Радіотехніка та телекомунікації. Біотехнічні та медичні прилади І системи icon

Радіотехніка та телекомунікації. Біотехнічні та медичні прилади І системи




НазваРадіотехніка та телекомунікації. Біотехнічні та медичні прилади І системи
Сторінка1/5
Дата31.07.2012
Розмір0.71 Mb.
ТипДокументи
  1   2   3   4   5

Радіотехніка та телекомунікації.
Біотехнічні та медичні прилади і системи


УДК 621.396.67

І.К. Абдуллах, аспір.

Харківський національний університет радіоелектроніки


STUDY OF BASIC PARAMETERS OF MIMO
WITH ORTHOGONAL ANTENNA POLARIZATION METHOD
OF MATHEMATICAL MODELING


DEFINITION of MIMO. MIMO is an acronym that stands for Multiple Input Multiple Output. --It is an antenna technology that is used both in transmission and receiver equipment for wireless radio communication.

There can be various MIMO configurations. For example, a 2 x 2 MIMO configuration is
2 antennas to transmit signals (from base station) and 2 antennas to receive signals (mobile terminal).
-- IEEE Standard 802.11b as well as 802.11g. --Frequency ranges of 2,4 GHZ (2402–2483 MHZ) -- Radio Channels uses OFDM with different types of modulation.--Throughput Standard of up to
300 Mbps.




Fig. 1. Mini MIMO base Station
with Orthogonal Antennas
by polarizations


1. Problem Statement

Interest is the use of all possible combinations of the polarization of the receiving antennas. Moreover, the receiving antennas may be orthogonal polarization, or with matching polarization. In practice, choosing a combination of the receiving antenna when reception conditions are best. In such circumstances, will experience minimal error information transfer and maximum bandwidth. Naturally, the use of each channel additional antennas of orthogonal polarizations, for example, the cross dipole antennas and related algorithms orthogonalization will significantly increase the bandwidth. However, modeling such an environment presents some difficulty.

Will explore only one typical situation, a system with two orthogonal antennas, as the most common use of the full polarization reception. Studies based on the application of statistical methods to assess the basic parameters of the system, such as the likelihood of errors during transmission and bandwidth.

2. Algorithm for estimating the probability of erroneous decisions and the capacity

I
© І.К. Абдуллах, 2011
n our methods we are depending on two types of differentiations first:
Depends on BER to SNR Second: Depends on Bit Rate to SNR.

First: in this FIG shows a family of graphs depending on the probability of errors on the signal / noise phase modulation and no losses on the polarization (lower plot) and with the loss of 6 dB. Analysis of the graphs indicates that the signal / noise ratio 10 dB error probability is close to 5,10 for FM modulation without a loss and close to (0,095 * 102) with losses of 6 dB on the signal polarization mismatch and antenna.







Second: in this FIG shows Dependence of the transmission of information from the BR signal to noise ratio for phase modulation and no losses on the polarization (upper graph) and with the loss of 6 dB (lower graph).




УДК 629.783

^ О.В. Андреєв, к.т.н., доц.

Житомирський державний технологічний університет

О.Р. Рихальський, к.т.н., доц.

Житомирський військовий інститут ім.. С.П. Корольова
Національного авіаційного університету



^ Методика розрахунку ймовірності виявлення джерела радіовипромінювання з рухомої платформи


Проведений огляд і аналіз відомих методів виявлення радіоелектронних засобів показали, що для отримання високих показників якості виявлення джерел радіовипромінювання (ДРВ) необхідне виконання таких умов:

  • у зоні моніторингу повинна бути забезпечена електромагнітна доступність, тобто рівень сигналу радіоелектронного засобу на вході приймального пристрою станції моніторингу повинен перевищувати його реальну чутливість;

  • діаграми спрямованості антен ДРВ і станції моніторингу повинні зустрітися. Для отримання високої ймовірності їх зустрічі необхідно, щоб діаграма спрямованості станції моніторингу була досить широкою;

  • у момент зустрічі діаграм спрямованості приймальний пристрій станції моніторингу повинен бути настроєний на частоту сигналу, що випромінюється;

  • за час зустрічі діаграм спрямованості (ДС) антен наземного радіоелектронного засобу й станції моніторингу повинен бути прийнятий сигнал із тривалістю, що є достатньою для його обробки та реєстрації.

