CC BY
18
Список литературы
1. ГОСТ 13320-81. Газоанализаторы промышленные автоматические. Общие технические условия. М.: Издательство стандартов. 1992. 35 с.
2. Интернет - магазин контрольно-измерительных приборов. [Электронный ресурс] URL: https://dcm54.ru/g24230850-gazoanalizatory-testo (дата обращения: 08.06.2022).
3. Информациооный портал «Электросам». [Электронный ресурс] URL: https://electrosam.ru/category/glavnaia (дата обращения: 08.06.2022).
4. Интернет - магазин охранных систем. [Электронный ресурс] URL: https://videokontroldoma.ru/zvukovye-opoveshhateli (дата обращения: 08.06.2022).
5. Интернет - журнал про безопасность «SAVESYS». [Электронный ресурс] URL: https://savesvs.ru/pozhamaYa-ohrana/izveshhateli/zvukovYe-opoveshhateli.html (дата обращения: 08.06.2022).
Кожухов Павел Алексеевич, магистр, оператор, era_1@mil.ru, Россия, Анапа, ФГАУ «ВИТ
«ЭРА»
OVERVIEW OF BASIC SOL UTIONS FOR GAS LEAK DETECTION SYSTEMS
P.A. Kozyhov
This article discusses the basic solutions in the field of gas leak detection systems. Key words: gas, detection, sensor.
Kozyhov Pavel Alekseevich, magister, operator, era_1@mil.ru, Russia, Anapa, FGAU «MIT «ERA»
УДК 534.632
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-22-24
ЧАСТОТА И БЫСТРОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ФУРЬЕ
А.А. Пеньков
Представлены математические преобразования дискретным способом из временной области в частотную, рассматривается быстрое преобразование Фурье. Также показывается применение алгоритмов быстрого преобразования Фурье для обработки сигналов на линейно-модулированных радарах с частотно-модулированными непрерывными волнами.
Ключевые слова: преобразование Фурье, радиолокационные системы, линейно-модульные радары, частота сигнала.
Дискретное преобразование Фурье (ДПФ) - это математический метод, используемый для преобразования временных или пространственных данных в данные частотной области. Частота - это знакомое понятие из-за его разговорного употребления: самые низкие ноты, которые могут издавать наушники, составляют около 20 Гц, в то время как средняя частота на пианино составляет около 261,6 Гц; Герц или колебания в секунду, в данном случае буквально относится к числу раз в секунду, с которым мембрана внутри наушников перемещается. Это, в свою очередь, создает сжатые импульсы воздуха, которые, попадая в барабанную перепонку, вызывают вибрацию с той же частотой. Если допустить простую периодическую функцию sin(10*2nt) (рис.1), то можно рассматривать её как волну:
f = 10 # Частота, в циклах в секунду или Гц;
f_s = 100 # Частота дискретизации или количество измерений в секунду.
Из рис.2 видно, что выход быстрого преобразования Фурье (БПФ) представляет собой массив той же формы, что и вход, содержащий комплексные значения. Все значения равны нулю, за исключением двух записей. Визуализация величины результата в виде графика, в котором высота соответствует базовому значению.
Преобразование Фурье переносит из временной области в частотную, и это, оказывается, имеет огромное количество применений. Быстрое преобразование Фурье - это алгоритм для вычисления ДПФ, он достигает своей высокой скорости, сохраняя и повторно используя результаты вычислений по мере их продвижения [1-2].
Применение анализа радиолокационных данных. Линейно-модулированные радары ЧМНВ (частотно-модулированные непрерывные волны) широко используют алгоритм БПФ для обработки сигналов. В данном случае используются фактические данные с радара ЧМНВ, чтобы продемонстрировать: обнаружение целей. Примерно так работает радар ЧМНВ (рис.3):
22
Системный анализ, управление и обработка информации
1) Генерируется сигнал с изменяющейся частотой. Этот сигнал передается антенной, после чего он распространяется наружу, подальше от радара. Когда он попадает на объект, часть сигнала отражается обратно на радар, где он принимается, умножается на копию переданного сигнала и отбирается, превращая его в числа, которые упаковываются в массив. Задача состоит в том, чтобы интерпретировать эти цифры для формирования значимых результатов.
2) Таким образом, если мы умножим принятый сигнал на переданный сигнал, мы ожидаем, что в спектре появятся две частотные компоненты: одна, которая представляет собой разницу частот между принятым и переданным сигналом, и другая, которая является суммой их частот.
В особенности важен первый компонент, поскольку он дает некоторое представление о том, сколько времени потребовалось сигналу, чтобы отразиться обратно на радар (т.е. как далеко от нас находится объект).
0.50 я 0.25
ё 0.00
й
а -0.25 | -0.50 -0.75 -1.00
О.ОО 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 Время (сек.)
Рис. 1. Зависимость амплитуды сигнала от времени
-40 -20 0 20 40
Частота (Гц)
Рис. 2. Массив частот выхода и входа БПФ
Антенна
Микшер
Рис. 3. Структурная схема простой радиолокационной системы ЧМНВ
Структурная схема простого радара ЧМНВ, использующего отдельные передающие и приемные антенны, показана на рис.3. Радар состоит из генератора сигналов, который генерирует, синусоидальный сигнал, частота которого линейно изменяется вокруг требуемой частоты передачи. Сгенерированный сигнал усиливается до требуемого уровня мощности передающим усилителем и направляется на передающую антенну через схему ответвителя, где копия передающего сигнала отключается. Передающая антенна излучает передающий сигнал в виде электромагнитной волны в узком луче в направлении обнаруживаемой цели. Когда волна сталкивается объектом, отражающим электромагнитные волны, часть энергии, излучающей цель, отражается обратно в приемник в виде второй электромагнитной вол-
23
ны, которая распространяется в направлении радиолокационной системы. Когда эта волна сталкивается с приемной антенной, а антенна собирает энергию в энергию волны, падающей на неё, и преобразует её в колебательное напряжение, которое подается на смеситель. Микшер умножает принятый сиг нал на копию переданного сигнала и выдает синусоидальный сигнал с частотой, равной разности частот между переданным и принятым сигналами.
Фильтр нижних частот гарантирует, что принимаемый сигнал ограничен полосой пропускания, а усилитель приема усиливает сигнал до подходящей амплитуды для аналого-цифрового преобразователя (АЦП), который передает данные в компьютер [3].
Результаты и обсуждение. Подводя итог, следует отметить, что данные, поступающие в компьютер, состоят из некоторого числа выборок, отобранных (из умноженного, отфильтрованного сигнала) с частотой выборки fs.
Амплитуда возвращаемого сигнала изменяется в зависимости от силы отражения (т.е. является свойством целевого объекта и расстояния между целью и радаром), а измеренная частота является показателем расстояния до целевого объекта от радара.
Чтобы начать анализ радиолокационных данных, необходимо сгенерировать несколько синтетических сигналов, после чего процесс происходит на выходе реального радара [4,5].
Список литературы
1. Афанасий Папулис. Интеграл Фурье и его приложения. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1960.
2. Рональд А. Брейсвелл, Преобразование Фурье и его приложения. Нью-Йорк: McGraw-Hill,
1986.
3. Марк А. Ричардс, Джеймс А. Шеер и Уильям А. Холм, ред. Об обработке радиолокационных сигналов. 1914. 539 с.
4. Марк А. Ричардс. Принципы современной радиолокации: основные принципы. Raleigh, NC: SciTech, 2010.
5. Основы обработки радиолокационных сигналов. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 2014.
Пеньков Андрей Андреевич, магистр, оператор, era1@mil.ru, Россия, Анапа, ФГАУ «ВИТ
«ЭРА».
FREQUENCY AND FAST FOURIER TRANSFORMATION A.A. Pen'kov
Mathematical transformations are presented in a discrete way from the time domain to the frequency domain, the fast Fourier transform is considered. The application offast Fourier transform algorithms for signal processing on linearly modulated radars with frequency-modulated continuous waves is also shown.
Key words: Fourier transform, radar systems, linear-modular radars, signal frequency.
Pen'kov Andrey Andreevich, magister, operator, era_1@mil.ru, Russia, Anapa, FGAU «MIT
«ERA».
УДК 517.935.3
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-24-29
МОДЕЛЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ УГЛОВОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В ЛИНЕЙНОЕ НА БАЗЕ ПЕРЕДАЧИ «ВИНТ-ГАЙКА»
Е.В. Ахрамеева, Т.Р. Кузнецова
Исследуется динамика преобразователя вращательного движения вала в поступательное, включающего серводвигатель постоянного тока, передачу винт-гайка и линейно перемещаемый рабочий орган, поступательное движение рабочего органа типа винт-гайка. Построена модель, включающая описание собственно серводвигателя, а также типичных нелинейностей, присутствующих в узле, а именно, сухого трения и люфта. Показано, что наиболее существенное влияние на динамические характеристики оказывает люфт, приведенный к муфте, соединяющей вал серводвигателя с винтом. Теоретические результаты подтверждаются с помощью компьютерного моделирования узла.
Ключевые слова: сервопривод, передача винт-гайка, люфт, сухое трение, динамика.
Передачи типа «винт-гайка» широко используются в мехатронике и робототехнике для преобразования вращательного движения вала серводвигателя в поступательное движение рабочего органа [1, 2]. Кинематическая схема передачи и силы, действующие в передаче, приведены на рис. 1.
