Журнал «Системы управления, связи и безопасности»
(Systems of Control, Communication and Security)

Журнал «Системы управления, связи и безопасности» является рецензируемым научным электронным изданием (ISSN 2410-9916). Журнал зарегистрирован как сетевое издание в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (РОСКОМНАДЗОР), свидетельство о регистрации средства массовой информации ЭЛ № ФС 77 - 61239 от 03 апреля 2015 г. Основное содержание издания представляет собой научные статьи и научные обзоры.

---

Уважаемые авторы, мы немного изменили образец оформления статьи.
При оформлении статей в журнал используйте новый образец.
В примечаниях отмечены требования и рекомендации.

---

Уважаемые авторы, до 20 сентября редакция в отпуске.
Все присылаемые статьи будут рассмотрены после 20 сентября.

---

Учредитель журнала - ООО «Корпорация «Интел Групп» (Санкт-Петербург).

Главный редактор: Макаренко Сергей Иванович.
Адрес: 197372, Санкт-Петербург, пр. Богатырский, дом 32, корпус 1 лит. А, помещение 6Н.
E-mail: sccs@intelgr.com
Телефон: +7 (931) 579-10-59.

Информация предназначена для лиц старше 12 лет.

Преимущества журнала:

• С 2017 года журнал на постоянной основе включен в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук, рекомендованный ВАК России.
  Журнал рекомендован ВАК для публикации основных результатов диссертаций, по научным специальностям: 2.2.13, 2.2.14, 2.2.15, 2.3.1, 2.3.5, 2.3.6 по номенклатуре научных специальностей, утвержденной приказом Минобрнауки РФ № 118 от 24.11.2021 г.
  Полный перечень научных специальностей, по которым журнал был рекомендован ВАК с 2017 г. и его ретроспективные изменения можно посмотреть здесь;
• журнал является высоко цитируемым изданием и в соответствии с рейтингом Sсince Index от РИНЦ за 2021 год занимает среди российских периодических научных изданий:
  - 1-е место по тематике "Связь",
  - 1-е место по тематике "Военное дело",
  - 21-е место по тематике "Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства";
• объем статьи - до 50 страниц, количество цитируемых источников - без ограничений;
• для высокоцитируемых авторов - публикация бесплатна (подробно о стоимости здесь);
• публикация статей в открытом доступе с одновременной передачей полных текстов статей в наукометрические базы учета цитирования;
• относительно короткие сроки обработки статьи: начальное оценивание научного уровня статьи и ее соответствия тематике журнала – 2-3 дня; рецензирование – 10-20 дней; публикация статьи и формирование выходных данных – в среднем 35 дней.

Периодичность выхода журнала 4 номера в год (без учета спецвыпусков).
Публикация в журнале является научным печатным трудом.

Текущий номер № 3 2023

Формирование номера завершено.

Номер сформирован 13 сентября 2023 г.
Данные в РИНЦ переданы 14 сентября 2023 г.

