radioprom042019 by nickolportnov

ISSN 2413–9599 (Print) ISSN 2541–870Х (Online)

Том 29, № 4, 2019

RADIO INDUSTRY (Russia) Vol. 29, no. 4, 2019

Реклaма

АО «ЦНИИ «Электроника» ISSN 2413–9599 (Print) ISSN 2541–870Х (Online)

НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ

ИЗДАЕТСЯ С 1991 ГОДА

Т. 29, № 4. 2019

Научный журнал «Радиопромышленность» публикует научные материалы по теоретическим и прикладным разработкам в радиопромышленности. В журнале публикуются материалы по приборостроению, метрологии, информационноизмерительным приборам и системам, радиолокации и радионавигации, радиотехнике и связи, информатике, вычислительной технике и управлению, организации и управлению предприятиями оборонно-промышленного комплекса. Журнал выходит ежеквартально.

Учредитель и издатель АО «ЦНИИ «Электроника» Генеральный директор, главный редактор Алёна Фомина instel@instel.ru +7 (495) 940-65-00 Руководитель издательского отдела Полина Корсунская korsunskaya_p@instel.ru +7 (495) 940-65-24

Журнал осуществляет научное рецензирование («двустороннее слепое») всех поступающих в редакцию материалов с целью экспертной оценки. Все рецензенты являются признанными специалистами по тематике рецензируемых материалов. Рецензии хранятся в издательстве и редакции в течение 5 лет. Редакция проверяет присланные материалы на заимствования и плагиат. Редакция направляет авторам представленных материалов копии рецензий или мотивированный отказ. Редакция оставляет за собой право не вступать в переписку с авторами статей, получившими мотивированный отказ в публикации. Материалы, переданные в редакцию, не возвращаются.

Выпускающий редактор Елена Басова redaktor@instel.ru +7 (495) 940-65-24

Журнал придерживается стандартов редакционной этики в соответствии с международной практикой редактирования, рецензирования, изданий и авторства научных публикаций и рекомендациями Комитета по этике научных публикаций. Точка зрения редакции может не совпадать с мнением авторов.

Распространение и подписка Вероника Филиппова filippova_v@instel.ru +7 (495) 940-65-46

Журнал зарегистрирован в Федеральной службе по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия (свидетельство ПИ № ФС77-41699 от 20 августа 2010 года). Журнал входит в Перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук (Перечень ВАК). Журнал индексируется и архивируется в Российском индексе научного цитирования (РИНЦ), РГБ, EBSCO, Directory of Open Access Journals (DOAJ). Журнал является членом Ассоциации научных редакторов и издателей (АНРИ) и CrossRef. Рукописи печатаются бесплатно. Требования к оформлению статей размещены на сайте www.radioprom.org.

Реклама Михаил Фельдман feldman_m@instel.ru +7 (495) 940-65-24

Корректор Анастасия Каршакевич Компьютерная верстка Григорий Арифулин Адрес редакции 127299, г. Москва, ул. Космонавта Волкова, д. 12 +7 (495) 940-65-00 www.instel.ru instel@instel.ru Подписка В редакции publish@instel.ru +7 (495) 940-65-46

Ответственность за наличие в присланных материалах данных, не подлежащих открытой публикации, несут авторы. Ответственность за содержание рекламных материалов несут рекламодатели.

Агентство «Роспечать» Индекс 25885 (каталог «Газеты. Журналы») Индекс 59982 (каталог «Научно-технические издания»)

При перепечатке материалов ссылка на журнал «Радиопромышленность» обязательна. Полное или частичное воспроизведение в СМИ материалов, опубликованных в журнале, допускается только с разрешения редакции.

Агентство «Урал-Пресс» www.ural-press.ru +7 (495) 961-23-62

Материалы журнала доступны по лицензии Creative Commons “Attribution” («Атрибуция») 4.0 Всемирная

Подписано в печать 25.11.2019. Отпечатано в ООО «Типография «Миттель Пресс».

CRI Electronics ISSN 2413–9599 (Print) ISSN 2541–870Х (Online)

RADIO INDUSTRY (RUSSIA) (Radiopromyshlennost)

SCIENTIFIC JOURNAL

PUBLISHED FROM 1991

«Radio industry (Russia)» publishes scientific materials on theoretical and applied developments in radio industry. The journal welcomes materials exploring the following problems: instrumentation, metrology, information-measuring devices and systems, radiolocation and radio navigation, radio engineering and communications, computer science, computer technology and management, organization and management of enterprises of the military-industrial complex.

The journal is published quarterly.

For complex expert evaluation all manuscripts undergo «double-blind» review.

All reviewers are acknowledged experts in areas they are responsible for. Reviews are stored in the publishing house and publishing office during 5 years. Editorial staff checks all incoming manuscripts on plagiarism. Editorial staff sends to the authors of the submitted materials copies of reviews or a substantiated refusal. Editorial staff does not correspond with authors, whose articles are considered unsuitable for the publication. Manuscripts sent to the editor will not be returned.

The journal is registered in Russian Index of Scientific Citations and submits information about the published articles to Russian Index of Scientific Citations. The opinions expressed by authors in the journal do not necessarily reflect those of the Editorial Staff.

The journal is registered at the Federal Service for Compliance with the Law in Mass Communications and Cultural Heritage Protection (Certificate PI № FS77-41699 of August 20th, 2010).

The journal is listed in the catalogue of peer-reviewed academic journals and publications for publishing of principal scientific findings of dissertations. The journal is indexed and archived by Russian Index of Scientific Citations, Russian State Library (RSL), EBSCO, Directory of Open Access Journals (DOAJ). The journal is a member of CrossRef and ASEP.

Manuscripts are published free of charge. Requirements for articles are available on the website www.radioprom.org.

Authors are responsible for classified information in their articles. Advertisers are responsible for the content of advertisements.

Vol. 29, no. 4. 2019 Founder and publisher Central Research Institute of Economy, Management Systems and Information «Electronics» General director, Editor in Chief Alena Fomina instel@instel.ru +7 (495) 940-65-00 Head of publish department Polina Korsunskaya korsunskaya_p@instel.ru +7 (495) 940-65-24 Managing editor Elena Basova redaktor@instel.ru +7 (495) 940-65-24 Advertising Mikhail Feldman feldman_m@instel.ru +7 (495) 940-65-24 Distribution and subscribtion Veronika Filippova filippova_v@instel.ru +7 (495) 940-65-46 Proofreader Anastasia Karshakevich Design Grigory Arifulin Editorial office 127299, Moscow, Kosmonavta Volkova st., 12 +7 (495) 940-65-00 www.instel.ru instel@instel.ru Subscribtion publish@instel.ru +7 (495) 940-65-46 Signed to print 25.11.2019.

All the materials of the «Radio industry (Russia)» journal are available under Creative Commons «Attribution» 4.0 license

Printed in Mittel Press.

АО «ЦНИИ «Электроника» ISSN 2413–9599 (Print) ISSN 2541–870Х (Online)

НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ

ИЗДАЕТСЯ С 1991 ГОДА

Т. 29, № 4. 2019

ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Фомина Алёна Владимировна – доктор экономических наук, доцент, член-корреспондент Академии военных наук, генеральный директор АО «ЦНИИ «Электроника», ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5853-0309, instel@instel.ru (Москва, Россия) РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Агеев Александр Иванович – доктор экономических наук, профессор, эксперт РАН, генеральный директор Института экономических стратегий РАН и Международного научно-исследовательского института проблем управления, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2826-2702, ines@inesnet.ru (Москва, Россия) Анцев Георгий Владимирович – кандидат технических наук, доцент, генеральный директор – генеральный конструктор АО «НПП «Радар ммс», radar@radar-mms.com (Санкт-Петербург, Россия) Балашов Виктор Михайлович – доктор технических наук, профессор, заместитель генерального конструктора по программноцелевому развитию АО «НПП «Радар ммс», ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4642-5701, balashov_vm@radar-mms.com (Санкт-Петербург, Россия) Батьковский Александр Михайлович – доктор экономических наук, советник генерального директора АО «ЦНИИ «Электроника», ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5145-5748, batkovskiy_a@instel.ru (Москва, Россия) Белоус Анатолий Иванович – доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, заместитель генерального директора по науке и маркетингу ОАО «ИНТЕГРАЛ», office@integral.by (Минск, Республика Беларусь) Богословский Сергей Владимирович – доктор технических наук, профессор, заместитель директора научно-производственного комплекса «Микроэлектроники, микросистемотехники и нанотехнологий» АО «НПП «Радар ммс», radar@radar-mms.com (Санкт-Петербург, Россия) Бутаев Михаил Матвеевич – доктор технических наук, профессор, ученый секретарь АО «НПП «Рубин», mail@npp-rubin.ru (Пенза, Россия) Жибуртович Николай Юрьевич – доктор технических наук, профессор, руководитель группы координации перспективных научных исследований АО «Корпорация Фазотрон-НИИР», info@phazotron.com (Москва, Россия) Зозуля Юрий Викторович – доктор экономических наук, профессор, руководитель представительства в Новосибирской области ГК «Ростех» (Новосибирск, Россия) Исаев Вячеслав Михайлович – доктор технических наук, профессор, заместитель директора ФГУП «МНИИРИП», info@mniirip.ru (Москва, Россия) Канащенков Анатолий Иванович – доктор технических наук, профессор, главный конструктор АО «Корпорация «Фазотрон-НИИР», info@phazotron.com (Москва, Россия) Козлов Геннадий Викторович – доктор физико-математических наук, профессор, заместитель руководителя Аппарата генерального директора – руководитель секретариата АО «Концерн ВКО «Алмаз-Антей», antey@almaz-antey.ru (Москва, Россия) Красников Геннадий Яковлевич – академик РАН, доктор технических наук, профессор, генеральный директор АО «НИИМЭ», gkrasnikov@niime.ru (Москва, Россия) Красовский Виктор Евгеньевич – кандидат технических наук, профессор, ученый секретарь ПАО «ИНЭУМ им. И. С. Брука», ineum@ineum.ru (Москва, Россия) Курносов Валерий Игоревич – доктор технических наук, профессор, заместитель генерального директора по научной работе АО «НИИ «Рубин», inforubin@rubin-spb.ru (Санкт-Петербург, Россия) Левитас Борисас – кандидат технических наук, директор Geozondas Ltd., levitas@geozondas.com (Вильнюс, Литва) Махутов Николай Андреевич – член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор, председатель рабочей группы при президенте РАН по анализу риска и проблем безопасности, kei51@mail.ru (Москва, Россия) Николашин Юрий Львович – кандидат технических наук, генеральный директор ПАО «Интелтех», генеральный конструктор системы управления ВМФ, intelteh@inteltech.ru (Санкт-Петербург, Россия) Петричкович Ярослав Ярославович – доктор технических наук, профессор, президент АО «Элвис-НеоТек», welcome@elveesneotek.com (Москва, Россия) Сазонов Андрей Юрьевич – кандидат физико-математических наук, ведущий радиоконструктор Scanreco AB, info@scanreco.com (Скархолмен, Швеция) Сергеев Виктор Игоревич – доктор технических наук, доцент, начальник Воронежского конструкторского бюро антенно-фидерных устройств (ВКБ АФУ), vcb-ad@vcb-ad.vrn.ru (Воронеж, Россия) Сигов Александр Сергеевич – академик РАН, доктор физико-математических наук, профессор, президент ФГБОУ ВО «МИРЭА – Российский технологический университет», sigov@mirea.ru (Москва, Россия) Смирнов Павел Игоревич – кандидат технических наук, доцент, генеральный директор АО «НИИ «Масштаб», info@mashtab.org (Санкт-Петербург, Россия) Сорокин Сергей Александрович – доктор технических наук, генеральный конструктор АО «НИИВК им. М.А. Карцева», postoffice@niivk.ru (Москва, Россия) Топфер Ханнес – доктор технических наук, профессор, заместитель директора Института информационных технологий, Hannes.Toepfer@tu-ilmenau.de (Ильменау, Германия) Хохлов Сергей Владимирович – генеральный директор ФГУП «ГосНИИАС», e-mail: info@gosniias.ru (Москва, Россия) Шахнов Вадим Анатольевич – член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Проектирование и технология производства электронной аппаратуры» МГТУ им. Н. Э. Баумана (Москва, Россия) Якунин Александр Сергеевич – кандидат социологических наук, генеральный директор АО «Воентелеком», info@voentelecom.ru (Москва, Россия)

CRI Electronics ISSN 2413–9599 (Print) ISSN 2541–870Х (Online)

RADIO INDUSTRY (RUSSIA) (Radiopromyshlennost)

SCIENTIFIC JOURNAL

PUBLISHED FROM 1991

Vol. 29, no. 4. 2019

EDITOR IN CHIEF Alena V. Fomina – D.Sc. (Economics), Associate Professor, Corresponding Member of Russian Academy of Military Sciences, General Director of Central Research Institute of Economy, Management Systems and Information «Electronics», ORCID: https://orcid.org/0000-00025853-0309, instel@instel.ru (Moscow, Russia) EDITORIAL COUNCIL Alexander I. Ageev – D.Sc. (Economics), General Director of Institute for Economic Strategies, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-28262702, ines@inesnet.ru (Moscow, Russia) Georgy V. Antsev – Ph.D. (Engineering), Associate Professor, General Director – General Designer of the Research and Production Enterprise «Radar mms», radar@radar-mms.com (Saint-Petersburg, Russia) Viсtor M. Balashov – D.Sc. (Engineering), Professor, Deputy General Designer of the Research and Production Enterprise «Radar mms» for Program-Target Development, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4642-5701, balashov_vm@radar-mms.com (Saint-Petersburg, Russia) Alexander M. Batkovskiy – D.Sc. (Economics), Advisor to the General Director of Central Research Institute of Economy, Management Systems and Information «Electronics», ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5145-5748, batkovskiy_a@instel.ru (Moscow, Russia) Anatoly I. Belous – D.Sc. (Engineering), Professor, Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, Deputy General Director of Joint-stock company «INTEGRAL» for Science and Marketing, office@integral.by (Minsk, Republic of Belarus) Sergey V. Bogoslovsky – D.Sc. (Engineering), Professor, Deputy Director of the Research and Production Complex «Microelectronics, Microsystems and Nanotechnologies» of the Research and Production Enterprise «Radar mms», radar@radar-mms.com (Saint-Petersburg, Russia) Mikhail M. Butaev – D.Sc. (Engineering), Professor, Scientific Secretary of the Research and Production Enterprise «Rubin», mail@npp-rubin.ru (Penza, Russia) Nikolay Yu. Zhiburtovich – D.Sc. (Engineering), Professor, Head of the Coordinating Group for Advanced Scientific Research of Corporation «Phazotron-Scientific Research Institute of Radio», info@phazotron.com (Moscow, Russia) Yuriy. V. Zozulya – D.Sc. (Economics), Professor, Head of the Novosibirsk Representative Office of the State Corporation «Rostec» (Novosibirsk, Russia) Vyacheslav M. Isaev – D.Sc. (Engineering), Professor, Deputy Director of Federal state unitary enterprise «Mytishchi Scientific Research Institute of Radio Measuring Instruments», info@mniirip.ru (Moscow, Russia) Anatoly I. Kanaschenkov – D.Sc. (Engineering), Professor, Chief Designer of Corporation «Phazotron-Scientific Research Institute of Radio», info@phazotron.com (Moscow, Russia) Gennady V. Kozlov – D.Sc. (Phys.-Math.), Professor, Deputy Head of the General Director’s Office – Head of the Secretariat of Joint-stock company «Almaz–Antey» Air and Space Defence Corporation», antey@almaz-antey.ru (Moscow, Russia) Gennady Ya. Krasnikov – Academician of the Russian Academy of Sciences, D.Sc. (Engineering), Professor, General Director of Molecular Electronics Research Institute, gkrasnikov@niime.ru (Moscow, Russia) Viktor E. Krasovsky – Ph.D. (Engineering), Professor, Scientific Secretary of Institute of Electronic Control Computers named after I. S. Brook, ineum@ineum.ru (Moscow, Russia) Valery I. Kurnosov – D.Sc. (Engineering), Professor, Deputy Director General for Research of Rubin Research Institute, inforubin@rubin-spb. ru (Saint-Petersburg, Russia) Borisas Levitas – Ph.D. (Engineering), Director of Geozondas Ltd., levitas@geozondas.com (Vilnius, Lithuania) Nikolay A. Makhutov – Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, D.Sc. (Engineering), Professor, Chairman of the Working Group under the President of the Russian Academy of Sciences on Risk Analysis and Security Problems, kei51@mail.ru (Moscow, Russia) Yuriy L. Nikolashin – Ph.D. (Engineering), General Director of Public Joint-stock company «Inteltech», General Designer of Russian Navy Management System, intelteh@inteltech.ru (Saint-Petersburg, Russia) Yaroslav Ya. Petrichkovich – D.Sc. (Engineering), Professor, President of Joint-stock company «ELVEES NeoTek», welcome@elveesneotek.com (Moscow, Russia) Andrey Yu. Sazonov – Ph.D. (Engineering), Leading Radio Designer of Scanreco AB, info@scanreco.com (Skarholmen, Sweden) Viktor I. Sergeev – D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Head of the Voronezh Design Bureau of Antenna-Feeder Devices, vcb-ad@vcb-ad.vrn.ru (Voronezh, Russia) Alexander S. Sigov – Academician of the Russian Academy of Sciences, D.Sc. (Phys.-Math.), Professor, President of MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA), sigov@mirea.ru (Moscow, Russia) Pavel I. Smirnov – Ph.D. (Engineering), General Director of Masshtab Research Institute, info@mashtab.org (Saint-Petersburg, Russia) Sergey А. Sorokin – D.Sc. (Engineering), General Designer of M. A. Kartsev R&D Institute for Computer Complexes, postoffice@niivk.ru (Moscow, Russia) Hannes Toepfer – D.Sc. (Engineering), Full Professor, Head of Advanced Electromagnetics Group, Deputy Director of Institute of Information Technology, Vice Dean, Hannes.Toepfer@tu-ilmenau.de (Ilmenau, Germany) Sergey V. Khokhlov – General Director of GosNIIAS, info@gosniias.ru (Moscow, Russia) Vadim A. Shakhnov – Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, D.Sc. (Engineering), Professor, Head of Computer Science and Control Systems Department of Bauman Moscow State Technical University, shakhnov@bmstu.ru, (Moscow, Russia) Alexander S. Yakunin – Ph.D. (Sociology), General Director of Joint-stock company «Voentelecom», info@voentelecom.ru (Moscow, Russia)

АО «ЦНИИ «Электроника»

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ www.radioprom.org DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4

Т. 29, № 4. 2019 ISSN 2413–9599 (Print) ISSN 2541–870Х (Online)

СОДЕРЖАНИЕ Борьба за качество российской электроники................................... 7

ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ И СИСТЕМ Неелов В. В., Капылов Е. Л., Самородов А. А., Самородов Б. А. Исследование формы волнового фронта, формируемого микроволновым коллиматором, при использовании сборки облучателей ........................................................................................ 8 Асадов Х. Г., Джахидзаде Ш. Н. Комплексные многодиапазонные совокупные спектральные измерения объектов окружающей среды: оптимизация и синтез процедур измерений.........................................................18 Подольцев В. В. Оценка временных характеристик мажоритарной обработки синхронизирующей информации в ПСП-ориентированных MAC-протоколах множественного доступа................................... 26 Подкопаев А. О., Степанов М. А., Тырыкин С. В. Определение параметров четырехточечной частично когерентной модели радиолокационного объекта на основе ее эквивалентности пятиточечной некогерентной модели ......... 35

ТЕХНОЛОГИИ И ПРОИЗВОДСТВО Коробков И. Л. Метод планирования канальных ресурсов в бортовых сетях SpaceWire c технологией TDMA ......................................................44 Коротков Е. Б., Слободзян Н. С., Широбоков О. В., Киселев А. А., Надежин М. И. Наземная система комплексной диагностики электромеханических устройств космических аппаратов ............54

ЭКОНОМИКА, УПРАВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТИ Блатова Т. А., Макаров В. В., Шувал-Сергеева Н. С. Количественные и качественные аспекты измерения цифровой экономики .......................................................................63 Ельшин В. А., Ельшина Т. А. Пути развития системы ценообразования на оборонную продукцию ........................................................................................73

ПРАВИЛА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СТАТЕЙ..............79

CRI Electronics

RADIO INDUSTRY (RUSSIA)

Vol. 29, no. 4. 2019

(Radiopromyshlennost) www.radioprom.org DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4

ISSN 2413–9599 (Print) ISSN 2541–870Х (Online)

CONTENTS The struggle for high quality of russian electronics ............................. 7

TECHNOLOGIES AND PRODUCTION

RESEARCH AND DEVELOPMENT OF RADIOELECTRONIC EQUIPMENT AND SYSTEMS

Korobkov I. L. Method of scheduling channel resources for onboard SpaceWire networks with TDMA ..........................................................................44

Neyolov V. V., Kapylov E. L., Samorodov A. A., Samorodov B. A. Wavefront distortion analysis of a microwave collimator system with complex horn feed......................................................................... 8 Asadov Kh. G., Dzhakhidzade Sh. N. Complex multi-range aggregate spectral measurements for environmental objects: optimization and synthesis of measurement procedures ..............................................................18 Podoltsev V. V. Evaluation of time characteristics of the majority treatment of synchronizing information in PRS-oriented MAC multiple access protocols .............................................................................. 26 Podkopayev A. O., Stepanov M. A., Tyrykin S. V. Determination of the parameters of a four-point partially coherent model of radar object based on its equivalence to a five-point non-coherent model................................................... 35

Korotkov E. B., Slobodzyan N. S., Shirobokov O. V., Kiselev A. A., Nadezhin M. I. Complex ground diagnostic system for spacecraft electromechanical devices ................................................................54

ECONOMICS, MANAGEMENT AND DEVELOPMENT OF THE RADIO INDUSTRY Blatova T. A., Makarov V. V., Shuval-Sergeeva N. S. Quantitative and qualitative aspects of measuring the digital economy ............................................................................................63 Yelshin V. A., Yelshina T. A. The ways of the defense products pricing system development .......73

RULES FOR SUBMITTING ARTICLES ..................81

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019

Борьба за качество российской электроники Одна из ключевых задач последних лет – наращивание экспорта гражданской продукции. В условиях высокой конкуренции перед предприятиями отрасли стоит сложная задача – не просто выпускать гражданскую продукцию, но и следить за тем, чтобы она соответствовала жестким международным стандартам. Для этого необходимо контролировать качество используемых материалов, обеспечивать контроль на всех этапах производства, а также проводить комплекс обязательных испытаний и тестирований. Следование многоступенчатой системе планирования и поэтапного технологического контроля качества выпускаемых изделий позволяет обеспечить соответствие продукции ожиданиям заказчика. В конце концов, ключевым фактором, определяющим рыночные перспективы гражданской продукции, является положительный опыт использования потребителями таких изделий. Методология системы менеджмента качества базируется на принципах системного и процессного подходов. Принцип системности реализуется в управлении компанией как системой взаимосвязанных процессов, направленных на достижение заданных целей. Целью планирования является

обеспечение стабильности и актуальности производственных мощностей с учетом возможной их модернизации в будущем. При этом большую роль в понимании и правильном обосновании требований играют реальная ситуация на рынке и условия заказчиков. Основой рабочей системы управления качеством служит система менеджмента качества на базе стандартов ГОСТ ISO 9001–2015, ГОСТ РВ 0015-002-2012, ЭС РД 009-2014, ЭС РД 010-2015. Наличие у предприятия сертификата соответствия стандартам подтверждает возможность производителей и поставщиков обеспечить соответствие выводимой на рынок продукции указанным в стандартах требованиям. Необходимым условием обеспечения качества в соответствии с требованиями нормативной документации является проведение комплекса испытаний и тестирования – либо по уже имеющимся методикам, либо по разработанным специально для каждого изделия. При планировании массового производства учитывается производительность всех методов тестирования, и, соответственно, выбирается такое их сочетание, которое позволяет тратить минимальное время на тестирование одного устройства. Применение современных технических средств и методик, дополняющих традиционные проверки, закрепленные в стандартах, открывает новые возможности для более детального анализа характерных дефектов производства, построения моделей разрушений слабых мест и отработки конструкции и технологии с целью улучшения надежности электронных устройств. Безусловно, производство конкурентоспособной продукции невозможно без квалифицированных специалистов, которые принимают участие в производственном процессе и обеспечивают достижение и поддержание заданного уровня качества. Именно поэтому предприятия отрасли должны уделять больше внимания повышению квалификации своих работников – это позволит снизить производственные издержки и повысить эффективность вывода гражданской продукции на внешние рынки. Важно помнить, что залогом успешного конкурирования с мировыми компаниями является отлаженная работа по созданию и тестированию продукции, соответствующей требованиям российских и международных стандартов. А. В. Фомина, доктор экономических наук, главный редактор журнала «Радиопромышленность»

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 ISSN 2413–9599 (Print)

www.radioprom.org

ISSN 2541–870Х (Online)

ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ И СИСТЕМ / RESEARCH AND DEVELOPMENT OF RADIO-ELECTRONIC EQUIPMENT AND SYSTEMS DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-8-17 УДК 621.396.969

Исследование формы волнового фронта, формируемого микроволновым коллиматором, при использовании сборки облучателей В. В. Неелов1, Е. Л. Капылов2, А. А. Самородов1, Б. А. Самородов1 1 2

Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского, Санкт-Петербург, Россия АО «Научно-производственное предприятие «Радар ммс», Санкт-Петербург, Россия

Анализируются искажения фазовой структуры зондирующего поля, возникающие при использовании в составе радиолокационного измерительного комплекса коллиматорного типа сборок облучателей, применяемых для измерения поляризационных матриц рассеяния объектов локации. Показано, что в силу специфики конструкции фазовые центры облучателей в составе сборки вынесены из фокуса коллиматора, что приводит к возникновению продольно-поперечной дефокусировки, выражающейся в наклоне и искривлении волнового фронта зондирующего поля. Для количественного анализа указанных искажений предложена методика расчета хода лучей в системе «облучатель – зеркало коллиматора – рабочая зона». Для коллиматора МАК-5 получены численные оценки фазового распределения и наклона волнового фронта зондирующего поля, а также вариации бистатических углов, соответствующие использованию сборки облучателей при осуществлении радиолокационных измерений. Показано, что при величине смещений фазовых центров облучателей в составе сборки, не превышающей длины волны, формируемое ими поле имеет квазиплоский характер – изменение фазы в плоскости, перпендикулярной направлению распространения, не превышает 8°. Однако наклон волнового фронта зондирующего поля к продольной оси коллиматора, а также принципиально бистатический характер измерений являются источниками неисключаемых систематических погрешностей измерения характеристик рассеяния целей при использовании сборок облучателей. Ключевые слова: коллиматор, сборка облучателей, дефокусировка, искривление волнового фронта зондирующего поля Для цитирования: Исследование формы волнового фронта, формируемого микроволновым коллиматором, при использовании сборки облучателей / В. В. Неелов, Е. Л. Капылов, А. А. Самородов, Б. А. Самородов // Радиопромышленность. 2019. Т. 29, № 4. С. 8–17. DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-8-17 © Неелов В. В., Капылов Е. Л., Самородов А. А., Самородов Б. А., 2019

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019

Wavefront distortion analysis of a microwave collimator system with complex horn feed V. V. Neyolov1, E. L. Kapylov2, A. A. Samorodov1, B. A. Samorodov1 1 2

Mozhaisky Military Space Academy, Saint-Petersburg, Russia Research and Production Enterprise Radar mms JSC, Saint-Petersburg, Russia

Phase structure distortion of the probe field that occurs when the collimator-type assemblies of irradiators used in measuring the polarization scattering matrices of location objects are used as part of the radar measuring complex was discussed. It is shown that, due to the specific design, the phase centers of the irradiators in the assembly are removed from the collimator focus, resulting in the appearance of longitudinal-transverse defocusing, which is expressed in the slope and curvature of the wavefront of the probe field. For a quantitative analysis of these distortions, a method for calculating the ray path in the «irradiator – collimator mirror – test zone» system is proposed. For the MAK-5 collimator, numerical estimates of the phase distribution and slope of the wavefront of the probe field, as well as variations in bistatic angles corresponding to the use of an irradiator assembly for radar measurements, were obtained. It is shown that, with the displacements of the phase centers of the irradiators in the assembly not exceeding the wavelength, the field formed by them has a quasi-plane character – the phase change in the plane perpendicular to the propagation direction does not exceed 8°. However, the slope of the wavefront of the probe field to the longitudinal axis of the collimator, as well as the fundamentally bistatic nature of the measurements, are sources of inextricable systematic errors in measuring the scattering characteristics of targets when using irradiator assemblies. Keywords: collimator, irradiators assembly, defocusing, curvature of the probe field wavefront For citation: Kapylov E. L., Neyolov V. V., Samorodov A. A., Samorodov B. A. Wavefront distortion analysis of a microwave collimator system with complex horn feed. Radio industry (Russia), 2019, vol. 29, no. 4, pp. 8–17. (In Russian). DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-8-17

Введение Для высокоточных измерений характеристик рассеяния типовых объектов локации – летательных аппаратов, наземной и надводной техники, калибровочных радиолокационных отражателей – применяются сертифицированные измерительные комплексы в виде компактных полигонов [1–5], формирующие зондирующее поле в рабочей зоне безэховой камеры при помощи микроволнового антенного коллиматора. Структура зондирующего поля эквивалентна полю плоской волны в месте положения цели, находящейся в дальней зоне излучения антенны радиолокационной станции, что позволяет определять радиолокационные характеристики (РЛХ) исследуемых объектов в ближней зоне коллиматора в пределах ограниченных размеров безэховой камеры, в то время как измерения таких объектов на открытых полигонах требуют расстояний в сотни или тысячи метров. В силу того, что безэховая камера является закрытым помещением, компактный полигон обеспечивает полную независимость от погодных условий, а также посторонних внешних воздействий. Использование в качестве приемо-передающей аппаратуры векторных анализаторов цепей с перестраиваемой частотой [6] совместно с набором разнодиапазонных облучателей [7] или их сборок

позволяет осуществлять как узкополосные, так и широкополосные поляризационные измерения. Однако в силу специфики конструкции зондирующее поле, формируемое облучателем в составе сборки, отлично от поля, формируемого одиночным облучателем, размещенным в фокусе коллиматора. Недостаточная проработанность вопроса, связанного с количественной оценкой указанных различий, и, в частности, анализа фазовой структуры зондирующего поля, обусловливает актуальность представленного в настоящей статье исследования. Коллиматорная схема измерения характеристик рассеяния объектов В применяемой в компактных полигонах коллиматорной схеме измерений [5] облучатель, выполняющий функции передающей и приемной антенн, устанавливается таким образом, чтобы его фазовый центр находился в фокусе микроволнового антенного коллиматора, представляющего собой вырезку параболической поверхности. В этом случае в раскрыве коллиматора формируется плоская волна, направление распространения которой совпадает с продольной осью параболоида. Соотвествие данной схемы критерию дальней зоны делает возможным выполнение радиолокационных и антенных измерений в пределах рабочего объема безэховой

Research and development of radio-electronic equipment and systems

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019

0 X

Рабочая зона / Working area

Рабочий объем / Working volume Раскрыв коллиматора / Collimator opening

Коллиматор / Collimator

Вершина параболоида / Paraboloid peak Фокус/ Focus F

Фокусное расстояние / Focal length

Ось параболоида / Paraboloid axis R

Рисунок 1. Схема коллиматорных измерений Figure 1. Diagram of collimator measurements

Рисунок 2. Конструкция сборки из четырех облучателей Figure 2. A design of an assembly of four irradiators

38 °

5506

2217.5

800

0 3500 Вершина параболоида / Paraboloid top

Фокус параболы / Parabola focus Y

3080

Рисунок 3. Параболический коллиматор МАК-5 Figure 3. Parabolic collimator MAK-5

камеры, зависящего от размеров поверхности коллиматора и определяемого допустимой неравномерностью амплитудно-фазового распределения зондирующего поля. Контроль параметров последнего осуществляется при помощи планарного сканера, регистрирующего амплитуду и фазу зондирующей волны в дискретных точках рабочей зоны – плоской области пространства, перпендикулярной оси параболоида OY и являющейся сечением рабочего 10

объема (рис. 1). Как правило, критерий дальней зоны выбирается из условия максимальных вариаций фазы, не превышающих π/8 рад [8]. На практике вместо одного облучателя используются сборки облучателей [7]. Это позволяет развязать приемные и передающие тракты измерительной аппаратуры, а также оперативно проводить поляризационные радиолокационные измерения в различных частотных диапазонах. Каждая из сборок содержит четыре идентичных облучателя – конических рупора, электрические оси которых сонаправлены и перпендикулярны рабочей плоскости сборки (рис. 2). Фазовые центры облучателей равноудалены от центра сборки и располагаются в вершинах квадрата, определяющего рабочую плоскость. При измерениях сборка облучателей устанавливается таким образом, чтобы ее центр совпадал с фокусом коллиматора, а рабочая плоскость была наклонена к плоскости горизонта, обеспечивая равномерную засветку центральной зоны зеркала коллиматора. Для коллиматора МАК-5 угол наклона электрических осей облучателей к горизонтальной плоскости, содержащей ось параболоида OY, составляет 38° (рис. 3). Очевидно, что при использовании сборки облучателей фазовый центр каждого из них будет смещен относительно фокуса коллиматора одновременно в поперечном и продольном направлениях. Величины смещений в зависимости от положения облучателя в сборке могут иметь противоположные знаки (см. табл. 1). Смещение фазового центра облучателя относительно фокуса параболоида в направлении, параллельном либо перпендикулярном его оси, приводит к образованию продольной или поперечной расфокусировки системы «облучатель – зеркало коллиматора», выражающейся в изменении формы фазового фронта зондирующей волны, а также направления ее распространения. Продольная расфокусировка соответствует смещению облучателя вдоль оси параболоида OY в ту или иную сторону относительно фокуса. Согласно законам геометрической оптики, при продольном перемещении фазового центра облучателя из фокуса в направлении зеркала коллиматора (отрицательное смещение) углы падения лучей в каждой его точке увеличиваются по сравнению с исходным положением, в силу чего отраженные лучи расходятся, формируя выпуклый волновой фронт. При противоположном (положительном) смещении лучи наклонены к оси параболоида, и волновой фронт в раскрыве коллиматора имеет вогнутый характер. В обоих случаях волновой фронт симметричен относительно оси параболоида. Смещение фазового центра облучателя от фокуса в направлении, перпендикулярном оси параболоида, приводит к возникновению

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 Таблица 1. Параметры сборок облучателей МАК-5 и смещения их фазовых центров относительно фокуса коллиматора для угла наклона 38° Table 1. Parameters of MAK-5 irradiator assemblies and their phase center displacements relative to the collimator focus for the 38° inclination angle

Центральная частота, № сборки / ГГц / Center Assembly No. frequency, GHz

Расстояние между фазовыми центрами смежных облучателей, см / Distance between the phase centers of adjacent irradiators, cm

Смещения фазовых центров облучателей относительно фокуса вдоль осей, см / Displacements of the phase center radiators relative to the focus along the axes, cm OX

3,25

13,1

±6,6

±5,2

±4,0

10,05

5,5

±2,8

±2,2

±1,7

поперечной расфокусировки. При этом волновой фронт в раскрыве коллиматора претерпевает несимметричные изменения и наклоняется в сторону, противоположную смещению облучателя. Степень деформации волнового фронта определяется тем, насколько сильно облучатель вынесен из фокуса. При продольно-поперечной расфокусировке, возникающей при одновременном смещении фазовых центров облучателя в соответствующих направлениях, картина искажений, особенно с учетом того факта, что зеркало коллиматора представляет собой несимметричную вырезку параболической поверхности, имеет более сложный характер. Для ее исследования необходимо определить форму волнового фронта в рабочей зоне коллиматора и оценить соответствующие вариации фазы зондирующего поля. Методика расчета хода лучей в системе «облучатель – зеркало коллиматора – рабочая зона безэховой камеры» Известно, что распределение амплитуды поля в рабочей зоне может быть представлено в виде двух составляющих [5]. Первая соответствует плавно меняющейся части электромагнитного поля, обусловленной особенностями облучения коллиматора и определяемой диаграммой направленности облучателя, смещениями его фазового центра относительно фокуса, а также отклонением отражающей поверхности зеркала коллиматора от поверхности параболоида вращения. Вторая составляющая – быстроменяющаяся, в основном определяется дифракцией на кромках коллиматора, ее проявление наиболее существенно в области низких частот. В соответствии с [9], придание плавного отгиба краям зеркала на границе свет-тень или выполнение их в форме зубцов, частично покрытых радиопоглощающим материалом [10–11], позволяет снизить амплитуду осцилляций поля в рабочей зоне безэховой камеры до уровня 0,2 дБ. Это существенно лучше типовых требований, предъявляемых к данному параметру и составляющих, как правило, величину порядка 2 дБ.