Питанню електромагнітної доступності при виявленні сигналів на великих відстанях, наприклад з рухомої космічної платформи, у літературі приділено недостатньо уваги.

Отже, метою роботи є розробка методики визначення ймовірності виявлення джерела радіовипромінювання з рухомої платформи. При цьому електромагнітну доступність запропоновано безпосередньо пов’язати з ймовірністю правильного виявлення радіосигналу ДРВ.

У роботі наводяться результати розрахунків залежності ймовірності зустрічі ДС антен станції моніторингу та ДРВ від періодів їх обертання, залежності ймовірності настройки приймача на частоту сигналу, що випромінюється, від відношення тривалості імпульсу до періоду прямування імпульсів, а також залежність спільної ймовірності виявлення радіосигналу від періодів обертання антен та відношення тривалості імпульсу до періоду прямування імпульсів. Проведена розробка методики та алгоритму розрахунку ймовірності правильного виявлення радіосигналу ДРВ, що наведений на рисунку 1.

Даний алгоритм дозволяє провести дослідження впливу висоти носія станції моніторингу, параметрів ДРВ та значення ширини смуги каналу пошуку приймача станції моніторингу на ймовірність правильного виявлення радіосигналу джерела радіовипромінювання.

Для знаходження показників якості виявлення джерела радіовипромінювання необхідно обрати варіант пошуку в просторі й визначити ймовірність зустрічі ДС антен ДРВ та станції моніторингу з урахуванням руху останньої, виконати пошук у необхідному частотному діапазоні та визначити ймовірність настройки приймача станції моніторингу на частоту сигналу, що випромінюється, а також ймовірність правильного виявлення радіосигналу. Враховуючи незалежність зазначених вище випадкових подій, імовірність виявлення ДРВ може бути отримана як добуток ймовірностей відповідних подій.

Використання даного алгоритму дає можливість оптимізувати структуру системи моніторингу за критерієм максимізації ймовірності виявлення джерела радіовипромінювання, при зміні параметрів ДРВ через врахування енергетичних співвідношень у радіолінії та обґрунтувати тактико-технічні вимоги до засобів моніторингу.

На основі розробленого алгоритму був проведений розрахунок показників якості виявлення ДРВ через комп’ютерне моделювання у середовищі програмного пакета MathCAD 14.

Б
© О.В. Андрєєв, О.Р. Рихальський, 2011
ули визначені ймовірнісні показники якості спільного пошуку в просторі та за частотою і розрахована ймовірність правильного виявлення сигналу для параметрів реально існуючих радіолокаційних станцій. На основі всіх отриманих показників була визначена остаточна ймовірність виявлення джерела радіовипромінювання.





^ Рис. 1. Загальний алгоритм розрахунку ймовірності виявлення ДРВ





Результати розрахунку ймовірності виявлення джерела радіовипромінювання під час руху платформи системи моніторингу за коловою орбітою з висотою 650 км над поверхнею Землі наведені в таблиці 1. При цьому розмір ширини смуги пропускання приймача був обраний 5 МГц.


Таблиця 1

Результати розрахунків ймовірності виявлення джерела радіовипромінювання


Тип радіотехнічного засобу

Ймовірність виявлення ДРВ без врахування ймовірності правильного виявлення сигналу

Ймовірність виявлення ДРВ з врахуванням ймовірності правильного виявлення сигналу

Відносна зміна значення ймовірності виявлення ДРВ (%)

РЛС S-247

0,451

0,4508

1

^ РЛС AN/MWS-1

0,503

0,4827

5

AR-320

0,77

0,7225

6


Аналіз наведених даних показує, що врахування ймовірності правильного виявлення радіосигналів при здійсненні моніторингу з рухомої платформи впливає на ймовірності виявлення ДРВ.


УДК 612.16

Р.М. Андрушко, магістр

В.П. Манойлов, д.т.н., проф.