• Фомина Е. С.
  Оценка эффективности применения специализированных нейронных сетей для повышения разрешения изображений, получаемых при дистанционном зондировании Земли
  E. S. Fomina
  Assessment of the feasibity of the use of specialized neural networks to increase the resolution of images obtained by remote sensing of the Earth
• Аннотация / Abstract
  • Постановка задачи: изображения, получаемые с устройств дистанционного зондирования земли, могут отличаться низким качеством из-за несовершенства установленных систем технического зрения и недостаточной ширины канала для их передачи в режиме реального времени. Известные классические методы цифровой обработки изображений, не подходят для увеличения разрешения изображений. Задача суперразрешения таких изображений может быть решена с использованием альтернативных методах, основанных на глубоком машинном обучении. Целью работы является оценка качества и эффективности повышения разрешения изображений с использованием различных моделей нейронных сетей, что позволит сделать вывод о применимости известных метрик при выборе нейросетевых решений для различных категорий изображений. Используемые методы: классификация изображений с применением методов спектрального анализа изображений. Решение задачи суперразрешения и использованием методов машинного обучения, с применением генеративно-состязательных и сверточных нейронных сетей. В качестве метрик оценки эффективности использованы эталонные коэффициенты, основные на пиксельном сравнении, неэталонные (PIQE, NIQE, BRISQUE), работа которых основана на статистической оценке, а также метрики на основе подобия изображений, для расчета которых используется взаимокоррелционный и спектральный анализ. Новизна: элементами новизны представленного решения являются использование классификации изображений на основе энергии высокочастотных зон спектра. Также к элементам новизны стоит отнести определение зависимости использования метрик для оценки эффективности использования специализированных нейронных сетей при повышении разрешения для разных категорий изображений, получаемых с систем технического зрения устройств дистанционного зондирования земли. Результат: проведение вычислительного эксперимента на 10000 изображений показало изменение оценки эффективности повышения разрешения в 4 раза неэталонными метриками в зависимости от категории изображения. Выявлено ограничение использования коэффициентов PSNR и SSIM при оценке эффективности решения задачи суперразрешения. Проведенное исследование показывает потенциальную возможность использования метрик, основанных расчете эксцесса и подобия спектров, в качестве дополнения к классическим неэталонным, а также раскрывает перспективы разработки новых метрик на их основе. Практическая значимость: представленные в исследовании результаты предлагается использовать для принятия решения об эффективности применения методов машинного обучения при увеличении разрешения снимков и для определения допустимости перехода от этапа предобработки изображений, получаемых с устройств дистанционного зондирования земли, к последующей обработке.
  • Purpose. Images obtained from earth remote sensing devices may be of low quality due to the imperfection of the installed vision systems and insufficient channel width for their transmission in real time. Known classical methods of digital image processing are not suitable for increasing the resolution of images. The problem of super resolution of such images can be solved using alternative methods based on deep machine learning. The purpose of the present paper is to evaluate the quality and efficiency of image resolution enhancement using various neural network models, which will allow us to conclude that the known metrics are applicable when choosing neural network solutions for various categories of images. Methods. Image classification using spectral image analysis methods. Solving the problem of super resolution and using machine learning methods, using generative-adversarial and convolutional neural networks. Reference coefficients, based on pixel comparison, non-reference coefficients (PIQE, NIQE, BRISQUE), whose work is based on statistical evaluation, as well as metrics based on image similarity, for the calculation of which cross-correlation and spectral analysis is used, were used as performance evaluation metrics. Novelty. The novelty of the presented solution is the use of image classification based on the energy of the high-frequency zones of the spectrum. Also, the elements of novelty include the determination of the dependence of the use of metrics to assess the effectiveness of the use of specialized neural networks while increasing the resolution for different categories of images obtained from the technical vision systems of earth remote sensing devices. Results. Carrying out a computational experiment on 10,000 images showed a change in the estimate of the efficiency of increasing the resolution by 4 times by non-standard metrics, depending on the category of the image. A limitation of the use of the PSNR and SSIM coefficients in evaluating the efficiency of solving the superresolution problem is revealed. The study shows the potential use of metrics based on the calculation of kurtosis and similarity of spectra as an addition to classical non-reference ones, and also reveals the prospects for developing new metrics based on them. Practical relevance. The results presented in the study are proposed to be used to decide on the effectiveness of the application of machine learning methods when increasing the resolution of images and to determine the admissibility of the transition from the stage of pre-processing of images obtained from remote sensing devices to subsequent processing.
• Ключевые слова / Key words
  • дистанционное зондирование земли, системы технического зрения, суперразрешение, методы машинного обучения, спектральный анализ изображений
  • earth remote sensing, vision systems, super resolution, machine learning methods, image spectral analysis
• Ссылка на статью / Reference
  • Фомина Е. С. Оценка эффективности применения специализированных нейронных сетей для повышения разрешения изображений, получаемых при дистанционном зондировании Земли // Системы управления, связи и безопасности. 2023. № 3. С. 71-90. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-71-90.
  • Fomina E. S. Assessment of the feasibity of the use of specialized neural networks to increase the resolution of images obtained by remote sensing of the Earth. Systems of Control, Communication and Security, 2023, no. 3, pp. 71-90. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-71-90 (in Russian).