В рассматриваемой коллиматорной схеме измерений всегда выполняется условие |OF| >> λ, где λ – длина зондирующей волны, т. е. зеркало располагается в дальней зоне облучателя, и падающую на него из облучателя волну можно считать сферической [3]. Полагая, что облучатель является однонаправленным точечным источником с шириной диаграммы, согласованной с угловыми размерами коллиматора таким образом, чтобы наиболее интенсивно облучался центр зеркала, а к его краям поле спадало по амплитуде, а также учитывая возможности вышеописанной модификации формы краев коллиматора, влиянием кромок последнего можно пренебречь. В этом случае для построения хода лучей в системе «облучатель – зеркало – рабочая зона безэховой камеры» рационально использовать метод геометрической оптики. В [12] рассмотрена реализация данного метода применительно к анализу параболической антенны, возбуждаемой помещенным в ее фокусе точечным источником. Приведенные в работе соотношения позволяют корректно рассчитывать эйконалы для каждой из анализируемых точек пространства в раскрыве антенны. При продольно-поперечном смещении облучателя относительно фокуса параболического отражателя углы падения и длины хода эмитируемых им лучей меняются. Для корректного учета отражения расфокусированных лучей, формирующих зондирующее поле, и оценки характеристик его волнового фронта, на основе полученных в [12] соотношений разработана методика расчета хода лучей в системе «облучатель – зеркало коллиматора – рабочая зона БЭК». Методика основана на трассировке хода зондирующих лучей и представляет собой набор последовательно выполняемых расчетных процедур с использованием в качестве исходных данных параметров, определяющих рабочую область зеркала коллиматора и положение фазового центра облучателя относительно фокуса параболоида. Рабочая область зеркала коллиматора задается в виде вырезки из поверхности параболоида,

Research and development of radio-electronic equipment and systems

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 ограниченной четырьмя линиями, соответствующими минимальным и максимальным значениям углов места β и азимута ϕ, отсчитываемым от вектора FO по часовой стрелке в плоскостях ZOY и XOY, построенных в связанной с параболоидом системе координат (рис. 1). Последовательно изменяя в пределах диапазонов ∆β = βmax – βmin и ∆ϕ = ϕmax – ϕmin величины угла места и азимута, на поверхности зеркала коллиматора можно рассчитать набор точек C, используемых для анализа хода лучей. Координаты точек удовлетворяют уравнению параболоида с вершиной в начале координат и осью OY:

можно получить выражение для единичного вектора n в точке Ci на зеркале коллиматора, ориентированного внутрь его поверхности: n = −N / N , N = 2(Ci X + F11 + F21 ) = [2Ci X ;−2 p;Ci Z ]. (4)

p p p tgϕ i ; [(tgϕ i )2 + (tgβ i )2 ]; tgβ i }. (2) 2 4 2

Задав положение фазового центра облучателя в системе координат параболоида, выполняется расчет падающих на зеркало коллиматора лучей, исходящих из точки P и оканчивающихся в точке C. Для каждого из них в точке падения формируется локальный базис, обеспечивающий построение вектора M зеркально отраженного луча (рис. 4). С учетом равенства углов отражения и падения α, равенства длин отраженного M и падающего V лучей и их расположения с одной стороны поверхности в одной плоскости с вектором нормали N, согласно рис. 4 выражения для нормальных и тангенциальных составляющих анализируемых векторов имеют вид V⊥ = ( V n ) n, V|| = V − V⊥ ;

Для каждой из указанных точек вычисляются векторы единичных нормалей n, ориентированные внутрь поверхности. Используя уравнение параболоида в неявной форме:

где – символ, обозначающий скалярное произведение векторов. Вектор отраженного луча:

f ( p) = p Fp T = 0,

M = M ⊥ + M|| = V − 2 ( V n ) n.

x 2 + z 2 − 2 yp = 0,

(1)

где p – фокальный параметр параболоида (p = 2|OF|), и определяются выражением: C = {Cx ;Cy ;Cz } = {

(3)

где p – расширенный вектор p координат точки, дополненный четвертой координатой, равной единице, а матрица F определяется в виде ⎡ ⎢ F12 ⎤ ⎢ ⎥= D ⎥ ⎢ ⎦ ⎢ ⎢⎣

⎡ F11 F =⎢ ⎢⎣ F21

0 0 ⎤ ⎥ 0 −2 p ⎥ , 0 0 1 0 ⎥ ⎥ 0 −2 p 0 0 ⎥ ⎦

1 0

0 0

⎡ 1 0 0 ⎤ ⎢ ⎥ F11 = ⎢ 0 0 0 ⎥ , ⎢ 0 0 1 ⎥ ⎣ ⎦ F21 = F12 T = [ 0 − 2 p 0 ] D = 0,

M ⊥ = −V⊥ = − ( V n ) n, M|| = V|| = V − ( V n ) n,

(5)

Совокупность векторов M в пределах рассматриваемой области зеркала коллиматора определяет направления распространения отраженных лучей, формирующих зондирующее поле. Практический интерес представляет распределение поля в районе рабочего объема и, в частности, рабочей зоне, используемой для осуществления измерений и удаленной от вершины параболоида на расстояние [13] r = 5/3f, где f – фокусное расстояние. Для построения фазового фронта в рабочей зоне необходимо найти точки пересечения T отраженных лучей, описываемых выражением: y − My x − Mx z − Mz = = = t, M x − Cx M y − Cy M z − Cz

(6)

с опорной плоскостью y = r. N

P V|| V⊥

α α

M⊥

C M||

Рисунок 4. Формирование отраженного луча в точке поверхности C Figure 4. Formation of a reflected ray at the C surface point

Анализ волнового фронта, формируемого вынесенным из фокуса коллиматора облучателем При малых (в волновых размерах) смещениях фазового центра облучателя относительно фокуса волновой фронт отраженного коллиматором поля будет незначительно отличаться от плоского и иметь сравнительно небольшую кривизну. Поэтому для его описания рационально оценить характер изменения фазы, а также проанализировать вариации направления распространения в пределах области рабочей зоны безэховой камеры. Положение вынесенного из фокуса ФЦ облучателя, находящегося в составе сборки, может

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 Таблица 2. Угловые положения фазовых центров облучателей из состава сборки в связанной с коллиматором системе координат Table 2. Angular positions of assembly phase center radiators in the coordinate system associated with the collimator

Смещения фазового центра облучателя вдоль осей / Displacements of the irradiator phase center along the axes

OX OX OY OZ OX OX № сборки / положит. / отрицат. / положит. / положит. / положит. / отрицат. / Assembly OX OX OY OZ OX OX No. positive negative positive positive negative negative

OY отрицат. / OY negative

OZ отрицат. / OZ negative

Угол между радиус-вектором фазового центра облучателя и осью параболоида, град. / Angle between the radius vector of the phase center of the irradiator and the paraboloid axis, degrees OX

88,94

91,06

1,24

89,35

88,91

91,09

1,28

90,67

89,55

90,45

0,53

89,72

89,55

90,45

0,53

90,28

быть описано при помощи углов, образуемых его радиус-вектором OP с координатными осями OX, OY и OZ связанной с параболоидом системы координат. Величины указанных углов для рассматриваемых комплектов облучателей приведены в табл. 2. В общем случае, каждый из лучей, задаваемых вектором M, будет иметь отличные от других углы наклона к координатным осям, определяющие локальный наклон волнового фронта в точке анализа T. Соответствующие лучам эйконалы определяются суммами длин векторов V и tM, они позволяют оценить относительные фазы зондирующего поля в точках рабочей зоны и восстановить вид волновой поверхности.

M = kcT c − ST S,

где S – матрица k×3, составленная из координат точек T. Максимальному собственному значению λj=max{λi} соответствует вектор нормали Nj к искомой средней плоскости, при этом угол между ним и осью OY должен быть острым. Кроме определения превалирующего направления распространения зондирующего поля, представляет интерес оценка размера области, находящейся в рабочей зоне, в пределах которой

V + tM = PC + CT .

с=

1 k ∑ T, k i=1 i

(7)

где k – количество анализируемых точек T рабочей зоны. Далее, вычислить собственные значения λ1, λ2, λ3 и соответствующие им нормированные собственные векторы N1, N2, N3 симметричной матрицы M:

Облучатель 1 / Irradiator 1 Облучатель 2 / Irradiator 2

3.5 3 Z, м

Так как в случае продольно-поперечной расфокусировки волновой фронт искривлен, характеризовать превалирующее направление распространения зондирующего поля можно двояко: путем усреднения локальных направлений распространения в каждой из анализируемых точек T или определив ориентацию внешней (по отношению к коллиматору) нормали к средней плоскости, наименее удаленной от точек волнового фронта. Для построения средней плоскости необходимо найти геометрический центр:

(8)

2.5 2 1.5 6.04 6.02 6 5.98 Y, м

5.96

–1.5

–1

0 –0.5 X, м

0.5

Рисунок 5. 3D-картина волновых поверхностей зондирующего поля в рабочей зоне безэховой камеры, формируемых диагонально разнесенными облучателями из состава сборки № 1 Figure 5. 3D-picture of the probe field wave surfaces in the working area of the anechoic chamber formed by diagonally spaced irradiators from assembly No. 1

Research and development of radio-electronic equipment and systems

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019

3.8

3.6

3.4

3.2 3

3.2

Z, м

3.8

150

3 2.8

2.8

50 0

2.4

2.2

0 0 10

0 20

2.6

2.2

2 –0.8 –0.6 –0.4 –0.2

0 X, м

0.2

0.4

0.6

–0.8 –0.6 –0.4 –0.2

0.8

0 X, м

0.2

0.4

0.6

0.8

Рисунок 6. 2D-картина распределения фазы зондирующего поля облучателя 1 в рабочей зоне безэховой камеры (сборка № 1) Figure 6. 2D picture of the phase distribution of the probe field of the irradiator 1 in the working area of the anechoic chamber (assembly No. 1)

Рисунок 7. 2D-картина распределения фазы зондирующего поля облучателя 2 в рабочей зоне безэховой камеры (сборка № 1) Figure 7. 2D picture of the phase distribution of the probe field of the irradiator 2 in the working area of the anechoic chamber (assembly No. 1)

изменение фазы не превышает наперед заданного значения π/8 рад. На рис. 5–7 представлены волновые поверхности и соответствующие им диаграммы распределения фаз зондирующего поля в точках T рабочей зоны безэховой камеры, рассчитанные с использованием приведенных выше выражений для двух диагонально разнесенных облучателей в составе сборки, имеющих положительные (облучатель 1) и отрицательные (облучатель 2) смещения вдоль осей параболоида относительно его фокуса (согласно данным табл. 1). Анализ рисунков показывает, что вынос фазового центра облучателя из фокуса коллиматора приводит к наклону и искривлению волнового

фронта зондирующего поля, а также смещению его центра в плоскости XOZ. Вариация фазы достигает 250°, а градиент ее изменения в целом соответствует направлению наклона фазового фронта, однако в пределах рабочей зоны безэховой камеры он претерпевает изменения как по величине, так и по направлению, что свидетельствует о неравномерном характере искривления. Максимальный размер зоны, в пределах которой изменение фазы не превышает π/8 рад, составляет 28 см. Кроме того, из рис. 5 видно, что волновые фронты, соответствующие различным облучателям из состава сборки, наклонены друг к другу, при этом величины локальных углов наклона в пределах анализируемой области меняются. Очевидно, что в случае

Таблица 3. Оценки превалирующего наклона зондирующего поля, полученные усреднением локальных нормалей в анализируемых точках волнового фронта Table 3. Estimates of the prevailing slope of the probe field obtained by averaging local normals at the analyzed wavefront points

Смещения ФЦ облучателя вдоль осей / Displacements of the irradiator phase center along the axes № сборки / Assembly No.

OX положит. / отрицат./ OX positive / negative

OY положит. / OY positive

OZ положит. / OZ positive

Смещения ФЦ облучателя вдоль осей / Displacements of the irradiator phase center along the axes OX положит. / отрицат./ OX positive / negative

OY отрицат. / OY negative

OZ отрицат. / OZ negative

Углы между усредненной нормалью и осями параболоида, град. / Angles between the averaged normal and the axes of the paraboloid, degrees

90,92 / 89,08

1,29

90,90

90,94 / 89,06

1,33

89,06

90,40 / 89,60

0,56

90,38

90,40 / 89,60

0,56

89,60

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 Таблица 4. Оценки превалирующего наклона зондирующего поля, полученные при использовании нормали к средней плоскости к поверхности волнового фронта Table 4. Estimates of the prevailing slope of the probe field obtained using the normal to the middle plane to the wavefront surface

Смещения ФЦ облучателя вдоль осей / Displacements of the irradiator phase center along the axes OX положит. / отрицат. / № сборки / OX positive / Assembly negative No.

OY положит. / OY negative

OZ положит. / OZ positive

Смещения ФЦ облучателя вдоль осей / Displacements of the irradiator phase center along the axes OX положит. / отрицат. / OX positive / negative

OY отрицат. / OY negative

OZ отрицат. / OZ negative

Углы между нормалью к средней плоскости к поверхности волнового фронта и осями параболоида, град. / Angles between the normal to the middle plane to the surface of the wavefront and the axes of the paraboloid, degrees OX

90,95 / 89,04

1,30

90,88

90,95 / 89,05

1,34

89,08

90,40 / 89,60

0,56

90,38

90,40 / 89,60

0,56

89,61

стороны, изменчивость величины бистатического угла в пределах рабочей зоны обусловливает зависимость величины измеряемой ЭПР объекта от его местоположения в безэховой камере. Согласно рис. 6 и 7, а также данным табл. 3 и 4 волновой фронт облучателя с вынесенным из фокуса фазовым центром имеет небольшой наклон к оси OY параболоида. Приняв, что направление распространения зондирующего поля совпадает с направлением нормали к аппроксимирующей волновой фронт средней плоскости, можно определить

3.8 2,3

3.4

2,3

2,35 2,4

3.6

2,35

2,45

2,4

2,5

3.2

2,55 2,55

3 Z, м

если один из облучателей будет использован в качестве передающей антенны, а другой – приемной, то между направлениями облучения и приема возникнет бистатический угол, изменяющийся в пределах рабочей зоны безэховой камеры. Результаты оценки величин углов наклона зондирующего поля к осям системы координат параболоида, соответствующие расчету средней нормали к поверхности волнового фронта, а также нормали к аппроксимирующей волновой фронт плоскости, полученные для облучателей из состава различных сборок, приведены в табл. 3 и 4. Сопоставление данных табл. 3 и 4 с данными табл. 2 позволяет заключить, что для рассмотренных наборов облучателей направление формируемого ими зондирующего поля с относительной ошибкой, не превышающей 3–5%, может быть определено угловым положением соответствующих фазовых центров в связанной с параболоидом системе координат. На рис. 8 приведена диаграмма распределения бистатических углов, образованных локальными нормалями к волновым фронтам в анализируемых точках области рабочей зоны безэховой камеры. Величина среднего бистатического угла, определенного между нормалями к средним плоскостям, составляет 2,56°, а полученная путем усреднения локальных бистатических углов – 2,54°. Как было показано в [14], наличие даже небольшого бистатического угла способно оказывать существенное влияние на точность измерения ЭПР отражателей катафотного типа, в частности, трехгранных уголковых отражателей: при этом ошибка измерения существенно возрастает с увеличением геометрических размеров отражателя. С другой

2.8

2,6

2,5

2,65

2.6 2,7 2.4 2.2

2,65

2,55 2,6

2,7

2,75

2 –0.8 –0.6 –0.4 –0.2

0 X, м

0.2

0.4

0.6

0.8

Рисунок 8. 2D-картина распределения бистатических углов между локальными нормалями к волновым фронтам в рабочей зоне безэховой камеры при использовании диагонально разнесенных облучателей сборки № 1 Figure 8. 2D picture of the distribution of bistatic angles between local normals to wavefronts in the working area of an anechoic chamber using diagonally spaced irradiators of assembly No. 1

Research and development of radio-electronic equipment and systems

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 3.8

3.6 1

6 6

3.4 2 3.2

3 4

3 Z, м

2.8 5 6 2.6 7 2.4

3 2 5

2.2

7 6

2 –0.8

–0.6

–0.4

–0.2

0 X, м

6 0.2

7 0.4

1 5 0.6

0.8

Рисунок 9. 2D-картина распределения фазы зондирующего поля облучателя 1 в аппроксимирующей волновой фронт средней плоскости в рабочей зоне безэховой камеры (сборка № 1) Figure 9. 2D picture of the phase distribution of the probe field of the irradiator 1 in the wavefront approximating middle plane in the working area of the anechoic chamber (assembly No. 1)

распределение фазы в последней – соответствующая диаграмма приведена на рис. 9. Выводы Применение сборок облучателей в составе закрытых радиолокационных измерительных полигонов коллиматорного типа обусловливает возникновение систематических погрешностей, связанных с некомпенсируемыми искажениями волнового фронта зондирующего поля. Причиной указанных искажений является возникновение частотно-зависимой продольно-поперечной дефокусировки, вызванной соответствующими смещениями фазового

центра облучателя относительно фокуса коллиматора. Представленная в статье оригинальная методика расчета хода лучей в системе «облучатель – зеркало коллиматора – рабочая зона безэховой камеры» позволяет учесть влияние указанной дефокусировки на вид формируемой волновой поверхности и получить количественные оценки искажения фазовой структуры зондирующего поля. Установлено, что при использовании в составе радиолокационного измерительного комплекса с коллиматором МАК-5 сборки облучателей с центральной рабочей частотой 3,25 ГГц и максимальным смещением, не превышающим 6 см, величина бистатического угла между волновыми поверхностями диаметрально разнесенных облучателей превосходит 2°. Кроме того, соответствующие им волновые поверхности отличны от плоских: вариация фазы в плоскости, перпендикулярной направлению распространения, достигает ±4°, что с учетом непараллельности указанных плоскостей вносит дополнительный вклад в величину ошибок измерения характеристик рассеяния. Приведенные количественные оценки искажения фазовой структуры зондирующего поля, формируемого коллиматором МАК-5 при использовании сборки облучателей, определяют новизну выполненного исследования и должны учитываться в качестве неисключаемых систематических погрешностей измерения характеристик рассеяния целей. Предложенная методика носит универсальный характер и может быть использована при обосновании метрологических характеристик радиолокационных измерительных полигонов коллиматорного типа при проведении измерений с использованием сдвоенных или счетверенных сборок облучателей.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Майзельс Е. Н., Торгованов В. А. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. М.: Советское радио, 1972. 232 с. 2. Мицмахер М. Ю., Торгованов В. А. Безэховые камеры СВЧ. М.: Радио и связь, 1982.128 с. 3. Knott E. F. Radar cross section measurement. Boston, Artech House, 1993, 557 p. 4. Hemming L. H. Electromagnetic Anechoic Chambers: A Fundamental Design and Specification Guide. New York, Wiley-IEEE Press, 2002, 240 p. 5. Балабуха Н. П., Зубов А. С. Солосин В. С. Компактные полигоны для измерения характеристик рассеяния объектов. М.: Наука, 2007. 266 с. 6. New Network Analyzer Methodologies in Antenna/RCS Measurements. White Paper Agilent Technologies, Inc. 2004, 12 p. 7. Предварительные результаты испытаний модернизированного измерительного комплекса контроля радиолокационных характеристик объектов и радиотехнических характеристик антенн / А. В. Галеницкий, В. В. Неелов, А. В. Ражев, Б. А. Самородов, М. А. Федоров // Труды III Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы создания и эксплуатации вооружения, военной и специальной техники». СПб.: ВКА имени А. Ф. Можайского, 2016. С. 215–219. 8. Knott E. F., Senior T. B. A. How Far is Far? IEEE Trans. Antennas and Propagation, 1974, vol. 22, no. 5, pp. 732–734. 9. Lee Т. Н., Burnside W. D. Performance trade-off between serrated edge and blended rolled edge compact range reflectors. IEEE Trans. Antennas and Propagation, 1996, vol. 44, pp. 87–96. 10. Burnside W. D., Gilreath M. C., Kent B. M., Clerici G. L. Curved edge modification of compact range reflector. IEEE Trans. Antennas and Propagation, 1987, vol. 35, iss. 2, pp. 176–182.

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 11. Gupta I. J., Ericksen K. P., Burnside W. D. Method to design blended rolled edges for compact range reflectors. IEEE Trans. Antennas and Propagation, 1990, vol. 38, iss. 6, pp. 853–861. 12. Balanis C. A. Antenna Theory: Analysis and Design. New York, John Wiley & Sons, 2016, 1095 p. 13. Rodriguez V. Basic Rules for Anechoic Chamber Design. Part 2. Compact Ranges and Near Field Measurements. Microwave Journal, 2016, February, pp. 80–90. 14. Особенности измерения характеристик рассеяния радиолокационных отражателей катафотного типа с использованием коллиматорного метода / С. В. Гармаш, В. В. Неелов, А. А. Самородов, Б. А. Самородов // Вопросы радиоэлектроники. 2018. № 9. С. 6–12.

REFERENCES 1. Maizels E. N., Torgovanov V. A. Izmerenie kharakteristik rasseyaniya radiolokatsionnykh tselei [Measurement of Radar Target Scattering Characteristics]. Moscow, Sovetskoe radio Publ., 1972, 232 p. (In Russian). 2. Mitsmakher M. Yu., Torgovanov V. A. Bezekhovye kamery SVCh [Microwave Anechoic Chambers]. Moscow, Radio i svyaz Publ., 1982, 128 p. (In Russian). 3. Knott E. F. Radar cross section measurement. Boston, Artech House, 1993, 557 p. 4. Hemming L. H. Electromagnetic Anechoic Chambers: A Fundamental Design and Specification Guide. New York, Wiley-IEEE Press, 2002, 240 p. 5. Balabukha N. P., Zubov A. S. Solosin V. S. Kompaktnye poligony dlya izmereniya kharakteristik rasseyaniya ob"ektov [Compact Polygons for Measuring of Objects Scattering Characteristics]. Moscow, Nauka Publ., 2007, 266 p. (In Russian). 6. New Network Analyzer Methodologies in Antenna/RCS Measurements. White Paper Agilent Technologies, Inc. 2004, 12 p. 7. Galenickiy A. V., Neelov V. V., Razhev A. V., Samorodov B. A., Fedorov M. A. Predvaritelnye rezultaty ispytanii modernizirovannogo izmeritelnogo kompleksa kontrolya radiolokatsionnykh kharakteristik obektov i radiotekhnicheskikh kharakteristik antenn. In: Trudy III Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii “Sovremennye problemy sozdaniya i ehkspluatacii vooruzheniya, voennoj i specialnoj tekhniki” [Third National Conference «Modern Problems of Creation and Operation of Weapons, Military and Special Equipment»]. Saint-Petersburg, VKA imeni A. F. Mozhajskogo Publ., 2016, pp. 215–219. (In Russian). 8. Knott E. F., Senior T. B. A. How Far is Far? IEEE Trans. Antennas and Propagation, 1974, vol. 22, no.5, pp. 732–734. 9. Lee Т. Н., Burnside W. D. Performance trade-off between serrated edge and blended rolled edge compact range reflectors. IEEE Trans. Antennas and Propagation, 1996, vol. 44, pp. 87–96. 10. Burnside W. D., Gilreath M. C., Kent B. M., Clerici G. L. Curved edge modification of compact range reflector. IEEE Trans. Antennas and Propagation, 1987, vol. 35, iss. 2, pp. 176–182. 11. Gupta I. J., Ericksen K. P., Burnside W. D. Method to design blended rolled edges for compact range reflectors. IEEE Trans. Antennas and Propagation, 1990, vol. 38, iss. 6, pp. 853–861. 12. Balanis C. A. Antenna Theory: Analysis and Design. New York, John Wiley & Sons, 2016, 1095 p. 13. Rodriguez V. Basic Rules for Anechoic Chamber Design. Part 2. Compact Ranges and Near Field Measurements. Microwave Journal, 2016, February, pp. 80–90. 14. Garmash S. V., Neyolov V. V., Samorodov A. A., Samorodov B. A. Features of retroreflectors radar cross sectionmeasurements with collimator type anechoic chamber. Voprosy radioelektroniki, 2018, no. 9, pp. 6–12. (In Russian).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ Неелов Владимир Викторович, начальник лаборатории, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского, 197198, Санкт-Петербург, ул. Ждановская, д. 13, тел.: +7 (911) 276-21-78, e-mail: lopedevego@yandex.ru. Капылов Евгений Леонидович, к. т. н., начальник отдела, АО «Научно-производственное предприятие «Радар ммс», 197375, Санкт-Петербург, ул. Новосельковская, д. 37, лит. А, тел.: +7 (905) 200-68-75, e-mail: kapylov_el@radar-mms.com. Самородов Алексей Аркадьевич, к. т. н., старший научный сотрудник отдела, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского, 197198, Санкт-Петербург, ул. Ждановская, д. 13, тел.: +7 (921) 345-93-40, e-mail: superalex1964@inbox.ru. Самородов Борис Аркадьевич, старший научный сотрудник, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского, 197198, Санкт-Петербург, ул. Ждановская, д. 13, тел.: +7 (921) 788-62-91, e-mail: boris1967@inbox.ru.

AUTHORS Vladimir V. Neyolov, head of laboratory, Mozhaisky Military Space Academy, 13, ulitsa Zhdanovskaya, Saint-Petersburg, 197198, Russia, tel.: +7 (911) 276-21-78, e-mail: lopedevego@yandex.ru. Evgeniy L. Kapylov, Ph.D. (Engineering), head of department, Radar mms JSC, 37A, ulitsa Novoselkovskaya, Saint-Petersburg, 197375, Russia, tel.: +7 (905) 200-68-75, e-mail: kapylov_el@radar-mms.com. Alexey A. Samorodov, Ph.D. (Engineering), senior researcher, Mozhaisky Military Space Academy, 13, ulitsa Zhdanovskaya, Saint-Petersburg, 197198, Russia, tel.: +7 (921) 345-93-40, e-mail: superalex1964@inbox.ru. Boris A. Samorodov, senior researcher, Mozhaisky Military Space Academy, 13, ulitsa Zhdanovskaya, Saint-Petersburg, 197198, Russia, tel.: +7 (921) 788-62-91, e-mail: bosis1967@inbox.ru. Поступила 30.04.2019; принята к публикации 30.07.2019; опубликована онлайн 28.11.2019. Submitted 30.04.2019; revised 30.07.2019; published online 28.11.2019.

Research and development of radio-electronic equipment and systems

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 ISSN 2413–9599 (Print)

www.radioprom.org

ISSN 2541–870Х (Online)

DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-18-25 УДК 535.317.2

Комплексные многодиапазонные совокупные спектральные измерения объектов окружающей среды: оптимизация и синтез процедур измерений Х. Г. Асадов1, Ш. Н. Джахидзаде1 1

Национальное аэрокосмическое агентство, Баку, Азербайджанская Республика

Целью настоящей статьи является синтез новых комплексных процедур многодиапазонных совокупных спектральных измерений объектов окружающей среды, характеризующихся как спектром поглощения, так и спектром отражения. В качестве базовой методологии исследования принят метод вариационной оптимизации для вычисления оптимального вида вводимых взаимосвязей основных режимных показателей измерительного эксперимента. Показано, что при рассмотрении спектра поглощения исследуемых объектов результаты совокупных многоспектральных измерений могут быть оценены новым показателем достоверности, выражаемым отношением сигнал/шум на выходах спектральных каналов мультиспектрального измерителя. Суммирование такого показателя по всем измерительным спектральным каналам и замена исследуемых объектов моделью идеального черного тела, характеризуемого функцией Планка, дали возможность получить формулу оптимальной взаимосвязи между среднеквадратичным отклонением шумов и модельной функцией. На базе указанной оптимальной взаимосвязи получена оптимальная зависимость среднеквадратичного отклонения шумов от длины волны и абсолютной температуры. Показано, что в оптимальном режиме при некотором значении длины волны среднеквадратичное отклонение шумов может достичь максимального значения, т. е. достоверность результата измерений на этой длине волны будет минимальной. Применительно к объектам окружающей среды, характеризующихся спектром отражения, дана общая характеристика совокупных двухволновых измерений хлорофилла растений, характеризующихся взаимно инверсными спектральными характеристиками. Дана оценка повышения отношения сигнал/шум при указанном виде совокупных двухволновых измерений по сравнению с одноволновыми измерениями. Сформулирована и решена задача оптимального выбора весовых коэффициентов при наличии существенных затуханий в измерительных каналах. Ключевые слова: совокупные измерения, мультиспектральные измерения, спектр поглощения, оптимизация, абсолютное черное тело, коэффициент поглощения, спектр отражения, хлорофилл Для цитирования: Асадов Х. Г., Джахидзаде Ш. Н. Комплексные многодиапазонные совокупные спектральные измерения объектов окружающей среды: оптимизация и синтез процедур измерений // Радиопромышленность. 2019. Т. 29, № 4. С. 18–25. DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-18-25 © Асадов Х. Г., Джахидзаде Ш. Н., 2019

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019

Complex multi-range aggregate spectral measurements for environmental objects: optimization and synthesis of measurement procedures Kh. G. Asadov1, Sh. N. Dzhakhidzade1 1

National Aerospace Agency, Baku, Azerbaijan Republic

The research aims at a synthesis of new complex procedures for multi-range aggregate spectral measurements of environmental objects, for which both the absorption spectrum and reflectivity spectrum are typical. As a basic research methodology, we have applied the vibrational optimization to calculate an optimal shape of introduced interconnections between main operational parameters of the measurement experiment. Authors have shown that, in considerations of absorption spectrum for the objects in question, we can estimate results of aggregate multispectral measurements with the new indicator of reliability, expressed by the signal-to-noise ratio at outputs of spectral channels in the multispectral meter. Having summed up the indicator values for each measuring spectral channel and replacing the objects that we are exploring with the hohlraum model described with the Planck function, we obtain the formula to find the best relationship between the standard means-square deviation of noises and model function. Based on the mentioned best relationship, we have found the best dependence of the standard means-square deviation of noises on the wavelength and absolute temperature. Authors have shown that in terms of the best mode and with certain values of the wavelength, the standard means-square deviation of noises might have the highest value, i. e., reliability of the measurement result will be the lowest in case of this wavelength. With regard to environmental objects that have the reflectivity spectrum, authors gave the general characteristics of aggregate two-wave measurements for chlorophyll of plants, described with mutually inverse spectral parameters. There is the estimate of the higher signal-to-noise ratio in terms of the mentioned type of aggregate two-wave measurements compared to single-wave ones. The authors have stated and solved the problem of the best choice of weight coefficients in terms of essential attenuations in measuring channels. Keywords: aggregate measurements, multispectral measurements, absorption spectrum, optimization, hohlraum, absorption coefficient, reflectivity spectrum, chlorophyll For citation: Asadov Kh. G., Dzhakhidzade Sh. N. Complex multi-range aggregate spectral measurements for environmental objects: optimization and synthesis of measurement procedures. Radio industry (Russia), 2019, vol. 29, no. 4, pp. 18–25. (In Russian). DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-18-25

Введение Хорошо известно, что в классическом понимании совокупные измерения – это такие измерения, при которых значения измеряемых величин определяют по результатам измерений одноименных величин при различных сочетаниях мер и этих величин [1]. Значение искомой величины определяют с помощью множества уравнений, составляемых с учетом физических основ проводимых измерений. При этом могут быть рассмотрены как спектры поглощения, так и спектры отражения объектов окружающей среды. Что касается совокупных мультиспектральных атмосферных измерений, в которых используется спектр поглощения атмосферы, можно привести следующий простой пример. Допустим, требуется измерить общее (колонное) количество газов M1 и M2 с коэффициентами поглощений α1 (λ) и α2 (λ). Считаем, что на длинах волн λ1 и λ2 имеем

a1 ( λ1 ) ≠ a2 ( λ 2 ) a1 ( λ 2 ) ≠ a2 ( λ 2 ).

(1)

При этом: a1 ( λ1 ) ≠ a1 ( λ 2 ) a2 ( λ1 ) ≠ a2 ( λ 2 ).

(2)

В этом случае, при проведении измерений на λ1 на основе закона Бугера – Ламберта – Бера, напишем I1 (λ `1 ) = I 0 (λ1 )exp[−[a1 (λ1 )m1 + a2 (λ1 )m2 ]].

(3)

Одновременно проводятся измерения на длине волны λ2. Подобно (3) имеем I 2 (λ `2 ) = I 0 (λ 2 )exp[−[a1 (λ 2 )m1 + a2 (λ 2 )m2 ]],

(4)

где в выражениях (3) и (4) I1(λ1) и I2(λ2) – сигналы на выходах первого и второго измерителей, осуществляющих измерения соответственно на длинах

Research and development of radio-electronic equipment and systems

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 волн λ1 и λ2; I0(λ1) и I0(λ2) – световой поток, поступающий от источника света на длинах волн λ1 и λ2. Совместное решение уравнений (3) и (4) относительно m1 и m2 позволяет вычислить значение искомых величин. Приведем некоторые реальные примеры практического использования совокупных мультиспектральных измерений поглощения. Ярким примером является работа Международной сети аэрозольных измерений AERONET, включающая более 500 автоматических станций измерения оптической толщины атмосферного аэрозоля на длинах волн 340, 440, 500, 670, 870, 1020 нм [2]. Примером совокупных измерений, где используется спектр отражения исследуемых объектов, могут служить дистанционные измерения степени загрязнения почвы, осуществляемые в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах [3, 4], а также дистанционные измерения в красном и ближнем инфракрасном диапазонах для исследования состояния растений [5, 6]. Таким образом, можно cчитать, что совокупные мультиспектральные измерения являются неотъемлемой частью теории и практики мультиспектральных измерений. При этом актуальной задачей является оптимизация и синтез соответствующих методик измерений.

1 n ⎡ 1 ⎤ ⎥. ∑ ⎢1 − n i=1 ⎣ ψ ( λ i ) ⎦

Pcp.g =

(7)

С учетом (5) и (7) получим 1 n ⎡ σ (λi ) ⎤ ∑ ⎢1 − f ( λ ) ⎥. n i=1 ⎣ i ⎦

Pcp.g =

(8)

Допустим, что существует ограничительное условия n

∑ f ( λ i ) = C1; i=1

(9)

C1 = const. В этом случае может быть составлена дискретная вариационная задача определения оптимальной взаимосвязи между f (λi) и σ(λi), при которой функционал (8) достиг бы экстремума. С учетом выражений (8) и (9) имеем Pg.o =

⎤ ⎡n 1 n ⎡ σ (λi ) ⎤ ∑ ⎢1 − ⎥ − γ ⎢∑ f ( λ i ) − C ⎥, n i=1 ⎣ f (λi ) ⎦ ⎦ ⎣ i=1

(10)

где γ – множитель Лагранжа. В непрерывном виде функционал (10) может быть записан как ⎡ λ max ⎤ ⎡ σ (λ) ⎤ ⎢ ∫ f (λ)d λ ⎥ 1 − d λ − γ ∫ ⎢⎣ f ( λ ) ⎥⎦ ⎢⎣ λ min ⎥⎦ λ min

λ max

Pн.o =

(11)

при Предлагаемые методы оптимизации и синтеза измерительных процедур Совокупные измерения с использованием спектра поглощения Одним из основных показателей любого измерительного процесса с использованием спектра поглощения изучаемых объектов является отношение сигнал/шум на входе измерителя ψ, определяемое как ψ ( λ2 ) =

f (λ) , σ (λ)

(5)

где f(λ) – амплитуда измерительного сигнала на входе канала измерителя, осуществляющего измерение на длине волны λ; σ(λ) – среднеквадратичное отклонение шумов на выходе измерителя, осуществляющего измерение на длине волны λ. В качестве вероятностной оценки достоверности результата измерения можно предложить следующий показатель: P (λ) = 1 −

1 ; ψ (λ)

∫ f ( λ )dλ = C2 ; C2 = const.

(12)

λ min

Прежде чем перейти к решению оптимизационной задачи (11), (12), отметим, что в мультиспектральных измерениях объектов окружающей среды в качестве источника света часто используется источники, хорошо аппроксимируемые функцией Планка, выражаемой как [7]. ρλ,T =

8πhc 1 , 5 ⋅ hc/λkt λ e −1

(13)

где ρ – объемная плотность излучения, т. е. энергия излучения в единице объема; h – постоянная Планка; c – скорость света; λ – длина волны; T – абсолютная температура, K; k – постоянная Больцмана. При этом, согласно закону Стефана – Больцмана, полная испускательная способность черного тела определяется как ∞

(6)

ψ ( λ ) ≥1 При проведении мультиспектральных измерений на длинах волн λi; i = 1,n проводимые совокупные измерения можно охарактеризовать усредненным суммарным показателем 20

λ max

νλ = ∫ ρλ,T = σT 4 ,

(14)

где σ – постоянная Стефана – Больцмана. Таким образом, применительно к мультиспектральным системам измерения при λmin = 0; λmax= ∞ условие (12) идентично выражению (14) при T = const.

