13.08.2021

Исследователи СПбГЭТУ «ЛЭТИ» придумали, как сделать сенсорные и локационные системы более чувствительными за счет использования хаотических колебаний.

Сенсорные и локационные системы являются основой современных металлодетекторов, сонаров и радаров. Эти устройства обеспечивают безопасность тысячам людей на территории общественных пространств, упрощают работу членам экипажей кораблей в поисках косяков промысловой рыбы, а также широко используются в строительстве, археологии и военном деле. Для выполнения этих задач точность данных, получаемых от датчиков приборов, должна быть крайне высока.

Результаты научно-исследовательской работы «Исследовательское проектирование сенсорных и локационных систем на основе хаотических широкополосных сигналов», представленной учеными кафедры систем автоматизированного проектирования (САПР) СПбГЭТУ «ЛЭТИ», позволят создавать более точные датчики для анализа внешней среды за счет перспективного подхода – использования хаотических сигналов.

«На протяжении многих лет в технике используются гармонические сигналы – колебания, имеющие форму синусоиды. Какие параметры есть у синусоиды? Амплитуда, частота и смещение по времени, то есть фаза. А можно представить сигнал, похожий на синусоиду, но у которого каждое полное колебание немного отличается от другого: одно чуть больше, другое чуть меньше, одно длиннее, другое короче, и они никогда не повторяются. Такой сигнал и является хаотическим», – рассказывает руководитель проекта, доцент кафедры САПР СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Артур Искандарович Каримов.

Благодаря более сложной структуре, непериодичности и высокой чувствительности к изменению параметров, хаотические сигналы несут в себе больше информации, чем гармонические. В зависимости от физической реализации информация может быть различная, например, направив хаотическую волну на металлический предмет, исследователь сможет узнать из какого металла этот предмет или какого он размера.

«Заменить один вид сигналов на другой, чтобы все стало работать лучше, недостаточно. Необходимо заново спроектировать сенсорную систему, подобрать параметры ее компонентов, запрограммировать электронику. Но как спроектировать систему, работающую на ранее не применявшемся виде сигналов? На помощь приходит концепция исследовательского проектирования, когда инженер создает техническую систему, заранее не обладая полной информацией об объекте проектирования, и процесс разработки неотделим от процесса научного исследования», – комментирует А.И. Каримов.

В процессе реализации проекта ученые разработали ряд программ и устройств. По мнению научной группы, самое важное из них – это стенд для исследования хаотического металлодетектора. Благодаря этому стенду можно определить зависимость формы хаотических колебаний в разрабатываемом металлодетекторе от расстояния до мишени и вида металла. Данные со стенда выводятся на компьютер с помощью системы сбора данных NI ELVIS III. «Прибор позволяет автоматически позиционировать чувствительный приемник детектора относительно мишени, что делает его обязательным инструментом любого инженера, проектирующего подобные устройства», – подчеркивает Артур Каримов.

На данный момент реализация проекта находится на уровне экспериментального подтверждения идеи, а разработанная методика исследовательского проектирования будет преподаваться студентам, обучающимся на кафедре САПР.

Как отмечают разработчики, данная работа лежит в русле многолетних исследований, проводимых на кафедре САПР и находящихся в контексте мировой научной повестки. Попытки практического применения хаотических систем в технике начались в конце 80-х годов XX века, и к настоящему времени накопилось достаточно данных, свидетельствующих об их перспективности.

В 2019 году научно-исследовательская работа «Исследовательское проектирование сенсорных и локационных систем на основе хаотических широкополосных сигналов» была отмечена грантом Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Российского научного фонда.