• Сидоренко А. А.
  Оценка эффективности турбокода, построенного на основе блочного кода, при декодировании в соответствии с критерием максимума апостериорной вероятности
  A. A. Sidorenko
  Evaluation of the efficiency of a turbo code built on the basis of a block code when decoding in accordance with the criterion of maximum a posteriori probability
• Аннотация / Abstract
  • Постановка задачи: для исправления ошибок, возникающих при передаче информации по каналам связи, в настоящее время широко используются корректирующие коды. В каналах передачи данных с высокой вероятностью появления ошибки наиболее эффективными являются турбокоды. При построении турбокодов на основе блочных и сверточных кодов применяются различные алгоритмы декодирования. При декодировании турбокода на основе блочного кода с использованием синдромной решетки возможна реализация алгоритмов декодирования, применяемых для декодирования турбокодов на основе сверточных кодов. Целью работы является оценка эффективности турбокода, построенного на основе блочного кода, при декодировании в соответствии с алгоритмом декодирования по максимуму апостериорной вероятности (далее – MAP), ранее применявшимся для декодирования турбокодов, построенных на основе сверточных кодов. Предлагается оценить корректирующую способность турбокода, и его возможности по адаптации к изменениям характеристик канала передачи данных. Используемые методы: декодирование турбокода осуществлено с использованием алгоритма MAP. Моделирование процесса декодирования произведено в MS Excel и на языке программирования Python. В тексте программы генерация массивов случайных чисел производилась с использованием библиотеки «scipy» и ее субпакета «stats». При выводе формулы расчета вероятности появления ошибочного бита в декодированном информационном сообщении использовались положения теории вероятностей. Положения теории вероятностей также использовались для формирования мягкого выхода детектора. Новизна: элементами новизны обладает как само использование алгоритма MAP для декодирования турбокода, созданного на основе блочного кода, так и полученные результаты исследования корректирующей способности турбокода и возможности по адаптации его параметров к изменению характеристик канала. Результат: проведенное исследование корректирующей способности показало одинаковую эффективность исследуемого турбокода при его сравнении с турбокодом, созданным на основе систематического сверточного кода при равном числе информационных и кодовых бит. Проведенное моделирование продемонстрировало возможность адаптации параметров исследуемого турбокода к изменениям характеристик канала передачи данных путем выкалывания кодовых бит в количестве не более трех бит для декодирования жесткого решения детектора и не более пяти бит для случая декодирования мягкого решения детектора. Исследована возможность адаптации параметров турбокода путем изменения числа итераций декодирования. Практическая значимость: представленные исследования показали высокую эффективность турбокода, созданного на основе блочного кода, с использованием при декодировании хорошо изученного алгоритма MAP, а также имеющиеся возможности такого турбокода по адаптации к изменениям характеристик канала передачи данных. С целью исследования эффективности турбокода разработан программный тренажер на языке программирования Python.
  • Problem statement: correction codes are now widely used to correct errors that occur when transmitting information via communication channels. In data transmission channels with a high probability of error, turbo codes are the most effective. When constructing turbo codes based on block and convolutional codes, various decoding algorithms are used. When decoding turbo codes based on a block code using a syndrome grid, it is possible to use decoding algorithms used to decode turbo codes based on convolutional codes. The aim of the work is to evaluate the efficiency of a turbo code built on the basis of a block code when decoding in accordance with the MAP algorithm, previously used for decoding turbo codes built on the basis of convolutional codes. It is proposed to evaluate the correcting ability of the turbo code, and its ability to adapt to changes in the characteristics of the data transmission channel. Methods used: turbo code decoding was carried out using the MAP algorithm. The decoding process is modeled in MS Excel and in the Python programming language. In the program text, random number arrays were generated using the «scipy» library and its «stats» sub-package. When deriving the formula for calculating the probability of an erroneous bit appearing in a decoded information message, the provisions of probability theory were used. The provisions of probability theory were also used to form a soft detector output. Novelty: both the use of the MAP algorithm itself for decoding the turbo code created on the basis of the block code, and the obtained results of the study of the correcting ability of the turbo code and the possibility of adapting its parameters to changes in the characteristics of the channel, have elements of novelty. Result: the conducted study of the corrective ability showed the same efficiency of the studied turbo code when compared with a turbo code created on the basis of a systematic convolutional code with the same number of information and code bits. The simulation showed the possibility of adapting the parameters of the turbo code under study to changes in the characteristics of the data transmission channel by splitting out code bits in the amount of no more than three bits to decode the hard solution of the detector, and no more than five bits for the case of decoding the soft solution of the detector. The possibility of adapting turbo code parameters by changing the number of decoding iterations is also investigated. Practical significance: the presented studies have shown good efficiency of the turbo code created on the basis of block code, using the well-studied MAP algorithm when decoding, as well as the available capabilities of such a turbo code to adapt to changes in the characteristics of the data transmission channel. In order to study the effectiveness of the turbo code built on the basis of the Hemming code, a software simulator in the Python programming language was developed.
• Ключевые слова / Key words
  • кодирование с исправлением ошибок, турбокод, алгоритм MAP, блочные коды, сверточные коды, синдромная решетка
  • error correction code, turbo code, MAP algorithm, block codes, convolutional codes syndrome grid
• Ссылка на статью / Reference
  • Сидоренко А. А. Оценка эффективности турбокода, построенного на основе блочного кода, при декодировании в соответствии с критерием максимума апостериорной вероятности // Системы управления, связи и безопасности. 2023. № 3. С. 29-43. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-29-43.
  • Sidorenko A. A. Evaluation of the efficiency of a turbo code built on the basis of a block code when decoding in accordance with the criterion of maximum a posteriori probability. Systems of Control, Communication and Security, 2023, no. 3, pp. 29-43. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-29-43 (in Russian).