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 Отсюда можно сделать вывод о том, что если исследуемый объект имеет постоянную температуру, то вся процедура мультиспектральных измерений такого объекта может быть оптимизирована путем решения оптимизационной задачи (11), (12). Приведем решение задачи (11), (12). Согласно условиям уравнения Эйлера – Лагранжа решение задачи должно удовлетворить условию [8] ⎪⎧ ⎡ σ ( λ ) ⎤ ⎪⎫ d ⎨ ⎢1 − + γ ⎡⎣ f ( λ ) − C2 ⎤⎦ ⎬ ⎥ f [λ] ⎦ ⎪⎩ ⎣ ⎪⎭ = 0. df ( λ )

(16)

σ (λ) . γ

∫

Из выражения (21) и (22) получим 2

⎡ 8πhcC 1 ⎤ σ ( λ ) = ⎢ 5 3 ⋅ hc/λkT ⎥ , ⎦ ⎣ λ C2 e

(23)

σ ( λ ) = C4λ −10e hc/λkT .

(24)

Таким образом, как видно из выражения (24), оптимальная функция σ(λ) может иметь экстремум от λ. Исследуем выражения (24) на экстремум от λ. Имеем dσ ( λ ) = −10λ −11C4e −2hc/λkT + dλ 2hc +C4λ −10e −2hc/λkT 2 . λ kT

(17)

σ (λ) dγ = C2 . γ

(18)

dσ ( λ ) =0 dλ

⎤ ⎡1 ∞ ⎢ ∫ σ ( λ )dλ ⎥ = γ. ⎥⎦ ⎢⎣ C2 0 Из выражения (17) и (19) имеем ∞

∫

σ ( λ ) C2

(19)

(20)

∫

σ ( λ )C2

(21)

σ (λ) d λ

Выражение (21) является уравнением, решение которого позволяет определить оптимальную функцию σ(λ), обеспечивающую максимальную достоверность мультиспектральных измерений объектов, хорошо аппроксимируемых абсолютно черным телом.

2hc , λ 2 kT

или λ=

Таким образом, при взаимосвязи между f(λ) и σ(λ) в виде функции (20) функционал цели достигает экстремальной величины. Для определения типа экстремума достаточно вычислить вторую производную интегранта в (11) по f(λ) и убедиться, что это отрицательная величина. Следовательно, функционал (11) при решении (20) достигает максимальной величины. Далее ответим на следующий вопрос: при каком виде функции σ(λ) мультиспектральные измерения могут быть признаны оптимальными, если исследуемый объект является абсолютно черным объектом. Приняв f ( λ ) = ρλ,T , c учетом выражений (13) и (20), получим ∞

из (25) получим λ −1 = 10−1

σ (λ) d λ

1 8πhc ⋅ = λ 5 e hc/λkt −1

(25)

При условии

Из выражения (18) получим

f (λ) =

(22)

С учетом выражений (12) и (17) получим ∞

σ ( λ )dλ = C3.

∫

(15)

Из выражения (16) имеем f (λ) =

∞

или

Из выражения (15) находим σ (λ) − γ = 0. f 2 (λ)

Решение уравнения (21) следующее. Обозначим

2hc ⋅10−1 . kT

(26)

Из выражения находим λ=

hc . 5kT

(27)

Нетрудно показать, что при решении (27) выражение (24) достигает максимальной величины, т. е. выбор длины волны по выражению (27) будет обеспечивать минимальную достоверность результатов мультиспектральных совокупных измерений объектов, хорошо аппроксимируемых моделью идеального черного тела. Совокупные измерения с использованием спектра отражения изучаемых объектов В настоящем разделе рассматривается, возможно ли повысить достоверность совокупных спектральных измерений отражательных свойств растений, характеризующихся взаимно инверсными количественными спектральными характеристиками. Говоря о таких растениях, отметим, что данное свойство растений универсально и охватывает все виды. В качестве примера рассмотрим спектральные характеристики листьев табака

Research and development of radio-electronic equipment and systems

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 в области красного перехода при разных уровнях стресса, возникающего из-за воздействия озона в различных концентрациях [5]. Как видно из графиков, показанных на рис. 1, амплитуды спектральных линий противоположно изменяются в области NIR (750÷1000 нм) и RED

1 2 3 4

500

600

700

800

900

1000 нм / nm

Рисунок 1. Отражательный спектр листьев табака, подвергающихся воздействию озона в разных концентрациях: 1 – озон отсутствует; 2 – низкая концентрация; 3 – средняя концентрация; 4 – высокая концентрация Figure 1. Reflectivity spectrum of tobacco leaves exposed to different concentrations of ozone: 1 – no ozone, 2 – low concentration, 3 – medium concentration, and 4 – high concentration

(600÷700 нм) диапазонов, т. е. при увеличении количества хлорофилла (случай ослабления озонового фактора) сила отраженного сигнала увеличивается в NIR-диапазоне и уменьшается в RED-диапазоне. Усиление озонового воздействия сопровождается уменьшением количества хлорофилла, что в свою очередь уменьшает силу отраженного сигнала в NIR-диапазоне и усиливает отражение в REDдиапазоне. Аналогичный пример, показанный в работе [5], приведен на рис. 2. Наибольший стресс растения отмечен в случае «мало воды – мало азота», соответствующем минимальному количеству хлорофилла в растении. При этом максимальное количество хлорофилла отмечено в случае «много воды – много азота». Как и в предыдущем примере, при высоком содержании хлорофилла в растении амплитуда сигнала спектра отражения в области NIR максимальна, а в зоне RED – минимальна. Уменьшение содержания хлорофилла в растениях приводит к противоположному результату: амплитуда отраженного сигнала в области NIR максимальна, а в зоне RED увеличивается. Далее рассмотрим случай, когда растения, характеризуемые параметром х, могут быть исследованы совокупными спектральными методами измерений на различных длинах волн. При этом используются две длины волн λ1 и λ2, на которых отражательные спектральные характеристики обладают следующими сигнальными свойствами:

Коэффициент отражения / Reflection coefficient

Capsicum annuum

0,4 2 HW-HN LW-HN HW-LN LW-LN

0,3

3 4

0,2

0,1

500

600

700

800

900

нм / nm

Рисунок 2. Изменение отражательных характеристик перца стручкового (Capsicum annuum) при воздействии аномальных доз воды и азота: HW – HN – много воды – много азота; LW – HN – мало воды – много азота; HW – LN – много воды – мало азота; LW – LN – мало воды – мало азота Figure 2. Changed reflection parameters of capsicum (Capsicum annuum) when exposed to abnormal doses of water and nitrogen: HW – HN – high water – high nitrogen, LW – HN – low water – high nitrogen, HW – LN – high water – low nitrogen, LW – LN – low water – low nitrogen

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 •

•

Сила сигнала I1=ϕ1(λ1, x), отображающая амплитуду спектральной характеристики на длине волны λ1, растет при увеличении x. Сила сигнала I2=ϕ2(λ2, x), отображающая амплитуду спектральной характеристики на длине волны λ2, убывает при увеличении x.

Хорошо известно, что одной из важнейших характеристик результатов любых измерений является достоверность результата измерения, определяемая отношением сигнал/шум, выражаемым следующей формулой: ψ0 =

U0 (x) , σ0

(28)

где ψ0 – отношение сигнал/шум; U – результат измерения; σ0 – среднеквадратичное отклонение суммарных шумов в измерительном канале; х – измеряемый параметр (в рассматриваемом случае количество хлорофилла в растениях). Далее допускается, что известны отношения сигнал/шум результатов измерений х на длинах волн λ1 и λ2, т. е. известны ψ1 =

ϕ1 ( λ1, x ) ; σ1

(29)

ψ2 =

ϕ2 ( λ 2 , x ) . σ 21

(30)

где σi, i = 1,2 – шумы при составляющих измерениях. Рассмотрим случай, когда совокупные измерения состояния здоровья растений осуществляются посредством оценки линейной скалярной свертки f ( λ1,λ 2 , x ) = a1ϕ1 + a2ϕ2 = a1ϕ1 ( λ1, x ) + a2ϕ2 ( λ 2 , x ); α1 + α 2 = 1.

(31) (32)

где α1, α2 – весовые коэффициенты. Очевидно, что применение весовых коэффициентов к зашумленным сигналам также приводит к соответствующему масштабированию шумов. При этом шумы в каналах могут быть оценены как α1σ1 и α2σ2. Приняв Гауссовскую модель шумов, суммарные шумы при совокупных измерениях оценим как σ Σ = (α1σ1 )2 + (α 2σ 2 )2 .

(33)

Результирующее отношение сигнал/шум при совокупных измерениях параметра х на длинах волн λ1 и λ2, может быть вычислено как ψΣ = Рассмотрим когда

[α1ϕ1(λ1, x) + α2ϕ2 (λ2 , x)] . (α1σ1 )2 + (α 2σ 2 )2

наиболее

упрощенный

(34) случай,

α1 = α 2 ;

(35)

σ1 = σ 2 .

(36)

В этом случае из (34) получаем ψΣ =

[ϕ1(λ1, x) + ϕ2 (λ2 , x)] . σ 2

(37)

Приняв условие ψ1 = ψ 2 =

ϕ(λ i , x) ; i = 1,2 σ

(38)

из выражений (37) и (38) можем написать условие выигрыша в достоверности результата проводимых совокупных измерений по отношению к достоверности одноволновых измерений: k=

ψΣ , ψ1

(39)

где k – коэффициент выигрыша. С учетом выражений (37), (38), (39) получим k=

[ϕ1(λ1, x) + ϕ2 (λ2 , x)] >1, 2ϕ(λ i , x)

(40)

где i = 1,2. Из неравенства (40) получаем условие выигрыша в достоверности при проведении совокупных измерений параметра х

[ϕ1(λ1, x) + ϕ2 (λ2 , x)] > ϕ(λ i , x)

(41)

Следует отметить, что в рассматриваемой разновидности совокупных измерений актуальным оказывается решение вопроса оптимального выбора весовых коэффициентов при наличии вариаций ϕ1(х) и/или ϕ2(х). Такие вариации особенно характерны для систем дистанционного зондирования, где канал распространения измерительной информации на различных длинах волн может быть зашумлен или ослаблен из-за влияния различных посторонних факторов. Допустим, что из-за воздействия указанных факторов ϕ1(λ1, х) может быть изменен в некоторых пределах [ϕ1min(λ1, х)÷ ϕ1max(λ1, х)]. Ставится задача определения оптимальной величины весового коэффициента α1, при которой нижеуказанный целевой функционал достиг бы максимальной величины ϕ1max

Φ=

∫ 0

α1ϕ1 + α 2ϕ2 (α1σ1 )2 + (α 2σ 2 )2

dϕ1.

(42)

Отметим, что для упрощения записи в выражении (15) и далее ϕ1(λ1, х) и ϕ2(λ2, х) указаны соответственно как ϕ1 и ϕ2. Допустим, что существует функциональная зависимость α1 = f (ϕ1 ),

Research and development of radio-electronic equipment and systems

(43)

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 при которой нижеуказанный функционал цели достигает максимума ϕ1max

Φ=

f (ϕ1 )ϕ1 +[1 − f (ϕ1 )]ϕ2

∫

( f (ϕ1 )σ1 )2 +[1 − f (ϕ1 )]2 σ 22

ϕ1max

f (ϕ1 )[ϕ1 − ϕ2 ]+ ϕ2

∫

f (ϕ1 )2 [σ12 − σ 22 ]+ σ 22

dϕ1 = (44)

dϕ1.

Для случая σ1 = σ2, исследуя функционал (44) на экстремум [8], нетрудно найти следующее решение: α1 = f (ϕ1 ) =

ϕ1 . ϕ1 + ϕ2

(45)

При этом можно показать, что при решении вторая производная интегранта в функционале (44) получает отрицательное значение, т. е. функционал (44) достигает максимальной величины. С учетом выражений (44) и (45) можно получить следующую формулу для вычисления максимальной величины Φ: ϕ1max

Φ max =

∫ 0

ϕ12 + ϕ22 σ(ϕ1 + ϕ2 ) ϕ12 + (ϕ1 −1)2

dϕ1.

(46)

Таким образом, показано, что при наличии ослаблений в каналах передачи измерительной информации возможен оптимальный выбор весовых коэффициентов, применяемых при совокупных измерениях сверточного типа. Выводы Показано, что применительно к рассмотрению спектров поглощения объектов окружающей

среды результаты комплексных совокупных мультиспектральных измерений могут быть охарактеризованы предлагаемым новым вероятностным показателем достоверности, определяемым отношением сигнал/шум на выходах спектральных каналов измерителя. Интегрирование предложенного показателя по всем измерительным спектральным каналам и аппроксимация исследуемых объектов моделью идеального черного тела, характеризуемого функцией Планка, позволило получить выражение оптимальной взаимосвязи между среднеквадратичным отклонением шумов и функцией Планка. На основании вычисленной оптимальной взаимосвязи получена аналитическая зависимость среднеквадратичного отклонения шумов от длины волны и абсолютной температуры в оптимальном режиме. Показано, что при некотором значении длины волны среднеквадратичное отклонение шумов в оптимальном режиме может достичь максимального значения, т. е. достоверность результата измерений на этой длине волны будет минимальной. Применительно к случаю рассмотрения спектров отражения растений дана общая характеристика совокупных двухволновых измерений показателей веществ, характеризующихся взаимно инверсными спектральными характеристиками. Дана оценка повышения отношения сигнал/шум при указанном виде совокупных двухволновых измерений по сравнению с одноволновыми измерениями. Сформулирована и решена задача оптимального выбора весовых коэффициентов при наличии существенных затуханий в измерительных каналах.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Колчков В. И. Метрология, стандартизация и сертификация. М.: Машиностроение, 2015. 410 с. 2. Holben B. N., Eck T. F., Slutsker I., Tanre D., Buis J. P., Setzer A., Vermote E., Reagan J. A., Kaufman Y. J., Nakajima T., Lavenu F., Jankowiak I., Smirnov A. AERONET – A Federated Instrument Network and Data Archive for Aerosol Characterization. Remote Sensing of Environment, 1998, vol. 66, iss. 1, pp. 1–16. 3. Emetere M. E., Sanni S. E., Emetere J. M., Uno U. E. Thermal infrared remote sensing of hydrocarbon in Lagos – Southern Nigeria: Application of the thermographic model. International Journal of GEOMATE, 2017, vol.13, iss. 39, pp. 33–35. DOI: 10.21660/2017.39.41553. 4. Andreoli G., Bulgarelli B., Hosgood B., Tarchi D. Hyperspectral Analysis of Oil and Oil-Impacted Soils for Remote Sensing Purposes. URL: https://ec.europa.eu/jrc/en/publication/eur-scientific-and-technical-research-reports/hyperspectral-analysisoil-and-oil-impacted-soils-remote-sensing-purposes (дата обращения: 26.09.2019). 5. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. М.: Мир, 1988. 399 с. 6. Penuelas J., Filella I. Visible and near-infrared reflectance techniques for diagnosing plant physiological status. Trends in plant science update, 1998, vol. 3, no. 4, pp. 151–156. DOI: https://doi.org/10.1016/S1360–1385(98)01213-8. 7. Filella I., Penuelas J. The red edge position and shape as indicators of plant chlorophyll content, biomass and hydric status. International Journal of Remote Sensing, 1994, vol. 15, iss. 7, pp. 1459–1470. 8. Эльсгольц Л. Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление. М.: Наука, 1974. 432 с.

REFERENCES 1. Kolchkov V. I. Metrologiya, standartizatsiya i sertifikatsiya [Metrology, standardization, and certification]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2015. 410 p. (In Russian).

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 2. Holben B. N., Eck T. F., Slutsker I., Tanre D., Buis J. P., Setzer A., Vermote E., Reagan J. A., Kaufman Y. J., Nakajima T., Lavenu F., Jankowiak I., Smirnov A. AERONET – A Federated Instrument Network and Data Archive for Aerosol Characterization. Remote Sensing of Environment, 1998, vol. 66, iss. 1, pp. 1–16. 3. Emetere M. E., Sanni S. E., Emetere J. M., Uno U. E. Thermal infrared remote sensing of hydrocarbon in Lagos – Southern Nigeria: Application of the thermographic model. International Journal of GEOMATE, 2017, vol. 13, iss. 39, pp. 33–35. DOI: 10.21660/2017.39.41553. 4. Andreoli G., Bulgarelli B., Hosgood B., Tarchi D. Hyperspectral Analysis of Oil and Oil – Impacted Soils for Remote Sensing Purposes. Available at: https://ec.europa.eu/jrc/en/publication/eur-scientific-and-technical-research-reports/hyperspectralanalysis-oil-and-oil-impacted-soils-remote-sensing-purposes (accessed 26.09.2019). 5. Gossorg Zh. Infrakrasnaya termografiya [Infrared thermography]. Moscow, Mir Publ., 1988. 399 p. (In Russian). 6. Penuelas J., Filella I. Visible and near-infrared reflectance techniques for diagnosing plant physiological status. Trends in plant science update, 1998, vol. 3, no. 4, pp. 151–156. DOI: https://doi.org/10.1016/S1360–1385(98)01213-8. 7. Filella I., Penuelas J. The red edge position and shape as indicators of plant chlorophyll content, biomass and hydric status. International Journal of Remote Sensing, 1994, vol. 15, iss. 7, pp. 1459–1470. 8. Elsgolts L. E. Differentsialnye uravneniya i variatsionnoe ischislenie [Differential equations and variations calculus]. Moscow, Nauka Publ., 1974. 432 p.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ Асадов Хикмет Гамидович, д. т. н., профессор, Национальное аэрокосмическое агентство Азербайджана, Азербайджанская Республика, AZ1115, г. Баку, улица С. С. Ахундова, 1, тел.: +(994 12) 324-72-40 e-mail: asadzade@rambler.ru. Джахидзаде Шане Низами гызы, докторант, Национальное аэрокосмическое агентство Азербайджана, Азербайджанская Республика, AZ1115, г. Баку, улица С. С. Ахундова, 1, тел.: +(994 12) 562-93-87, e-mail: zshane@mail.ru.

AUTHORS Khikmet G. Asadov, D.Sc. (Engineering), professor, Azerbaijan National Aerospace Agency, 1, S. S. Akhundova Street, Baku, AZ1115, Azerbaijan Republic, tel.: +(994 12) 562-93-87, e-mail: asadzade@rambler.ru. Shane N. Dzhakhidzade, Ph.D. student, Azerbaijan National Aerospace Agency, 1, S. S. Akhundova Street, Baku, AZ1115, Azerbaijan Republic, tel.: +(994 12) 562-93-87, e-mail: zshane@mail.ru. Поступила 07.05.2019; принята к публикации 09.08.2019; опубликована онлайн 28.11.2019. Submitted 07.05.2019; revised 09.08.2019; published online 28.11.2019.

Research and development of radio-electronic equipment and systems

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 ISSN 2413–9599 (Print)

www.radioprom.org

ISSN 2541–870Х (Online)

DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-26-34 УДК 681.327.8

Оценка временных характеристик мажоритарной обработки синхронизирующей информации в ПСП-ориентированных MAC-протоколах множественного доступа В. В. Подольцев1 1

Краснодарское высшее военное училище им. генерала армии С. М. Штеменко, Краснодар, Россия

Для выбора параметров системы синхронизации, обеспечивающих наибольшую эффективность, необходимо получить временные характеристики. Для этого в работе проведена оценка среднего времени поиска псевдослучайной последовательности (ПСП) через решение задачи системного анализа временных характеристик мажоритарной обработки синхронизирующей информации. В статье сформулирована и решена задача анализа временных характеристик для метода синхронизации ПСП на основе мажоритарной обработки сегментов ПСП, в которой требовалось найти среднее время поиска ПСП. Получены аналитические соотношения для среднего времени поиска ПСП, проведены расчеты и системный анализ результатов. Показано, что увеличение длины обрабатываемого сегмента (зачетного отрезка) N неизбежно приведет к увеличению времени вхождения системы в синхронизм за счет приема дополнительных битов ПСП, участвующих в проверках. Ключевые слова: метод Уорда, синхронизация псевдослучайной последовательности, мажоритарное декодирование, среднее время поиска псевдослучайной последовательности Для цитирования: Подольцев В. В. Оценка временных характеристик мажоритарной обработки синхронизирующей информации в ПСПориентированных MAC-протоколах множественного доступа // Радиопромышленность. 2019. Т. 29, № 4. С. 26–34. DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-26-34 © Подольцев В. В., 2019

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019

Evaluation of time characteristics of the majority treatment of synchronizing information in PRS-oriented MAC multiple access protocols V. V. Podoltsev 1

Krasnodar Higher Military School named after General of the Army S. M. Shtemenko, Krasnodar, Russia

To select the synchronization system parameters that provide the best efficiency, it is necessary to obtain temporal characteristics; for this purpose, the authors estimated the average search time for a pseudo-random sequence (PRS) through solving the problem of system analysis of the time characteristics of the majority processing of synchronization information. The article formulated and solved the problem of analyzing time characteristics for the synchronization method of the PRS based on the majority processing of the PRS segments, in which it was required to find the average search time for the PRS. Analytical relationships were obtained for the average search time of the memory bandwidth, calculations and systematic analysis of the results were performed. It is shown that an increase in the length of the processed segment (test segment) will inevitably lead to an increase in the time the system enters synchronization, due to the reception of additional PSP bits involved in the checks. Keywords: Ward method, memory bandwidth synchronization, majority decoding, average memory bandwidth search time For citation: Podoltsev V. V. Evaluation of time characteristics of the majority treatment of synchronizing information in PRS-oriented MAC multiple access protocols. Radio industry (Russia), 2019, vol. 29, no. 4, pp. 26–34. (In Russian). DOI: 10.21778/2413-95992019-29-4-26-34

Введение С использованием временных диаграмм поясним принципы работы метода последовательной оценки Уорда (метод по «зачетному отрезку» (ЗОТ)) и метода на основе мажоритарного декодирования. На рис. 1 представлена временная диаграмма, объясняющая принцип работы метода синхронизации псевдослучайных последовательностей (ПСП) Уорда. Для вхождения в синхронизм по методу Уорда (ЗОТ) системе синхронизации достаточно принять k + m неискаженных символов ПСП. Так, на рис. 1 показано, что система синхронизации ПСП ведет поиск неискаженной комбинации. Первые три пересекающихся отрезка ПСП (фазы 1, 2, 3) содержат ошибки. Четвертый отрезок (фаза 4) является

«чистым», т. е. не содержит ошибок, и система входит в синхронизм. На рис. 2 представлена блок-схема функционального алгоритма процесса синхронизации ПСП на основе мажоритарной обработки сегментов ПСП (устройство, представленное на рис. 3, реализовано именно на основе этого алгоритма). Данный алгоритм разработан для применения на подуровне доступа к среде передачи. Процесс поиска неискаженного сегмента ПСП на основе мажоритарной обработки синхронизирующей информации при использовании проверочных битов предыдущей фазы для определения последующей фазы ПСП, принятой неправильно, можно реализовать различными способами в зависимости от требований к сложности алгоритма

Фаза 4 / Phase 4 Фаза 3 / Phase 3 Фаза 2 / Phase 2 Фаза 1 / Phase 1

1 2 3 4 k=10

Рисунок 1. Временная диаграмма процесса поиска кода по методу Уорда (метод по «зачетному отрезку») (k = 10, m = 0) Figure 1. Timing diagram of the code search process using the Ward method (the «scoring segment» method) (k = 10, m = 0)

Research and development of radio-electronic equipment and systems

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019

Вход / Entry

Запускаем цикл по длине обрабатываемого сегмента ПСП «N» / Start the cycle along the length of the processed «N» PRS segment

Записываем принятый элемент ПСП из канала в массив / Record the received bandwidth element from the channel to the array

Заполняем генератор ПСП / Fill the PRS generator

Запускаем цикл генерации проверок по длине ЛРР «k» / Start the cycle of checks generation along the k length of the LRR

Подгоняем фазу ПСП на N тактов вперед / Adjust the PRS phase by N steps forward

Перемножаем массив проверок на массив ПСП из канала / Multiply the array of checks by the array of the pseudorandom sequence from the channel

Фаза ПСП совпадает с фазой из канала? / Does the PRS phase coincide with the phase from the channel?

Нет / No

Да / Yes

Суммируем элементы массива по модулю «два» / Summarize the elements of the array modulo «two»

Выход / Exit

Записываем результат суммирования в массив-счетчик / Record the result of the summing up into the counter array

Рисунок 2. Функциональный алгоритм метода синхронизации псевдослучайных последовательностей на основе мажоритарных проверок Figure 2. Functional algorithm of the pseudo-random sequence synchronization method based on majority checks

Блок управления / Control block

Генератор элементов поля αi / Field element αi generator

...

aк

Датчик ПСП / PRS sensor

...

Счетчики с пороговыми элементами / Threshold counters

...

Коммутатор / Switch

Ключевые схемы «И» / Key «And» schemes

...

Регистратор ϕi / ϕi recorder

... Схема подгона / Fitting pattern

Коррелятор / Correlator ПСП / PRS Порог / Threshold Переключение в автономный режим / Switching to the autonomous mode

Рисунок 3. Схема устройства синхронизации псевдослучайных последовательностей на основе мажоритарного алгоритма [1] Figure 3. Scheme of the pseudo-random sequence synchronization based on the majority algorithm [1]

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 Фаза 3 / Phase 3 Фаза 4 / Phase 4 Фаза 2 / Phase 2 Фаза 1 / Phase 1

1 2 3 4

Рисунок 4. Временная диаграмма процесса поиска сегмента по методу синхронизации на основе мажоритарного декодирования (k=10, m=3) Figure 4. Timing diagram of the segment search process by the synchronization method based on majority decoding (k=10, m=3)

и значению максимального времени вхождения в синхронизм. Для минимизации среднего времени поиска неискаженного сегмента целесообразнее использовать подход, представленный на временной диаграмме, изображенной на рис. 4. Из диаграммы видно, что система синхронизации декодирует k=10 битов ПСП, дополнительно принимая m=3 бита ПСП, т. е. длина обрабатываемого сегмента N=13. Если фаза 1 была определена неправильно, т. е. после подгона не совпала с принятой фазой, приемник декодирует фазу 2 и так далее, пока декодированная фаза не совпадет с принятой фазой. Анализатор ПСП при определении следующей фазы, как видно из диаграммы, использует k последних принятых битов ПСП, т. е. декодируетфазу, k битов которой использовались при декодировании предыдущей фазы. Если на рис. 4 m=0, то временная диаграмма полностью совпадает с диаграммой, представленной на рис. 1. Для упрощения имитационного моделирования в дальнейших исследованиях будет реализована другая схема поиска неискаженного сегмента, которая для определения последующей фазы ПСП дополнительно принимает еще один бит ПСП. Это сделано потому, что, как правило, в Simulink имитационная модель реализовывается в виде последовательности блоков-обработчиков, которые фактически представляют собой функции. Для того чтобы блок начал работать, на его вход должны поступить данные, т. е. должен произойти вызов функции. Таким образом, декодер начинает работать только

Фаза 3 / Phase 3 Фаза 2 / Phase 2 Фаза 1 / Phase 1

тогда, когда на его вход поступает очередной бит ПСП, генерация которого зависит от тактовой частоты генератора ПСП. Если же реализовывать схему, представленную на рис. 4, имитационная модель значительно усложняется. На рис. 5 представлена временная диаграмма процесса поиска, реализовывающего данный подход. Из диаграммы видно, что система синхронизации декодирует k=10 битов ПСП, дополнительно принимая m=3 бита ПСП. Анализатор ПСП при определении следующей фазы, как видно из диаграммы, использует k–1 последних принятых битов ПСП, т. е. принимает дополнительный бит ПСП. При N=k диаграммы (рис. 4 и 5) полностью совпадают с диаграммой, представленной на рис. 1, т. к. метод на основе мажоритарного декодирования является разновидностью метода Уорда (ЗОТ). На рис. 6 представлена передача ПСП в кадрах MAC-протокола (Media Access Control). В ПСП-ориентированных протоколах множественного доступа возможны различные варианты формирования кадра или, вернее сказать, инкапсуляции ПСП в заголовок кадра. Так, в протоколе, предложенном в работе [2], в каждом кадре передается только один бит ПСП (рис. 6а) с целью повышения производительности протокола. Очевидно, что ПСП можно передавать пофазно, как показано на рис. 6б, или передавать несколько копий одного бита ПСП в одном кадре (рис. 6в). Для последнего случая схема синхронизации ПСП совпадает со схемой, представленной на рис. 7.

Фаза 4 / Phase 4

1 2 3 4

Рисунок 5. Временная диаграмма процесса поиска неискаженного сегмента по методу синхронизации на основе мажоритарного декодирования (k=10, m=3) Figure 5. Timing diagram of the undistorted segment search process by the synchronization method based on majority decoding (k=10, m=3)

Research and development of radio-electronic equipment and systems

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019

ПСП / PRS: 1 а)

Данные / Data

Кадр 1 / Frame 1

Кадр 2 / Frame 2

Данные / Data

Кадр 3 / Frame 3

Данные / Data

...

Кадр 4 / Frame 4

0 1 1 1 0 0

101| Данные / Data

011| Данные / Data

111| Данные / Data

110| Данные / Data

Кадр 1 / Frame 1

Кадр 2 / Frame 2

Кадр 3 / Frame 3

Кадр 4 / Frame 4

ПСП / PRS:

в)

Данные / Data

ПСП / PRS: 1

б)

0 1 1 1 0 0

...

1 0 1 1 1 0 0

111| Данные / Data

000| Данные / Data

111| Данные / Data

Кадр 1 / Frame 1

Кадр 2 / Frame 2

Кадр 3 / Frame 3

Кадр 4 / Frame 4

...

t Рисунок 6. Передача псевдослучайных последовательностей (ПСП) в кадрах MAC-протокола: а – в каждом кадре передается один бит ПСП, б – в каждом кадре передается одна фаза ПСП, в – в каждом кадре передается несколько копий одного бита ПСП Figure 6. Transfer of pseudo-random sequence (PRS) in MAC protocol frames: a – one bit of PRS is transmitted in each frame, b – one phase of PRS is transmitted in each frame, c – several copies of one bit of PRS are transmitted in each frame

Блок управления / Control block

Генератор элементов поля αi / Field element αi generator

ПСП / PRS

aк

...

Датчик ПСП / PRS sensor

a1 a2

...

Счетчики с пороговыми элементами / Threshold counters

...

Коммутатор / Switch

Ключевые схемы «И» / Key «And» schemes

...

Регистратор ϕi / ϕi recorder

... Схема подгона / Fitting pattern

Коррелятор / Correlator

РУ / Decision-making device Порог / Threshold Переключение в автономный режим / Switching to the autonomous mode

...

f Nс

Рисунок 7. Схема устройства синхронизации псевдослучайных последовательностей на основе мажоритарного алгоритма для MC–CDMA [3] Figure 7. Scheme of pseudo-random sequence synchronization based on the majority algorithm for MC–CDMA [3]

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 Вероятность битовой ошибки для последнего случая можно рассчитать по следующей формуле: Nc

Pср =

k CNc P k (1 − P)Nc-k , ∑ Nc+1

(1)

где P – вероятность ошибки на одной поднесущей; Nc – количество поднесущих. Очевидно, что если передавать ПСП пофазно (рис. 6б), то с увеличением длины линейного рекуррентного регистра (ЛРР) накладные расходы будут возрастать. Так, для ЛРР длиной k = 64 длина адреса (фазы ПСП) составит 8 байт, что является весомой величиной. Например, в режиме асинхронной передачи (asynchronous transfer mode) используются заголовки размером всего 5 байт. Поэтому наиболее экономичным вариантом является передача в каждом кадре только одного бита ПСП (рис. 6а), как предложено в работе [2]. С другой стороны, побитовая передача с увеличением размера кадра повышает чувствительность системы синхронизации к деструктивным ошибок. В современных системах обработки информации и управления замирание сигналов при приеме может быть значительно сокращено за счет применения на физическом уровне RAKE-приемника [4–7] или модуляции OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) с большим циклическим префиксом [8–10]. Поэтому при рассмотрении синхронизации ПСП на уровне MAC группированием деструктивных ошибок можно пренебречь и исследовать вероятностно-временные характеристики только при воздействии на синхронизацию ПСП деструктивных ошибок, распределенных по биномиальному закону. На основании вышеизложенного сформулируем задачу анализа временных характеристик метода синхронизации ПСП на основе мажоритарной обработки сегментов ПСП. Постановка задачи Пусть передатчик формирует кадры, помещая в каждый заголовок только один бит ПСП, соответствующий ПСП на выходе локального генератора MAC-подуровня. Пусть далее кадр передается на физический уровень, после чего отправляется на приемную сторону. Предположим, что на синхронизирующую информацию действуют деструктивные ошибки, распределенные по биномиальному закону с вероятностью ошибки P. На приемной стороне кадр с физического уровня поступает в MACконтроллер, где бит ПСП извлекается и записывается в ЛРР (ячейки памяти) длиной k бит модуля декодера. Модуль декодера после обработки N бит ПСП мажоритарно принимает решение о начальной фазе ПСП α0 с вероятностью битовой ошибки

Pм, после чего декодированная фаза поступает в генератор ПСП (датчик ПСП), где генерируется текущая фаза ПСП αN-1, которая сравнивается с приемной фазой ПСП αk. Пусть скорость передачи в канале связи Bк (бит/с) намного меньше скорости генерирования битов ПСП Bг (бит/с) в приемнике Bк<<Bг. Требуется найти среднее время поиска ПСП Tc. Метод на основе мажоритарной обработки сегментов ПСП является разновидностью метода Уорда (метод ЗОТ) [11, 12]. На основе этого в работе [13–15] получено соотношение для среднего времени поиска ПСП, позволяющее оценить время вхождения в синхронизм через формулу для среднего времени возвращения серии успехов: Тс =

1 − (q')k N ⋅ . Pм (q')k k

(2)

Формула (2) дает приближенную оценку. Это объясняется тем, что задача решалась с помощью эквивалентного представления декодируемой фазы ПСП через функционалы вида: Pм = F (N ,k,P),

(3)

ΔT' = F (N ,k,ΔT ),

(4)

где Pм – вероятность ошибочного определения ПСП; ∆Т' – длина одного бита ПСП эквивалентной фазы, равная N/k в относительных единицах. Функционалы (3) и (4) позволяют перейти от задачи анализа временных характеристик метода на основе мажоритарной обработки к задаче анализа временных характеристик метода Уорда (метод ЗОТ). Наиболее точную оценку среднего времени поиска сегмента можно получить через вероятность ошибочного определения всего символа ПСП длиной k бит – Pсимв. Проанализировав временную диаграмму, представленную на рис. 4, можно заметить, что процесс поиска сегмента ПСП фактически сводится к приему каждый раз следующих m проверочных бит ПСП при неправильном определении предыдущей фазы, которые, согласно алгоритму, определяют новую фазу ПСП. Эти проверочные биты и задают вероятность ошибочного определения символа ПСП Pсимв. Тогда можно использовать формулу для среднего времени возвращения серии успехов [16, 17]: Т ср =

1 − qk , Pq nU

(5)

где k – число успехов (длина «зачетного отрезка»); P – вероятность деструктивной ошибки; q =1–P – вероятность правильного приема одного чипа; U – скорость передачи.

Research and development of radio-electronic equipment and systems

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 Подставим вместо вероятностей неправильного и правильного приема бита вероятность ошибочного определения символа Pсимв и вероятность правильного определения символа qсимв=1–Pсимв при условии, что k=1 (принимаем один символ ПСП вместо серии бит). Выполним данные подстановки и получим следующее соотношение: Тс =

1 Тm, 1 − Рсимв

(6)

где Tm – длительность одного испытания или длительность одного символа ПСП из m бит. Из диаграммы, изображенной на рис. 4, видно, что длительность Tm равна (в относительных единицах, т. е. ∆Tm=0) Т симв = N − k,

(7)

тогда с учетом (7) выражение (6) можно переписать в виде: Тс =

N −k . 1 − Рсимв

(8)

С учетом приема первых k–1 бит ПСП, заполняющих регистратор фазы, когда декодер бездействует, для диаграммы, представленной на рис. 5, окончательно получаем выражение: Тс =

N − k +1 + (k −1). 1 − Рсимв

(9)

Заметим, что формула (9) справедлива только для случая, когда мажоритарный анализатор принимает дополнительно m проверочных бит ПСП, т. е. когда N>k. В случае же равенства N и k, как упоминалось ранее, метод синхронизации на основе мажоритарного определения полностью совпадает с методом Уорда (ЗОТ), тогда при N=k для Tc будет справедлива формула (5).