Житомирський державний технологічний університет


^ БЕЗПРОВІДНІ ПРИЛАДИ ЗБОРУ ДАНИХ ПРИ ВИМІРЮВАННІ ПУЛЬСУ


У сучасному світі дуже важливе місце посідають медичні апарати та системи, за допомогою яких діагностують та лікують людей і тим самим часто рятують їх життя. На сьогоднішній день збільшується кількість серцево-судинних захворювань і перед вченими стоїть завдання вдосконалення методів і засобів діагностики функціонального стану здоров'я людини. Саме прилади для кардіологічних досліджень – дуже важливі в галузі медичного приладобудування. Існує досить багато різновидів приладів для найрізноманітніших кардіологічних досліджень. Одним з основних завдань у кардіології є ефективне визначення пульсу людини. Наприклад, під час цілодобового моніторингу стану здоров'я пацієнта потрібно враховувати багато факторів, тобто датчик не повинен сильно обмежувати рухи пацієнта, має бути добре закріплений так, щоб пацієнт не скинув його під час сну і т. д. Також контролювати пульс потрібно і під час тренувань спортсменів, оскільки він не повинен перевищувати певну максимальну межу.

Найпростіше пульс визначати трьома пальцями біля основи кистей рук, зовні над променевою кісткою або на підставі скроневих кісток. Зазвичай пульс рахують протягом 15 с і множать відповідно на 4, але слід враховувати, що частота пульсу змінюється, через це результат може відрізнятися, тому краще відрахувати повну хвилину. Перевага цього методу – в тому, що пульс вимірюється безпосередньо, напряму. А недоліком є те, що цей спосіб не забезпечує достатній рівень комфорту вимірювань протягом тривалого періоду часу.

Також пульс вимірюють за допомогою 2- або 3-вивідної схеми електрокардіографії (ЕКГ).

Важливою характеристикою при реєстрації частоти серцевих скорочень (ЧСС) (ЕКГ) є кількість записуваних відведень (каналів) ЕКГ. Зазвичай реєструють 2 або 3 біполярні відведення. Кількість каналів визначається метою добового моніторингу. У більшості випадків достатньо 2-х каналів ЕКГ, причому чутливість у найкращої комбінації накладення 2-х відведень лише на 2 % поступається схемою з 3-ма відведеннями.

Існують специфічні вимоги, що накладаються на цифровий сигнал при передачі ЕКГ-даних, які регламентуються Міжнародним стандартом ISO 11073–90101:2008, SCP-ECG. Згідно з цим стандартом, параметри цифрового (ЧСС) ЕКГ-сигналу повинні відповідати вимогам, наведеним нижче.

  • Мінімальна частота представлення сигналу не менше 500 відліків на секунду.

  • Мінімальне розділення на рівні молодшого значущого розряду не більше 5 мкВ.

  • Абсолютна амплітудна похибка для різницевого сигналу не більше 15 мкВ.

  • Абсолютна тимчасова невизначеність дня різницевого сигналу не більше 15 мкВ.

  • Середньоквадратичний шум після відновлення не більше 10 мкВ.

  • Абсолютна похибка будь-якого відліку поза P-QRS-T комплексу не більше 100 мкВ.

  • Абсолютна похибка будь-якого відліку в межах QRS комплексу не більше 15 мкВ.

Типовий варіант організації моніторингу ЧСС (ЕКГ) передбачає розміщення на поясі пацієнта пристрою, приєднаного до електродів за допомогою проводів, наприклад, цілодобовий холтерівський моніторинг. Таке рішення має істотний недолік: пацієнт знаходиться в постійній напрузі, побоюючись за порушення контакту пристрою реєстрації з електродами, і зняття ЕКГ не відповідає його стану в звичайних умовах.

Д
© Р.М. Андрушко, В.П. Манойлов, 2011
ля організації добового моніторингу роботи серця передбачається використовувати пристрій збору й передачі біомедичних даних, що складається з 2-х блоків. Перший блок містить фотоплетизмографічний датчик (що кріпиться на мочку вуха), джерело живлення, підсилювач, фільтр і мікропотужний передавальний пристрій. Другий блок, розташований на поясі пацієнта або в будь-якому іншому місці на невеликій відстані від першого блока, містить приймальний пристрій, пам'ять, засоби зв'язку з зовнішньою ЕОМ, джерело живлення. Блоки пристрою з'єднані між собою мікропотужною системою зв'язку.