---

• Вершков П. А., Казачков В. О., Шевцов В. А.
  Семантические инфокоммуникации как следующий этап развития систем связи
  P. A. Vershkov, V. O. Kazachkov, V. A. Shevtsov
  Semantic infocommunications as the next stage in the development of communication
• Аннотация / Abstract
  • Постановка задачи: в настоящее время в телекоммуникационных системах наблюдаются колоссальные темпы развития. При этом одной из причин является активное внедрение искусственных нейронных сетей и технологий глубокого обучения. Данная особенность позволяет реализовать принципиально новый подход на основе извлечения семантики в построении систем связи, применимых для различных областей от гражданской до военной направленности, делая акцент на основном смысле передаваемой информации в отличии от традиционной формы передачи бинарного потока, характерного системам предыдущих поколений. Задачей работы является исследование семантических инфокоммуникаций. Целью работы является формирование аналитического обзора на основе агрегации и структуризации информации о семантических инфокоммуникационных системах от зарождения концепции и ее основ до современных реализаций разнообразных подходов в зависимости от типа передаваемой информации на прикладном уровне. Используемые методы: реализация семантических инфокоммуникаций базируется на аппарате высшей математики. В частности, линейная алгебра является основным инструментом математических вычислений, необходимых для реализации искусственной нейронной сети. Нейронная сеть отвечает за извлечение семантики из передаваемых данных и является ключевым элементом обработки сигнала в структуре семантической инфокоммуникационной системы. Результаты и новизна: элементом практической новизны работы являются систематизированные особенности построения системы связи с семантическим уровнем обработки информации. В частности, приведена общая структурная схема, рассмотрены основные подходы реализации для различных типов данных, таких как аудио, текстовые и графические данные. Основой акцент сделан на детальную проработку случая передачи и приема графических данных. Выведена структура и типовой подход извлечения семантики на основе сверточной нейронной сети для обработки изображений. Структурированы основные показатели помехоустойчивости. Практическая значимость: представленная информация будет полезна в научной и инженерной практике при исследовании и разработке семантических инфокоммуникаций.
  • Purpose. Currently, telecommunications systems are experiencing tremendous rates of development. At the same time, one of the reasons is the active introduction of artificial neural networks and deep learning technologies. This feature makes it possible to implement a fundamentally new approach based on the extraction of semantics in the construction of communication systems applicable to various fields from civil to military orientation, focusing on the basic meaning of the transmitted information in contrast to the traditional form of binary stream transmission characteristic of systems of previous generations. The task of the work is to study semantic info communications. The aim of the work is to form an analytical review based on the aggregation and structuring of information about semantic infocommunication systems from the origin of the concept and its foundations to modern implementations of various approaches, depending on the type of information transmitted at the application level. Methods. The implementation of semantic infocommunications is based on the apparatus of higher mathematics. In particular, linear algebra is the main tool of mathematical calculations necessary for the implementation of an artificial neural network. A neural network is responsible for extracting semantics from transmitted data and is a key element of signal processing in the structure of a semantic infocommunication system. Results and novelty. An element of the practical novelty of the work is the systematized features of constructing a communication system with the semantic level of information processing. In particular, a general block diagram is given, the main implementation approaches for various types of data, such as audio, text and graphic data, are considered. The main emphasis is placed on a detailed analysis of the case of transmission and reception of graphic data. The structure and typical approach of semantics extraction based on convolutional neural network for image processing are derived. The main indicators of noise resistance are structured. Practical relevance. The presented information will be useful in scientific and engineering practice in the study and development of semantic infocommunications.
• Ключевые слова / Key words
  • семантические инфокоммуникации, семантическое кодирование, гетерогенные системы связи, мобильная связь, архитектура системы связи, нейронные сети, семантическое взаимодействие, сверточные нейронные сети
  • semantic infocommunications, semantic coding, heterogeneous communication systems, cellular communication, communication system architecture, neural networks, semantic interaction, convolutional neural networks
• Ссылка на статью / Reference
  • Вершков П. А., Казачков В. О., Шевцов В. А. Семантические инфокоммуникации как следующий этап развития систем связи // Системы управления, связи и безопасности. 2023. № 3. С. 267-292. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-267-292.
  • Vershkov P. A., Kazachkov V. O., Shevtsov V. A. Semantic infocommunications as the next stage in the development of communication. Systems of Control, Communication and Security, 2023, no. 3, pp. 267-292. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-267-292 (in Russian).