Так как анализатор ПСП определяет начальную фазу ПСП, то формула (9) фактически определяет среднее время декодирования ПСП. Если длительность одного бита датчика (генератора) ПСП 1 намного меньше длительности (рис. 3) ΔТ г = Вг 1 одного бита ПСП из канала ΔТ к = (ΔТ к >> ΔTг ), Вк то временем на подгон фазы можно пренебречь. То есть условие (Вк << Вг ) удовлетворяется. Тогда формула (9) будет определять среднее время поиска сегмента ПСП. Выводы В работе решена задача анализа временных характеристик для метода синхронизации ПСП на основе мажоритарных проверок путем сведения ее к задаче анализа временных характеристик метода ЗОТ. Получены аналитические соотношения для среднего времени поиска, проведены расчеты и системный анализ результатов, в частности: 1. С помощью теории вероятностей через известное соотношение для среднего времени возвращения серии успехов, используемого при анализе метода Уорда (ЗОТ), получена формула для оценки среднего времени поиска метода на основе мажоритарных проверок. 2. Показано, что увеличение длины обрабатываемого сегмента (зачетного отрезка) N неизбежно приведет к увеличению времени вхождения системы в синхронизм за счет приема дополнительных битов ПСП, участвующих в проверках. 3. Сформулирована и решена задача анализа временных характеристик метода синхронизации ПСП на основе мажоритарной обработки сегментов ПСП, в которой требовалось найти среднее время поиска ПСП.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Хисамов Д. Ф. Моделирование процесса синхронизации датчиков псевдослучайных последовательностей в подавляемых системах радиосвязи. Автореферат. Воронеж: Воронежский институт МВД России, 2005. С. 9–14. 2. Markhasin A. QoS-oriented medium access control fundamentals for future all-MPLS/ATM satellite multimedia personal communications 4G. In: 2004 IEEE International Conference on Communications. Paris, IEEE Publ., 2004, pp. 3963–3968. DOI: 10.1109/ICC.2004.1313295. 3. Лойко В. И., Хисамов Ф. Г., Золотуев А. Д. Исследование временных характеристик метода синхронизации ПСП для систем связи военного и гражданского назначения на основе MC-DS-CDMA // Научный журнал КубГАУ. 2015. № 113 (09). С. 184–195 4. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. 1104 с. 5. Liu H., Li K. A decorrelating RAKE receiver for CDMA communications over frequency-selective fading channel. IEEE Transactions on Communications, 1999, vol. 47, iss. 7, pp. 1036–1045. 6. Strigilis S., Kaul A., Yang N., Woerner B. D. A multistage RAKE receiver for improved capacity of CDMA-systems. Proceedings of IEEE Vehicular Technology Conference (VTC), Stockholm, IEEE Publ, 1994, pp. 789–793. DOI:10.1109/ VETEC.1994.345198. 7. Cozzo C., Bottomley G. E., Khayrallah A. S. RAKE receiver finger placement for realistic channels. In: IEEE Wireless Communications and Networking Conference. Atlanta, IEEE Publ., 2004. pp. 316–321. DOI: 10.1109/WCNC.2004.1311564. 8. Batariere M., Baum K., Krauss T. P. Cyclic prefix length analysis for 4G OFDM systems. In: IEEE60th Vehicular Technology Conference. Los Angeles, IEEE Publ. 2004, pp. 543–547. DOI: 10.1109/VETECF.2004.1400066.

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 9. Vinkatesan S., Valenzuela R. A. OFDM for 5G: Cyclic prefix versus zero postfix, and filtering versus windowing. In: 2016 IEEE International Conference on Communications (ICC). Kuala Lumpur, IEEE Publ., 2016, pp. 1–5. DOI: 10.1109/ ICC.2016.7510757. 10. Ma C-Y., Wu C-Y., Huang C-C. A simple ICI suppression method utilizing cyclic prefix for OFDM systems in the presence of phase noise. IEEE Transactions on Communications, 2013, vol. 61, iss. 11, pp. 4539–4550. DOI: 10.1109/ TCOMM.2013.091513.130197. 11. Лойко В. И., Хисамов Ф. Г., Золотуев А. Д. Помехоустойчивость метода синхронизации псевдослучайной последовательности для систем связи с MC–CDMA // Научный журнал КубГАУ. 2015. № 114 (10). С. 1–11. 12. Прозоров Д. Е. Метод последовательной оценки псевдослучайных сигналов на основе модели многосвязной цепи Маркова // Журнал радиоэлектроники. 2013. № 1. С. 1–18. 13. Золотуев А. Д., Хисамов Ф. Г., Чернуха Ю. В. Исследование временных характеристик подоптимального метода синхронизации для ПСП-ориентированных протоколов множественного доступа // III-я Всероссийская научно-техническая конференция «Системы связи и радионавигации». Системы связи и радионавигации: сб. тезисов. Красноярск: АО «НПП «Радиосвязь», 2016. С. 367–369. 14. Исследование временных характеристик подоптимального метода синхронизации с помощью компьютерного моделирования / А. Д. Золотуев, Ф. Г. Хисамов, Ю. В. Чернуха, С. А. Евтушенко, А. С. Зеленков // Международная научнопрактическая конференция «Специальная связь и безопасность информации (ССБИ-2016)». Материалы конференции. Краснодар: Краснодарский ЦНТИ, 2016. С. 18–24. 15. Золотуев А. Д., Хисамов Ф. Г. Временные характеристики метода синхронизации ПСП для систем на базе технологии MC-DS-CDMA // Сборник трудов X–XI Всероссийской научно-технической школы-семинара «Информационная безопасность – актуальная проблема современности. Совершенствование образовательных технологий подготовки специалистов в области информационной безопасности». Краснодар: КВВУ, 2015. С. 3–9. 16. Хисамов Д. Ф. Теоретическая оценка синхронизации апериодической псевдослучайной последовательности за допустимое время // Наука и технологии: краткие сообщения XXIX Российской школы, посвященной 85-летию со дня рождения академика В. П. Макеева. Екатеринбург: УроО РАН, 2009, С. 210–213. 17. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. Т. 1, М.: Мир, 1984. 488 с.

REFERENCES 1. Khisamov D. F. Modelirovanie protsessa sinkhronizatsii datchikov psevdosluchainykh posledovatel’nostei v podavlyaemykh sistemakh radiosvyazi. Avtoreferat [Modeling the process of synchronization of pseudorandom sequence sensors in suppressed radio communication systems. Abstract]. Voronezh, Voronezhskij institut MVD Rossii Publ., 2005. 154 p. (In Russian). Pp. 9–14. 2. Markhasin A. QoS-oriented medium access control fundamentals for future all-MPLS/ATM satellite multimedia personal communications 4G. In: 2004 IEEE International Conference on Communications. Paris, IEEE Publ., 2004, pp. 3963–3968. DOI: 10.1109/ICC.2004.1313295. 3. Loiko V. I., Khisamov F. G., Zolotuev A. D. The study of the temporal characteristics of the SRP synchronization method for communication systems for military and civil purposes on the basis of MC-DS-CDMA. Nauchnyj zhurnal KubGAU, 2015, no. 113 (09), pp. 184–195. (In Russian). 4. Sklyar B. Tsifrovaya svyaz. Teoreticheskie osnovy i prakticheskoe primenenie [Theoretical foundations and practical application]. Moscow, Izdatelskii dom «Vilyams» Publ., 2003, 1104 p. (In Russian). 5. Liu H., Li K. A decorrelating RAKE receiver for CDMA communications over frequency-selective fading channel. IEEE Transactions on Communications, 1999, vol. 47, iss. 7, pp. 1036–1045. 6. Strigilis S., Kaul A., Yang N., Woerner B. D. A multistage RAKE receiver for improved capacity of CDMA-systems. In: Proceedings of IEEE Vehicular Technology Conference (VTC). Stockholm, IEEE Publ, 1994, pp. 789–793. DOI:10.1109/ VETEC.1994.345198. 7. Cozzo C., Bottomley G. E., Khayrallah A. S. RAKE receiver finger placement for realistic channels. In: IEEE Wireless Communications and Networking Conference. Atlanta, IEEE Publ., 2004. pp. 316–321. DOI: 10.1109/WCNC.2004.1311564 8. Batariere M., Baum K., Krauss T. P. Cyclic prefix length analysis for 4G OFDM systems. In: IEEE 60th Vehicular Technology Conference. Los Angeles, IEEE Publ, 2004, pp. 543–547. DOI: 10.1109/VETECF.2004.1400066 9. Vinkatesan S., Valenzuela R. A. OFDM for 5G: Cyclic prefix versus zero postfix, and filtering versus windowing. In: 2016 IEEE International Conference on Communications (ICC). Kuala Lumpur, IEEE Publ., 2016, pp. 1–5. DOI: 10.1109/ ICC.2016.7510757 10. Ma C-Y., Wu C-Y., Huang C-C. A simple ICI suppression method utilizing cyclic prefix for OFDM systems in the presence of phase noise. IEEE Transactions on Communications, 2013, vol. 61, iss. 11, pp. 4539–4550. DOI: 10.1109/ TCOMM.2013.091513.130197. 11. Loiko V. I., Khisamov F. G., Zolotuev A. D. Interference immunity of the pseudorandom sequence synchronization method for communication systems with MC–CDMA. Nauchnyi zhurnal KubGAU, 2015, no. 114 (10), pp. 1–11. (In Russian). 12. Prozorov D. E. The method of sequential estimation of pseudorandom signals based on a model of a multiply connected Markov chain. Zhurnal radioelektroniki, 2013, no. 10, pp. 1–18. (In Russian). 13. Zolotuev A. D., Xisamov F. G., Chernuxa Yu. V. Issledovanie vremennykh kharakteristik podoptimal’nogo metoda sinkhronizatsii dlya PSP-orientirovannykh protokolov mnozhestvennogo dostupa In: III Vserossiyskaya nauchnotekhnicheskaya konferentsiya «Sistemy svyazi i radionavigatsii» [III All-Russian scientific and technical conference «Communication and radio navigation systems.» Communication and radio navigation systems: collection of abstracts]. Krasnoyarsk, AO «NPP «Radiosvyaz» Publ., 2016, pp. 367–369. (In Russian).

Research and development of radio-electronic equipment and systems

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 14. Zolotuev A. D., Khisamov F. G., Chernukha Yu. V., Evtushenko S. A., Zelenkov A. S. Issledovanie vremennykh kharakteristik podoptimal’nogo metoda sinkhronizatsii s pomoshch’yu komp’yuternogo modelirovaniya. In: Mezhdunarodnaya nauchnoprakticheskaya konferentsiya «Spetsial’naya svyaz’ i bezopasnost’ informatsii (SSBI-2016)» [International scientific-practical conference «Special Communications and Information Security (SCIS-2016) »]. Krasnodar, Krasnodarskii TSNTI Publ., 2016, pp. 18–24. (In Russian). 15. Zolotuev A. D., Khisamov F. G. Vremennye kharakteristiki metoda sinkhronizatsii PSP dlya sistem na baze tekhnologii MCDS-CDMA. Sbornik trudov X–XI Vserossiiskoi nauchno-tekhnicheskoi shkoly-seminara «Informatsionnaya bezopasnost – aktualnaya problema sovremennosti. Sovershenstvovanie obrazovatelnykh tekhnologii podgotovki spetsialistov v oblasti informatsionnoi bezopasnosti» [Proceedings of the X–XI All-Russian Scientific and Technical School-Seminar «Information Security – an Actual Problem of the Present. Improving educational technologies for training specialists in the field of information security»]. Krasnodar, KVVU, 2015, pp. 3–9. (In Russian). 16. Khisamov D. F. Teoreticheskaya otsenka sinkhronizatsii aperiodicheskoi psevdosluchainoi posledovatel’nosti za dopustimoe vremya. In: Nauka i tekhnologii: kratkie soobshcheniya XXIX Rossiiskoi shkoly, posvyashchennoi 85-letiyu so dnya rozhdeniya akademika V. P. Makeeva [Science and technology: brief communications of the XXIX Russian School dedicated to the 85th birthday of academician V. P. Makeev]. Ekaterinburg, UroO RAN Publ., 2009, pp. 210–213. (In Russian). 17. Feller V. Vvedenie v teoriyu veroyatnostej i ee prilozheniya [Introduction to probability theory and its applications]. Vol. 1, Moscow, Mir Publ., 1984, 488 p. (In Russuan).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ Подольцев Виктор Владимирович, начальник научно-исследовательской лаборатории, Краснодарское высшее военное училище имени генерала армии С. М. Штеменко, 350063, Краснодар, ул. Красина, д. 4, тел.: +7 (861) 268-35-09, e-mail: kvvu@mil.ru.

AUTHOR Viktor V. Podoltsev, head of scientific research laboratory, Krasnodar Higher Military School named after General of the Army S. M. Shtemenko, 4, ulitsa Krasina, Krasnodar, 350063, Russia, tel.: +7 (861) 268-35-09, e-mail: kvvu@mil.ru. Поступила 22.02.2019; принята к публикации 30.07.2019; опубликована онлайн 28.11.2019. Submitted 22.02.2019; revised 30.07.2019; published online 28.11.2019.

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 ISSN 2413–9599 (Print)

www.radioprom.org

ISSN 2541–870Х (Online)

DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-35-43 УДК 621.396.96

Определение параметров четырехточечной частично когерентной модели радиолокационного объекта на основе ее эквивалентности пятиточечной некогерентной модели А. О. Подкопаев1, М. А. Степанов1, С. В. Тырыкин1 1

Новосибирский государственный технический университет, Новосибирск, Россия

В работе решается задача определения параметров четырехточечной частично когерентной геометрической модели радиолокационного объекта по известной его пятиточечной некогерентной модели. Полученные аналитические соотношения определяют спектрально-корреляционные характеристики сигналов, подводимых к излучателям четырехточечной частично когерентной модели матричного имитатора, излучающих коррелированные нормальные случайные процессы. Соотношения получены на основе свойства эквивалентности четырехточечной модели, излучающей коррелированные сигналы, и пятиточечной модели, излучающей некоррелированные сигналы. При этом рассмотрены проекции исходной пятиточечной некогерентной модели на две взаимно ортогональные оси координат. На их основе получены проекции на эти же оси четырехточечной частично когерентной модели. Определены выражения, связывающие полученные проекции и искомую четырехточечную частично когерентную модель. Описаны условия, выполнение которых необходимо для синтеза адекватной пятиточечной некогерентной геометрической модели распределенного радиолокационного объекта. На их основе сформулированы ограничения, в пределах которых возможен переход от некогерентных пятиточечных моделей к частично когерентным четырехточечным. Полученные теоретические результаты подтверждены программным моделированием. Ключевые слова: имитация, матричный имитатор, некогерентная модель, частично когерентная модель Для цитирования: Подкопаев А. О., Степанов М. А., Тырыкин С. В. Определение параметров четырехточечной частично когерентной модели радиолокационного объекта на основе ее эквивалентности пятиточечной некогерентной модели // Радиопромышленность. 2019. Т. 29, № 4. С. 35–43. DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-35-43 © Подкопаев А. О., Степанов М. А., Тырыкин С. В., 2019

Research and development of radio-electronic equipment and systems

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019

Determination of the parameters of a four-point partially coherent model of radar object based on its equivalence to a five-point non-coherent model A. O. Podkopayev1, M. A. Stepanov1, S. V. Tyrykin1 1

Novosibirsk state technical university, Novosibirsk, Russia

The problem of determining the parameters of a four-point partially coherent model of radar object based on its equivalence to a five-point non-coherent model was solved. The obtained analytical relations describe the spectral and correlation characteristics of signals delivered to the emitters of the four-point partially coherent model of the matrix simulator emitting statistically dependent normal random processes. Correlations are defined based on the equivalence of a four-point model emitting correlated signals and five-point model emitting uncorrelated signals. Moreover, the projections of an original fivepoint non-coherent model onto two mutually orthogonal coordinate axes are reviewed. Based on that, the projections onto the same axes of a four-point partially coherent model are derived. Expressions relating to the derived projections and required four-point partially coherent model are obtained. Conditions that are necessary for the synthesis of an adequate five-point non-coherent distributed radar target geometric model are described. Based on them, the limitations within which a transition from non-coherent five-point models to partially coherent four-point models is possible are formulated. The obtained theoretical results are confirmed by software modeling. Keywords: simulation, matrix simulator, non-coherent model, partially coherent model For citation: Podkopayev A. O., Stepanov M. A., Tyrykin S. V. Determination of the parameters of a four-point partially coherent model of radar object based on its equivalence to a five-point non-coherent model. Radio industry (Russia), 2019, vol. 29, no. 4, pp. 35–43. (In Russian). DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-35-43

Введение В настоящее время большой интерес представляют имитаторы эхо-сигналов от распределенных объектов. Такие устройства предоставляют разработчикам и испытателям радиотехнических систем большие возможности по полунатурному моделированию как самих распределенных объектов, так и явлений, свойственных реальным условиям радиолокации. Одним из таких явлений являются угловые шумы – флуктуации пеленга многоточечного объекта, электромагнитные волны от фрагментов которого отражаются со случайным изменением фаз и амплитуд [1, 2]. Угловые шумы описываются вероятностными характеристиками: плотностью распределения вероятностей (ПРВ) и спектральнокорреляционными характеристиками (СКХ) [2]. Если объект находится в дальней зоне приемной антенны, то множество таких источников излучения для нее сливаются в один, называемый кажущимся центром излучения [3, 4]. ПРВ положения кажущегося центра излучения зависит от двух параметров: m – математического ожидания, μ – параметра, характеризующего ширину ПРВ [2, 4]. Корреляционные характеристики определяют скорость флуктуаций положения кажущегося центра излучения [2, 3, 6]. 36

Моделирование угловых шумов объекта проводится при помощи матричных имитаторов, состоящих из системы излучателей и блока формирования сигналов с требуемыми характеристиками [3, 5, 7]. Флуктуации кажущегося центра излучения обеспечиваются подведением к излучателям матричного имитатора случайных процессов, статистическая связь которых описывается коэффициентом их взаимной корреляции r. При r = 0 источники излучают статистически независимые сигналы. Для таких моделей, называемых некогерентными (НК), хорошо разработан аппарат синтеза, обеспечивающий равенство ПРВ и корреляционной функции угловых шумов модели и объекта. Однако регулирование параметров ПРВ для таких моделей ограничено, это приводит к увеличению необходимого количества излучателей для получения разнообразных значений параметров m и μ. При |r|=1 источники излучают полностью статистически связанные сигналы: одинаковые сигналы (r =1) или сигналы, модули которых равны, но знаки противоположны (r = –1). Такая модель называется когерентной, и для нее характерны сложности с выполнением точной фазировки сигналов излучателей [2, 5, 8]. При значении

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 коэффициента корреляции, лежащем в диапазоне (–1;0) и (0;1), источники излучают частично связанные сигналы. Такая модель называется частично когерентной (ЧК) и обладает по сравнению с другими определенными преимуществами: расширенными возможностями по регулированию параметров ПРВ угловых шумов при неподвижных точках модели и пониженными требованиями к фазировке сигналов, формируемых в точке наблюдения, по сравнению с когерентными моделями. Известны подходы, позволяющие синтезировать ЧК-модели, обеспечивающие заданные параметры ПРВ угловых шумов. Вопрос обеспечения равенства корреляционных функций или спектральных плотностей мощности угловых шумов модели и замещаемого объекта в настоящее время рассмотрен только для ее одномерного двухточечного исполнения [9]. Однако реальные отражающие объекты имеют пространственное распределение минимум по двум координатам, т. е. являются двухмерными. Очевидно, что одномерные матричные имитаторы не обеспечивают достоверного моделирования эхо-сигналов от двухмерных распределенных объектов. Для этого необходимо рассмотреть модели, обеспечивающие требуемые спектрально-корреляционные характеристики угловых шумов по двум осям координат. Известны некогерентные модели с девятью неподвижными излучателями и с пятью излучателями, один из которых является подвижным, обеспечивающие угловые шумы с требуемыми СКХ. Приоритет пятиточечной модели обеспечивается меньшим количеством. В [10] показана эквивалентность двухмерной пятиточечной некогерентной модели и двухмерной четырехточечной частично когерентной. Это открывает возможность переноса аппарата синтеза двухмерных некогерентных моделей, формирующих угловые шумы с заданной корреляционной функцией, на двухмерные частично когерентные модели. Цель работы: определить параметры четырехточечных частично когерентных геометрических моделей, формирующих угловые шумы с заданной корреляционной функцией, основываясь на их эквивалентности известным пятиточечным некогерентным геометрическим моделям для замещения распределенных объектов радиолокации. Решение задачи Распространенным является такой подход к синтезу моделей, формирующих угловые шумы с заданными спектрально-корреляционными характеристиками, как предъявление требований к авто- и взаимным корреляционным функциям (АКФ и ВКФ) квадратурных составляющих сигналов излучателей [2, 5].

Известно понятие функции распределения плотности авто- и взаимной корреляции квадратурных составляющих эхо-сигнала по объекту: Fr(xi, τ) и Fs(xi, τ) соответственно для одномерных объектов, где xi – координаты излучателей. На этом основании определяются АКФ и ВКФ сигналов, подводимых к излучателям матричного имитатора [2, 5, 12]. Рассмотрим двухмерную пятиточечную некогерентную модель. Пусть имеется пять излучателей нормальных некоррелированных случайных процессов s’i(t), СКО этих случайных процессов – A’i, где i – номер излучателя модели. АКФ квадратурных составляющих этих сигналов – R’i(τ), ВКФ – S’i(τ). Первые четыре излучателя пронумерованы по принципу «слева-направо, сверху-вниз». Пятый излучатель, являющийся подвижным, имеет последний номер. Здесь и в дальнейшем верхний штрих означает принадлежность параметра некогерентной геометрической модели. Координаты излучателей определяются их расположением относительно двух осей координат: X и Y. В [5, 11] рассмотрена модель, все излучатели которой кроме пятого располагаются в вершинах прямоугольника или в частном случае квадрата с нормированной длиной стороны, равной 2 в точках, соответствующих координатам 1 или –1. Расположение излучателей такой модели показано белыми маркерами-квадратами на рис. 1. Выражения для корреляционных функций сигналов пятиточечной НК-модели хорошо известны.

Y 1 A’y2

A’1

A’2 A’5

∆y A’y3 –1

A’x3

A’x1

A’3

∆x

–1

A’x2

A’4

A’y1

Рисунок 1. Схема пятиточечной некогерентной модели и ее проекций Figure 1. Diagram of a five-point non-coherent model and its projections

Research and development of radio-electronic equipment and systems

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 Рассмотрим проекцию пятиточечной НК-модели на оси координат. Спроецированные излучатели обозначены черными маркерами-квадратами на рис. 1. Пятый излучатель разложен на две проекции, расположенные в точках с координатами (∆x; 0) и (0; ∆y). Этим проекциям соответствует тот же сигнал и той же мощности, что и самому пятому излучателю:

модели связаны с сигналами эквивалентной ей двухточечной ЧК-модели следующими выражениями [2, 9]:

A5` s5` (t) = Ax` 3 s5` (t) = Ay` 3 s5` (t),

где sx1(t) и sx2(t) – сигналы двухточечной частично когерентной модели-проекции на ось X, σx1 и σx2 – их СКО, nx1 и nx2 – знаковые множители, Ax1 и Ax2 – СКО когерентных составляющих s’5(t). При этом на СКО сигналов налагаются требования физической реализуемости перехода [9]:

где индексами x и y отмечены проекции на соответствующие оси, а номер 3 выбран для упрощения рассмотрения далее трехточечных моделей-проекций. Очевидно, что: A’5=A’x3=A’y3. Сигналы двухмерной модели-проекции являются нормальными случайными процессами, а их корреляционные функции согласно известным правилам [12–15] определяются выражениями (1). Общие выражения для АКФ и ВКФ квадратур сигналов различаются только применением соответствующей функции Fr(xi, τ) или Fs(xi, τ) [2], поэтому для упрощения записи в дальнейшем приведены только выражения для АКФ, а выражения для ВКФ опущены. ⎧ Rx` (τ) = R1`(τ) + R3` (τ); ⎪ 1 ⎪ Rx` (τ) = R2` (τ) + R4` (τ); ⎪ 2 ⎪ Rx` (τ) = R5` (τ); ⎪ 3 ⎨ ` ` ` ⎪ Ry1 (τ) = R3 (τ) + R4 (τ); ⎪ ` ` ` ⎪ Ry 2 (τ) = R1 (τ) + R2 (τ); ⎪ ` ⎪⎩ Ry 3 (τ) = R5` (τ).

⎧ A` 2 = σ 2 − A 2 ; x1 x1 ⎪ x1 ⎪ `2 2 2 ⎨ Ax 2 = σ x 2 − Ax 2 ; ⎪ ⎪ Ax` = nx Ax + nx Ax → Ax` 2 = Ax 2 (1 + z x )2 . 1 1 2 2 3 2 ⎩ 3

(1)

(2)

(3)

Параметр zx – отношение СКО сигналов при составляющих s’5(t), которое с учетом знаковых множителей определяется положением третьего излучателя: zx =

С учетом проецирования пятого излучателя получены две осевые трехточечные неэквидистантные некогерентные модели. В работе [9] было доказано, что существуют двухточечные ЧК-модели, эквивалентные трехточечным НК-моделям с точки зрения обеспечения ими параметров ПРВ. Эти ЧКмодели в рассматриваемой задаче представляют собой проекции искомой двухмерной четырехточечной частично когерентной модели на оси координат. Корреляционные функции сигналов проекций ЧК модели при этом можно определить исходя из эквивалентности соответственным НК моделям по известным выражениям [9]. Рассмотрим переход от трехточечной НК- к двухточечной ЧК-модели, предложенный в [9]. Для упрощения записи рассмотрим только трехточечную НК-модель, расположенную на оси X. Все соответственные выражения и преобразования аналогичны для модели на оси Y. Трехточечной НК модели-проекции, расположенной на оси X, соответствуют сигналы, A’x1s’x1(t), A’x2s’x2(t) и A’x3s’x5(t). Сигналы такой трехточечной 38

⎧σ s (t) = n A s ' (t) + A` s ` (t); x1 x1 5 x1 x1 ⎪ x1 x1 ⎨ ' ⎪σ x sx (t) = nx Ax s5 (t) + Ax` sx` (t), 2 2 2 2 ⎩ 2 2

nx1 Ax1 nx 2 Ax 2

1 − Δx . 1 + Δx

(4)

То есть двухточечная частично когерентная модель представляется в виде суммы двухточечной некогерентной, к которой относятся составляющие A’x1s’x1(t) и A’x2s’x2(t), и двухточечной когерентной, сводящейся к одному виртуальному излучателю суммарного сигнала A’x3s’x5(t), расположение которого зависит от значения zx [9, 10]. При этом коэффициент взаимной корреляции между сигналами двухточечной ЧК-модели согласно [9] определяется выражением rx =

Ax 2 2 z x σ x1 2 γ x

(5)

где γ = σx2/σx1 – отношение СКО сигналов излучателей ЧК-модели. Также коэффициент взаимной корреляции для сигналов модели-проекции определяется параметрами ПРВ угловых шумов вдоль соответствующей оси координат [2, 6]. Выражения, описывающие связь параметров ПРВ и параметров сигналов одномерной ЧК-модели, известны из литературы [2]: ⎧ γ 2 −1 m(γ,r) = ; ⎪ 1 + 2rγ + γ 2 ⎪ ⎨ 2 ⎪μ(γ,r) = 1 + 2rγ + γ . ⎪ 2γ 1 − r 2 ⎩

(6)

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 Это позволяет на основе выражений (5) и (6) определять значения задействованных в них параметров. АКФ сигналов трехточечной НК-модели и эквивалентной ей двухточечной ЧК-модели связаны следующими выражениями [9]: ⎧ Rx (τ) = Rx` (τ) + z x Rx (τ); 1 12 ⎪ 1 Rx12 (τ) ⎪ ` ⎪ Rx 2 (τ) = Rx 2 (τ) + z ; x ⎨ ⎪ 2 ⎪ R (τ) = z x Ax 2 R ` (τ), x3 ⎪ x12 Ax`3 2 ⎩

(7)

где Rx1(τ) и Rx2(τ) – АКФ сигналов частично когерентной модели-проекции, а Rx12(τ) – их ВКФ. Выразим АКФ сигналов частично когерентной модели-проекции через АКФ сигналов исходной некогерентной модели, подставив (1) в (7). Выражения для АКФ сигналов модели-проекции на ось Y определяются по аналогичному алгоритму. ⎧ Rx (τ) = R1`(τ) + R3` (τ) + z x Rx (τ); 12 ⎪ 1 Rx12 (τ) ⎪ ` ` ; ⎪ Rx 2 (τ) = R2 (τ) + R4 (τ) + zx ⎨ ⎪ 2 ⎪ R (τ) = z x Ax 2 R `(τ). 5 ⎪ x12 A5`2 ⎩

(8)

Полученные по аналогичному алгоритму выражения для АКФ сигналов модели-проекции на ось Y приведены в системе (9). ⎧ Ry (τ) = R3` (τ) + R4` (τ) + z y Ry (τ); 12 ⎪ 1 R (τ) ⎪ y12 ` ` ; ⎪ Ry 2 (τ) = R1 (τ) + R2 (τ) + z y ⎨ ⎪ 2 ⎪ R (τ) = z y Ay 2 R `(τ). 5 ⎪ y12 A5`2 ⎩

излучателей исходной пятиточечной НК-модели так, как показано белыми маркерами-кругами на рис. 2, а ее расположение ее проекции на оси координат – черными маркерами-кругами. В [6] были получены выражения для определения σk на основе требуемых значений параметров ПРВ и СКО моделей-проекций, поэтому в данной работе необходимо определить выражения только для описания СКХ сигналов. Выражения для АКФ квадратурных составляющих сигналов моделей-проекций в таком случае имеют вид: ⎧ Rx1 (τ) = R1 (τ) + R3 (τ) + 2R13 (τ); ⎪ ⎪ Rx 2 (τ) = R2 (τ) + R4 (τ) + 2R24 (τ); ⎨ ⎪ Ry1 (τ) = R3 (τ) + R4 (τ) + 2R34 (τ); ⎪ R (τ) = R (τ) + R (τ) + 2R (τ). 1 2 12 ⎩ y2

(10)

СКХ моделируемых угловых шумов должны сохранять свои свойства и независимо регулироваться вдоль осей координат, т. е. определяться только проекцией ЧК-модели на соответствующую ось. Свойства СКХ угловых шумов вдоль какойлибо из осей координат определяются взаимной корреляцией между сигналами пар излучателей, расположенных вдоль этой оси, или ВКФ этих сигналов. Таким образом, независимое регулирование СКХ вдоль осей координат возможно, если выражения для АКФ сигналов моделей-проекций удовлетворяют следующим выражениям:

(9)

В системах выражений (8) и (9) определены корреляционные функции сигналов проекций излучателей четырехточечной ЧК-модели на оси координат X и Y. Дальнейшей задачей является переход от проекций к искомой четырехточечной ЧК-модели. Известными параметрами проекции искомой модели на оси координат являются СКО сигналов проекций излучателей: σx1, σx2, σy1 и σy2; АКФ квадратурных составляющих сигналов: Rx1(τ), Rx2(τ), Ry1(τ), Ry2(τ), Rx12(τ) и Ry12(τ). Необходимо определить СКО сигналов излучателей искомой модели σk, а также АКФ (Rk(τ), где k=1…4 – номер излучателя) и ВКФ (Sk(τ)) их квадратурных составляющих. Расположение излучателей искомой модели совпадает с расположением неподвижных

σ1

–1 σx1

σ3

σy2

σ2

1 σx2

σy1 –1

σ4

Рисунок 2. Схема четырехточечной частично когерентной модели и ее проекций Figure 2. Diagram of the four-point partially coherent model and its projections

Research and development of radio-electronic equipment and systems

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 ⎪⎧ Rx12 = R12 = R34; ⎨ ⎪⎩ Ry12 = R13 = R24.

(11)

Упростим систему (10) с учетом (11). ⎧ Rx1 (τ) = R1 (τ) + R3 (τ) + 2Ry12 (τ); ⎪ ⎪ Rx 2 (τ) = R2 (τ) + R4 (τ) + 2Ry12 (τ); ⎪ R (τ) = R (τ) + R (τ) + 2R (τ); 3 4 x12 ⎪ y1 ⎪ R (τ) = R (τ) + R (τ) + 2R (τ); 1 2 x12 ⎪ y2 ⎨ 2 z x Ax 2 ` ⎪ R5 (τ); ⎪ Rx12 (τ) = `2 A 5 ⎪ ⎪ 2 z A ⎪ R (τ) = y y2 R `(τ). 5 ⎪ y12 A5`2 ⎩

(12)

Путем несложных преобразований система (12) приводится к виду (13). В результате, т. к. третье выражение системы не содержит Rk(τ), наблюдаются, по сути, три уравнения при четырех неизвестных. ⎧ Rx1 (τ) + Rx 2 (τ) − 4Ry12 (τ) = R1 (τ) + R2 (τ) + R3 (τ) + R4 (τ); ⎪ ⎪ Rx 2 (τ) − 2Ry12 (τ) = R2 (τ) + R4 (τ); ⎪ ⎨ Ry1 (τ) + Ry 2 (τ) − Rx1 (τ) − Rx 2 (τ) + 4Ry12 (τ) − 4Rx12 (τ) = 0; (13) ⎪ ⎪ Ry 2 (τ) − 2Rx12 (τ) − Rx1 (τ) − Rx 2 (τ) + 4Ry12 (τ) = ⎪= −R (τ) − R (τ), 3 4 ⎩ где

⎧ z x Ax 2 2 ` R5 (τ); ⎪ Rx12 (τ) = A5`2 ⎪ ⎨ z y Ay 2 2 ` ⎪ R (τ) = R5 (τ). ⎪ y12 A5`2 ⎪⎩ Поэтому, несмотря на известные значения ВКФ сигналов моделей-проекций Rx12(τ) и Ry12(τ), система (12) не имеет решений в общем виде. Для определения АКФ сигналов целевой ЧК-модели можно задать форму одной из них, а остальные определить на основе выражений (12) и рассчитанных мощностей согласно [10]. Зададим АКФ сигнала первого излучателя двухмерной ЧКмодели как R1(τ)=fun(τ) и запишем выражения для АКФ квадратурных составляющих остальных сигналов излучателей: ⎧ R1 (τ) = fun(τ); ⎪ R (τ) = R (τ) − R (τ) − 2R (τ); y2 1 x12 ⎪ 2 ⎪ R (τ) = R (τ) − R (τ) − 2R (τ); x1 1 y12 ⎪ 3 ⎪ R4 (τ) = Ry (τ) − R3 (τ) − 2Rx (τ); 1 12 ⎪ (14) ⎨ 2 z A x x ⎪ R (τ) = 2 R `(τ); ⎪ x12 `2 5 A 5 ⎪ ⎪ z A 2 ⎪ Ry (τ) = y y 2 R5`(τ). ⎪ 12 A5`2 ⎩

Перепишем систему (14), подставив в нее выражения (8) и (9) и выразив АКФ квадратурных составляющих сигналов излучателей двухмерной ЧКмодели через АКФ квадратурных составляющих сигналов излучателей двухмерной НК-модели: ⎧ R1 (τ) = fun(τ); ⎪ R (τ) ⎪ R (τ) = R `(τ) + R ` (τ) − R (τ) + y12 − 2Rx12 (τ); 2 1 2 1 ⎪ zy ⎪ ⎪ R3 (τ) = R1`(τ) + R3` (τ) − R1 (τ) + z x Rx12 (τ) − 2Ry12 (τ); ⎪ ⎪ R (τ) = R ` (τ) + R ` (τ) − R (τ) + z R (τ) − 2R (τ); 3 4 3 y y12 x12 ⎨ 4 ⎪ 2 ⎪ R (τ) = z x Ax 2 R `(τ); 5 ⎪ x12 A5`2 ⎪ ⎪ z A 2 ⎪ Ry (τ) = y y 2 R5`(τ). ⎪ 12 A5`2 ⎩

(15)

Таким образом, АКФ сигналов излучателей четырехточечной двухмерной ЧК-модели при известной форме одной из них однозначно определяются через АКФ сигналов пятиточечной двухмерной НКмодели и параметры (3), (4), участвующие в декомпозиции. Область эквивалентности частично когерентной и некогерентной моделей По известным параметрам ПРВ и определенным СКХ возможен синтез двухмерной ЧК-модели, обеспечивающей замещение двухмерного распределенного объекта радиолокации. Однако взятая за основу пятиточечная НКмодель имеет свои ограничения. В частности, из-за того, что пятый излучатель модели однозначно проецируется на обе оси координат, установка мощности подводимого к нему сигнала по требованиям к модели-проекции на оси X автоматически устанавливает равную мощность и для оси Y. Это означает связь между моделями-проекциями и, следовательно, ограничение на независимое регулирование параметрами ПРВ и СКХ вдоль осей координат. Эта проблема рассмотрена в [11], где получено выражение (16), связывающее параметры ПРВ для обеих осей координат в рамках ограничений, описанных выше. 1

μy =

, (16) 1 ⎞ − Δy ⎛ 2 2 2 + mx − x2 + 2 ⎟ − my μx ⎠ − Δx 2 ⎜⎝ где x2 и y2 – координаты вторых излучателей моделей-проекций, соответствующие положительной полуплоскости. Синтез модели возможен только для параметров ПРВ (mx, μx) и (my, μy), удовлетворяющих выражению (16). Так как в нашем случае НК-модель является лишь основой для синтеза ЧК-модели, y22

y22 x22

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 то можно воспользоваться подвижностью пятого излучателя, изменяя его координаты (∆x, ∆y). Преобразуем (16) для получения выражения (17), определяющего функциональную зависимость (∆y, ∆x), которое впоследствии внесем в систему (18):

(

Δy ( Δx ) = 1 − 1 − Δx 2

)

1 −1 μ 2y . 1 mx2 + 2 −1 μx my2 +

(17)

Выражения (18) определяют разрешенные значения координат пятого излучателя НК-модели по заданным параметрам ПРВ, где первые два выражения в системе определяют границы области эквивалентности НК- и ЧК-моделей согласно [9], а третье выражение – все возможные значения координат пятого излучателя, для которых синтезируется НК-модель. ⎧ μ 2x mx (1 − mx ) −1 1 + μ 2x mx (1 + mx ) ≤ Δx ≤ ; ⎪ 2 μ 2x (1 + mx ) ⎪ μ x (1 − mx ) ⎪ μ 2 m (1 − m ) −1 1 + μ 2y my (1 + my ) y ⎪ y y ≤ Δy ≤ ; ⎪ μ 2y (1 − my ) μ 2y (1 + my ) ⎨ ⎪ 1 my2 + 2 −1 ⎪ μy ⎪ Δy ( Δx ) = 1 − (1 − Δx 2 ) . ⎪ 1 2 mx + 2 −1 ⎪ μx ⎩

(18)

Для произвольных значений параметров ПРВ (mx, μx) и (my, μy) возможен синтез пятиточечной НК-модели только в том случае, если относительно этих параметров система (18) имеет как минимум одно решение.