Головними умовами для успішного застосування безпровідних систем передачі біомедичних даних є: низьке енергоспоживання (особливо для передавача), достатня дистанція зв'язку (не менше 80 см) і невеликі розміри передавального та приймального модулів. Мініатюризація передавального і приймального пристроїв може бути досягнута шляхом застосування електронних елементів з високим ступенем інтеграції, а антени можуть реалізовуватися в керамічному виконанні (Bluetooth), друкованому чи іншому компактному вигляді.

Для передачі даних існують різні типи стандартів зв'язку: Bluetooth, Zigbee, зв'язок, що використовує частоту 433 МГц, 128 кГц і багато інших. У таблиці 1 наведені результати порівняльного аналізу їх основних параметрів.


Таблиця 1

Результати порівняльного аналізу способів передачі даних



Технологія, частота


Дистанція зв'язку, м


Іс, мА при
Uжив. = 3 B

Максимальна швидкість передачі
даних


Особливості

Bluetooth
class 2

1–10

35

1 Мбіт/с

Дуплексний канал зв'язку, завадостійке кодування і використання технології розширення спектра забезпечують високу завадостійкість

ZigBee

20–100

25

250 Кбіт/с

433 МГц

10–500

10

500 Кбіт/с

Низьке енергоспоживання поєднується з компактними розмірами. Численні пристрої безпровідного доступу, системи охорони створюють негативні завади

128 кГц

0,4–1

3

12 Кбіт/с

Дуже низьке енергоспоживання при передачі на коротку відстань. Пристрої відеорозгортки телебачення можуть бути причиною перешкод


В даному випадку було обрано зв'язок, що має частоту 128 кГц. У нього мале енергоспоживання (Іс = 3 мА, Uжив. = 3 B), достатня дистанція зв'язку (0,4–1 м) і достатня швидкість передачі даних (12 Кбіт/с).

Функціональна схема системи моніторингу пульсу наведена на рисунку 1. Вона містить: передавальний пристрій, що складається з фотоплетизмографічного датчика, підсилювача, генератора та феритової антени; приймальний пристрій, що складається з феритової антени, підсилювача, смугового фільтра, підсилювача, амплітудного детектора, АЦП і пристрою виведення інформації.




^ Рис. 1. Функціональна схема системи моніторингу пульсу


Отже, можна сказати, що безпровідне вимірювання пульсу з мочки вуха забезпечує таким чином зручність та вільне пересування пацієнта, без побоювання за спотворення результату вимірювання. Безпровідне вимірювання пульсу з мочки вуха можна застосувати і в спорті, контролювати пульс спортсмена під час тренування, не створюючи йому незручностей при цьому.

УДК 621.396

А.В. Бобер, бакалавр

О.Г. Болотній, к.т.н., доц.

В.А. Гарбузов, інж.

Житомирський державний технологічний університет


^ СПОСІБ ПІДВИЩЕННЯ ВІДНОШЕННЯ СИГНАЛУ ДО ШУМУ
У ВИХІДНІЙ СУМІШІ УЗГОДЖЕНОГО ФІЛЬТРА



Завдання досягнення найбільшого відношення сигналу до шуму (ВСШ) при обробці їх суміші було і залишається актуальним у радіолокації та радіозв'язку. В даний час його вирішення для випадку суміші сигналу з білим гауссовим шумом вважається відомим у теоретичному та практичному плані й безваріантним. В основі цього рішення лежить процедура накопичення енергії сигналу з одночасним приглушенням шуму. Для здійснення цієї процедури застосовуються кореляційні накопичувачі або погоджені з сигналом лінійні фільтри. За результатами накопичення енергії сигналу вони еквівалентні, а за можливостями приглушення шуму узгоджена фільтрація має більший, але до цих пір невикористаний у повному обсязі потенціал.

