записи объёмных структур в фоторезистах с малым контрастом (k = 3) позволяет существенно увеличить крутизну обратных скатов зон, а в фоторезистах со средним контрастом (k = 10) – формировать практически отвесные скаты.

Страницы: 15-22
DOI: 10.15372/AUT20170602

3. Сорокин В. А. Определение зеемановских сдвигов спектральных структур в неоднородном магнитном поле

Аннотация:
Рассмотрены закономерности изменения наблюдаемого сдвига спектральных структур, обусловленных эффектом Зеемана в пространственно неоднородном магнитном поле. Оказалось, что этот сдвиг может варьироваться при изменении ширины спектральных структур, их формы, методики и условий регистрации. Предложен способ учёта неоднородности магнитного поля для оптически тонких и толстых сред.

Страницы: 23-32
DOI: 10.15372/AUT20170603

4. Бусурин В. И., Фам А. Т., Жеглов М. А., Медведев В. М. Трёхосевой микрооптоэлектромеханический преобразователь угловых скоростей на основе оптического туннельного эффекта

Аннотация:
Разработана модель трёхосевого микрооптоэлектромеханического (МОЭМ) преобразователя угловых скоростей, построенная на основе оптического туннельного эффекта. Определена функция преобразования и оценено влияние дестабилизирующих факторов на характеристики трёхосевого МОЭМ-преобразователя угловых скоростей. Рассчитан его динамический диапазон на основе оптического туннельного эффекта.

Страницы: 33-41
DOI: 10.15372/AUT20170604

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

5. Громилин Г. И., Косых В. П., Козлов К. В., Васильев В. Н. Оценивание параметров юстировки сканирующего устройства с многорядным фотоприёмником

Аннотация:
Сканирующие приборы на основе многорядных фотоприёмников, обеспечивающие повышенное разрешение, предъявляют значительно более жёсткие требования к юстировке, чем приборы с однорядными приёмниками. Предложен новый способ измерения и оценивания скорости сканирования и угла ориентации многорядного фотоприёмника относительно направления сканирования – параметров, наиболее существенно влияющих на качество формируемого дискретного изображения. Способ основан на анализе изображения простого тест-объекта – оптической щели. Рассмотрен алгоритм оценивания этих параметров, обеспечивающий высокую точность оценок при достаточно слабых требованиях к качеству изображения тест-объекта. Точность оценок рассчитана аналитически и подтверждена посредством имитационного моделирования.

Страницы: 42-48
DOI: 10.15372/AUT20170605

6. Морозов Ю. В., Спектор А. А. Классификация объектов на основе анализа спектральных характеристик огибающих сейсмических сигналов

Аннотация:
Предложен метод классификации движущихся объектов, производящих сейсмическое воздействие на поверхность грунта, основанный на статистическом анализе огибающих принятых сигналов. В качестве признаков классификации используются значения компонент амплитудного спектра огибающих, получаемых на основе преобразований Гильберта и Фурье. Для ансамбля объектов четырёх классов (человек, группа людей, крупное животное, автомобиль) приводятся примеры, иллюстрирующие статистические свойства спектров и работу сейсмического классификатора. Показано, что вычислительные процедуры по обработке сейсмических сигналов достаточно просты и это позволяет их использовать в системах реального времени при умеренных требованиях к ресурсам вычислительных средств.

Страницы: 49-56
DOI: 10.15372/AUT20170606

7. Титков В. В., Панин С. В., Любутин П. С., Чемезов В. О. Исследование эффективности применения билатерального фильтра в задачах вычисления оптического потока

Аннотация:
Предложено использование весовых коэффициентов билатерального фильтра для расчёта меры подобия участков изображений в алгоритмах вычисления оптического потока. Исследована эффективность применения данной меры подобия на примере алгоритма трёхмерного рекурсивного поиска. Для вычисления оптического потока с субпиксельной точностью с помощью алгоритма Лукаса – Канаде использованы весовые коэффициенты. На примере обработки различных типов изображений показана возможность снижения ошибки определения оптического потока с помощью предложенных подходов. Представлен и исследован способ выбора параметров весовых функций билатерального фильтра.

Страницы: 57-66
DOI: 10.15372/AUT20170607

8. Кочегурова Е. А., Кочегуров А. И., Рожкова Н. Е. Частотный анализ рекуррентных вариационных P-сплайнов

Аннотация:
Получены частотные характеристики процедуры сплайн-сглаживания информации, поступающей в режиме реального времени. Рекуррентный сплайн исследован с позиции теории линейных динамических систем. Рассмотрены вопросы оценки качества и устойчивости рекурсивного сплайн-фильтра. Выявленные при частотном анализе закономерности сплайн-преобразования подтверждены показателями качества сглаживания во временнóй области.