Проверка программным моделированием Полученные выражения (15) позволяют при заданных параметрах ПРВ на основе известных корреляционных функций сигналов пятиточечной некогерентной модели получить соответственные функции для четырехточечной частично когерентной модели с последующим ее синтезом. Полученные результаты были проверены программным моделированием в среде MATLAB с применением классических методов, хорошо описанных в [15]. Разработан программный макет, осуществляющий имитацию приема излучения матричного имитатора с последующей оценкой ПРВ и АКФ пеленга для пятиточечной и четырехточечной НК-моделей. Исходными данными являются требуемые параметры ПРВ, геометрические параметры системы: размер базы (расстояние между излучателями по осям координат), координаты пятого излучателя НК-модели, а также дисперсия и АКФ суммы эхосигналов от модели в точке приема. Синтезировалась пятиточечная НК-модель, определялись СКО и АКФ и ВФК квадратурных составляющих сигналов ее излучателей. Далее по выражениям (15) с учетом (18) осуществлялся переход к частично когерентной модели с предъявлением соответственных требований к сигналам ее излучателей. На последнем этапе проводилась оценка ПРВ и АКФ пеленга для исходной НК-модели и приведенной ЧК-модели. Усреднение производилось по ста реализациям. Относительная ширина полосы сигналов равна 0,4%. Результаты моделирования для mx= 0,2, μx= 4, my= –0,1 и μy=5, приведенные на рис. 3, показали совпадение статистических характеристик

1 АФК пеленга НК модели по оси Х / ACF of the non-coherent model bearing along the X-axis АФК пеленга ЧК модели по оси Х / ACF of the partially coherent model bearing along the X-axis

0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

АФК пеленга НК модели по оси Y / ACF of the non-coherent model bearing along the Y-axis АФК пеленга ЧК модели по оси Y / ACF of the partially coherent model bearing along the Y-axis

0.9 Значение нормированной АКФ, отн. ед. / The value of the normalized ACF, rel. units

Значение нормированной АКФ, отн. ед. / The value of the normalized ACF, rel. units

0.9

0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

0 –60

–40

–20

Номер отсчета АКФ / ACF reference number

–60

–40

–20

Номер отсчета АКФ / ACF reference number

Рисунок 3. Сравнение автокорреляционных функций пеленга некогерентной и частично когерентной моделей для двух взаимно ортогональных направлений визирования Figure 3. Comparison of the autocorrelation functions of the non-coherent and partially coherent models bearing for two mutually orthogonal directions of sight

Research and development of radio-electronic equipment and systems

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 угловых шумов для синтезированных по заданным характеристикам некогерентной пятиточечной и частично когерентной четырехточечной моделей. Средне квадратическое отклонение корреляционной характеристики частично когерентной модели от корреляционной характеристики НК-модели не превышает 0,43%. Выводы Полученные выражения (15), вместе с выражениями для описания ПРВ угловых шумов, позволяют синтезировать двухмерную частично когерентную четырехточечную модель замещаемого объекта на основе его известной пятиточечной

некогерентной модели. Корреляционная функция и ПРВ угловых шумов, формируемых частично когерентной моделью, соответствуют аналогичным характеристикам угловых шумов замещаемого объекта. Выражения (18) определяют разрешенный диапазон значений параметров ПРВ для успешного синтеза некогерентной и, следовательно, частично когерентной модели с учетом изменения координат подвижного излучателя. Проверка программным моделированием показала совпадение АКФ пеленга для некогерентной и частично когерентной моделей, что подтверждает полученные в работе результаты.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Справочник по радиолокации / под. ред. М. И. Сколника. Книга 2. Москва: Техносфера, 2014. 680 с. 2. Островитянов Р. В., Басалов Ф. А. Статистическая теория радиолокации протяженных целей. М.: Радио и связь, 1982. 232 с. 3. Maples V. N., Eastman G. A. Radar scene simulator: pat. 4660041 USA. 1987. URL: https://patents.google.com/patent/ US4660041A/en (дата обращения: 30.10.2019). 4. Монаков А. А., Мишура Т. П. Радиолокация протяженных целей: измерение дальности, разрешение и синтез сигналов. СПб.: ГУАП, 2012. 137 с. 5. Киселев А. В., Артюшенко В. В., Никулин А. В. Имитация отражений от распределенных радиолокационных объектов на основе некогерентных геометрических моделей: монография. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2019. 211 с. 6. Штагер Е. А. Рассеяние радиоволн на телах сложной формы. М.: Радио и связь, 1986. 184 с. 7. Полунатурное моделирование бортовых радиолокационных систем, работающих по земной поверхности / Н. А. Дядьков, А. С. Боков, А. К. Сорокин, Ю. В. Марков, Л. Л. Лесная. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2015. 208 c. 8. Тырыкин С. В., Киселев А. В., Савиных И. С. Замещение сложных радиолокационных объектов малоточечной моделью. Депонирована в ВИНИТИ, 18.07.2002, № 1357 В2002. 9. Киселев А. В., Подкопаев А. О., Степанов М. А. Об эквивалентности двухточечной частично когерентной геометрической модели и трехточечной некогерентной // Радиопромышленность. 2018. Т. 28. № 1. С. 62–67. 10. Подкопаев А. О., Степанов М. А., Тырыкин С. В. Четырехточечная модель двухмерного распределенного объекта на основе излучателей коррелированных сигналов // Радиопромышленность. 2018. Т. 28. № 4. С. 28–34. DOI: 10.21778/241395992018284-8-14 11. Киселев А. В., Степанов М. А. Пятиточечная модель радиолокационных объектов, распределенных по угловым координатам // Радиопромышленность. 2017. Т. 27. № 4. С. 75–79. 12. Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. М., «Высшая школа», 2000. 462 с. 13. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1978. 832 c. 14. Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Т. 1. М.: Советское радио, 1966. 728 с. 15. Быков В. В. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике. Советское радио, 1971. 328 с.

REFERENCES 1. M. I. Skolnik, ed. Spravochnik po radiolokatsii [Handbook on radar]. Vol. 2. Moscow, Tehnosfera Publ., 2014. 680 p. (In Russian). 2. Ostrovityanov R. V., Basalov F. A. Statisticheskaya teoriya radiolokatsii protyazhennykh tselei [Statistical theory of the radar of extended targets]. Moscow, Radio i svjaz Publ., 1982, 232 p. (In Russian). 3. Maples V. N., Eastman G. A. Radar scene simulator: pat. 4660041 USA. 1987. Available at: https://patents.google.com/ patent/US4660041A/en (accessed 30.10.2019). 4. Monakov A. A., Mishura T. P. Radiolokatsiya protyazhennykh tselei: izmerenie dal’nosti, razreshenie i sintez signalov [Radar for extended targets: ranging, resolution and synthesis of signals]. Saint-Petersburg, GUAP Publ., 2012. 137 p. (In Russian). 5. A. V. Kiselev, V. V. Artjushenko, A. V. Nikulin. Imitatsiya otrazhenii ot raspredelennykh radiolokatsionnykh ob"ektov na osnove nekogerentnykh geometricheskikh modelei: monografiya [The reflections from distributed radar objects simulation based on non-coherent geometric models]. Novosibirsk, Izdatelstvo NSTU Publ., 2019. 211 p. (In Russian). 6. Shtager E. A. Rasseyanie radiovoln na telakh slozhnoi formy [The radiowaves scattering on complex shaped targets]. Moscow, Radio i svjaz Publ., 1986. 184 p. (In Russian). 7. Dyadkov N. A., Bokov A. S., Sorokin A. K., Markov Yu. V., Lesnaya L. L. Polunaturnoe modelirovanie bortovykh radiolokatsionnykh sistem, rabotayushchikh po zemnoi poverkhnosti [The seminatural modeling of the aircraft radar surface looking systems]. Ekaterinburg, Izdatelstvo Uralskogo univesiteta, 2015. 208 p. (In Russian). 8. Tyrykin S. V., Kiselev A. V., Savinih. I. S. Zameshchenie slozhnykh radiolokatsionnykh ob»ektov malotochechnoi model’yu [The complex radar objects replacing with few-point model]. Deposited with VINITI, 18.07.2002, № 1357 B2002. (In Russian).

Исследования и разработка радиоэлектронной аппаратуры и систем

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 9. Kiselev A. V., Podkopayev A. O., Stepanov M. A. Equivalence of a two-point partially coherent geometric model and a threepoint non-coherent. Radio industry (Russia), 2018, vol. 28, no. 1, pp. 62–67. (In Russian). 10. Podkopayev A. O., Stepanov M. A., Tyrykin S. V. The two-dimensional distributed object four-point model based on correlated signals emitters. Radio industry (Russia), 2018, vol. 28, no. 4, pp. 28–34. (In Russian). DOI: 10.21778/241395992018284-8-14. 11. Kiselev A. V., Stepanov M. A. The five-point model of the radar objects distributed on angular coordinates]. Radio industry (Russia), 2017, vol. 27, no. 4, pp. 75–79. (In Russian). 12. Baskakov S. I. Radiotekhnicheskie tsepi i signaly [Radio circuits and signals]. Moscow, Visshaja shkola Publ., 2000. 462 p. (In Russian). 13. Korn G., Korn T. Spravochnik po matematike [Handbook of Mathematics]. Moscow, Nauka Publ., 1978. 832 p. (In Russian). 14. Levin B. R. Teoreticheskie osnovy statisticheskoi radiotekhniki [Theoretical bases of statistical radio engineering]. Vol. 1, Moscow, Sovetskoe radio Publ., 1966. 728 p. (In Russian). 15. Bykov V. V. Tsifrovoe modelirovanie v statisticheskoi radiotekhnike [Digital modeling in statistical radio engineering]. Moscow, Sovetskoje radio Publ., 1971. 328 p. (In Russian).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ Подкопаев Артемий Олегович, аспирант кафедры радиоприемных и радиопередающих устройств, Новосибирский государственный технический университет, 630073, Новосибирск, просп. Карла Маркса, д. 20, тел.: +7 (383) 346-15-46, e-mail: a_r_t_e_m_y@mail.ru. Степанов Максим Андреевич, к. т. н., доцент кафедры радиоприемных и радиопередающих устройств, Новосибирский государственный технический университет, 630073, Новосибирск, просп. Карла Маркса, д. 20, тел.: +7 (383) 346-15-46, e-mail: m.stepanov@corp.nstu.ru. Тырыкин Сергей Владимирович, к. т. н., доцент кафедры радиоприемных и радиопередающих устройств, Новосибирский государственный технический университет, 630073, Новосибирск, просп. Карла Маркса, д. 20, тел.: +7 (383) 346-15-46, e-mail: tyrykin_s@mail.ru.

AUTHORS Artemy O. Podkopaev, postgraduate student of Radio Receiving and Transmitting Devices Department, Novosibirsk State Technical University, 20, prospekt Karla Marksa, Novosibirsk, 630073, Russia, tel.: +7 (383) 346-15-46, e-mail: a_r_t_e_m_y@mail.ru. Maksim A. Stepanov, Ph.D. (Engineering), associate professor of Radio Receiving and Transmitting Devices Department, Novosibirsk State Technical University, 20, prospekt Karla Marksa, Novosibirsk, 630073, Russia, tel.: +7 (383) 346-15-46, e-mail: m.stepanov@corp.nstu.ru. Sergey V. Tyrykin, Ph.D. (Engineering), associate professor of Radio Receiving and Transmitting Devices Department, Novosibirsk State Technical University, 20, prospekt Karla Marksa, Novosibirsk, 630073, Russia, tel.: +7 (383) 346-15-46, e-mail: tyrykin_s@mail.ru. Поступила 28.08.2019; принята к публикации 25.10.2019; опубликована онлайн 28.11.2019. Submitted 28.08.2019; revised 25.10.2019; published online 28.11.2019.

Research and development of radio-electronic equipment and systems

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 ISSN 2413–9599 (Print)

www.radioprom.org

ISSN 2541–870Х (Online)

ТЕХНОЛОГИИ И ПРОИЗВОДСТВО / TECHNOLOGIES AND PRODUCTION

DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-44-53 УДК 004.942

Метод планирования канальных ресурсов в бортовых сетях SpaceWire c технологией TDMA И. Л. Коробков1 1

Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, СанктПетербург, Россия

В статье представлен новый метод планирования канальных ресурсов в бортовых сетях SpaceWire c поддержкой технологии TDMA. Рассмотрены особенности сети на основе сетевого стандарта SpaceWire и транспортного протокола СТП-ИСС, предоставляющего технологию TDMA в виде механизма «Планирование». Данный механизм применяется в сетях с целью обеспечения детерминизма, разрешения конфликтов и блокировок при попытке одновременно двум или более устройствам передавать данные, занимая ограниченный канальный ресурс. Проведен сравнительный анализ существующих методов и алгоритмов планирования канальных ресурсов для построения таблицы расписания. Обоснован и представлен новый метод планирования канальных ресурсов в бортовых сетях SpaceWire. Проведена оценка производительности, демонстрирующая эффективность разработанного метода на значимых для космической отрасли параметрах. Ключевые слова: бортовые сети, SpaceWire, СТП-ИСС, планирование, канальные ресурсы, построение расписания Для цитирования: Коробков И. Л. Метод планирования канальных ресурсов в бортовых сетях SpaceWire c технологией TDMA // Радиопромышленность. 2019. Т. 29, № 4. С. 44–53. DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-44-53 © Коробков И. Л., 2019

Технологии и производство

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019

Method of scheduling channel resources for onboard SpaceWire networks with TDMA I. L. Korobkov1 1

Saint-Petersburg State University of Aerospace Instrumentation, Saint-Petersburg, Russia

The article presents a new method for scheduling channel resources in SpaceWire onboard networks with support for TDMA technology. The network features based on the SpaceWire network standard and the STP-ISS transport protocol, which provides TDMA technology in the form of the «Scheduling» mechanism, were considered. This mechanism is used in networks with the goal of providing determinism, resolving conflicts and blocks when two or more devices are simultaneously trying to transmit data, occupying a limited channel resource. A comparative analysis of existing methods and algorithms for scheduling channel resources to design a schedule table was conducted. A new method of scheduling channel resources in SpaceWire onboard networks was presented and substantiated. A performance evaluation was carried out using the parameters significant for the space industry. It demonstrates the effectiveness of the developed method. Keywords: onboard networks, SpaceWire, STP-ISS, channel resources, scheduling, schedule table For citation: Korobkov I. L. Method of scheduling channel resources for onboard SpaceWire networks with TDMA. Radio industry (Russia), 2019, vol. 29, no. 4, pp. 44–53. (In Russian). DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-44-53

Введение При разработке современных и перспективных космических аппаратов задача планирования канальных ресурсов в бортовых компьютерных сетях (далее – бортовые вычислительные сети, БВС) космических аппаратов (КА) является одной из ключевых. С помощью технологии TDMA можно упорядочить информационные потоки в сети, избежать конфликтов при одновременном использовании ограниченных канальных ресурсов сети, а также в значительной степени обеспечить гарантированные задержки доставки данных в БВС КА. Для решения данного класса задач предназначены методы планирования канальных ресурсов в сетях. Планирование особенно актуально для бортовых сетей на основе стандарта SpaceWire [1], позволяющего строить сети из десятков и сотен узлов. Более подробно бортовая сеть на основе SpaceWire рассмотрена ниже. Бортовая сеть SpaceWire SpaceWire – это международный стандарт, описывающий построение бортовых сетей передачи, обработки данных и управления информацией на борту летательных и космических аппаратов. Интерфейс SpaceWire позволяет не только доставлять к центральному вычислительному ресурсу множественные потоки информации, но и по тем же каналам управлять работой датчиков – настраивать режимы и параметры функционирования, запускать диагностику и т. п. С помощью механизмов Technologies and production

распространения кодов времени (тайм-кодов) в сети SpaceWire можно синхронизировать работу датчиков в реальном масштабе времени с точностью до долей микросекунд – синхронизировать их таймеры, синхронно получать информацию по единому сигналу управления и т. п. [2]. Особенности SpaceWire подробнее рассмотрены, например, в [3]. Технологию SpaceWire активно применяют в European Space Agency (ESA), National Aeronautics and Space Administration (NASA), Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), Canadian Space Agency (CSA) и China National Space Administration (CNSA) [4]. В России проводятся активные работы по внедрению SpaceWire [4, 5]. Для сети SpaceWire разработаны механизмы «Планирование», реализованные в SpaceWireориентированных протоколах: SpaceWire-RT [6], SpaceWire-T [7], SpaceWire-D [8], СТП-ИСС [9]. Все они основаны на общей идее разделения пропускной способности каналов с помощью кодов времени на серии временных интервалов (таймслотов). В настоящей статье более подробно рассматривается протокол СТП-ИСС, поскольку он обладает рядом ключевых особенностей для применения в БВС КА. Транспортный протокол СТП-ИСС Передача данных по транспортному протоколу СТП-ИСС возможна как с установкой соединения, так и без нее. Протокол поддерживает механизмы обеспечения качества сервиса (Quality of Service, QoS): 45

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 «С приоритетом», «Гарантированная доставка данных», «Негарантированная доставка данных» и «Планирование». На передающей стороне протокола предусмотрен отдельный логический буфер для каждого из трех типов передаваемых данных: команды управления, срочные сообщения, обычные сообщения. На приемной стороне протокола – два буфера: для передачи данных без и с установкой соединения. Подробнее об СТП-ИСС написано в [9]. Особенности механизма «Планирование» представлены ниже. Механизм «Планирование» СТП-ИСС Для всей сети SpaceWire создается единое расписание. Оно регламентирует передачу данных для каждого узла в заданные для него временные интервалы (рис. 1). Расписание и длительность временного интервала задаются на этапе конфигурации и хранятся в каждом узле сети. Таймер временного интервала (TTS) используется для отсчета времени до окончания текущего временного интервала на локальном узле. Эпоха состоит из определенного количества временных интервалов. Таблица расписания описывает одну эпоху. Узел имеет право отправлять данные только в течение временных интервалов, в которые для этого узла запланирована отправка. В конце временного интервала узел, отправляющий пакет, должен остановить передачу данных только после того, как завершится передача текущего пакета. Если на передающей стороне есть данные для передачи, но узлу не разрешено отправлять данные в текущий временной интервал, то узел должен ожидать наступления следующего временного интервала. В связи с тем, что в открытых источниках и в спецификации протокола СТП-ИСС не описан метод планирования канальных ресурсов для построения таблицы расписания СТП-ИСС, актуальной задачей является сравнительный анализ существующих

Узел 1 / Node 1

методов и алгоритмов, выбор одного из них и адаптация его к представленным выше особенностям протокола СТП-ИСС с учетом специфики БВС КА. Сравнительный анализ существующих методов и алгоритмов планирования Известны следующие алгоритмы и методы планирования канальных ресурсов для сети SpaceWire: «Циклическое планирование Round Robin» [10], «Эвристическая раскраска графа» [11, 12], «Ликвидное построение расписания» [13], «Генетический алгоритм» (ГА) [14]. Также известным алгоритмом является «Обслуживание в заданные сроки» [15]. Учитывая специфику функционирования БВС и информационных обменов, значимым является построение такого расписания, которое учитывало бы следующее: • • • • •

•

порядок выдачи пакетов с узлов; возможность выдачи подряд серии однотипных пакетов (далее – пачка); приоритеты отправки пакетов на транспортном уровне; наличие пакетов подтверждения и/или ответных пакетов в сети; наличие в сети трафиков, для которых не обеспечивается (отсутствует или выключен) механизм «Планирование»; максимально допустимые задержки передачи пакетов.

В табл. 1 приведены результаты сравнения рассмотренных выше методов и алгоритмов планирования канальных ресурсов. Как видно из приведенного выше сравнения, на данный момент отсутствует метод, позволяющий выполнить планирование канальных ресурсов с учетом всех параметров, значимых для БВС КА, и учитывающий специфику СТП-ИСС. В связи

Узел 2 / Node 2

Таблица расписаний: номера таймслотов, разрешенные для отправки узлам / Schedule table: time slot numbers allowed for sending to node

Узлы / Nodes 0 Узел 0 / Node 0

Узел 3 / Node 3 Коммутатор / Switch

Узел 0 / Node 0 Узел 1 / Node 1 Узел 2 / Node 2 Узел 3 / Node 3

Узел 5 / Node 5

Узел 4 / Node 4

Узел 4 / Node 4 Узел 5 / Node 5

Рисунок 1. Пример потоков в сети и таблицы расписания Figure 1. Network flows and schedule tables example

Технологии и производство

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 Таблица 1. Результаты сравнения методов и алгоритмов планирования канальных ресурсов Table 1. Comparison results of channel resource planning methods and algorithms

Алгоритмы и методы / Algorithms and methods

Достоинства / Advantages

Недостатки / Disadvantages

Простота реализации; отсутствие Циклическое ограничений, свойственных ликвидному планирование алгоритму

Ликвидное построение расписания

Нельзя получить оптимальную таблицу расписания, не все значимые параметры учитываются при построении расписания

Оптимальное использование узких мест сети; суммарная пропускная способность в 2 раза больше, чем в циклическом планировании; предсказуемые задержки

Сложность реализации; ограничения по применению – необходима предварительная проверка топологии сети на возможность создания ликвидного расписания, не все значимые параметры учитываются при построении расписания

Эвристическая Использование узких мест в сети, Сложность в реализации, не все значимые раскраска отсутствие ограничений на топологию сети параметры учитываются при построении графа расписания Метод строит допустимое расписание, Обслуживание если оно возможно (имеется функция в заданные проверки возможности построить сроки расписание); является полиномиальным алгоритмом (O(n log n))

Генетический алгоритм

Гибкость – при построении расписания могут быть учтены все значимые параметры; поиск в эффективных областях решений; возможность распараллеливания; отсутствие ограничений, свойственных ликвидному алгоритму

с этим была выполнена разработка такого метода. В методе использованы наиболее подходящие концепции существующих методов и алгоритмов: функции проверки возможности построения расписания на основе идей «Ликвидного планирования», а также концепция «Генетического алгоритма», связанная с итеративным поиском. Новый метод планирования канальных ресурсов в бортовой сети SpaceWire Разработанный метод планирования канальных ресурсов строит такое расписание, при котором время доставки всех пакетов всех трафиков не превышает максимально допустимую задержку, заданную пользователем для каждого трафика. Если достичь такого результата невозможно, то формируются рекомендации по корректировке входных данных, которые затем выдаются пользователю. При этом учитывается наличие в сети пакетов подтверждения, а также трафиков с выключенным или отсутствующим механизмом «Планирование». Входными параметрами для метода являются: Technologies and production

•

• • • • •

Метод строит расписание для фиксированного набора работ, не учитывая их цикличность; не все значимые параметры учитываются при построении расписания Временная сложность выполнения генетического алгоритма может зависеть от временной сложности функции пригодности и операторов генетического алгоритма; скорость поиска решения зависит от операторов генетического алгоритма.

параметры трафиков: маршрут передачи, размер пакета, период генерации, гарантированная/негарантированная доставка, допустимая задержка пакета, допустимая задержка пакета подтверждения, степень значимости трафика (критически значимый или нет), порядок выдачи пакетов между трафиками; максимальное количество таймслотов; максимальная длительность: одной эпохи и одного таймслота; шаг времени между таймслотами; максимальная загрузка каналов в процентах; запас размера пакета.

В общем случае метод построения таблицы расписания можно представить в виде последовательности выполнения следующих шагов: 1. Загрузка и проверка корректности входных данных: •

загрузка всех входных данных и проверка их корректности. Если есть некорректные входные данные, то осуществляется переход к шагу 7; 47

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 • •

• •

формирование ответных трафиков – трафиков пакетов подтверждений СТП-ИСС; определение маршрутов для каждого трафика на основании таблиц маршрутизации коммутаторов; формирование групп трафиков на основании заданной очередности выдачи пакетов; корректировка скоростей каналов и размеров пакетов с учетом макс. загрузки каналов и запаса размера пакетов.

Если есть некорректные входные данные, то осуществляется переход к шагу 7. 2. Проверка принципиальной возможности передачи пакетов с максимально допустимыми задержками: • •

вычисляются минимальные задержки передачи каждого пакета каждого трафика по маршруту; проверяется наличие у устройств и каналов сети достаточных технических характеристик для передачи пакетов с максимальной допустимой задержкой. Сравниваются минимальные и максимальные допустимые задержки передачи пакетов. Если недостаточно, то осуществляется переход к шагу 7.

3. Определение длительности эпохи и временных интервалов: •

•

вычисляются длительности эпохи для обеспечения периодичности трафиков с учетом шага времени между временными интервалами; проверяется наличие в сети трафиков, периоды которых не позволяют рассчитать длительность одной эпохи, чтобы она была меньше заданной максимальной длительности эпохи. Если такие имеются, то осуществляется переход к шагу 7; вычисляется длительность временных интервалов с учетом рассчитанной длительности эпохи.

4. Проверка пропускной способности сети: достаточна ли она, чтобы передать все пакеты трафиков за время одной рассчитанной эпохи: •

•

вычисляется интенсивность поступления пакетов от всех трафиков за одну эпоху для каждого порта в узлах и коммутаторах; вычисляется максимальная интенсивность обслуживания пакетов всех трафиков с учетом тактов работы узлов и коммутаторов за одну эпоху; сравниваются интенсивности поступления пакетов с максимальными интенсивностями обслуживания пакетов для каждого порта в коммутаторах и узлах. Если интенсивность поступления

пакетов превышает интенсивность обслуживания, то осуществляется переход к шагу 7. 5. Проверка необходимости планирования трафиков: •

• •

для каждого трафика происходит поиск конфликтов между рассматриваемым трафиком и другими трафиками за доступ к порту одного из устройств на маршруте рассматриваемого трафика; определяется худшее время доставки пакета по маршруту; выполняется распределение трафиков на те, у которых худшее время доставки превышает максимально допустимое (значит, их нужно планировать во времени), и те, у которых не превышает.

6. Планирование. В основе планирования трафиков и построения расписания лежит концепция ГА и поиска с возвратом, состоящая в том, что происходит итеративный процесс разрешения всех ранее найденных конфликтов. Для этого определяется расстановка начальных моментов генерации пакетов трафиков, предварительно вычисляется нижняя и верхняя граница расстановок, вовлеченных в конфликт или могущих оказать на него влияние. При этом учитывается очередность трафиков, заданная пользователем. От этой расстановки происходит расчет и планирование передачи пакетов во времени по сети с учетом пакетов подтверждения. Также принимается во внимание наличие приоритетов у пакетов при отправке с узла. Для этого выполняется корректировка расчета, чтобы учесть, что, например, обычный пакет СТП-ИСС будет отправлен только после ухода с узла более высокоприоритетного пакета подтверждения, команды управления или срочного пакета. Полученный расчет оценивается. Если по результатам оценки конфликты отсутствуют, выполняется очередность трафиков и время доставки пакетов укладывается в максимально допустимое, то решение найдено – на основании расчета формируется таблица расписания для каждого узла с включенным механизмом «Планирование». Если не все конфликты были разрешены, время доставки пакетов превышало максимально допустимое, не выполнялась очередность хотя бы одного трафика или пакет одного из трафиков уходил за рассчитанную эпоху, то происходит модификация расстановки и расчет выполняется заново. При невозможности определить такую расстановку трафиков, которая давала бы решение, выдается сообщение с рекомендациями по корректировке настроек трафиков, узлов, коммутаторов и других входных параметров. Технологии и производство

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 7. Вывод результатов работы: рекомендаций, таблицы расписаний, длительности рассчитанной эпохи и др. Оценка производительности На основании предложенного метода планирования канальных ресурсов в бортовой сети SpaceWire было разработано программное обеспечение на Qt/C++. Для оценки производительности и демонстрации работоспособности была проведена серия вычислительных экспериментов. Топология сети (рис. 2) и параметры трафиков, взятые для исследования, основываются на параметрах, значимых для космической отрасли и опубликованных в открытой печати [16], а также материалах проекта САПР [17]. Оценивалось время построения расписания. Оценка производилась в зависимости от размера таблицы расписания и количества трафиков, участвующих в построении. Исследование проводилось на компьютере со следующими характеристиками: Windows 10 x64; процессор IntelCore i5 2.5Гц; ОЗУ 8 ГБ; жесткий диск SSD256 ГБ. Параметры трафиков и направления передачи данных приведены в табл. 2. Результаты представлены на рис. 3 и 4. Получены первые результаты оценки производительности разработанного метода. Из рис. 3 и 4 видно, что с увеличением размера таблицы расписания и количества трафиков увеличивается и время выполнения программы. При этом имеет место неярко выраженный полиномиальный рост

временной сложности на первых десяти трафиках, переходящий затем в линейную тенденцию с флуктуациями (см. рис. 4). Это связано с тем, что после первого десятка перестановок трафиков может быть найдено приемлемое расписание. В результате расписание определяется за достаточно короткое время. Нельзя исключать, что в худшем случае может потребоваться длительный поиск расписания. В этом случае характер временной сложности будет приближаться к экспоненциальному росту, что является частым случаем для NP-трудных задач построения расписания. При таком сценарии программа может быть остановлена. Имеется возможность добавить вывод пользователю последнего наилучшего рассмотренного расписания с рекомендациями по корректировке параметров трафиков. Этого в большинстве случае может быть достаточно для внесения необходимых корректировок во входные параметры, после чего расписание будет найдено за приемлемое время. Схожий подход был применен при создании системы построения расписаний в Институте системного программирования РАН [18]. Учитывая все вышесказанное, можно сделать вывод о том, что для практически значимых задач временные затраты реализованного алгоритма являются приемлемыми. Выводы В данной работе при решении задачи планирования канальных ресурсов в бортовой сети SpaceWire c технологией TDMA, представленной механизмом «Планирование» транспортного протокола

656 387

648

R1 313

R3 556

650 B

388

391 БА1 B 258

БА3 585

649 659 658

818

389

817

652

651

654 390 468 C

469 R2 362

467

816 R4 614

527 657

419

T7 A 461

A T9 8684

8699 R5 437

473 T8 A 464

655

525

R6 490

8701 A T12 8697

802 R7 684

813 B

A T10 8688

8700 A T1 8691

794

A БА13 713

8686

471 472

815

B БА2 412

470 T6 A 458

БА4 643 B

420

A T5 A 455

653

795

819

805 806 808

A 799

БА15 780

803

797 798 800 БА14 771

804

801

R8 742

807 809

БА16 789

Рисунок 2. Топология сети для оценки производительности Figure 2. Network topology for performance measurement

Technologies and production

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 Таблица 2. Параметры для оценки производительности Table 2. Parameters for evaluating the performance

Тип пакета / Package type

ИдентифиИдентифиРазмер Период выдачи Макс. допустимая катор узла катор узла пакета, пакетов, мс / задержка, мс / Подтверждения / отправиполучателя / байт / Packet delivery Max. allowable Confirmations теля / Sender Recipient Packet size, period, ms delay, ms node ID node ID bytes

Срочный

258

412

256

Нет

Обычный

258

585

1024

Нет

КУ

412

258

0,7

Да

ACK

412

258

0,7

Нет

КУ

412

585

0,7

Да

ACK

412

585

0,7

Нет

КУ

455

412

200

Нет

КУ

458

412

200

Нет

КУ

461

412

200

Нет

КУ

464

412

200

Нет

КУ

585

643

1,3

Нет

Обычный

585

643

1024

Нет

Обычный

585

412

1024

Нет

Срочный

643

585

256

Нет

Срочный

643

258

256

Нет

Срочный

643

412

256

Нет

Обычный

713

643

1024

Нет

Обычный

771

643

1024

Нет

Обычный

780

643

1024

Нет

Обычный

789

643

1024

Нет

КУ

8684

412

200

Нет

КУ

8688

412

200

Нет

КУ

8691

412

200

Нет

КУ

8697

412

200

Нет

СТП-ИСС, были получены следующие результаты: обоснован и разработан новый метод планирования канальных ресурсов в бортовой сети SpaceWire; разработано программное обеспечение формирования таблиц расписания. При невозможности построить расписание выдаются рекомендации для корректировки входных параметров и последнее рассмотренное расписание; проведена временная оценка производительности разработанного

программного обеспечения, демонстрирующая эффективность предложенного метода планирования канальных ресурсов на значимых для космической отрасли параметрах. Разработанный метод планирования ресурсов в бортовой сети SpaceWire может быть применен для построения расписаний не только для СТП-ИСС, но и для других протоколов со схожими механизмами «Планирование», например, SpaceWire-D и др.

Технологии и производство

Среднее время построения расписания, сек / Average time to build a schedule, sec

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019

0,2

2 траф. 1 ack

0,18

4 траф. 1 ack

0,16

6 траф. 1 ack

0,14

8 траф. 2 ack

0,12

10 траф. 2 ack

0,1 12 траф. 2 ack 0,08 14 траф. 2 ack 0,06 16 траф. 2 ack

0,04

18 траф. 2 ack

0,02

20 траф. 2 ack

0 2

13 24 35 46 57 68 79 90 101 112 123 134 145 156 167 178 189 200 211 222 233 244 255 22 траф. 2 ack

Размер таблицы расписания – количество временных интервалов / Schedule table size –time slots amount

Рисунок 3. Зависимость между временем выполнения и размером таблицы расписания Figure 3. Relationship between the runtime and schedule table size

0,2

Среднее время построения расписания, сек / Average time to build a schedule, sec

0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 2

Количество трафиков / Traffics amount

2 12 22 32 42 52 62 72 82 92 102 112 122 132 142 152 162 172 182 192 202 212 222 232 242 252

4 14 24 34 44 54 64 74 84 94 104 114 124 134 144 154 164 174 184 194 204 214 224 234 244 254

6 16 26 36 46 56 66 76 86 96 106 116 126 136 146 156 166 176 186 196 206 216 226 236 246 256

8 18 28 38 48 58 68 78 88 98 108 118 128 138 148 158 168 178 188 198 208 218 228 238 248

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250

Рисунок 4. Зависимость между временем выполнения и количеством трафиков Figure 4. Relationship between the runtime and traffics amount

БЛАГОДАРНОСТЬ Исследование получило финансирование от Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках проектной части федерального задания по контракту № 8.4048.2017/4.6 от 31.05.2017.

ACKNOWLEDGMENT The study received funding from the Ministry of Education and Science of the Russian Federation as part of the design part of the federal assignment under contract No. 8.4048.2017/4.6 dated 05/31/2017.