Узгоджений із сигналом фільтр (УФ) здійснює повне накопичення енергії сигналу з частковим приглушенням шуму. У результаті на виході фільтра досягається найбільше, за існуючим уявленням, ВСШ, рівне 2Е/N0, де Е – енергія сигналу, а N0 – спектральна щільність потужності шуму. Однак узгоджені фільтри, забезпечуючи на своєму виході максимально можливе відношення сигналу до шуму, не стирають усіх відмінних ознак сигналу, а саме відмінності форми (тимчасових структур) сигнальної та шумової складових вихідної адитивної суміші. Тимчасова структура сигналу після фільтрації залишається закономірною і, за наявності повної апріорної інформації про сигнал, відомою точно, а тимчасова структура шумової складової адитивної суміші, як і до фільтрації, буде мати випадковий характер. Відмінність тимчасових структур сигналу й шуму на виході УФ може і повинна бути використана для додаткового зменшення шумів у вихідній суміші зі збереженням досягнутого пікового значення сигналу й, отже, для додаткового збільшення ВСШ.

Для повністю відомого сигналу у відсутності шуму точно відомий закон зміни миттєвих значень напруги на виході узгодженого фільтра, а також закон зміни тимчасових інтервалів між миттєвими значеннями вихідної напруги, які повторюються (вихідний сигнал УФ завжди симетричний). Обидва ці закони справедливі тільки для одного конкретного сигналу, та ступінь відповідності вихідного коливання фільтра цим законам може слугувати ознакою наявності цього сигналу в складі вихідної суміші. Відхилення від законів є наслідком спотворювальної дії шуму. Проведенням над вихідним коливанням фільтра операції з перевірки виконання зазначених вище законів можливо змінити форму (тимчасову структуру) складової вихідного коливання, створеної шумом, практично зберігши форму сигналу. У результаті цього можна розширити спектр складової адитивної суміші, створеної шумом, зберігши спектр сигналу, а ті спектральні складові шуму, що виникли, потім відфільтрувати. У результаті знизиться середня потужність шуму і, як наслідок, підвищиться відношення сигналу до шуму. Така операція можлива й полягає у наступному:

1) обмеженні спектра реалізації вихідної суміші узгодженого фільтра (на рівні третього, наприклад, «пелюстка» спектра сигналу);

2) дискретизації за часом обмеженої за спектром реалізації вихідної суміші узгодженого фільтра на інтервалі часу, рівному тривалості сигналу;

3) формуванні з отриманих вибірок нової реалізації, в якій вибірки, що мають однакове середнє значення напруги сигнальної складової, міняються місцями так, щоб форма і спектр сигналу практично не змінилися у сформованій суміші, а спектр складової, створеної шумом, найбільшою мірою розширився;

4
© А.В. Бобер, О.Г. Болотній, В.А. Гарбузов, 2011
)  фільтрації у сформованій суміші спектральних складових, частота яких більше граничної частоти.

Вихідне коливання узгодженого фільтра обмежують за частотою фільтром нижніх частот (ФНЧ) на рівні, що визначає допустимі втрати пікового значення сигналу на виході пристрою, і, беручи до уваги ускладнення пристрою дискретизації, воно пов'язане зі зменшенням кроку.

Вихідне коливання ФНЧ на відомому часовому інтервалі (апріорна інформація) дискретизується за часом із заданим кроком, і при цьому отримують вибірки такої ж тривалості. Крок дискретизації і, відповідно, тривалість вибірок задають, виходячи із заданої граничної частоти спектра вихідного сигналу. За відсутності шуму кожна вибірка, відповідно до закону зміни миттєвого значення вихідної напруги фільтра, з огляду на симетричність вихідного сигналу УФ, буде мати один свій аналог за величиною її середньої напруги. Положення вибірки-аналога на тимчасовій осі для сигналу відоме, відомий і часовий інтервал між вибірками-аналогами. Для перевірки відповідності вихідного коливання фільтра цим законам отримані вибірки через час, не менший від тривалості сигналу на виході УФ, використовують для формування нового коливання, в якому парні чи непарні (відлік ведеться з моменту початку дискретизації) вибірки міняються місцями зі своїми аналогами. За відсутності шуму сформоване з вибірок коливання буде практично повністю повторювати вихідний сигнал фільтра і тим точніше, чим менша тривалість вибірок і чим стрімкіші фронти. У разі відмінності вихідного коливання фільтра від вихідного сигналу сформоване коливання виявиться порізаним. Причиною порізаності є наявність в адитивній суміші складової, створеної шумом (або присутність тільки її), спектр якої в результаті проведеної операції розшириться. Відфільтровуючи виниклі спектральні складові шуму фільтром нижніх частот, домагаються зниження середньої потужності шуму при практично збереженому піковому значенні сигналу і, отже, збільшення відношення сигналу до шуму.