Страницы: 67-76
DOI: 10.15372/AUT20170608

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

9. Барамия Д. А., Дьяков М. С., Кузиковский С. А., Лаврентьев М. М. Система одновременной локализации и построения карты на основе подхода CoreSLAM

Аннотация:
Предложен новый метод замыкания циклов, основанный на хранении локальных карт препятствий, для сокращения накопленной ошибки локализации. Преимущество нового метода в сравнении с ранее предложенным заключается в уменьшении расхода оперативной памяти. Представлены результаты тестирования разработанной системы и сравнения с аналогами.

Страницы: 77-82
DOI: 10.15372/AUT20170609

10. Булычев Ю. Г., Чепель Е. Н. Квазиоптимальный метод решения задачи триангуляции в условиях априорной неопределённости

Аннотация:
Предложен новый метод оценивания местоположения излучающей цели для случая существенной априорной неопределённости относительно условий функционирования триангуляционной измерительной системы. Приведены результаты сравнительного анализа и практические рекомендации по применению метода.

Страницы: 83-91
DOI: 10.15372/AUT20170610

НАНОТЕХНОЛОГИИ В ОПТИКЕ И ЭЛЕКТРОНИКЕ

11. Анцыгин В. Д., Мамрашев А. А. Диэлектрические и оптические свойства плёнок ниобата бария-стронция в области 0,2–1,3 ТГц

Аннотация:
Знание оптических и диэлектрических свойств плёнок сегнетоэлектриков, в частности ниобата бария-стронция, в терагерцовой области спектра необходимо для разработки и создания на их основе активных элементов и структур для регистрации и управления терагерцовым излучением. Исследования свойств плёнок ниобата бария-стронция состава x = 0,5, выращенных на ориентированных сапфировых подложках с нанесённым на них электродом, выполнены методом импульсной широкополосной терагерцовой спектроскопии в области 0,2–1,3 ТГц. Установлено, что плёнки ниобата бария-стронция могут быть использованы для создания устройств управления и регистрации терагерцового излучения.

Страницы: 92-96
DOI: 10.15372/AUT20170611

12.  Сидоров Г. Ю., Швец В. А., Сидоров Ю. Г., Варавин В. С. Динамика роста собственного окисла CdxHg1 – xTe

Аннотация:
Методами лазерной и спектральной эллипсометрии исследован рост собственного окисла CdxHg1 – xTe (КРТ). Установлено, что окисление КРТ парами перекиси водорода с самого начала приводит к образованию непоглощающей плёнки оксидов, тогда как при окислении атмосферным кислородом на первых стадиях на поверхности формируются поглощающие слои. После достижения толщины окисла 1–2 нм скорость окисления резко замедляется. Прогревы образцов КРТ при T = 200 ºС, которые перед этим длительно (годами) экспонировались на воздухе при комнатной температуре, приводят к уменьшению оптической толщины окисла.

Страницы: 97-105
DOI: 10.15372/AUT20170612

13. Паханов Н. А., Пчеляков О. П., Владимиров В. М. Сверхтонкие солнечные элементы на гетероструктурах AIIIBV/Ge

Аннотация:
Проведён сравнительный анализ перспектив создания супертонких, лёгких и высокоэффективных солнечных элементов на гетероструктурах AIIIBV/InGaAs и AIIIBV/Ge. Обсуждаются технологические проблемы и перспективы каждого варианта. Предложен метод утонения гетероструктур AIIIBV/Ge с помощью эффективного временного технологического носителя, который позволяет проводить процесс практически без риска разрушения гетероструктуры, утонять Ge-каскад до нескольких десятков (даже единиц) микрон и существенно увеличить процент выхода годных приборов, а также удобно и надёжно переносить утонённые солнечные элементы на произвольную лёгкую и гибкую подложку. Такая технология открывает возможность создания высокоэффективных тонких и лёгких солнечных элементов для космических аппаратов на массово производимых в настоящее время гетероструктурах AIIIBV/Ge.

Страницы: 106-110
DOI: 10.15372/AUT20170613

14. Азаров И. А., Швец В. А., Дулин С. А., Михайлов Н. Н., Дворецкий С. А., Икусов Д. Г., Ужаков И. Н., Рыхлицкий С. В. Поляризационная пирометрия слоистых полупроводниковых структур в условиях низкотемпературных технологических процессов

Аннотация:
Рассмотрены принципиальные вопросы применения метода пирометрии для контроля температуры при низкотемпературных процессах в технологии производства полупроводниковых структур на примере выращивания слоёв кадмий–ртуть–теллур на подложке GaAs методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Предложены оптическая и теплофизическая модели, описывающие процессы лучистого теплообмена в вакуумной камере. На основе этих моделей показано, что при интерпретации измеренных данных пирометра необходимо учитывать излучение от нагревателя, а также отражённый от стенок камеры сигнал, которые сравнимы по величине с измеряемым излучением от образца. Найдены способы выделения полезного сигнала. Проведены эксперименты по измерению температуры пирометром, установленным на технологической камере роста КРТ, показавшие хорошее согласование с теоретическими расчётами.

Страницы: 111-120
DOI: 10.15372/AUT20170614