Technologies and production

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. ECSS-E-ST-50–12C. Space engineering SpaceWire – Links, nodes, routers and networks. Noordwijk. ESA Requirements and Standards Division ESTEC, 2008, 137 p. 2. Тюнягин Д. В. Распределенная система управления легких космических аппаратов, построенная на базе технологий «Система на кристалле» и SpaceWire // Вестник СибГАУ. 2009. № 2. C. 182–187. 3. Иванов М. А., Кириллов К. Ю. Бортовой комплекс управления для искусственного спутника Луны // Исследования наукограда. 2014. № 1 (7). С. 4–11. 4. Ханов В. Х. Сетевые технологии для бортовых систем космического аппарата: опыт разработки // Доклады ТУСУР. 2014. № 2 (32). С. 287–293. 5. Тульский И. Н. Применение SpaceWire в экспериментальном бортовом приборе космического аппарата «ГлонассGPS» для улучшения динамических характеристик // Решетневские чтения. 2012. Т. 1. C. 196–197. 6. Parkes S. M., Ferrer-Florit A. SpaceNet – SpaceWire-RT Initial Protocol Definition (A2.1). Dundee. Space Technology Centre, 2008, 120 p. 7. Parkes S. M., Ferrer-Florit A. SpaceNet – SpaceWire-T Initial Protocol Definition (A3.1), Dundee, Space Technology Centre, 2009, 83 p. 8. Parkes S. M., Ferrer-Florit A. SpaceWire-D – Deterministic Control and Data Delivery Over SpaceWire Networks (B). Dundee. Space Technology Centre, 2010, 20 p. 9. Разработка, анализ и проектирование транспортного протокола СТП-ИСС для бортовых космических сетей SpaceWire / Ю. Е. Шейнин, В. Л. Оленев, И. Я. Лавровская, Д. В. Дымов, С. Г. Кочура // Исследования наукограда. 2016. № 1–2 (16). C. 21–30. 10. Абрамов А. Д. Программное обеспечение автоматизированного формирования информационно-логической конфигурации распределенной вычислительной сети // Научная сессия ГУАП. Сб. докладов. Ч. I. Технические науки. СПб.: ГУАП, 2012. С. 58–61. 11. Marx А. D. Graph colorings problems and their applications in scheduling. Periodica Polytechnica, Electrical Engineering, 2004, no. 48, pp. 11–16. 12. Разживин Д. Б. Эффективное использование полосы пропускания в сетях с временным мультиплексированием // Научная сессия ГУАП. Сб. докладов. Ч. I. Технические науки. СПб.: ГУАП, 2012. С. 109–111. 13. Gabrielyan E., Hersch R. D. Efficient Liquid Schedule Search Strategies for Collective Communications. Published in ICON2004. In: Proceedings of the 12th IEEE International Conference on Networks. Singapore, 2004, Vol. 2, pp. 760–766. DOI: 10.1109/ICON.2004.1409279. 14. Пантелеев А. В. Метаэвристические алгоритмы поиска глобального экстремума. М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009. 159 c. 15. Танаев В. С., Гордон В. В., Шафранский Я. М. Теория расписаний. Одностадийные сиcтемы. М.: Наука, 1984. 384 C. 16. Коробков И., Лавровская И., Оленев В. Анализ транспортных протоколов для бортовых сетей SpaceWire на соответствие современным требованиям российской космической промышленности // Научная сессия ГУАП. Сб. докладов. Ч. I. Технические науки. СПб.: ГУАП, 2014. C. 87–92. 17. Sheynin Y., Olenev V., Korobkov I., Lavrovskaya I., Kurbanov L., Dymov D. Computer-Aided Design System for Onboard SpaceWire Networks. In: Proceedings of 8th International SpaceWire Conference 2018 (ISC2018). USA, Los Angeles, 2018, pp. 220–227. 18. Третьяков А. Автоматизация построения расписаний для периодических систем реального времени // Труды Института системного программирования РАН. 2012. Т. 22. С. 375–400.

REFERENCES 1. ECSS-E-ST-50–12C. Space engineering SpaceWire – Links, nodes, routers and networks. Noordwijk. ESA Requirements and Standards Division ESTEC, 2008, 137 p. 2. Tyunyagin D. V. Distributed control system for light spacecraft based on the «System on a Chip» and SpaceWire technologies. Vestnik SibGAU, 2009, no. 2, pp. 182–187. (In Russian). 3. Ivanov M. A., Kirillov K. Yu. Onboard control system for moon artificial satellite. Issledovaniya naukograda, 2014, no. 1 (7), pp. 4–11. (In Russian). 4. Khanov V. Kh. Network technologies for on-board systems spacecraft: development experience. Doklady TUSUR, 2014, no. 2 (32), pp. 287–293. (In Russian). 5. Tulskii I. N. Space Wire application in experimental onboard instrument satellites to handle precision basic generator «GlonassGPS». Reshetnevskie chteniya, 2012, vol. 1, pp. 196–197. (In Russian). 6. Parkes S. M., Ferrer-Florit A. SpaceNet – SpaceWire-RT Initial Protocol Definition (A2.1). Dundee. Space Technology Centre, 2008, 120 p. 7. Parkes S. M., Ferrer-Florit A. SpaceNet – SpaceWire-T Initial Protocol Definition (A3.1), Dundee, Space Technology Centre, 2009, 83 p. 8. Parkes S. M., Ferrer-Florit A. SpaceWire-D – Deterministic Control and Data Delivery Over SpaceWire Networks (B). Dundee. Space Technology Centre, 2010, 20 p. 9. Sheinin Yu. E., Olenev V. L., Lavrovskaya I. Ya., Dymov D. V., Kochura S. G. Development, analysis and modeling of STP-ISS transport protocol for spacewire onboard networks. Issledovaniya naukograda, 2016, no. 1–2 (16), pp. 21–30. (In Russian). 10. Abramov A. D. Programmnoe obespechenie avtomatizirovannogo formirovaniya informatsionno-logicheskoi konfiguratsii raspredelennoi vychislitel’noi seti. In: Nauchnaya sessiya GUAP. Sbornik dokladov. Ch. I. Tekhnicheskie nauki [Scientific session of SUAI. Collection of reports. Part I. Engineering]. St. Petersburg, GUAP Publ., 2012, pp. 58–61. (In Russian).

Технологии и производство

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 11. Marx А. D. Graph colorings problems and their applications in scheduling. Periodica Polytechnica, Electrical Engineering, 2004, no. 48, pp. 11–16. 12. Razzhivin D. B. Effektivnoe ispol’zovanie polosy propuskaniya v setyakh s vremennym mul’tipleksirovaniem. In: Nauchnaya sessiya GUAP. Sbornik dokladov. Ch. I. Tekhnicheskie nauki [Scientific session of SUAI. Collection of reports. Part I. Engineering]. St. Petersburg, GUAP, 2012, pp. 109–111. (In Russian). 13. Gabrielyan E., Hersch R. D. Efficient Liquid Schedule Search Strategies for Collective Communications. Published in ICON2004. In: Proceedings of the 12th IEEE International Conference on Networks. Singapore, 2004, Vol. 2, pp. 760–766. DOI: 10.1109/ICON.2004.1409279 14. Panteleev A. V. Metaevristicheskie algoritmy poiska global’nogo ekstremuma [Metaheuristic algorithms of searching for a global extremum]. Moscow, Izdatelstvo MAI-PRINT Publ., 2009, 159 p. (In Russian). 15. Tanaev V. S., Gordon V. V., Shafranskii Ya. M. Teoriya raspisanii. Odnostadiinye sistemy [Schedule theory. Single-stage systems]. Moscow, Nauka Publ., 1984. 384 p. (In Russian). 16. Korobkov I., Lavrovskaya I., Olenev V. Analiz transportnykh protokolov dlya bortovykh setei SpaceWire na sootvetstvie sovremennym trebovaniyam rossiiskoi kosmicheskoi promyshlennosti. Nauchnaya sessiya GUAP. Sbornik dokladov. Ch. I. Tekhnicheskie nauki [Scientific session of SUAI. Collection of reports. Part I. Engineering]. St. Petersburg, GUAP Publ., 2014, pp. 87–92. (In Russian). 17. Sheynin Y., Olenev V., Korobkov I., Lavrovskaya I., Kurbanov L., Dymov D. Computer-Aided Design System for Onboard SpaceWire Networks. In: Proceedings of 8th International SpaceWire Conference 2018 (ISC2018). USA, Los Angeles, 2018, pp. 220–227. 18. Tretyakov A. Automation of scheduling for periodic real-time systems. Trudy Instituta sistemnogo programmirovaniya RAN, 2012, vol. 22, pp. 375–400. (In Russian).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ Коробков Илья Леонидович, магистр техники и технологии, младший научный сотрудник Института высокопроизводительных компьютерных и сетевых технологий, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения, 190000, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, д. 67, тел.: +7 (952) 225-44-37, e-mail: ilya.korobkov@guap.ru.

AUTHOR Ilya L. Korobkov, M.Sc. of technique and technology, junior research assistant at the Institute of High-Performance Computer and Network Technologies, Saint-Petersburg State University of Aerospace Instrumentation, 67, ulitsa Bolshaya Morskaya, St. Petersburg, 190000, Russia, tel.: +7 (952) 225-44-37, e-mail: ilya.korobkov@guap.ru. Поступила 18.03.2019; принята к публикации 30.07.2019; опубликована онлайн 28.11.2019. Submitted 18.03.2019; revised 30.07.2019; published online 28.11.2019.

Technologies and production

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 ISSN 2413–9599 (Print)

www.radioprom.org

ISSN 2541–870Х (Online)

DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-54-62 УДК 681.518.5

Наземная система комплексной диагностики электромеханических устройств космических аппаратов Е. Б. Коротков1, Н. С. Слободзян1, О. В. Широбоков1, А. А. Киселев1, М. И. Надежин1 1

Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова

Одним из способов повышения надежности электромеханических устройств космических аппаратов является проведение диагностики их технического состояния при наземных испытаниях и выявление возможных дефектов. Рассмотрены вопросы диагностики электромеханических устройств космических аппаратов. Приведен обзор современных применяемых методов диагностики, предложен метод комплексной диагностики, включающий, помимо вибродиагностики, методы анализа модуля вектора и годографа вектора эквивалентного тока электродвигателя. Приведены спектральные характеристики сигналов виброускорения и эквивалентного тока, а также годографы. Определены обобщенные критерии токовой диагностики. Даны описание и функциональная схема наземной системы комплексной диагностики двигателя электронасосного агрегата системы терморегулирования космического аппарата. Приведен интерфейс программного обеспечения такой системы. Ключевые слова: мониторинг, диагностика, спектр, среднеквадратичное отклонение, вектор эквивалентного тока, годограф, электронасосный агрегат, преобразования Кларка и Парка, наземные испытания, ракетно-космическая техника Для цитирования: Наземная система комплексной диагностики электромеханических устройств космических аппаратов / Е. Б. Коротков, Н. С. Слободзян, О. В. Широбоков, А. А. Киселев, М. И. Надежин // Радиопромышленность. 2019. Т. 29, № 4. С. 54–62. DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-54-62 © Коротков Е. Б., Слободзян Н. С., Широбоков О. В., Киселев А. А., Надежин М. И., 2019

Технологии и производство

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019

Complex ground diagnostic system for spacecraft electromechanical devices E. B. Korotkov1, N. S. Slobodzyan1, O. V. Shirobokov1, A. A. Kiselev1, M. I. Nadezhin1 1

Baltic State Technical University «VOENMEH» named after D. F. Ustinov

One of the ways to make spacecraft electromechanical devices much reliable is the diagnostics of their technical condition during ground tests and identification of possible defects. Authors have viewed questions of spacecraft electromechanical devices’ diagnostics. There is an overview of the state-of-the-art applied diagnostic methods with the proposed complex diagnostic method, including, apart from vibration-based diagnostics, methods of the analysis of the vector module and vector hodograph of the electric engine’s equivalent current. Authors presented spectral characteristics of vibration acceleration signals and equivalent current, as well as hodographs. They also identified generic criteria for current diagnostics. The narration includes the description and function circuit of the ground complex diagnostic system for the engine of the electric pump unit (EPU) at the spacecraft thermal control system. It also includes the software interface for the system. Keywords: monitoring, diagnostics, spectrum, root mean square deviation, equivalent current vector, hodograph, electric pump unit, Clarke and Park’s transforms, ground tests, rocket and space equipment For citation: Korotkov E. B., Slobodzyan N. S., Shirobokov O. V., Kiselev A. A., Nadezhin M. I. Complex ground diagnostic system for spacecraft electromechanical devices. Radio industry (Russia), 2019, vol. 29, no. 4, pp. 54–62. (In Russian). DOI: 10.21778/2413-95992019-29-4-54-62

Введение Современные космические аппараты (КА) в своем составе имеют ряд электромеханических устройств (ЭМУ): приводы систем раскрытия и ориентации солнечных батарей, рефлекторов антенн, гироузлов [1], электронасосные агрегаты системы терморегулирования, исполнительные приводы систем наведения, ориентации и стабилизации бортовых приборов [2, 3]. К каждому из вышеперечисленных устройств предъявляются высокие требования по надежности и безотказности работы: все электромеханические узлы должны быть работоспособны в течение длительного срока активного существования КА (не менее 10–15 лет), вероятность их безотказной работы в конце срока активного существования должна быть не менее 0,95–0,99 [4]. Одним из способов повышения надежности электромеханических устройств наряду с соответствующими системными, конструкторскими и технологическими решениями является проведение диагностики их технического состояния для выявления возможных дефектов, а также определения остаточного ресурса работы предварительно при наземных испытаниях и при работе систем на борту [5, 6]. Методы диагностики Методы диагностики электромеханических устройств, применяемые на предприятиях ракетноTechnologies and production

космической отрасли в рамках наземной экспериментальной отработки КА, в основном включают в себя измерения и анализ параметров вибрации, а также общего тока потребления и выдаваемых телеметрических сигналов ЭМУ. Так, при изготовлении электронасосного агрегата (ЭНА) системы терморегулирования КА в качестве вибродиагностических параметров при селективном подборе двигателей обычно ориентируются на пиковые значения скоростей и ускорений, их среднеквадратичные значения [7] и величины размаха. Одним из достоинств такого подхода к вибродиагностике является простота его практической реализации, однако он не позволяет выявить в полной мере возможные дефекты электромеханической части, их источники и тенденции развития. В связи с этим активно внедряются методы анализа спектральных характеристик вибрационных параметров, при котором сравнивают уровень мощности сигналов виброскоростей и виброускорений на частотах, характерных для различных неисправностей. Для двигателя ЭНА основной характерной частотой является собственная частота вращения ротора, а также кратные ей частоты, на которых можно определить механические неисправности, такие как дисбаланс нагрузки на валу, изгиб вала. Повреждения крыльчатки насоса определяются 55

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 на частоте вращения ротора двигателя, умноженной на число ее лопаток. Повреждения подшипников определяются на частотах вращения сепаратора, тел качения и их обкатывания по обоймам подшипника [8, 9]. Помимо указанных, в спектре сигнала возможно наличие резонансных (собственных) частот колебания деталей устройства, не зависящих от частоты вращения вала двигателя. В целом можно отметить, что разработано множество подходов к вибродиагностике ЭМУ [10], различающихся по сложности и степени достоверности [11]. Однако выявление некоторых электрических и электромеханических дефектов по спектрам вибрационных сигналов может быть невозможно из-за слабой корреляции. Кроме того, полоса пропускания механической системы ЭМУ и устанавливаемых на ней датчиков вибрационных параметров ограничена, тогда как для диагностики электромеханической части двигателя, в зависимости от способа управления, требуется анализировать спектры шириной до 20 кГц. Также характерные электромеханические частоты могут совпадать с частотами механических возмущений нагрузки. Таким образом, для выявления электрических и электромеханических дефектов ЭМУ предлагается дополнительно использовать диагностику по электрическим параметрам. Такие дефекты, как повреждение, обрыв, межвитковые и межфазные замыкания обмоток статора, можно диагностировать по мгновенным значениям фазных токов и напряжений. Так, нулевое значение фазного тока при наличии формируемого фазного напряжения указывает на обрыв соответствующей фазы. Анализируя общий ток потребления и напряжение питания устройства управления, можно диагностировать неисправности входных цепей питания и его внутренних блоков.

В дополнение к обозначенным выше методам для диагностики двигателей ЭМУ предлагается метод токовой диагностики, заключающийся в спектральном анализе тока, создающего момент на валу электрической машины [12, 13]. Возмущения в электрической или механической частях двигателя вызывают изменение магнитного поля в зазоре электрической машины, что, в свою очередь, приводит к изменению потребляемого тока. Для двигателей постоянного тока это ток якоря, а для распространенных в современных ЭМУ синхронных двигателей это эквивалентный ток, вычисляемый с помощью преобразований Кларка [14] и Парка [15]. Его модуль находится по формуле: I э = iα 2 + iβ2 ,

(1)

где iα, iβ – токи, связанные с неподвижной системой координат статора. Для трехфазного двигателя они находятся с помощью преобразования Кларка: 1 1 iα = ia − ib − ic ; 2 2

(2)

3 3 ib − ic , 2 2

(3)

iβ =

где ia, ib, ic – фазные токи электродвигателя. При токовой диагностике, как и при вибродиагностике, неисправности ЭМУ обнаруживают на характерных частотах электродвигателя и связанной с ним нагрузки. При анализе сравнивают амплитуды на характерных частотах с амплитудой на нулевой частоте и в зависимости от их отношения делают вывод о наличии и степени дефектов. На рис. 1 представлена спектральная характеристика вектора эквивалентного тока вентильного электродвигателя ЭНА при испытаниях в номинальном режиме работы. Спектр нормирован

A/ Amplitude of equivalent current, A

0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0 0

2,5

7,5

10 /

12,5

Frequency, kHz

Рисунок 1. Спектр вектора эквивалентного тока двигателя электронасосного агрегата Figure 1. Spectrum of equivalent current vector, electric pump unit engine

Технологии и производство

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 по значению амплитуды пика на нулевой частоте, который не показан на графике для масштабной наглядности остальных значений. Первый пик на частоте 400 Гц связан с полюсной пульсацией момента (за один оборот ротора двигателя электромагнитное поле совершает 4 оборота). Пик на частоте 1,2 кГц отражает особенности нагрузки двигателя ЭНА – центробежного колеса насоса, имеющего 12 лопаток. Пики на частоте 2,4 кГц и кратной ей 4,8 кГц связаны с полюсными пульсациями тока (двигатель коммутируется трапецеидальным сигналом и имеет 12 пар полюсов – по четыре пары на фазу). Пик на частоте около 15 кГц связан с тем, что переменные фазные напряжения формируются с помощью широтно-импульсной модуляции сигналов с соответствующей частотой. На рис. 2 представлены спектрограммы виброускорений вдоль оси ротора двигателя. Сравнивая спектры вектора эквивалентного тока и виброускорения вдоль оси ротора двигателя ЭНА, заметим, что пики на характерных частотах имеются на обеих характеристиках. При этом отчетливо наблюдается корреляция на частотах 2,4; 4,8 и 15 кГц, но на лопаточной частоте 1,2 кГц пик различается только на спектре виброускорения, что говорит о необходимости комплексного подхода к диагностике. Еще одним методом токовой диагностики является анализ годографа вектора эквивалентного тока Iэ, представляющего собой зависимость iβ (iα). С помощью такой диагностики можно оценить пространственную картину распределения электромагнитного поля статора и его радиальные пульсации, что невозможно определить по спектральной характеристике модуля вектора Iэ. Для двигателей переменного тока с синусоидальным питанием годограф Iэ имеет форму

окружности. При идеальной трапецеидальной форме питающих напряжений, как для двигателя ЭНА, годограф будет иметь форму звезды (рис. 3а). На рис. 3б представлен годограф Iэ реального двигателя ЭНА. Сравнивая внешний вид и характеристики годографа для реального двигателя и для идеального, можно оценить пространственную картину распределения электромагнитного поля статора и диагностировать некоторые дефекты двигателя и его системы управления. Система комплексной диагностики На практике к описанным выше методам диагностики электромеханических устройств предъявляются следующие требования: возможность прогнозирования и обнаружения электрических и механических типов неисправностей с высокой точностью и достоверностью, низкая трудоемкость процесса диагностики, возможность диагностики в автоматическом режиме. Этим требованиям отвечает разработанная система комплексной диагностики ЭМУ, структурная схема которой представлена на рис. 4. Система предназначена для наземной диагностики ЭМУ во время проведения его испытаний и включает блок измерений, блок акселерометров, анализатор спектра и ЭВМ с системой сбора данных на базе SCADA-системы. На рисунке также показаны диагностируемое электромеханическое устройство и его блок управления. ЭМУ и его блок управления подключаются через специализированный блок измерений электрических параметров и запускаются в рабочем режиме. Блок измерений, функциональная схема которого представлена на рис. 5, выполняет первичное преобразование величин фазных токов, напряжений

g/ Acceleration amplitude, g

0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0

2,5

7,5

12,5

/ Frequency kHz

Рисунок 2. Спектр виброускорения двигателя электронасосного агрегата вдоль оси ротора Figure 2. Vibration acceleration spectrum, electric pump unit engine, along rotor axis

Technologies and production

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019

Iβ, A

Iα, A

а)

б)

Рисунок 3. Годограф вектора эквивалентного тока двигателя электронасосного агрегата: а – для идеального двигателя, б – для реального двигателя Figure 3. Hodograph for vector of equivalent current of electric pump unit engine: a – for the perfect engine, b – for the available engine

+ SCADA / Computer + SCADA

Spectrum analyser

/ Electromagnetic accelerator’s control unit

Measurement unit

/ Accelerometer unit

/ Electromagnetic accelerator

Рисунок 4. Система комплексной диагностики электромеханического устройства Figure 4. The electromagnetic accelerator’s system for complex diagnostics

и телеметрических сигналов испытываемого ЭМУ в нормированные электрические сигналы в пределах диапазона измерений анализатора спектра для их дальнейшей обработки. В составе блока измерений имеется вспомогательная аппаратура для питания датчиков, а также коммутационные элементы, которые обеспечивают подключение сигналов, не нарушающее принципы функционирования ЭМУ и его блока управления. В зависимости от типа ЭМУ в структуре блока измерений предусматривается подключение функциональных элементов, обеспечивающих различные условия испытаний (изменение скорости вращения двигателя и т. п.). Нормированные сигналы установленного на корпусе ЭМУ блока акселерометров, а также блока измерений поступают в анализатор спектра и далее в ЭВМ. Анализатор спектра совместно со SCADAсистемой представляет собой многоканальную измерительную систему с возможностью синхронизации по всем каналам, выполняющую измерение 58

величин фазных токов, напряжений, сигналов телеметрии, параметров вибрации исследуемого ЭМУ, передачу результатов измерений на ПК и обработку результатов измерений. На рынке контрольно-измерительного оборудования, в том числе оборудования для диагностики, существуют готовые решения, одним из которых является анализатор спектра типа ZET 017 компании «Электронные технологии и метрологические системы» (ZETLAB) с количеством каналов до 32 шт. [16]. Компания поставляет также SCADA-систему ZETVIEW для проектирования приложений, поэтому оптимальным является использование такого готового решения. В SCADA-системе ZETVIEW было разработано программное обеспечение для диагностики ЭМУ типа двигателя ЭНА. Один из вариантов программного интерфейса представлен на рис. 6. В программном интерфейсе комплексной системы диагностики отображаются годограф вектора эквивалентного тока, мгновенные значения и спектры фазных токов, мгновенные значения и спектры виброускорений по трем осям. Отдельно следует отметить, что средствами программного обеспечения возможно сохранение исходных массивов данных и дальнейшая их обработка, например, с использованием перспективных методов нейросетевой диагностики [17] в пакете MATLAB [18]. На рис. 7 показана система комплексной диагностики двигателя ЭНА в процессе работы, позволяющая в режиме реального времени выполнять диагностику электродвигателя и записывать все необходимые результаты измерений и вычислений для последующего анализа технического состояния двигателя и прогнозирования его ресурса. Технологии и производство

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019

К анализатору спектра / To spectrum analyser

От блока управления ЭМУ / From electromagnetic accelerator’s control unit

Нормированные сигналы / Normalized signals Телеметрические сигналы / Beeps Фазы A, B, C / A, B, and C phases

Делители напряжения / Voltage dividers

Датчики напряжения / Voltage sensors

Датчики тока / Current sensors

К ЭМУ / To electromagnetic accelerator

Рисунок 5. Функциональная схема блока измерений Figure 5. Function circuit of measurement unit

Годограф токов / Hodograph of currents

Спектр тока фазы А / Spectrum of phase A current

Спектр виброускорения по оси Х / X-axis vibration acceleration spectrum

Спектр тока фазы B / Spectrum of phase B current

Спектр виброускорения по оси Y / Y-axis vibration acceleration spectrum

Спектр тока фазы C / Spectrum of phase C current

Спектр виброускорения по оси Z / Z-axis vibration acceleration spectrum

График виброускорений (по 3 осям) / Vibration acceleration graph (3 axes)

График фазных токов (A, B, C) / Graph of phase currents (A, B, C)

Рисунок 6. Программный интерфейс системы комплексной диагностики двигателя электронасосного агрегата Figure 6. Software interface of electric pump unit engine’s system for complex diagnostics

Рисунок 7. Система комплексной диагностики двигателя электронасосного агрегата в процессе работы Figure 7. Operational complex diagnostic system for electric pump unit engine

Technologies and production

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 Выводы Используемые сегодня методы диагностики электромеханических устройств, основанные на анализе вибраций, не позволяют выделить некоторые электрические и электромеханические неисправности, поэтому их необходимо дополнять анализом электрических параметров. Такой комплексный подход позволит с высокой точностью диагностировать состояние электромеханических устройств во время их испытаний. Предложенная система наземной комплексной диагностики электромеханических устройств космических аппаратов обеспечивает синхронизированное измерение множества параметров

исследуемой электромеханической системы, их обработку различными методами и представление результатов для анализа в виде годографа и спектральных характеристик. Это дает возможность проводить комплексный анализ и диагностику текущего состояния объектов, а малые габариты и мобильность оборудования позволяют обеспечить проведение измерений, обработки и анализа данных на различных этапах разработки, изготовления и эксплуатации электромеханических устройств в наземных условиях. Многоканальность измерительной системы позволяет при необходимости расширить возможности диагностики, а функционал SCADA-системы позволяет ее автоматизировать.

БЛАГОДАРНОСТЬ Работа выполняется в соответствии с федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы» при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (соглашение от 26.09.2017 г. № 14.577.21.0270, уникальный идентификатор работ RFMEFI57717X0270) в организации Головного исполнителя НИОКТР ФГБОУ ВО БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова совместно с индустриальным партнером АО «ИСС» им. академика М. Ф. Решетнёва.

ACKNOWLEDGMENT The research has taken place under federal target program “Research and Developments under Priority Areas for Development of Russia’s Science and Technology Sector in 2014–2020”. The Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation has provided the financial support (agreement of September 26, 2017 No. 14.577.21.0270, paper ID RFMEFI57717X0270). The research location has been at facilities of general contractor, i. e. R&D FSBEI of HE BSTU «VOENMEH» named after D. F. Ustinov together with industrial partner JSC Academician M. F. Reshetnev «ISS».

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Электромеханические устройства космических аппаратов и ракет-носителей / В. Я. Авербух, Д. М. Вейнберг, В. П. Верещагин, О. М. Мирошник, Е. М. Михайлов, В. Е. Ремизов, С. А. Стома, Н. Н. Шереметьевский // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2001. Т. 100. С. 89–96. 2. Горбунов А. В., Коротков Е. Б., Слободзян Н. С. Высокоточная система наведения и ориентации космических бортовых приборов на базе гексапода с пространственным датчиком положения // Вопросы радиоэлектроники. 2017. № 7. С. 42–47. 3. Применение пространственных механизмов с параллельной структурой для наведения, стабилизации и виброизоляции бортовых приборов / А. В. Горбунов, Е. Б. Коротков, А. В. Леканов, С. А. Рудыка, Н. С. Слободзян // Решетневские чтения. 2017. Т. 1, № 21. С. 117–118. 4. Патраев В. Е., Максимов Ю. В. Методы обеспечения надежности бортовой аппаратуры космических аппаратов длительного функционирования // Приборостроение. 2008. № 8. С. 5–12. 5. Талалаев А. А., Фраленко В. П., Хачумов В. М. Обзор стандартов и концепция построения средств мониторинга, контроля и диагностики космического аппарата // Программные системы: теория и приложения. 2015. № 3 (26). С. 21–43. 6. Высокопроизводительная нейросетевая система мониторинга состояния и поведения подсистем космических аппаратов по телеметрическим данным / Н. С. Абрамов, А. А. Талалаев, В. П. Фраленко, В. М. Хачумов, О. Г. Шишкин // Программные системы: теория и приложения. 2017. № 3 (30). С. 109–131. 7. Обеспечение длительного ресурса малорасходных нагнетателей / В. В. Двирный, Г. В. Двирный, А. В. Хныкин, В. В. Голованова, Г. Г. Крушенко // Космические аппараты и технологии. 2014. № 3 (9). С. 12–20. 8. Poddar S., Chandravanshi M. L. Ball bearing fault detection using vibration parameters. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), 2013, Vol. 2, Issue 12, pp. 1239–1244. 9. Xue S., Howard I., Wang C., Bao H., Lian P., Chen G., Wang Y., Yan Y. The diagnostic analysis of the planet bearing faults using the torsional vibration signal. Mechanical Systems and Signal Processing, 134, 106304, DOI:10.1016/j.ymssp.2019.106304. 10. Калинов А. П., Браташ О. В. Анализ методов вибродиагностики асинхронных двигателей // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2012. № 5. С. 43–51. 11. Петров И. В. Оценка достоверности различных способов измерения и обработки виброакустических характеристик при техническом диагностировании электрических машин // Вестник ГГТУ им. П. О. Сухого. 2014. № 1 (56). С. 108–116.

Технологии и производство

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 12. Nejjari H., Benbouzid M. E. H. Monitoring and diagnosis of induction motors electrical faults using a current Park’s vector pattern learning approach. IEEE Transactions on Industry Applications, 2000, vol. 36, no. 3, pp. 730–735. DOI: 10.1109/28.845047. 13. Петухов В. С. Диагностика электродвигателей. Спектральный анализ модулей векторов Парка тока и напряжения // Новости Электротехники. 2008. № 1 (49). С. 50–52. 14. Duesterhoeft W. C., Schulz M. W., Clarke E. Determination of Instantaneous Currents and Voltages by Means of Alpha, Beta, and Zero Components. Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, 1951, no. 70 (2), pp. 1248–1255. DOI: 10.1109/T-AIEE.1951.5060554. 15. Park R. H. Two Reaction Theory of Synchronous Machines. AIEE Transactions, 1929, no. 48, pp. 716–730. DOI: 10.1109/TAIEE.1929.5055275. 16. Анализатор спектра ZET 017-U32 [Электронный ресурс]. URL: https://zetlab.com/shop/без%20рубрики/zet-017-u32analizator-spektra/ (дата обращения: 14.03.2019). 17. Nyanteh Y., Srivastava S., Edrington C., Cartes D. A. Application of artificial intelligence to stator winding fault diagnosis in Permanent Magnet Synchronous Machines. Electric Power Systems Research, 2013, no. 103, pp. 201–213. 18. Deep Learning Toolbox. Сайт Matlab [Электронный ресурс]. URL: https://matlab.ru/products/neural-network-toolbox (дата обращения: 23.09.2019).

REFERENCES 1. Averbukh V. Ya., Veinberg D. M., Vereshchagin V. P., Miroshnik O. M., Mikhailov E. M., Remizov V. E., Stoma S. A., Sheremet’evskii N. N. Electromechanical devices of spacecraft and launch vehicles. Voprosy elektromekhaniki. Trudy VNIIEM, 2001, vol. 100, pp. 89–96. (In Russian). 2. Gorbunov A. V., Korotkov E. B., Slobodzyan N. S. High-precision space on-board instruments aiming and orientation system of the hexapod with a spatial position sensor. Voprosy radioelektroniki, 2017, no. 7, pp. 42–47. (In Russian). 3. Gorbunov A. V., Korotkov E. B., Lekanov A. V., Rudyka S. A., Slobodzyan N. S. Application of spatial mechanisms with parallel structure for the control, stabilization and vibration isolation of onboard devices. Reshetnevskie chteniya, 2017, vol. 1, no. 21, pp. 117–118. (In Russian). 4. Patraev V. E., Maksimov Yu. V. Methods to ensure the reliability of onboard equipment of aircraft. Priborostroenie, 2008, no. 8, pp. 5–12. (In Russian). 5. Talalaev A. A., Fralenko V. P., Khachumov V. M. Review of standards and the concept of building means of monitoring, control and diagnostics of a spacecraft. Programmnye sistemy: teoriya i prilozheniya, 2015, no. 3 (26), pp. 21–43. (In Russian). 6. Abramov N. S., Talalaev A. A., Fralenko V. P., Khachumov V. M., Shishkin O. G. The high–performance neural network system for monitoring of state and behavior of spacecraft subsystems by telemetry data. Programmnye sistemy: teoriya i prilozheniya, 2017, no. 3 (30), pp. 109–131. (In Russian). 7. Dvirnyi V. V., Dvirnyi G. V., Khnykin A. V., Golovanova V. V., Krushenko G. G. Providing the long service life for low water/low gas consumption pumps. Kosmicheskie apparaty i tekhnologii, 2014, no. 3 (9), pp. 12–20. (In Russian). 8. Poddar S., Chandravanshi M. L. Ball bearing fault detection using vibration parameters. International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), 2013, Vol. 2, Issue 12, pp. 1239–1244. 9. Xue S., Howard I., Wang C., Bao H., Lian P., Chen G., Wang Y., Yan Y. The diagnostic analysis of the planet bearing faults using the torsional vibration signal. Mechanical Systems and Signal Processing, 134, 106304, DOI:10.1016/j.ymssp.2019.106304. 10. Kalinov A. P., Bratash O. V. Analysis of vibration diagnostics methods for induction motor. Energetika. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii i energeticheskikh ob"edinenii SNG, 2012, no. 5, pp. 43–51. (In Russian). 11. Petrov I. V. Assessment of the reliability of various methods of measuring and processing vibro-acoustic characteristics in the technical diagnosis of electrical machines. Vestnik GGTU im. P. O. Sukhogo, 2014, no. 1 (56), pp. 108–116 (In Russian). 12. Nejjari H., Benbouzid M. E. H. Monitoring and diagnosis of induction motors electrical faults using a current Park’s vector pattern learning approach. IEEE Transactions on Industry Applications, 2000, vol. 36, no. 3, pp. 730–735. DOI: 10.1109/28.845047. 13. Petukhov V. S. Diagnostics of electric motors. Spectral analysis of the modules of the current and voltage Park vectors. Novosti Elektrotekhniki, 2008, no. 1 (49), pp. 50–52. (In Russian). 14. Duesterhoeft W. C., Schulz M. W., Clarke E. Determination of Instantaneous Currents and Voltages by Means of Alpha, Beta, and Zero Components. Transactions of the American Institute of Electrical Engineers, 1951, no. 70 (2), pp. 1248–1255. DOI: 10.1109/T-AIEE.1951.5060554. 15. Park R. H. Two Reaction Theory of Synchronous Machines. AIEE Transactions, 1929, no. 48, pp. 716–730. DOI: 10.1109/TAIEE.1929.5055275. 16. Analizator spektra ZET 017-U32 [Spectrum analyzer ZET 017-U32] (In Russian). Available at: https://zetlab.com/shop/ без%20рубрики/zet-017-u32-analizator-spektra (accessed 14.03.19). 17. Nyanteh Y., Srivastava S., Edrington C., Cartes D. A. Application of artificial intelligence to stator winding fault diagnosis in Permanent Magnet Synchronous Machines. Electric Power Systems Research, 2013, no. 103, pp. 201–213. 18. Deep Learning Toolbox. Website Matlab. (In Russian). Available at: https://matlab.ru/products/neural-network-toolbox (accessed 23.09.2019).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ Коротков Евгений Борисович, к. т. н., доцент, главный научный сотрудник, научно-исследовательская лаборатория робототехнических и мехатронных систем, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, 190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1, тел.: +7 (921) 938-15-11 e-mail: ebkorotkov@yandex.ru.

Technologies and production

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 Слободзян Никита Сергеевич, начальник научно-исследовательской лаборатории робототехнических и мехатронных систем, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, 190005, СанктПетербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1, тел.: +7 (953) 345-38-27, e-mail: ja-nikita@mail.ru. Широбоков Олег Вячеславович, инженер 2-й категории, научно-исследовательская лаборатория робототехнических и мехатронных систем, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, 190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1, тел.: +7 (921) 442-84-67, e-mail: shirok.93@mail.ru. Киселев Алексей Александрович, инженер, научно-исследовательская лаборатория робототехнических и мехатронных систем, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, 190005, СанктПетербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1, тел.: +7 (952) 243-80-68, e-mail: kis.lecha@yandex.ru. Надежин Михаил Игоревич, инженер, научно-исследовательская лаборатория робототехнических и мехатронных систем, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова, 190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1, тел.: +7 (904) 618-09-28, e-mail: mikhailn131@gmail.com.

AUTHORS Evgeniy B. Korotkov, Ph.D. (Engineering), associate professor, senior researcher, research laboratory of robotic and mechatronic systems, Baltic State Technical University «VOENMEH», 1, 1-ya Krasnoarmeyskaya ulitsa, Saint-Petersburg, 190005, Russia, tel.: +7 (921) 938-15-11, e-mail: ebkorotkov@yandex.ru. Nikita S. Slobodzyan, head of research laboratory of robotic and mechatronic systems, Baltic State Technical University «VOENMEH», 1, 1-ya Krasnoarmeyskaya ulitsa, Saint-Petersburg, 190005, Russia, tel.: +7 (953) 345-38-27, e-mail: ja-nikita@mail.ru. Oleg V. Shirobokov, category 2 engineer, research laboratory of robotic and mechatronic systems, Baltic State Technical University «VOENMEH», 1, 1-ya Krasnoarmeyskaya ulitsa, Saint-Petersburg, 190005, Russia, tel.: +7 (921) 442-84-67, e-mail: shirok.93@mail.ru. Aleksei A. Kiselev, engineer, research laboratory of robotic and mechatronic systems, Baltic State Technical University «VOENMEH», 1, 1-ya Krasnoarmeyskaya ulitsa, Saint-Petersburg, 190005, Russia, tel.: +7 (952) 243-80-68, e-mail: kis.lecha@yandex.ru. Mikhail I. Nadezhin, engineer, research laboratory of robotic and mechatronic systems, Baltic State Technical University «VOENMEH», 1, 1-ya Krasnoarmeyskaya ulitsa, Saint-Petersburg, 190005, Russia, tel.: +7 (904) 618-09-28, e-mail: mikhailn131@gmail.com. Поступила 19.03.2019; принята к публикации 25.09.2019; опубликована онлайн 28.11.2019. Submitted 19.03.2019; revised 25.09.2019; published online 28.11.2019.

Технологии и производство

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 ISSN 2413–9599 (Print)

www.radioprom.org

ISSN 2541–870Х (Online)

ЭКОНОМИКА, УПРАВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТИ / ECONOMICS, MANAGEMENT AND DEVELOPMENT OF THE RADIO INDUSTRY DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-63-72 УДК 330.341.4

Количественные и качественные аспекты измерения цифровой экономики Т. А. Блатова1, В. В. Макаров1, Н. С. Шувал-Сергеева2 1

Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича, Санкт-Петербург, Россия 2 АО «Научно-производственное предприятие «Радар ммс», Санкт-Петербург, Россия

Основной предмет исследования – измерение существующего состояния экономики и уровня благосостояния населения с использованием традиционных экономических индикаторов. В статье рассмотрены основные тренды применения информационно-коммуникационных технологий в бизнес-моделях и продуктах, которые трансформируют экономику и социально-экономическое взаимодействие. Проведенный анализ показал, что такой показатель, как валовой внутренний продукт, в условиях цифровой экономики уже не отражает в достаточной мере увеличение количества и разнообразия услуг и сложность разрабатываемых решений. Предложены новые подходы к определению стоимости цифрового продукта на основе измерения потребительского излишка. Показано, что для решения задач измерения цифровой экономики необходимы достоверные статистические данные по всем видам цифровой экономической деятельности, чтобы проводимая национальная экономическая политика не имела негативных последствий для страны. Сделан вывод, что в ближайшее время показатель валового внутреннего продукта из-за отсутствия альтернативы все еще будет использоваться для измерения благосостояния населения. Поэтому наиболее актуальными становится вопросы о качестве статистических данных, методах их анализа и принятия эффективных управленческих решений на их основе. Ключевые слова: цифровая экономика, измерение цифровой экономики, цифровизация, валовой внутренний продукт, информационно-коммуникационные технологии, качество Для цитирования: Блатова Т. А., Макаров В. В., Шувал-Сергеева Н. С. Количественные и качественные аспекты измерения цифровой экономики // Радиопромышленность. 2019. Т. 29, № 4. С. 63–72. DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-63-72 © Блатова Т. А., Макаров В. В., Шувал-Сергеева Н. С., 2019

Economics, management and development of the radio industry

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019

Quantitative and qualitative aspects of measuring the digital economy T. A. Blatova1, V. V. Makarov1, N. S. Shuval-Sergeeva2 1 2

The Bonch-Bruevich Saint-Petersburg State University of Telecommunications, Saint-Petersburg, Russia Research and Production Enterprise Radar mms JSC, Saint-Petersburg, Russia

The main research subject is an assessment of a current state of the economy and the population well-being using conventional economic indicators. The article presents main trends that are available when people apply information and communication technology to business models and products that transform the economy and social and economic interaction. The analysis completed has showen that as an indicator in terms of digital economy the gross domestic product has no longer adequately presented an increase in a number and variety of services and complexity of the solutions developed. Authors propose new approaches to valuating a digital product based on measurements of the consumer surplus. Authors have shown that to solve problems of measuring the digital economy, we need reliable statistics for activity in the digital economy, so that the ongoing national economic policy does not have negative consequences for the country. There is the conclusion that in the near future, due to the lack of alternatives, the gross domestic product as an indicator will still be in use for measurements of the population well-being. Therefore, statistics quality, techniques for such data analysis, and efficient managerial decision-making based on them have been getting the most relevant. Keywords: digital economy, measurement of digital economy, digitalization, gross domestic product, information and communication technologies, quality For citation: Blatova T. A., Makarov V. V., Shuval-Sergeeva N. S. Quantitative and qualitative aspects of measuring the digital economy. Radio industry (Russia), 2019, vol. 29, no. 4, pp. 63–72. (In Russian). DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-63-72

Введение Цифровые технологии превратились из средства обмена информацией и электронными продуктами в важнейший компонент нашей жизни. Смартфоны, которые почти вытеснили стационарные телефоны, позволяют нам делиться информацией огромным количеством способов. Услуги, которые ранее предоставлялись физически, теперь предлагаются полностью в цифровых форматах – без каких-либо дополнительных затрат. Фильмы, телепередачи, спортивные программы достигают бесчисленного количества экранов через интернет. Поисковые системы почти «убили» индустрию поиска физической информации («Желтые страницы» и т. п.) и теперь вытесняют газетные объявления. Мессенджеры создают новые каналы социальной коммуникации, и вместо того, чтобы звонить друг другу по телефону, многие теперь предпочитают обмениваться сообщениями. Способы цифрового распространения музыки оказали давление на рынок компакт-дисков и изменили музыкальную индустрию [1]. Появление цифровых плееров также привнесло инновации в музыкальную индустрию. Процесс цифровизации с использованием информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), программного обеспечения и кодированной информации являлся наиболее важной движущей силой роста и развития экономики страны на протяжении 64

двух последних десятилетий [2]. Современным производственным компаниям как никогда важно суметь адаптироваться к изменяющимся потребностям клиентов, росту стоимости ресурсов и растущей неопределенности. Перспективный способ решения этих проблем – цифровизация производственной системы. Ключевыми элементами цифровизации являются кибер-физические системы (англ. Cyber-Physical System, CPS) и кибер-физические производственные системы (англ. CyberPhysical Production System, CPPS). В последние годы синонимом кибер-части CPS и CPPS стало понятие «цифровой двойник» (англ. Digital Twin). Иначе говоря, цифровой двойник – виртуальная модель процесса, товара или услуги. Такое сопряжение виртуального и физического миров позволяет проводить анализ данных и осуществлять контроль систем для проактивного управления проблемами, предотвращения времени простоя, развития новых возможностей и планирования будущего развития при помощи моделирования. Сегодня основное внимание уделяется цифровым двойникам в интернете вещей (англ. Internet of Things, IoT), которые могут упростить принятие решений на предприятии, предоставляя информацию о техническом обслуживании и надежности, данные, позволяющие понять, как продукт может работать более эффективно, данные о новых продуктах и повышение

Экономика, управление и развитие радиопромышленности

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 эффективности. Цифровые двойники предприятий создают модели организационных процессов для обеспечения мониторинга в реальном времени и повышения их эффективности. Кроме цифровых двойников компания Gartner, занимающаяся исследованием рынков информационных технологий, выделяет такие еще не признанные широко стратегические технологические тенденции, которые будут влиять на преобразование отрасли до 2023 года, как граничные вычисления (англ. Edge computing) и иммерсивные, т. е. создающие эффект присутствия, технологии. При использовании технологии граничных вычислений сбор и анализ данных проводится не в централизованной вычислительной среде, как при облачных вычислениях, а в месте генерации потоков данных. Эксперты прогнозируют, что к 2020 году в мире будет насчитываться больше 5 млн. «умных» сенсоров и других IoT-устройств, которые будут генерировать по меньшей мере 507,5 Зб данных [3]. Граничные вычисления помогут компаниям решать проблемы, такие как высокие затраты построения глобальной сети и неприемлемые уровни задержки. Диалоговые платформы и такие технологии, как дополненная реальность (AR), смешанная реальность (MR) и виртуальная реальность (VR), позволяют лучше воспринимать и понимать окружающую действительность и получать иммерсивный опыт. По прогнозам Gartner, к 2022 году 70% предприятий будут экспериментировать с иммерсивными технологиями для использования их потребителями, а на 25% предприятий эти технологии будут внедрены в производство. Наиболее широкое применение иммерсивные технологии получают в создании новых принципов обучения. Облачные сервисы, искусственный интеллект и другие новые цифровые технологии положили начало второй эпохе цифровизации, которая становится, с одной стороны, вызовом экономической политике, с другой стороны, поддерживающим ее средством измерения. Основные проблемы в измерении валового внутреннего продукта и его оценке Валовой внутренний продукт (ВВП) является наиболее часто используемым критерием в экономической политике. В принципе, средства измерения ВВП и, следовательно, учет национальной экономики способны решить проблему, вызванную цифровизацией, т. к. принципы измерения ВВП также применимы к цифровой экономике. Однако на практике из-за масштабных изменений в структуре производства и потребления методы измерения цифровой экономики не успевают за ее развитием. Несоответствие между показателями инвестиций в ИКТ и показателями выпуска продукции

на национальном уровне было определено в конце 1980-х годов как парадокс производительности (парадокс Солоу), связанный с массовым распространением компьютеров. Второй парадокс производительности обусловлен всплеском развития Интернета. В настоящее время мы сталкиваемся с третьим парадоксом производительности, связанным с цифровой экономикой [4]. Ниже перечислены пять основных проблем в измерении ВВП и благосостояния населения в цифровой экономике (табл. 1). В результате совместных исследований ученых международной бизнес-школы при Массачусетском технологическом институте и Гронингенского университета недавно был представлен новый метод измерения стоимости цифровых товаров/услуг для потребителей с использованием онлайн-экспериментов. Предложенный метод основан на измерении потребительского излишка цифрового товара/услуги, свободно определяемого как разница между суммой, которую потребители готовы заплатить, и фактической ценой, которую они платят. В принципе, измерение потребительского излишка является прямой мерой стоимости цифрового товара/услуги. Авторы метода использовали три различных крупномасштабных онлайн-опроса, охватывающих 65 000 человек, чтобы измерить готовность потребителя принять денежную компенсацию за потерю доступа к различным видам цифровых товаров/ услуг в течение определенного периода времени. Разница между ценой, которую потребители были готовы принять, и фактической ценой цифрового товара/услуги (во многих случаях нулевой) использовалась для расчета потребительского излишка цифрового товара/услуги, т. е. стоимости товара/ услуги для потребителей. Средние суммы в 2017 году, которые потребовались бы для компенсации потребителю отказа от доступа к каждой из категорий цифровых товаров/услуг в течение одного года представлены в таблице 2 [5]. Поисковые системы и электронная почта оказались двумя наиболее ценными категориями, потому что для многих людей эти цифровые услуги имеют важное значение для их профессиональной деятельности. Помимо ВВП, цифровизация влияет на другие ключевые цели экономической политики – занятость, распределение доходов и устойчивость бюджетного дефицита. Что касается государственной экономики, то цифровизация, с одной стороны, может повысить эффективность и улучшить качество товаров и услуг, а с другой стороны – может частично «разрушить» налоговую базу или привести к необоснованному росту индексации социальных пособий

Economics, management and development of the radio industry

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 Таблица 1. Проблемы в измерении валового внутреннего продукта Table 1. Problems with gross domestic product measurements

Проблема / Problem

Суть проблемы / Gist of the problem

Возможные пути решения / Possible solutions

Снижение цен и повышение качества цифровых продуктов и услуг

Цены и характер ИКТ-продуктов и услуг часто существенно меняются даже в течение короткого промежутка времени. Например, накладные расходы в сфере цифровых технологий снижаются быстрее, чем официальные индексы цен, что приводит к недооценке объема ВВП

Исчезновение специализированных посредников в результате повышения уровня автоматизации и самообслуживания

Качество услуг могут быть значительно улучшено, Учет снижения в то время как их влияние на рост ВВП снижается. транзакционных издержек Например, за счет растущего внедрения услуги онлайн-бронирования путешествий снизилась потребность в отдельных специализированных службах, таких как традиционные туристические агентства

Появление широкого спектра бесплатных для пользователей продуктов и услуг, которые по определению не включаются в измерение ВВП или недостаточно учитываются

Свободные продукты, несмотря на их влияние на благосостояние граждан, концептуально не являются частью ВВП. Примером бесплатных продуктов является Linux, примерами бесплатных услуг – Google и Facebook, которые финансируются за счет целевой рекламы или продажи информации о пользователях. Цена использования таких продуктов определяется как готовность человека обменять свои личные данные и внимание на право бесплатного использования продукта с наличием целевой рекламы. Услуги, финансируемые за счет доходов от рекламы, лишь частично включены в показатели ВВП

Изменение концептуальных подходов к измерению ВВП. «Полезность» бесплатных товаров и услуг и их влияние на производительность должны быть отражены в ключевых макроэкономических показателях, таких как ВВП

Занижение ВВП в странах с высокими корпоративными налогами

Важнейший канал распространения цифровых услуг Интернет не имеет географических границ. Определение точного географического распределения добавленной стоимости в производстве затруднено, поэтому компании получают возможность маневрировать в определении итоговой прибыли по разным странам

Оптимизация налогообложения транснациональных компаний

Гигономика (экономика свободного заработка) размывает границы между производством и потреблением

Частные лица могут одновременно выступать Использование новых как производители, так и потребители товаров методов определения ВВП и услуг. Заимствование и продажа подержанных товаров не включены в ВВП, хотя такая практика оказывает влияние на экономику и благосостояние в результате увеличения потребления продукции или общего срока службы продукции

и других выплат. ВВП является количественной мерой и поэтому не отражает значение улучшения качества продукции, например, сегодня мобильный телефон стоит восемь тысяч рублей, столько же, сколько стоил мобильный телефон шесть лет назад, но в его стоимости не отражено использование новых технологий или улучшение качества товара. Погрешность измерения, обусловленная занижением 66

Необходимо отслеживать изменение цен на единицу продукции и услуг стандартизированного качества в течение определенного периода времени

годового изменения ВВП, может составлять около половины процентного пункта, что является достаточным для изменения оценки экономической ситуации в условиях роста. Можно выделить три категории проблем измерения экономического роста в цифровой экономике [6]. Суть проблем и возможные пути их решения представлены в табл. 3.

Экономика, управление и развитие радиопромышленности

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 Таблица 2. Средний показатель денежной компенсации потребителю за отказ от доступа к цифровым товарам/услугам в течение года Table 2. Average annual monetary compensation to consumer for refused access to digital goods/ services

Категории цифровых товаров/услуг / Categories of digital goods/services

Средняя сумма компенсации, долл. в год / Average sum of indemnity, USD per year

Поисковые системы / Search engines

17 530

Электронная почта / Email

8 414

Карты / Maps

3 648

Видео / Video

1 173

Электронная коммерция / E-commerce

842

Социальные медиа / Social media

322

Музыка / Music

168

Обмен сообщениями / Message exchange

155

Таблица 3. Проблемы измерения экономического роста в цифровой экономике Table 3. Problems with measurements of economic growth in digital economy

Возможные пути решения / Possible solutions

Проблема / Problem

Суть проблемы / Gist of the problem

Определение концептуальных границ ВВП

ВВП по существу является мерой производства. В отличие от традиционной экономики, где доминировало производство физических товаров, ВВП в цифровой экономике не отражает в достаточной мере увеличение количества и разнообразия товаров и услуг

Расширение определения цифровых активов за пределы традиционных учетных определений ИКТ-капитала. Это вызовет реклассификацию некоторых цифровых расходов, которые не считаются инвестициями в чистом бухгалтерском учете. Следующий этап – определение стоимости, поступающей от накопленных цифровых активов

Проблемы ценообразования для новых и усовершенствованных цифровых продуктов и услуг

Статистика ВВП не фиксирует преимущества, которые мы получаем от бесплатных приложений. ВВП присваивает нулевое значение товарам с нулевой ценой, но эти товары дают определенные преимущества и оказывают влияние на показатели уровня жизни населения

Для подсчета статистики ВВП предлагаются различные варианты: например, стоимость бесплатной услуги, предоставляемой потребителю, может быть приравнена к стоимости соответствующей рекламной услуги или время, проведенное домохозяйствами за просмотром рекламы, может быть рассмотрено как акт производства, оплачиваемой рекламной фирмой

Проблемы учета объема Существуют определенные производства в цифровом трудности статистического учета секторе изменений качества товаров с течением времени. Например, если цена услуг со временем возросла, можно предположить, что это увеличение связано с более высоким качеством предоставляемых услуг, поэтому должен иметь место рост производства, однако истинной причиной роста цены услуг может быть инфляция

При измерении объема производства улучшение качества следует рассматривать как прирост реального объема производства, но необходимо определить как фактическая стоимость того, что покупается и продается, отражает этот прирост

Economics, management and development of the radio industry

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 Вопросы совершенствования статистического учета цифровой экономики С точки зрения статистики, вопросы цифровизации экономики и общества являются фундаментальными. В последние годы на международном уровне широко ведутся дискуссии по двум вопросам. Во-первых, вопрос о том, могут ли действующие статистические стандарты для измерения экономики, например система национальных счетов, адекватно отражать экономическую деятельность, связанную с цифровизацией экономики [7]. Второй вопрос заключается в том, имеют ли государственные статистические организации надлежащую

статистическую инфраструктуру для сбора, классификации и обработки информации в заслуживающие доверия статистические данные. Для статистических организаций во всем мире значительные проблемы создает способ потребления и распространения цифровых продуктов и услуг. По мере роста их распространенности и появления новых цифровых посреднических платформ статистические организации должны решать вопросы их учета. В противном случае может произойти ухудшение качества многих ключевых экономических показателей. Такие проблемы могут быть сгруппированы в пять основных категорий (табл. 4).

Таблица 4. Проблемы способа потребления и распространения цифровых продуктов и услуг Table 4. Problems with the way of consumption and distribution of digital products and services

Проблема / Problem

Суть проблемы / Gist of the problem

Возможные пути решения / Possible solutions

Глобальное потребление

При покупке многих продуктов (одежда, электроника и пр.) покупатели больше не ограничены местными торговыми предприятиями, а могут совершать покупки из любой точки мира с помощью онлайн-платформ

Изменение таких ключевых экономических показателей, как индекс потребительских цен, международный импорт и экспорт, а также расходы домохозяйств

Производство домашних хозяйств

В настоящее время домохозяйства являются ключевыми производителями в сфере транспортных услуг (например, Uber), индустрии размещения (например, Airbnb), индустрии развлечений (например, YouTube), пищевой промышленности. Импорт товаров и услуг непосредственно домашними хозяйствами растет, однако статистических инструментов, отражающих эту деятельность, не существует

Учет трудностей измерения и изменения рынка труда. Тот факт, что домохозяйства в настоящее время являются прямыми импортерами и экспортерами, должен быть надлежащим образом отражен в экономических счетах

Цифровые посреднические платформы

Цифровые платформы (Amazon, eBay, Uber, Airbnb и другие) предоставляют не только посреднические, но финансовые услуги

Финансовые услуги, предоставляемые цифровыми платформами, должны классифицироваться и регистрироваться в национальных счетах. Статистическим учреждениям необходимо работать с цифровыми посредническими платформами для получения совокупной информации, касающейся производственной деятельности домашних хозяйств в их юрисдикциях

Интеллектуальная собственность и ее измерение

В настоящее время большинство предприятий для организации продаж используют свои базы данных, и инвестиции, сделанные в их разработку, не учитываются

Учет интеллектуальной собственности должным образом

Изменение природы денег

Вопросы регулирования цифровых финансовых активов

Значительная трансформация финансовых отраслей

Экономика, управление и развитие радиопромышленности

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 Появление и рост криптовалют, кроме вопросов регулирования, поднимают много вопросов о безопасности [8]. Также существуют определенные трудности статистического учета изменений качества цифровых товаров и услуг с течением времени. В табл. 5 приведен вклад цифровой экономики в ВВП России по сравнению с другими странами по данным международной консалтинговой компании McKinsey [9]. Недостатки ВВП и его производных указывают на необходимость целостных, основанных на данных, оценок и целевых индексов эффективности политики и экономического благосостояния. Международные организации, такие как Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) и Международный валютный фонд (МВФ), создали рабочие программы и международные рабочие группы для продвижения статистических стандартов и концептуальных подходов, которые помогут национальным статистическим организациям последовательно измерять цифровую экономику [10]. 28 марта 2018 года Исполнительный совет МВФ обсудил документ, посвященный измерению цифровой экономики. В документе предлагается выделить понятие «цифрового сектора», отличающееся от более широкого понятия «цифровой экономики». В документе обсуждаются основные взаимосвязанные аспекты ВВП, благосостояния, глобализации и производительности, а также анализируются проблемы измерения экономической и финансовой активности, связанной с цифровым сектором. Осуществлять необходимые измерения предлагается

путем систематического обзора состояния статистики цен, национальных счетов, внешнего сектора, а также денежно-кредитного и финансового развития. Улучшение доступа статистических учреждений к административным данным и «большим данным» может помочь преодолеть проблемы измерения, связанные с цифровизацией. Что касается данных, собираемым правительственными учреждениями или имеющимся в их распоряжении в качестве неотъемлемой части их регулярной деятельности (административные данные), то для их учета предполагается сотрудничество национальных правительственных учреждений. В случае «больших данных» сотрудничество должно распространяться на партнерские отношения между частным и государственным секторами, включая международные организации. Качество измерения цифровой экономики определяется надежностью и достоверностью статистических данных. Решения, принятые на основе недостоверных данных, приводят к диспропорциям в экономике страны, регионов, организаций. Качество экономических данных имеет важное значение для создания информационной инфраструктуры цифровой экономики, особенно в быстро меняющихся условиях. Например, публикуемые статистические данные о ВВП отслеживаются политиками и финансовыми аналитиками и интерпретируются как барометр экономического благополучия страны. Экономическая статистика играет жизненно важную роль в государственной политике, а также в прогнозировании потенциала экономики для будущего роста, в проведении денежно-кредитной политики, в прогнозировании налоговых

Таблица 5. Вклад цифровой экономики в валовой внутренний продукт России по сравнению с другими странами Table 5. Digital economy’s contribution to Russia’s gross domestic product compared to other countries

Расходы Инвестиции Государственные домохозяйств Доля компаний в цифро- расходы на цифро- Экспорт Импорт в цифровой в ВВП, % / визацию, % / визацию, % / ИКТ, % / ИКТ, % / Страна / Country сфере, % / Share in Corporate Government ICT ICT Spending of GDP, % investment in spending for export, % import, % households digitalization, % digitalization, % for IT, % Россия / Russia

3,9

2,6

2,2

0,5

–1,8

Индия / India

5,5

2,2

2,0

0,5

2,9

–2,1

Бразилия / Brazil

6,2

2,7

3,6

0,8

0,1

–1,0

Страны ЕС / EU countries

8,2

3,7

3,9

1,0

2,5

–2,9

Китай / China

10,0

4,8

1,8

0,4

5,8

–2,7

США / USA

10,9

5,3

5,0

1,3

1,4

–2,1

Economics, management and development of the radio industry

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 поступлений и проведении фискальной политики. Процесс принятия правильных политических решений, налоговая политика и распределение ресурсов требуют только качественных данных. В настоящий момент этот компонент отсутствует в цифровой экономике, следовательно, государственная политика вряд ли может в полной мере поддержать развитие цифровой экономики. Выводы С учетом вышесказанного можно сделать вывод, что цифровая экономика характеризуется: • • • •

• • •

высокими темпами развития ИКТ; возможностями бесплатного предоставления ценностей; постепенным снижением цен на ИКТ-продукты и услуги; мобильностью и нематериальностью цифровых товаров, что приводит к использованию разных бизнес-моделей, наиболее эффективно реализующих выбранную инновационную стратегию [11]; стиранием границ между потребителями и производителями; низкими входными барьерами внедрения инноваций; тенденцией монополизации цифровых компаний.

Для реализации значительного потенциала воздействия цифровой экономики на международное развитие требуется предметное изучение потенциальных возможностей, существующих барьеров и наилучших практик в данной сфере [12]. Цифровизация является одновременно и эволюцией, и революцией для бизнеса. С одной стороны, она стимулирует бизнес, и традиционные компании довольно успешно становятся цифровыми. С другой стороны, цифровизация становится «цифровым разрушителем», диктующим новые правила игры.

Поэтому для крупных компаний проще не оптимизировать традиционные бизнес-процессы, а выстраивать новые бизнес-процессы с нуля [13]. Отсутствие общепринятого определения «цифровой экономики» («цифрового сектора») и отсутствие отраслевой и товарной классификации для интернет-платформ и связанных с ними услуг являются препятствиями для измерения цифровой экономики. Первоочередное внимание должно быть уделено качеству классификации, поскольку она в конечном счете будет определять качество статистической информации и возможности ее анализа в различных разрезах. В частности, требуется адекватная классификация цифровых технологий, исключающая дублирования и пересечения [14]. В настоящее время ВВП дает неполную картину и, как следствие, для создания более точного представления об экономическом благосостоянии нации допустимо использовать результаты исследований, которые показывают, что цифровые товары и услуги обладают большей потребительской ценностью с учетом преимуществ, которые дала цифровая эпоха. Возможные решения критической проблемы в цифровой экономике, связанные с ограничениями измерения ВВП, могут быть получены путем анализа динамики развития и внедрения цифровых технологий, а также тенденций сдвигов в потреблении людей. Кроме того, измерения ВВП в цифровой экономике должны позволять проводить долгосрочные сравнения с прошлыми данными. Поэтому важным является продолжать работу по учету цифровизации при проведении аудита национальной экономики. Для улучшения практики расчетов при измерении цифровой экономики и для формирования долгосрочных экономических прогнозов необходимы качественные статистические показатели. Новые продукты, например, такие как услуги цифрового посредничества, необходимо добавлять в системы классификации и надлежащим образом регистрировать.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Макаров В. В., Колотов Ю. О. Развитие Интернет-коммерции // Экономический анализ: теория и практика. 2009. № 26 (155). С. 60–64. 2. Сагынбекова А. С. Цифровая экономика: понятие, перспективы, тенденции развития в России // Теория. Практика. Инновации. 2018. № 4 (28). С. 255–267. 3. Стельмах С. Edge computing: почему об этой технологии следует узнать немедленно? // Издание itWeek [Электронный ресурс]. URL: https://www.itweek.ru/iot/article/detail.php?ID=198653 (дата обращения: 02.10.2019). 4. Волковицкая Е. Н., Яровой М. В. Проблема измерения ВВП в цифровой экономике // Общественные и экономические науки. Студенческий научный форум: электр. сб. ст. по мат. XII междунар. студ. науч. – практ. конф. 2019. № 1 (12) [Электронный ресурс]. URL: https://nauchforum.ru/archive/SNF_social/1(12).pdf (дата обращения: 02.10.2019). 5. Brynjolfsson E., Collis A., Eggers F. Using massive online choice experiments to measure changes in well-being. PNAS, 2019, vol. 116, no. 15, pp. 7250–7255. 6. Юдина Т. Н., Гелисханов И. З. Политико-экономическое измерение «цифровой экономики» // Сборник трудов Международной научно-практической конференции «Интеграция науки и практики как механизм развития цифровой экономики» (18 декабря 2018 г., Ярославль). Ярославль: Издательский дом ЯГТУ, 2018. С. 162–165.

Экономика, управление и развитие радиопромышленности

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 7. Аброскин А. С. Международный опыт измерений цифровой экономики // Вестник университета. 2018. № 12. С. 59– 63. DOI:10.26425/1816-4277-2018-12-59-63. 8. Цифровая экономика: технологии будущего в современном мире / Э. С. Раюшкин, В. О. Колесникова, С. А. Куликов, А. А. Раюшкина // Молодой ученый. 2018. № 51. С. 283–285. 9. Цифровая Россия: новая реальность / А. Аптекман, В. Калабин, В. Клинцов, Е. Кузнецова, В. Кулагин, И. Ясеновец // Отчет McKinsey. 2017. [Электронный ресурс] URL: http://www.tadviser.ru/images/c/c2/Digital-Russia-report.pdf (дата обращения: 02.10.2019). 10. OECD, Measuring the Digital Economy: A New Perspective. Paris: OECD Publishing, 2014. [Электронный ресурс]. URL: https://doi.org/10.1787/9789264221796-en (дата обращения: 02.10.2019). 11. Макаров В. В., Столяров С. А. Выбор оптимальной инновационной стратегии в управлении интернет-проектами // Журнал правовых и экономических исследований. 2013. № 3. С. 19–20. 12. Бухт Р., Хикс Р. Определение, концепция и измерение цифровой экономики // Вестник международных организаций. 2018. Т. 13, № 2. С. 143–172 (на русском и английском языках). 13. Смирнов Н. Стать digital: от цифровизации до трансформации // Директор информационной службы. 2018. № 3. [Электронный ресурс]. URL: https://www.osp.ru/cio/2018/03/13054279. (дата обращения: 02.10.2019). 14. Что такое цифровая экономика? Тренды, компетенции, измерение: доклад НИУ ВШЭ / Г. И. Абдрахманова, К. О. Вишневский, Л. М. Гохберг и др. М.: Изд. дом Высшей школы экономики, 2019. 82 с.

REFERENCES 1. Makarov V. V., Kolotov Yu. O. The development of Internet commerce. Ekonomicheskii analiz: teoriya i praktika, 2009, no. 26 (155), pp. 60–64. (In Russian). 2. Sagynbekova A. S. Digital economy: concept, prospects, development trends in Russia. Teoriya. Praktika. Innovatsii, 2018, no. 4 (28), pp. 255–267. (In Russian). 3. Stelmach S. Edge computing: why should you learn about this technology immediately. Edition itWeek. (In Russian). Available at: https://www.itweek.ru/iot/article/detail.php? ID=198653 (accessed 02.10.2019). 4. Volkovitskaya E. N., Yarovoy M. V. The problem of measuring GDP in the digital economy. Obshchestvennye i ekonomicheskie nauki. Studencheskii nauchnyi forum: sbornik statei po materialam XII mezhdunarodnoi studencheskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, 2019, no. 1 (12). (In Russian). Available at: https://nauchforum.ru/archive/SNF_social/1(12).pdf (accessed 02.10.2019). 5. Brynjolfsson E., Collis A., Eggers F. Using massive online choice experiments to measure changes in well-being. PNAS, 2019, vol. 116, no. 15, pp. 7250–7255. 6. Yudina T. N., Geliskhanov I. Z. Politiko-ekonomicheskoe izmerenie «tsifrovoi ekonomiki». In: Sbornik trudov Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Integratsiya nauki i praktiki kak mekhanizm razvitiya tsifrovoi ekonomiki» [Proceedings of the International Scientific and Practical Conference «Integration of science and practice as a mechanism for the development of the digital economy» (December 18, 2018, Yaroslavl)]. Yaroslavl, Izdatelskii dom YaGTU Publ., 2018, pp. 162–165. (In Russian). 7. Abroskin A. S. International experience in measuring the digital economy. Vestnik universiteta, 2018, no. 12, pp. 59–63. DOI 10.26425/1816-4277-2018-12-59-63. 8. Rajushkin E. S., Kolesnikova V. O., Kulikov S. A., Rajushkina A. A. Digital Economy: Technologies of the Future in the Modern World. Molodoi uchenyi, 2018, no. 51, pp. 283–285. 9. Aptekman A., Kalabin V., Klintsov V., Kuznetsova E., Kulagin V., Yasenovets I. Digital Russia: a new reality. McKinsey Report, 2017 (In Russian). Available at: http://www.tadviser.ru/images/c/c2/Digital-Russia-report.pdf (accessed 02.10.2019). 10. OECD, Measuring the Digital Economy: A New Perspective. Paris, OECD Publishing, 2014. [Электронный ресурс] URL: https://doi.org/10.1787/9789264221796-en (accessed 02.10.2019). 11. Makarov V. V., Stolyarov S. A. Selection of the optimal innovation strategy in the management of Internet projects. Zhurnal pravovykh i ekonomicheskikh issledovanii, 2013, no. 3, pp. 19–20. (In Russian). 12. Bukht R., Hicks R. Definition, concept and measurement of the digital economy. Vestnik mezhdunarodnykh organizatsii, 2018, vol. 13, no. 2, pp. 143–172. (In Russian and English). 13. Smirnov N. Becoming digital: from digitalization to transformation. Direktor informatsionnoi sluzhby, 2018, № 3. URL: https:// www.osp.ru/cio/2018/03/13054279. (accessed 02.10.2019). (In Russian). 14. Abdrakhmanova G. I., Vishnevskii K. O., Gokhberg L. M. and others. Chto takoe tsifrovaya ekonomika? Trendy, kompetentsii, izmerenie: doklad NIU VSHE [What is the digital economy? Trends, competencies, measurement: report NIU VSНE]. Moscow, Izdatelskii dom Vysshei shkoly ekonomiki Publ., 2019, 82 p. (In Russian).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ Блатова Татьяна Александровна, старший преподаватель, Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. профессора М. А. Бонч-Бруевича, 191186, Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, д. 61, e-mail: nsnlon@gmail.com, тел.: 8 (812) 315-32-47. Макаров Владимир Васильевич, д. э. н., профессор, зав. кафедрой, Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. профессора М. А. Бонч-Бруевича, 191186, Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, д. 61, e-mail: akad.makarov@mail.ru, тел.: 8 (812) 315-32-47. Шувал-Сергеева Нина Сергеевна, к. э. н., начальник отдела, АО «Научно-производственное предприятие «Радар ммс», 197375, Санкт-Петербург, ул. Новосельковская, д. 37, лит. А, e-mail: ninika.ru@mail.ru, тел.: +7 (911) 295-87-33.

Economics, management and development of the radio industry

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 AUTHORS Tatyana A. Blatova, senior lecturer, Bonch-Bruevich Saint-Petersburg State University of Telecommunication, 61, Naberezhnaya reki Moiki, Saint-Petersburg, 191186, Russia, e-mail: nsnlon@gmail.com, tel. +7 (812) 315-32-47. Vladimir V. Makarov, D.Sc. (Economics), professor, head of the Chair, Bonch-Bruevich Saint-Petersburg State University of Telecommunication, 61, Naberezhnaya reki Moiki, Saint-Petersburg, 191186, Russian Federation, e-mail: akad.makarov@mail.ru, tel.: +7 (812) 315-32-47. Nina S. Shuval-Sergeeva, Ph.D. (Economics), head of department, Radar mms JSC, 37A, Novoselkovskaya ulitsa, SaintPetersburg, 197375, Russia, e-mail: ninika.ru@mail.ru, tel.: +7 (911) 295-87-33. Поступила 01.06.2019; принята к публикации 25.09.2019; опубликована онлайн 28.11.2019. Submitted 01.06.2019; revised 25.09.2019; published online 28.11.2019.