Для здійснення розглянутих операцій пристрій післяфільтрової обробки прямокутного відеоімпульсу повинен мати у своєму складі (рис. 1):

– пристрій дискретизації та затримок;

– суматор (формувач нової суміші);

– два фільтри нижніх частот (ФНЧ1 і ФНЧ2) з однаковими АЧХ.





Рис. 1. Структурна схема


За результатами дослідження збільшення відношення сигнал/шум досягає величини порядку 2 дБ.


УДК 621.37:621.391

Д.Л. Джигора, магістрант

В.В. Ципоренко, асист.

^ В.Г. Ципоренко, к.т.н., доц.

Житомирський державний технологічний університет

  1   2   3   4   5

Схожі:

Радіотехніка та телекомунікації. Біотехнічні та медичні прилади І системи iconМіністерство освіти І науки, молоді та спорту україни вінницький національний технічний університет затверджую ректор В. В. Грабко
Фахове вступне випробування для навчання за освітньо-професійною програмою підготовки «Магістр» зі спеціальності 05070204 – «Біотехнічні...
Радіотехніка та телекомунікації. Біотехнічні та медичні прилади І системи iconМіністерство освіти І науки, молоді та спорту україни вінницький національний технічний університет затверджую ректор В. В. Грабко
Фахове вступне випробування для навчання за освітньо-професійною програмою підготовки «Магістр» зі спеціальності 05070204 – «Біотехнічні...
Радіотехніка та телекомунікації. Біотехнічні та медичні прилади І системи iconПерелік дисциплін, які виносяться для вступу на освітньо-кваліфікаційний рівень магістра зі спеціальності «Біотехнічні та медичні апарати і системи»
Основи квантової механіки. Рівняння Шредінгера. Співвідношення невизначеностей. Рух вільної мікрочастинки. Рух мікрочастинки в потенціальній...
Радіотехніка та телекомунікації. Біотехнічні та медичні прилади І системи iconЗатверджую Ректор О. Л. Голубенко 2013 р. Пояснювальна записка
Необхідний обсяг знань вступника, що має освітньо-кваліфікаційний рівень бакалавра з напряму підготовки «Приладобудування» або спеціаліста...
Радіотехніка та телекомунікації. Біотехнічні та медичні прилади І системи iconЗатверджую Ректор О. Л. Голубенко 2012 р. Пояснювальна записка
Необхідний обсяг знань вступника, що має освітньо-кваліфікаційний рівень бакалавра з напряму підготовки «Приладобудування» або спеціаліста...
Радіотехніка та телекомунікації. Біотехнічні та медичні прилади І системи iconПерелік секцій за фаховими напрямами наукової ради мон математика
Ядерна фізика, радіофізика та астрономія 5 Електроніка, радіотехніка та телекомунікації
Радіотехніка та телекомунікації. Біотехнічні та медичні прилади І системи icon1. Основні вимірювальні прилади та елементи електричного кола
В залежності від того, яке фізичне явище використовується в даному приладі для вимірювання, електровимірювальні прилади поділяються...
Радіотехніка та телекомунікації. Біотехнічні та медичні прилади І системи iconІі етапу Всеукраїнської студентської олімпіади з напряму Телекомунікації
Всеукраїнської студентської олімпіади з напряму «Телекомунікації». Для участі у ІІ етапі олімпіади запрошуються по 3 студента-переможця...
Радіотехніка та телекомунікації. Біотехнічні та медичні прилади І системи iconЯких проводяться вступні випробування для вступу на навчання за опп підготовки спеціалістів, магістрів зі спеціальності «Біотехнічні та медичні апарати І системи»
Перелік дисциплін, з яких проводяться вступні випробування для вступу на навчання за опп підготовки спеціалістів, магістрів
Радіотехніка та телекомунікації. Біотехнічні та медичні прилади І системи iconНапрям: 0907 Радіотехніка Спеціальність: 
Вимірювальні сигнали. Електромеханічні прилади. Масштабні вимірювальні перетворювачі
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи