Научные стремления 2012-1

Литературные источники

1.Компьютерное зрение / Шапиро, Л., Стокман Дж.// Пер. с англ. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. – 752 с.

2.Handbook of Texture Analysis / Majid Mirmehdi, Xianghua Xie, Jasjit Suri - Imperial College Press, 2009.

3.Image Processing: Dealing with Texture / Petrou M., Sevilla P. G. - Wiley, Chichester, UK, 2006.

4.Jain, A.K. Texture Analysis: The handbook of Pattern Recognition and Computer Vision / M. Tuceryan, A.K.Jain //, 2nd Edition, Singapore: World Scientific Publishing, 1998. - P. 207–248.

5.Texture Analysis Methods – A Review / Materka A., Strzelecki M. - Technical University of Lodz, Institute of Electronics, COST B11 report, Brussels, 1998.

Lukashevich M.M.

SYSTEM FOR IMAGE TEXTURE ANALYSIS AND CLASSIFICATION

Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics, Minsk

Summary

This article contains the description of the system for texture analysis and image classification.

During pre-processing stage we can estimate the texture information presence in the image. The effective algorithms for texture feature calculation have been realized. Designed classifier takes into account randomness input data. It is based on neural networks.

361

УДК 666.973.6

Мисник М.П.

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ

АВТОКЛАВНОГО ГАЗОБЕТОНА

Белорусский государственный технологический университет, Минск

В связи с переходом на Европейские нормы в области строительства одной из актуальных проблем в производстве ячеистого бетона является необходимость снижения его плотности при сохранении достаточной прочности. Снижение плотности стеновых блоков из ячеистого бетона на каждые 50 кг/м3 позволяет снизить расход топлива на обогрев зданий на 1 кг условного топлива на 1 м2 стены в год [1]. Производство ячеистого бетона с плотностью 200 –350 кг/м3 вместо 400-500 кг/м3 обеспечит снижение на 20– 30% расхода цемента и извести, сокращение на 30–40% энергозатрат на помол сырья за счет снижения его удельного расхода, сохранность изделий при транспортировке и снижение нагрузки на фундамент при строительстве. Главным препятствием в производстве и применении ячеистого бетона пониженной плотности является его недостаточная прочность. Это явление характерно для условий производства в Республике Беларусь из-за недостаточного качества основных сырьевых компонентов ячеистобетонной смеси. Таким образом, совершенствование технологии ячеистого бетона в этом направлении является важной задачей, решение которой обеспечит энерго- и ресурсосбережение в производстве данного вида материала, а также при его использовании в строительстве.

Одним из способов увеличения прочности и улучшения других свойств при производстве строительных материалов на основе цемента является использование углеродных наноматериалов. По данным агентства по сбору информации Fredonia Group, в 2006 году 1 % всех строительных материалов в мире был создан с применением нанотехнологий. В 2011 году доля строительных наномодифицирующих материалов составила уже 7 %, в 2016 году этот показатель дойдет до 19 %, а в 2025 году за ними уже будет большая часть рынка стройматериалов, равняющаяся 54 % [2].

Главным направлением применения нанотехнологий в области производства различных видов бетонов, растворов, декоративных материалов и т.д., является создание материалов со сложной структурой и уникальными прочностными или иными свойствами, а также процессы самоорганизации веществ на атомно-молекулярном уровне, позволяющие создавать объекты без внешнего влияния.

Нанотехнологии весьма эффективно используются при изготовлении тяжелого цементного бетона для улучшения физико-механических свойств и эксплуатационных качеств бетона. При введении в бетонную смесь нанотрубок цементный камень армируется на микроуровне, оптимизируется его структура, повышается долговечность.

362

Нанобетонами могут являться бетоны совершенно различных классов и марок. При этом разработка рецептур и технологий, использующих этот новый подход, находится в настоящее время на начальной стадии. Термин «нанобетон» объединяет целый класс специализированных бетонов, включающих легкие нанопенобетоны, нанобетоны средней плотности и нанобетоны высокой и сверхвысокой прочности. Наномодифицирование сухих строительных смесей позволяет получить материал с физикотехническими характеристиками, превосходящими характеристики традиционных материалов [3].

ВБеларуси и за рубежом проводятся многочисленные исследования по синтезу углеродных наноматериалов (УНМ) и изучению их влияния на структуру и свойства цементных вяжущих композиций (тяжелых цементных бетонов и растворов, неавтоклавных газабетонов) [4-6]. Данные по модифицированию УНМ структуры продуктов гидросиликатного твердения автоклавного ячеистого бетона в доступных литературных источниках отсутствуют. Тем не менее, родственность указанных вяжущих систем является предпосылкой для эффективного использования УНМ для улучшения свойств данного материала.

Стоимость углеродных нанотрубок зависит от степени очистки, поэтому она может отличаться в сотни раз. Для строительных материалов чаще используют углеродные нанатрубки российского и французского производства стоимостью около 100 евро за 1 кг, что при их дозировке в пределах 0,001-0,015% является экономически оправданным.

ВИнституте тепло- и массообмена НАН Беларуси накоплен значительный опыт в области синтеза углеродных нанотрубок. На базе института создана уникальная установка синтеза углеродных нанотрубок импульсным электродуговым разрядом. Полученные углеродные наноматериалы опробированы в качестве модификаторов при изготовлении различных строительных материалов [7].

На кафедре химической технологии вяжущих материалов Белорусского государственного технологического университета проведены поисковые исследования по использованию УНМ для модифицирования структуры ячеистого бетона автоклавного твердения. Увеличение прочности бетона по сравнению с контрольными образцами составило от 80% до 150% в

зависимости от его плотности и технологического режима введения наноматериала в ячеистобетонную смесь. Увеличение прочностных характеристик обеспечивается за счет направленной кристаллизации гидросиликатов кальция в присутствии углеродных нанотрубок, выполняющих функцию центров кристаллизации, что способствует формированию плотных сростков из игольчатых и волокнистых кристаллов гидросиликатов кальция и обеспечивает высокую плотность и прочность цементирующего вещества межпоровых перегородок.

363

Исходя из вышеизложенного, применение наномодификатора при производстве ячеистого бетона пониженной плотности является достаточно перспективным. Улучшение свойств данного материала является предпосылкой для производства ячеистого бетона нового качества, расширения области его применения на внутренних и внешних рынках.

Литературные источники

1 Соколовский, Л.В. Энергосбережение в строительстве. – Минск: Стринко, 2000. –

46 с

2 Нанотехнология [электронный ресурс] / Доля наноматериалов в строительстве увеличивается. – Режим доступа: http://nano-technologiya.ru/about nano/nano in stroit/dolya nanomaterialov v stroitelstve.html. – Дата доступа: 7.08.2012

3 . Елецкий, А.Н. Углеродные нанотрубки / А.Н. Елецкий // Успехи физических наук. -1997. - Т. 167, № 9.

4 . Батяновский, Э.И. Влияние углеродных наноматериалов на свойства цемента и цементного камня./ Э.И. Батяновский, А.В. Крауклис, П.П. Самцов, П.В. Рябчиков, П.П. Самцов// Строительная наука и техника. – 2010. – №1-2(28-29). – С.3-10.

5 Пат. 2392252. Сырьевая смесь для изготовления ячеистого бетона / Соловьева В.А., Сурков В.Н., Чернаков В.А., Еременко Е.В. – № 2009106733; заявл. 27.02.09.; опубл. 20.06.10.

6 Пат. 2422408. Сырьевая смесь для изготовления ячеистых материалов и способ ее приготовления / Перфилов В.А., Котляревская А.В., Кусмарцева О.А. – № 2010117464; заявл. 30.04.10.; опубл. 27.06.11. (прототип

7 Концепция развития и освоения нанотехнологий и наноматериалов в Республике Беларусь / Мин. обр. Республики Беларусь, НАН Беларуси. - Минск, 2011. – 86 с.

Misnik M.P.

PROSPECTS FOR THE USE OF CARBON NANOMATERIALS TO IMPROVE THE PROPERTIES OF AUTOCLAVED AERATED CONCRETE

Belarusian State Technological University, Minsk

Summary

The paper indicated the relevance and prospects of this research. The literature on the use of carbon nanomaterials in the construction materials such as heavy concrete, foam, dry mix. Indicated the possibility of the successful use of carbon nanomaterials in the autoclaved aerated concrete.

364

УДК 621.396.96

Оргиш П.И.1

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЗОНДИРУЮЩИХ СИГНАЛОВ УЗКОПЛОСНОЙ MIMO РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

1Учреждение образования «Военная академия Республики Беларусь», Минск

В настоящее время актуально использование в создаваемых РЛС активных фазированных антенных решеток (АФАР), структурная схема такой РЛС представлена на рисунке 1. Одним из недостатков таких антенных решеток (АР) является высокая стоимость, которая прямо пропорциональна числу используемых приемно-передающих элементов (модулей) (ППМ). Каждый из таких модулей, в общем случае, включает устройство формирования и обработки сигнала (УФиОС), радиопередающее устройство (РПУ) радиоприемное устройство (РПрУ) и переключатель прием-передача

(ППП).

Рисунок 1. Вариант общей структурной схемы РЛС с обычной АФАР

Одним из известных способов снижения стоимости является переход к неэквидистантным разреженным АР. При этом снижается число приемных каналов, от которого напрямую зависят, к примеру, помехозащищенность и число наблюдаемых целей. Для сохранения числа приемных каналов при снижении количества активных модулей антенны возможен переход к MIMO (Multiple Input – Multiple Output) РЛС (см. рис. 2). Данное научное

365

направление активно развивается в последнее десятилетие за рубежом [1-6]. В таких РЛС К различных групп передающих элементов антенны излучают К взаимно ортогональных сигналов , а каждый из L приемных

элементов обеспечивает одновременный прием аддитивной суммы этих сигналов, отраженных от воздушного объекта. Далее при помощи К согласованных фильтров в каждом приемном канале отраженные сигналы разделяются. Результирующее число приемных каналов такой АР может достигать KL, что в несколько раз может превышать число приемопередающих модулей.

Обзор работ, посвященных MIMO РЛС [1-6], показал, что в них нет единой методики расчета основных параметров системы зондирующих сигналов для таких РЛС.

Пусть исходными данными для расчетов являются: - длина волны; K - число передающих элементов; L - число приемных элементов; V - требуемое число виртуальных элементов (каналов приема); r - требуемая разрешающая способность по дальности; Vr - требуемая разрешающая

способность по радиальной скорости.

Тогда расчет параметров системы зондирующих сигналов осуществляется в три этапа. Первый этап – расчет геометрической структуры MIMO антенной решетки [7]. Второй этап включает проверку выполнения условий узкополосности системы. Третий этап – собственно расчет

366

параметров системы зондирующих сигналов исходя из выполнения условий разделения пространственной и временной структур сигналов, а также требуемых разрешающих способностей по дальности и радиальной скорости.

Литературные источники

1.Черняк В.С. О новом направлении в радиолокации: MIMO РЛС. М: Прикладная радиоэлектроника, 2009;

2.Fuhrmann D.R., San Antonio G. Transmit beamforming for MIMO radar systems using partial signal correlations.// Conference Records of the 38th Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers. Pacific Grouve, CA. USA. 2004. Vol.1. P. 295-299.

3.Forsythe K.W., Bliss D.W. Waveform correlation and optimization issues for MIMO radar // Records of the 39th Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers. Pacific Grouve, CA. USA. 2005. P. 1306-1310.

4.Li J., Stoica P., Xie Y. On probing signal design for MIMO radar // IEEE Trans. on Signal Processing. Vol. 55, No. 8. P. 4151-4161.

5.Frazer G.J., Abramovich Y.I., Johnson B.A.,and Robey F.C. Recent Results in MIMO Over- the-Horizon Radar.// Proc. 2008 IEEE Radar Conf. Rome, Italy. P. 789-794.

6.Jiane Li, Petre Stoica MIMO radar signal processing. New Jersey: A John Wiley & sons inc., 2009;

7.Горшков С.А., Оргиш П.И. Алгоритм синтеза геометрической структуры антенной решетки MIMO РЛС. Мн: «Доклады БГУИР», 2012.

Orgish P.I.1

THE DESIGN PROCEDURE OF PARAMETERS OF STRUCTURE FORMATION DALNOSTNO-ANGLE RADAR PORTRAITS GOALS SINGLE-PULSE AMPLITUDE BEARING

1Education establishment «Military Academy of the Republic of Belarus», Minsk

Summary

In work the design procedure of parameters of system of mutually orthogonal probing signals for MIMO the radar-tracking system, an outcome from geometrical structure of an antenna lattice, conditions of division of spatial and time processing, and also demanded resolution on range and is considered radial speed.

367

УДК 621.396.96

Седышев С.Ю., Дмитренко А.А.

МИНИМИЗАЦИЯ СЕКТОРА ОБЗОРА ПО РАЗНОСТИ ВРЕМЕН ЗАПАЗДЫВАНИЯ В КОРРЕЛЯЦИОННО-БАЗОВЫХ СИСТЕМАХ ОБНАРУЖЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ

Учреждение образования «Военная академия Республики Беларусь», Минск

Пассивные многопозиционные радиолокационные комплексы (МП РЛК) позволяют решать весь перечень задач обеспечения безопасности воздушного пространства и управления воздушным движением. В то же время МП РЛК обладают рядом преимуществ по сравнению с активными однопозиционными радиолокационными системами [1-5]. По этой причине исследования в данном направлении являются актуальными.

Существующие системы подобного рода используют различные способы определения пространственных координат: угломерный, разностнодальномерный и различного рода их комбинации [6-8]. Потенциально наилучшие характеристики достижимы при комплексировании угломерного и разностно-дальномерного способа [9]. Это позволяет использовать преимущества обоих способов при одновременной компенсации их недостатков, что позволяет повысить эффективность функционирования всей системы в целом.

Применение в составе корреляционно-базового разностнодальномерного многопозиционного комплекса узконаправленной антенной системы позволяет значительно снизить временные и вычислительные затраты на обработку сигналов и получение необходимой радиолокационной информации [10].

Целью настоящей работы является снижение временных и вычислительных затрат при определении разности времен запаздывания относительно разнесенных в пространстве приемных позиций корреляционнобазовой системы обнаружения и определения пространственного местоположения источников радиоизлучения (ИРИ) за счет использования априорной информации об угловом положении узконаправленной антенной системы на одном из приемных пунктов.

В разнесенных системах вычисление взаимно-корреляционной функции (ВКФ) производится для обнаружения сигналов и определения их относительного запаздывания, т.е. нахождения положения максимума ВКФ на оси относительных временных задержек. В таком устройстве корреляционная обработка производится во временной области и по этой причине обладает низкой вычислительной эффективностью, т.к. для обработки выборки длиной n требует порядка (О(n3)) операций умножения [11]. Одним из путей повышения вычислительной эффективности является вычисление ВКФ в частотной области с использованием алгоритмов быстрого преобразования Фурье (БПФ) [12].

368

Однако несмотря на существенное снижение вычислительных затрат по сравнению с обработкой во временной области, количество требуемых арифметических операций для вычисления значения разности хода при корреляционной обработке в частотной области остается значительным. Это связано с необходимостью обзора всего интервала возможных значений разности хода.

Уменьшения интервала возможных значений разности времен запаздывания сигналов и, соответственно, уменьшение вычислительных затрат при определении разности времен запаздывания можно добиться за счет использования информации об угловом положении узконаправленной антенной системы одного из приемных пунктов МП КПЛ.

На рисунке 1 показана зависимость разности времен запаздывания от азимута и дальности местонахождения ИРИ для одной пары приемных позиций.

Рисунок 1. Зависимость разности времен запаздывания от азимута и дальности местонахождения ИРИ для одной пары приемных позиций.

При нахождении ИРИ на дальностях, превышающих значение базы системы зависимость разности времени запаздывания от азимута является практически линейной, что позволяет использовать информацию об угловом положении антенной системы для уменьшения интервала обзора по разности хода.

Измерение азимута (при известных значениях базы системы) позволяет оценить возможный интервал значений разности времен запаздывания:

369

где – текущее положение ДНА, dk – азимут k –го ПП, dk – расстояние от ЦПП до k –го ПП, r – текущая дальность, с – скорость света, k (r, ) – разность времен запаздывания комплексных огибающих сигналов ИРИ между ЦПП и k –м ПП. Получив данную оценку, можно значительно уменьшить интервал обзора по разности времен запаздывания на выходе устройства вычисления аргументов максимума ВКФ.

Для реализации полученного алгоритма можно использовать устройство, структурная схема которого представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Структурная схема устройства быстрого обзора по разности хода

Таким образом, введение в корреляционно-базовую систему определения разности времен запаздывания датчика углового положения антенны в азимутальной плоскости и устройства вычисления интервала обзора по разности времен запаздывания позволит значительно уменьшить интервал обзора по разности времен запаздывания в корреляционно-базовых системах обзора воздушного пространства.

Литературные источники

1.Multi-Static Primary Surveillance Radar – An examination of Alternative Frequency Bands, Roke Manor Research Limited, Report No: 72/07/R/376/U, July 2008 - Issue 1.2 – 186 p.

2.Kaczur, M. Passive Coherent Location /M. Kaczur// Brno: Univerzita Obrany.- 2010. -

p.233–236.

3.Bezousek, P. Bistatic and Multistatic Radar Systems / P. Bezousek, V. Schejbal// Radioengineering. – 2008. -Vol. 17, No. 3. - p. 53 – 59.

4.Zubkov, A. Information Aspects of Multispectral Active-Passive Radio Monitoring System /A. Zubkov [et al.]// TCSET'2010, Lviv-Slavske, Ukraine, February 23-27 2010. - p.96–97.

5.Special Report: Iran tests passive radar in aerial drill. [Electronic resource]. -2011. - Mode of access: http://English.news.cn. - Date of access: 05.01.2012.

6.Охрименко А.Е. Основы радиолокации и радиоэлектронная борьба. Ч.1. Основы радиолокации: Учеб. для высших училищ ПВО. - М.: Воен. издат., 1983. – 456с.

7.Охрименко, А.Е. Основы обработки и передачи информации: Учеб. для высших

училищ ПВО /А.Е. Охрименко. Минск: МВИЗРУ ПВО, 1990. –181с.

8. Радиоэлектронные системы: Основы построения и теория: Справочник. Под ред. Я.Д. Ширмана. Москва: АО «МАКВИС», АО «РЕАМ - Билдинг», 1998. - 800с.

370