Экономика, управление и развитие радиопромышленности

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 ISSN 2413–9599 (Print)

www.radioprom.org

ISSN 2541–870Х (Online)

DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-73-78 УДК 338.1; 338.2; 338.4

Пути развития системы ценообразования на оборонную продукцию В. А. Ельшин1, Т. А. Ельшина1 1

АО «Научно-производственное предприятие «Рубин», Пенза, Россия

Статья посвящена одной из постоянно обсуждаемых тем развития оборонно-промышленного комплекса – направлениям развития системы ценообразования на оборонную продукцию [1, 2]. Выделены основные методы ценообразования, используемые в военной экономике. Рассмотрены пути развития системы ценообразования на основе статистических и инженерных методов анализа влияния различных технологических факторов, показана тенденция перехода к методам «полной» оценки стоимости продукции вне связи с трудоемкостью. Рассмотрен метод дисконтированных денежных потоков как один из методов оценки доходности контракта. Показана необходимость создания современной эффективной системы ценообразования, основанной на инновационноинституциональном подходе. Показано, что новая система ценообразования потребует перестройки организационных структур предприятий с включением в них принципиально новых элементов. Ключевые слова: анализ, инвестиции, методы, механизм, предложение, рентабельность, спрос, ценообразование Для цитирования: Ельшин В. А., Ельшина Т. А. Пути развития системы ценообразования на оборонную продукцию // Радиопромышленность. 2019. Т. 29, № 4. С. 73–78. DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-73-78 © Ельшин В. А., Ельшина Т. А., 2019

Economics, management and development of the radio industry

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019

The ways of the defense products pricing system development V. A. Yelshin1, T. A. Yelshina1 1

Scientific and production enterprise «Rubin» JSC, Penza, Russia

The article is devoted to one of the constantly discussed topics of development of the military-industrial complex – the directions of development of the pricing system for defense products [1, 2]. The main methods of pricing used in the military economy are highlighted. The ways of the pricing system development based on statistical and engineering methods of analysis of the influence of various technological factors are considered, the tendency of transition to the methods of «full» valuation of products with no connection to labor intensity is shown. The discounted cash flow method is considered as one of the methods of contract profitability estimation. The necessity of the creation of a modern effective pricing system based on an innovative-institutional approach is shown. It is indicated that the new pricing system will require the restructuring of organizational structures of enterprises with the inclusion of fundamentally new elements. Keywords: analysis, investment, methods, mechanism, supply, profitability, demand, pricing For citation: Yelshin V. A., Yelshina T. A. The ways of the defense products pricing system development. Radio industry (Russia), 2019, vol. 29, no. 4, pp. 73–78. (In Russian). DOI: 10.21778/2413-9599-2019-29-4-73-78

Введение Еще 50 лет назад на Западе стало понятно: «рынка» в военной промышленности мало – и много его не будет. Основная идея была следующей: в этой сфере ценообразование надо развивать по пути создания механизмов, частично использующих, а в основном заменяющих рынок. Их элементы – механизмы анализа цен предложения производителей, цен спроса заказчиков, уравновешивания цен спроса и предложения в процессе размещения заказов, контрактации, выполнения контрактов [2–4]. Теория таких механизмов – одно из направлений теории инвестиций в госсекторе, известной как cost-benefit analysis. Военные контракты рассматриваются при этом как инвестиционные проекты особого вида, а задачи контрактного ценообразования – как частные задачи обоснования и реализации инвестиционных решений. В части анализа цен производителей сначала применялись простейшие методы бухгалтерского и статистического анализа стоимости, оценка стоимости от нормативной трудоемкости, оценка доходности контрактов через показатели «статической» рентабельности без учета фактора времени реализации затрат и доходов. Потом пришло время развитых статистических и инженерных методов анализа влияния различных технологических факторов. С ростом автоматизации и снижением доли трудозатрат в стоимости возникла тенденция перехода к методам «полной» оценки стоимости продукции вне связи с трудоемкостью. 74

С ростом сложности контрактов, увеличением их сроков, увеличением доли авансов, возрастанием доли капитальных затрат, усложнением кооперации все менее достоверной становилась оценка доходности контрактов через «статический» показатель рентабельности. Рентабельность в 15% могла соответствовать реальной доходности в размере и +50, и –5%. Как итог, наметилась тенденция использования инвестиционных подходов к оценке доходности контрактов, базирующихся на методах дисконтированных денежных потоков (методах ДДП). При оценке цен спроса заказчиков вначале доминировали затратно-аналоговые методы. Потом начался переход к методам анализа цен спроса, прямо отражающим эффективность продукции для ее заказчиков. Развитие «эффективностных» методов анализа цен спроса происходило на базе методов военно-экономического анализа и полезностных подходов в направлении разработки моделей оценки верхних границ цены продукции, теневых цен продукции (shadow prices), «потолков» цены для заказчиков в процессе торгов и контрактных переговоров [3]. Уравновешивание цен спроса и предложения на ранних этапах сводилось в основном к установлению заказчиками фиксированных цен. В ходе разработок по анализу ценовых рисков и неопределенностей была разработана система моделей цен, учитывающих эти риски и неопределенности, – от моделей жестких цен до моделей с возмещением издержек производителей. Затем на базе инвестиционных методов началась разработка моделей

Экономика, управление и развитие радиопромышленности

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 стимулирующего ценообразования, моделей распределения ценовых рисков между заказчиками и подрядчиками. Как итог, были созданы системы уравновешивания цен спроса и предложения с учетом различных рисков, ценового поощрения производителей за снижение издержек, за инновации и эффективность продукции [3]. На важнейшее, можно сказать, стратегическое значение создания в России государственного рынка товаров, услуг и НИОКР и перехода страны от прежней административно-командной системы и устаревших инструментов организации государственного хозяйствования к федеральному контракту неоднократно указывают многие авторитетные отечественные специалисты [5–7]. При этом они подчеркивают ключевое значение, которое будут иметь эти события для решения стоящих перед страной экономических задач [8, 9]. В России используется затратный метод ценообразования от цен производителей в самом простом варианте: цена продукции – это скорректированная с учетом инфляции и технических отличий цена аналога или проверенная заказчиком себестоимость продукции плюс нормативная прибыль, умноженные на индекс-дефлятор. Это подтверждается и Постановлением Правительства РФ от 02 декабря 2017 г. № 1465, в котором предполагается использовать пять методов определения цены на продукцию: метод анализа рыночных индикаторов, метод сравнимой цены, затратный метод, метод индексации базовой цены, метод индексации по статьям затрат [10]. Перечислим особенности метода. 1. В состав затрат исполнителей нормативными документами государства часто не включаются многие необходимые виды расходов [11]. 2. Превалирует метод оценки затрат от нормативной трудоемкости без учета влияния на затраты технологических факторов и особенно автоматизации. При этом реально не регулируются стремительно растущие накладные расходы. 3. Доходность контрактов по-прежнему определяется через «статический» показатель рентабельности. Как итог, не учитывается влияние на цену и доходность контрактов различных временных факторов, структуры стоимости. 4. Отсутствует система ответственности государства и заказчиков за выполнение контрактных обязательств в части сроков и объемов финансирования контрактов. 5. Введенное федеральным законом ФЗ-94 [12] требование жесткости цен при выполнении контрактов (подтвержденное затем федеральным законом ФЗ-44 [13]) делает невозможными любые меры ценовой адаптации, ценового стимулирования производителей в части снижения издержек и повышения качества продукции.

6. Неразвитость методов анализа цен спроса заказчиков определяет характерную постановку задач уравновешивания цен спроса и предложения через всеобъемлющий жесткий рестриктивный контроль цен со стороны заказчиков, военных представительств. Такой путь весьма дорог. Кроме того, из-за неразвитости методов оценки цен производителей такой контроль оказывается поверхностным и в конечном итоге совершенно неэффективным. В общем, практика ценообразования в РФ достаточно далека от мировых достижений. Нужна серьезная концепция системы ценообразования для ГОЗ. Остановимся на двух ключевых пунктах. Первый – применение методов ДДП при оценке доходности контрактов для производителей и формировании цен от заданной доходности. Второй – разработка методов оценки цен спроса заказчиков на оборонную продукцию. О методах дисконтированных денежных потоков Оценка доходности контрактов методами ДДП отличается от оценки доходности этими методами обычных инвестиционных проектов. Главное отличие – необходимость использования универсальных относительных показателей доходности, аналогичных показателю рентабельности и сопоставимых с ним, но учитывающих динамику расходов и доходов по контрактам. Таких показателей в методах ДДП, применяемых при оценке инвестиций, существует на сегодня несколько. Главный – это традиционный для инвестиционного анализа базовый показатель внутренней нормы доходности IRR (Internal Rate of Return), другие – различные модифицированные формы этого показателя. Здесь важно принципиальное различие традиционного и инвестиционных подходов формирования цен от доходности контрактов. Традиционный подход заключается в следующем: цена рассчитывается добавлением к себестоимости нормативной прибыли, определяемой в доле к себестоимости. Суть обоснования цен методами ДДП – это расчет цен из уравнений дисконтированных потоков доходов и расходов по контракту, т. е. потоков, приведенных по времени через норму дисконта к моменту их реализации. Критерием обоснования цены является достижение заданного уровня доходности, определяемого выбранным и обоснованным показателем относительной доходности. Составлением уравнений ДДП можно решать и обратную задачу – задачу оценки реальной доходности контрактов при заданных извне ценах. Основные особенности разницы результатов обоснования цен и анализа доходности традиционным методом и методами ДДП:

Economics, management and development of the radio industry

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 1. При традиционном методе цена не зависит ни от структуры себестоимости, ни от задержек платежей, ни от размеров авансов. 2. Цены, рассчитываемые методами ДДП, учитывают влияние динамики реализации доходов и расходов по контрактам, например, цена контракта с выплатой аванса должна быть меньше цены без выплаты аванса. 3. Иначе учитывается цена использования капитальных ресурсов. При традиционном подходе она рассчитывается методом простых процентов (в части дохода, начисляемого на амортизацию капитальных ресурсов). В рамках методов ДДП используется метод сложных процентов. 4. Важное отличие связано с оценкой удорожания контрактов в связи с инфляцией. Принятый на сегодня подход – умножение текущей оценки цены на прогнозируемый индекс-дефлятор. В рамках методов ДДП оценка удорожания контракта зависит от динамики расходов и доходов по контрактам. Это удорожание может быть и выше, и ниже уровня инфляции. Можно выделить типичные факторы завышения и занижения цен при применении традиционных методов. Факторы завышения цен – короткие сроки контрактов, авансирование, кредитование, смещение затрат от начала в конец контракта. Факторы занижения цен – большая доля капитальных затрат, действующий режим взимания налогов, задержки платежей, неуправляемость в системе кооперации соисполнителей контрактов. О методах оценки цен спроса заказчиков В 1980-х гг. методика ценообразования находилась на мировом уровне. Активно развивались и применялись методы «эффективность-стоимость», основанные на подходах военно-экономического анализа, рассчитывались лимитные цены как предельные цены спроса заказчиков [10, 13, 14]. В конце 1980 гг. в документах государственной программы вооружений даже была графа «лимитная цена». В 1990 гг. обо всех этих достижениях просто забыли. Сейчас отмечается значительное отставание РФ от мирового уровня и пока не видно тенденций к его сокращению.

Создание эффективной и соответствующей современным требованиям системы ценообразования на оборонную продукцию реально означает необходимость разработки и реализации целостного инновационно-институционального проекта. Такой проект должен включать в себя следующие разделы: •

• •

• • • •

общая концепция новой системы ценообразования, описание ее организационной, методической и информационной базы, организационных механизмов; проект организации разработки и внедрения новой системы; предложения по методам анализа цен производителей и заказчиков, по механизмам формирования цен соглашений и ценового стимулирования исполнителей; предложения по последовательности создания новой системы ценообразования; предложения по правовому обеспечению новой системы ценообразования; предложения по подготовке кадров для новой системы ценообразования; предложения по созданию инфраструктуры новой системы ценообразования.

Выводы Таким образом, новая система ценообразования не только потребует привлечения специалистов значительно более широкого профиля. Она потребует глубокой перестройки организационных структур с включением в них принципиально новых элементов (например, страховых, аудиторских организаций, органов экспертизы и т. д.), изменений в системе программного планирования. Очень важный момент – необходимость качественного развития методов военно-экономического анализа вооружения, военной и специальной техники (ВВСТ) в целях их использования в системе ценообразования, необходимость глубокого анализа с позиции пригодности для целей ценообразования существующего массива частных видовых и ведомственных методик оценки качества, технического уровня, эффективности ВВСТ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Чеботарев С. С., Кохно П. А., Белоконь С. П. Проблемы экономического развития ОПК и пути их решения // Вестник академии военных наук. 2014. № 4 (49). С. 142–152. 2. Федорович В. А., Патрон А. П., Заварухин В. П. США: Федеральная контрактная система: механизм регулирования государственного хозяйствования. Ин-т США и Канады. М.: Наука, 2010. 1055 с. 3. Капран Н. П. Ценообразование на продукцию, приобретаемую на контрактной основе для федеральных нужд (Принципы и механизмы их реализации). М.: Наука, 1996. 414 с. 4. Чеботарев С. С., Кохно П. А. Модели и перспективы развития оборонно-промышленного комплекса // Научный вестник оборонно-промышленного комплекса России. 2015. № 2. C. 3–20. 5. Мельников Г. Н., Магчевская О. О., Градов С. С. Цена сложного контракта (теория и практика). М.: Планета, 2013. 303 с.

Экономика, управление и развитие радиопромышленности

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 6. Федорович В. А., Муравник В. Б., Бочкарев О. И. США. Военная экономика. Организация и управление. М.: Международные отношения, 2018. 616 с. 7. Лавринов Г. А., Подольский А. Г., Хрусталёв Е. Ю. Анализ факторов, влияющих на ценообразование продукции военного назначения // Финансовая аналитика: проблемы и решения. 2012. Т. 5, № 28. C. 2–8. 8. Лавринов Г. А., Подольский А. Г., Баханович Д. Н. Формирование цен на вооружение и военную технику: проблемы и пути их решения // Вооружение и экономика. 2010. № 4. С. 12–17 9. Лавринов Г. А., Подольский А. Г. Ценообразование на продукцию военного назначения: от затратной к целостной концепции // Вооружение и экономика. 2012. № 1. C. 58–65. 10. Постановление Правительства РФ «О государственном регулировании цен на продукцию, поставляемую по государственному оборонному заказу» от 02.12.2017 № 1465 // Официальный интернет-портал правовой информации [Электронный ресурс]. URL: http://pravo.gov.ru (дата обращения: 15.10.2018). 11. Об утверждении Порядка определения состава затрат на производство продукции оборонного назначения, поставляемой по государственному оборонному заказу: Приказ Минпромэнерго России от 23.08.2006 № 200 // Российская газета. 2007. 20 янв. (Приказ утратил силу, с 18.04.2019 действует Приказ Минпромторга РФ от 08.02.2019 № 334 «Об утверждении порядка определения состава затрат, включаемых в цену продукции, поставляемой в рамках государственного оборонного заказа».) 12. Федеральный закон «О размещении заказов на поставки товаров, выполнение работ, оказание услуг для государственных и муниципальных нужд» от 21.07.2005 № 94-ФЗ // Официальный интернет-портал правовой информации [Электронный ресурс]. URL: http://pravo.gov.ru (дата обращения: 15.10.2018). 13. Федеральный закон «О контрактной системе в сфере закупок товаров, работ, услуг для обеспечения государственных и муниципальных нужд» от 05.04.2013 № 44-ФЗ // Официальный интернет-портал правовой информации [Электронный ресурс]. URL: http://pravo.gov.ru (дата обращения: 15.10.2018). 14. Жуков Г. П., Викулов С. В. Военно-экономический анализ и исследование операций. М.: Воениздат, 1987. 440 c. 15. Гальперин В. М. О верхнем пределе цены на новую технику // Цена и хозяйственный расчет в системе управления социалистической экономикой. Л.: Изд-во ЛГУ, 1975. С. 108–123.

REFERENCES 1. Chebotarev S. S., Kokhno P. A., Belokon S. P. Problems of economic development of the defense industry and their solutions. Vestnik akademii voennykh nauk, 2014, no. 4 (49), pp. 142–152. (In Russian). 2. Fedorovich V. A., Patron A. P., Zavarukhin V. P. SShA: Federalnaya kontraktnaya sistema: mekhanizm regulirovaniya gosudarstvennogo khozyaistvovaniya. In-t SShA i Kanady [The federal contract system: a controlling instrument of state economic management. Institute of USA and Canada]. Moscow, Nauka Publ., 2010. 1055 p. (In Russian). 3. Kapran N. P. Tsenoobrazovanie na produktsiyu, priobretaemuyu na kontraktnoi osnove dlya federalnykh nuzhd (Printsipy i mekhanizmy ikh realizatsii) [Pricing for products purchased on a contract basis for federal needs (Principles and mechanisms for their sale)]. Moscow, Nauka Publ., 1996. 414 p. (In Russian). 4. Chebotarev S. S., Kokhno P. A. Models and prospects of development of defense industry complex. Nauchnyi vestnik oboronno-promyshlennogo kompleksa Rossii, 2015, no. 2, pp. 3–20. (In Russian). 5. Melnikov G. N., Magchevskaya O. O., Gradov S. S. Tsena slozhnogo kontrakta (teoriya i praktika) [The price of a complex contract (theory and practice)]. Moscow, Planeta Publ., 2013, 303 p. (In Russian). 6. Fedorovich V. A., Muravnik V. B., Bochkarev O. I. SShA. Voennaya ekonomika. Organizatsiya i upravlenie [The military economy. Organization and management]. Moscow, Mezhdunarodnye otnosheniya Publ., 2018, 616 p. (In Russian). 7. Lavrinov G. A., Podolskii A. G., Khrustalev E. Yu. Analysis of factors affecting the pricing of military products. Finansovaya analitika: problemy i resheniya, 2012, vol. 5, no. 28, pp. 2–8. (In Russian). 8. Lavrinov G. A., Podolskii A. G., Bakhanovich D. N. Formation of the prices for arms and military technology: Problems and ways of their decision. Vooruzhenie i ekonomika, 2010, no. 4. pp. 12–17. (In Russian). 9. Lavrinov G. A., Podolskii A. G. Pricing for military products, from expensive to value the concept. Vooruzhenie i ekonomika, 2012, no. 1, pp. 58–65. (In Russian). 10. Postanovlenie Pravitelstva RF «O gosudarstvennom regulirovanii tsen na produktsiyu, postavlyaemuyu po gosudarstvennomu oboronnomu zakazu» ot 02.12.2017 № 1465 [Decree of the Government of the Russian Federation “On state regulation of prices for products supplied by state defense order” dated December 02, 2017 No. 1465]. Official Internet portal of legal information (In Russian). Available at: http://pravo.gov.ru (accessed 15.10.2019). 11. Ob utverzhdenii Poryadka opredeleniya sostava zatrat na proizvodstvo produktsii oboronnogo naznacheniya, postavlyaemoi po gosudarstvennomu oboronnomu zakazu: Prikaz Minpromenergo Rossii ot 23.08.2006 № 200 [On approval of the Procedure for determining the composition of costs for the production of defense products supplied by the state defense order: Order of the Ministry of Industry and Energy of Russia dated 23.08.2006 No. 200]. Rossiiskaya gazeta, 2007, 20 Jan. (In Russian). (The order was repealed; from April 18, 2019, the Order of the Ministry of Industry and Trade of the Russian Federation dated February 08, 2019 No. 334 «Ob utverzhdenii poryadka opredeleniya sostava zatrat, vklyuchaemykh v tsenu produktsii, postavlyaemoi v ramkakh gosudarstvennogo oboronnogo zakaza» [«On approval of the procedure for determining the composition of costs included in the price of products supplied under the state defense order»] is in force). 12. Federalnyi zakon «O razmeshchenii zakazov na postavki tovarov, vypolnenie rabot, okazanie uslug dlya gosudarstvennykh i munitsipalnykh nuzhd» ot 21.07.2005 № 94-FZ [Federal law “On the placement of orders for the supply of goods, performance of work, provision of services for state and municipal needs” dated July 21, 2005 No. 94-FZ]. Official Internet portal of legal information (In Russian). Available at: http://pravo.gov.ru (accessed 15.10.2019). 13. Federalnyi zakon «O kontraktnoi sisteme v sfere zakupok tovarov, rabot, uslug dlya obespecheniya gosudarstvennykh i munitsipalnykh nuzhd» ot 05.04.2013 № 44-FZ [Federal law “On the contract system in the field of procurement of goods,

Economics, management and development of the radio industry

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 works, services to meet state and municipal needs” dated April 04, 2013 No. 44-FZ]. Official Internet portal of legal information (In Russian). Available at: http://pravo.gov.ru (accessed 15.10.2019). 14. Zhukov G. P., Vikulov S. V. Voenno-ekonomicheskii analiz i issledovanie operatsii [Military and economic analysis and research of operations]. Moscow, Voenizdat Publ., 1987. 440 p. (In Russian). 15. Galperin V. M. O verkhnem predele tseny na novuyu tekhniku. Tsena i khozyaistvennyi raschet v sisteme upravleniya sotsialisticheskoi ekonomikoi [Price and economic accounting in the socialist economic management system]. Leningrad, Izdatelstvo LGU Publ., 1975, pp. 108–123 (In Russian).

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ Ельшин Владимир Александрович, к. э. н., начальник планово-экономического отдела, АО «Научно-производственное предприятие «Рубин», 440000, Пенза, ул. Байдукова, д. 2, тел.: +7 (937) 427-65-30, e-mail: elshinv@mail.ru. Ельшина Татьяна Александровна, к. э. н., инженер, АО «Научно-производственное предприятие «Рубин», 440000, Пенза, ул. Байдукова, д. 2, тел.: +7 (937) 439-13-78, e-mail: raduga66617@rambler.ru.

AUTHORS Vladimir A. Yelshin, Ph.D. (Economics), head of planning and economic department, Scientific and production enterprise «Rubin» JSC, 2, ulitsa Baydukova, Penza, 440000, Russia, tel.: + 7 (937) 427-65-30, e-mail: elshinv@mail.ru. Tatyana A. Yelshina, Ph.D. (Economics), engineer, Scientific and production enterprise «Rubin» JSC, 2, ulitsa Baydukova, Penza, 440000, Russia, tel.: + 7 (937) 439-13-78, e-mail: raduga66617@rambler.ru. Поступила 17.06.2019; принята к публикации 25.09.2019; опубликована онлайн 28.11.2019. Submitted 17.06.2019; revised 25.09.2019; published online 28.11.2019.

Экономика, управление и развитие радиопромышленности

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 ПРАВИЛА ПРЕДСТАВЛЕНИЯ СТАТЕЙ К рассмотрению принимаются нигде не опубликованные ранее рукописи статей с оригинальными результатами теоретических и экспериментальных исследований в области радиоэлектроники, а также научные обзоры. Минимальный объем статьи – 18000 печатных знаков (с пробелами), максимальный объем статьи – 23000 печатных знаков (с пробелами), включая формулы, иллюстрации, таблицы. Обязательными являются следующие элементы статьи: • • • • •

•

Тематическая рубрика журнала, к которой должна быть отнесена статья. Индекс УДК. Название статьи, максимально конкретное и информативное. Ф. И. О. всех авторов (полностью). Информация об авторах: регалии; место работы (полное и сокращенное название организации, почтовый адрес с указанием города и почтового индекса), должность; электронный адрес; телефон; ORCID. Если авторов несколько, то информация должна быть представлена по каждому из них. Аннотация статьи. В аннотации подчеркивается новизна и актуальность темы (без повтора заглавия статьи в тексте аннотации). Аннотация статьи должна быть информативной и подробной, описывать методы и главные результаты исследования. Из аннотации должно быть ясно, какие вопросы поставлены для исследования и какие ответы на них получены. Предпочтительна структура аннотации, повторяющая структуру статьи и включающая введение, цели и задачи, методы, результаты/обсуждение, заключение/выводы. Объем аннотации составляет 100–200 слов. Ключевые слова на русском и английском языках. Должны отражать основное содержание статьи, но, по возможности, не повторять ее название. Рекомендуемый объем – 3–6 слов или коротких словосочетаний. Основной текст статьи. Следует соблюдать единообразие терминов, а также единообразие в обозначениях, системах единиц измерения, номенклатуре. Следует избегать излишних сокращений, кроме общеупотребительных. Если сокращения все-таки используются, то они должны быть расшифрованы в тексте при первом упоминании. Список литературы. Должен в достаточной мере отражать современное состояние исследуемой области и не быть избыточным. Должен содержать ссылки на доступные источники. Не цитируются тезисы, учебники, учебные пособия, диссертации без депонирования. Допустимый объем самоцитирования автора – не более 20% источников в списке литературы. Список иллюстраций. Должен располагаться в конце статьи и содержать названия иллюстраций и подписи, размещенные на рисунке.

Правила представления статей

Правила оформления статей Материалы статьи представляются для публикации в электронном виде. В состав электронной версии статьи должны входить текстовая часть в формате MS Word (формулы в MathType), а также иллюстрации в виде отдельных графических файлов (каждый файл должен содержать один рисунок). Статья представляется в итоговом варианте, т. е. не предполагает существенных авторских изменений и дополнений, а также не содержит исправлений, отображаемых на полях или в тексте работы. Графический материал Все иллюстрации должны быть черно-белыми. Иллюстрации для каждой статьи должны находиться в отдельной папке с названием статьи; название файла должно включать номер рисунка. Каждый файл должен содержать только один рисунок. Параметры иллюстраций: • • • • •

• •

•

форматы *.tif или *.eps цветовая модель Grayscale (Black 95%), разрешение 300 dpi при 100% величине; цветовая модель Bitmap, разрешение не ниже 600 dpi; толщины линий не менее 0,5 point; не следует использовать точечные закраски в программах работы с векторной графикой, таких как Noise, Black&white noise, Top noise; не следует добавлять сетку или серый фон на задний план графиков и схем; желательно иллюстрации предоставлять в двух вариантах (первый – со всеми надписями и обозначениями, второй – без текста и обозначений); все надписи на рисунках и названия рисунков обязательно (!) должны быть набраны текстом и располагаться на отдельной странице в текстовой части статьи.

Текст статьи Текст должен быть в формате MS Word, набран через двойной интервал шрифтом Times New Roman, размер шрифта – 12 пунктов. Не следует вводить больше одного пробела подряд (в том числе при нумерации формул). Используйте абзацный отступ и табуляцию. Подзаголовки должны быть без нумерации. Таблицы представляются в формате MS Word. Их следует располагать в тексте непосредственно после ссылки на таблицу. В тексте статьи должны быть ссылки на все рисунки и таблицы. Если в статье один рисунок и/или таблица, номер не ставится. Рисунки с цифро-буквенной нумерацией обозначаются в тексте без запятой и пробела (например, рис. 1а). В шапке таблицы пустых ячеек быть не должно. 79

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 В таблице не должно быть графы с порядковым номером. Если нумерация строк необходима, то порядковый номер указывается непосредственно перед текстом. При отсутствии данных в ячейках должны быть прочерки (т. е. пустых ячеек быть не должно). Подписи к рисункам должны содержать расшифровку всех обозначений, использованных на рисунке. На отдельном листе в конце статьи должны быть набраны названия рисунков с подписями, а также текст, размещенный на рисунках. Формулы и буквенные обозначения Все формулы должны быть набраны только (!) в математическом редакторе MathType с настройками строго (!) по умолчанию. Не допускается набор из составных элементов (часть – текст, часть – математический редактор). Не допускается также вставка формул в виде изображений. Формулы располагают по месту в тексте статьи. По возможности следует избегать «многоэтажных» формул. В частности, в сложных формулах экспоненту рекомендуется представлять как «exp». Дроби предпочтительно располагать отдельной строкой, числитель от знаменателя отделять горизонтальной чертой. В десятичных дробях для отделения целой части используется запятая (например, 10,5). В качестве знака умножения используется символ точка (•), при переносе формулы в качестве знака умножения следует использовать символ крест (×). Знак умножения в формулах ставится только (!) перед цифрой и между дробями. В формулах и тексте скалярные величины, обозначаемые латинскими буквами, набираются курсивом, обозначаемые греческими буквами – прямым шрифтом. Для обозначения векторных величин используется прямой полужирный шрифт, стрелка вверху не ставится. Одиночные буквы или символы, одиночные переменные или обозначения, у которых есть только верхний или только нижний индекс, единицы измерения и цифры в тексте, а также простые математические и химические формулы следует набирать в текстовом режиме без использования внедренных рамок (т. е. без использования математических редакторов). Слова «минус» и «плюс» перед цифрами обозначаются знаками (например, +4; –6). Размерности Размерности отделяются от числа пробелом, кроме градусов, процентов, промилле. Для сложных размерностей допускается использование как отрицательных степеней, так и скобок. Главное условие – соблюдение единообразия написания одинаковых размерностей по всему тексту и в иллюстрациях. При перечислении, а также в числовых интервалах размерность приводится только после 80

последнего числа (например, 18–20 кг), за исключением угловых градусов. Числовой диапазон оформляется коротким тире без пробелов (например, 18–20). Размерности переменных пишутся после их обозначений через запятую, а не в скобках. Список использованных источников В журнале принимается Ванкуверская система цитирования – последовательный численный стиль: ссылки нумеруются по ходу их упоминания в тексте, таблицах и рисунках. Единый список литературы оформляется также в порядке упоминания в тексте. На все работы, включенные в список литературы, должна быть ссылка в тексте. Допустимый объем самоцитирования автора не более 20% от источников в списке литературы. Не цитируются: • •

тезисы, учебники, учебные пособия; диссертации без депонирования.

Единый список литературы размещают в конце текста статьи и озаглавливают «Список использованных источников». В тексте статьи ссылки приводят в квадратных скобках: [1–5] или [1, 3, 5]. Источники приводят на языке оригинала. Русские – на русском, англоязычные – на английском. Пример оформления статьи из периодического издания: Таран П. П., Иванов А. А. Глобализация и трудовая миграция: необходимость политики, основанной на правах человека // Век глобализации. 2010. № 1. С. 66–88. Пример оформления книги: Костылева Л. В. Неравенство населения России: тенденции, факторы, регулирование. М.: ИСЭРТ РАН, 2011. 200 с. Пример оформления электронного источника: Костылева Л. В. Неравенство населения России: тенденции, факторы, регулирование [Электронный ресурс]. М., 2011. 30 с. URL: http://elsevierscience.ru/ (дата обращения: 10.11.2018). Подписи к рисункам На отдельном листе должны быть набраны (в порядке упоминания в тексте) порядковый номер рисунка, его название, а также все надписи, расположенные на рисунке. Подписи к рисункам должны содержать расшифровку всех обозначений, использованных на рисунке. Комплект предоставляемых материалов Комплект материалов статьи должен включать электронную версию статьи, иллюстрации в виде отдельных графических файлов, экспертное заключение о разрешении публикации материалов в открытом доступе. Материалы следует загружать через электронную форму на сайте www.radioprom.org. Правила представления статей

RADIO INDUSTRY (RUSSIA). Vol. 29, no. 4. 2019 RULES FOR SUBMITTING ARTICLES Manuscripts with original results of theoretical and experimental research in the field of electronics and scientific reviews with no publishing record are accepted for consideration. The minimal article length is 18000 printed characters (with spaces), the maximum article length is 23 000 printed characters (with spaces), including formulas, illustrations, tables. The mandatory elements of the articles are the following: • • • •

•

Thematic heading of magazine to which article should be carried. Index of the universal decimal classification. The name of article, at the most specific and informative. The information on authors: full name, science degree; place of job (the full and shorthand name of the organization, the post address with the indication of city and the postal index), a position; the electronic address; phone; ORCID. If there’re few authors then the information should be presented on each of them. The summary of article. Novelty and a urgency of subject matter (without repetition of the title of article in the text of the summary) should be emphasized in the summary. The summary of article have to be informative and detailed, describe methods and the main results of research. The summary has to cover what questions are put for research and the answers to them are received. The structure of the summary has to repeat structure of article and including introduction, objectives and problems, methods, results/discussions, the conclusion/conclusions is preferential. The volume of the summary makes 100–200 words. Key words. Should reflect the main content of the article, but if possible not to repeat its name. The recommended amount – 3–6 words or short phrases. The main text of the article. The uniformity of terms should be observed as well as uniformity in the notation, systems of units, nomenclature. Avoid unnecessary abbreviations commonly used in addition. If the abridgement is still used then it must be transcribed in the text at the first mention. References. Must adequately reflect the current state of the study area and not be excessive. Must contain references to available sources. Not quoted theses, textbooks, manuals, thesis without deposit. The allowable amount of self-citation of the author should not exceed 20% of the sources in the bibliography. The list of illustrations should be placed down in the end of article and contain names of illustrations and the signatures placed in picture.

Rules for submitting articles

Rules for articles Materials of the Articles are submitted for publication in electronic form. The electronic version of the paper should include the text portion in MS Word format (formulas in MathType), as well as illustrations as separate image files (each file should contain one figure). The article appears in the final version and copyright does not involve significant changes and additions, as well as does not include patches that are displayed in the fields or in the text of the work. Graphical material All illustrations should be in black and white. Illustrations for each article must be in a separate folder with the title of the article; File name should include the figure number. Each file must contain only one drawing. Illustrations parameters: • • • • •

• •

•

formats *.tif or *.eps; color model Grayscale (Black 95%), the resolution of 300 dpi at 100% value; color model Bitmap, resolution of at least 600 dpi; Lines’s thickness of not less than 0,5 point; It is not necessary to use dot shadings in programs of work with vector graphics, such as Noise, Black*white noise, Top noise; It is not necessary to add a grid or a grey background on a background of charts and diagrams; It is desirable to provide the illustrations in two versions (the first – with all the inscriptions and symbols, the second – without text and symbols); All signs in the figures and the names of figures is obligatory (!) Should be typed in the text and placed on a separate page in the text of the article.

The text of article The text should be in MS Word format; typed double- spaced; font Times New Roman, font size – 12 points. Do not enter more than one space in a row (including the numbering of formulas). Use indentation and tabs. Subtitles should be without numbering. Tables submitted in MS Word format. They should be placed in the text immediately following the reference to the table. The text of the article should be a reference for all figures and tables. If an article of one figure and / or table number is not assigned. Figures alphanumeric numbering are indicated in the text without a comma and a space (for example, Fig. 1a). 81

РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТЬ. Т. 29, № 4. 2019 In the header of the table empty cells should not be. The table should not have graphs with a serial number. If line numbering is needed, the serial number is indicated immediately before the text. In the absence of data in the cells must be dashes (empty cells should not be). Captions should include decoding of symbols used in the figure. On a separate sheet at the end of the article should be typed in the names of images with captions, and also the text that appears in the figures. Formulas and letter designations All formulas should be typed only (!) In MathType mathematical editor. Not allowed set of constituents (Part – text part – mathematical editor). There can be no insert formulas in the form of images. Formula for a If possible, avoid «multi-storey» formulas. In particular, complex formulas recommended exponent of as «exp». Fractions are preferably arranged separately, the numerator by the denominator separated by a horizontal line. In decimal fractions to separate the integer part of a comma (e. g. 10,5). As a sign of multiplication using the dot (•), when transferring the formula should use the cross symbol (х) as a multiplication sign. The multiplication sign in the formulas is put only (!) before a figure between fractions. In the formulas and text scalar quantities, denoted by Latin letters, italicized, denoted by Greek letters – font. To indicate vector quantities used straight bold, arrow at the top is not put. Single letters or symbols, single variables or symbols that have only the upper or only the lower the index, units, and figures in the text, as well as simple mathematical and chemical formulas should be typed in text mode without the use of embedded frames (i. e., without the use of Mathematical editors). The words «minus» and «plus» to the numbers indicated by signs (e. g., 4, –6). Dimensions Dimensions are separated from the number by a space, except degrees, percent, per mille.

For complex dimensions allowed as the negative powers, and parentheses. The main condition – that the consistency of writing the same dimensions throughout the text and illustrations. In the listing, as well as the dimension of the numerical ranges given only after the last day (e. g. 18–20 kg) except angular degrees. A numeric range is made short dash without spaces (for example, 18–20). The dimensions of the variables are written after the notation, separated by commas, but not in parentheses. References The Vancouver citation system is used in the journal. It means consistent numerical style: links are numbered in the course of their appearance in the text, tables and figures. A single list of references is also executed in the order mentioned in the text. All work included in the list of references should be referenced in the text. The allowable amount of self-citation is not the author of more than 20% of the sources in the references. Do not quoted: • •

theses, textbooks, teaching aids; dissertation without deposit.

The text of the article links lead brackets: [1–5] or [1, 3, 5]. References should indicate in the original language. Signatures to pictures On a separate sheet should be typed (in order of appearance in the text) the serial number of the picture, its name, as well as all the inscriptions located in the picture. Captions should include decoding of symbols used in the figure. The complete set of provided materials The complete set of materials of article should include the electronic version of article; illustrations in the form of separate graphic files, expert opinion on the permission of the materials publication in open access. Materials should be submit online www.radioprom. org.

Rules for submitting articles

Реклaма

21â&#x20AC;&#x201C;24 Ì«Ã±Ì¯Ì¬Ã®Ã½ 2020

Ì§Ì¥Ì¨Ì¨Ã&#x2DC;Ì¢Ì¨Ì&#x203A;Ì&#x17E;Ã¥ Ì¤Ì¡Ã&#x2022;Ì¡Ã&#x2122;Ã¥ Ì&#x;Ã¡Ì¨Ì¥Ì&#x203A;Ã&#x2DC;Ìª Ì©Ì¡ÌªÌ¤Ì¥Ã&#x2122;Ì¥Ì Ã&#x2DC;Ì¢

Ã&#x2DC;Ì°ÃÌ±Ì°Ì°Ã²Ã§Ì¬Ã°Ã°Ã¹Ì Ã¬Ã°Ã²Ì¬Ã®Ã®Ì¬ÃÃ²

#4 84 (WVWTG 68

www.sviaz-expo.ru

www.navitech-expo.ru

www.hi-techweek.ru

Ì§Ì¬ÃÃ®Ì«Ã¯Ì«

Ì¨Ì&#x;Ã¥Ã&#x2014;Ã¢

12+

radioprom042019

Articles inside

ЭКОНОМИКА, УПРАВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ РАДИОПРОМЫШЛЕННОСТИ

Ельшин В. А., Ельшина Т. А

Борьба за качество российской электроники