• Карри С., Кенжегулова З. М., Суровцев Р. С.
  Экспериментальное исследование полосковых устройств защиты с модальным разложением
  S. Karri, Z. M. Kenzhegulova, R. S. Surovtsev
  Experimental study of stripline protection devices based on modal decomposition technology
• Аннотация / Abstract
  • Постановка задачи: стремительное развитие радиоэлектронных средств (РЭС) сделало их компактными и функциональными, но при этом в большей степени подверженными влиянию электромагнитных воздействий (ЭМВ). Одним из опасных видов ЭМВ являются мощные сверхширокополосные (СШП) импульсные воздействия. Примечателен подход к защите от СШП воздействий, основанный на разложении воздействующего импульса в полосковых структурах. Предложенная ранее методика позволяет выполнить синтез защитных меандровых линий с асимметричным поперечным сечением с применением оригинального математического аппарата и комплекса численных методов для моделирования и оптимизации. В данной работе представлены результаты экспериментального исследования характеристик устройств защиты, разработанных с применением этой методики. Целью работы является экспериментальное исследование полосковых устройств защиты с модальным разложением. Для её достижения необходимо разработать и изготовить прототипы устройств защиты, получить их частотные и временные характеристики, а также сравнить результаты предварительного численного моделирования и измерений. Используемые методы: для вычислительного эксперимента использовано численное моделирование квазистатическим и электродинамическим подходами для сравнения результатов моделирования и измерений. Для измерения частотных характеристик (S-параметров) предложено применение векторного анализатора цепей (ВАЦ), а на их основе вычисление временных откликов на типовые помеховые воздействия. Для оценки характеристик воздействий на выходе прототипов во временной области вычислены N-нормы. Для оценки излучаемых эмиссий и восприимчивости прототипов предложено измерение частотных зависимостей S-параметров на базе четырехпортового ВАЦ и TEM-камеры и их последующий пересчёт в напряженность электрического поля и напряжения на концах прототипов. Новизна: впервые экспериментально получены временные и частотные характеристики пассивных полосковых устройств защиты с асимметричным поперечным сечением, разработанных с применением предложенной ранее методики и оригинального математического аппарата. Результаты: Разработаны и изготовлены два прототипа защитных устройств. В результате измерений в частотной области выявлен сложный многорезонансный характер частотной зависимости модуля коэффициента передачи |S21| из-за влияния отражений, что приводит к довольно малым частотам среза прототипов. В результате сравнительного анализа форм напряжения на выходе прототипов, выявлена хорошая сходимость результатов моделирования и измерений. Также в результате расчёта N-норм на основе измеренных форм напряжения выявлено существенное ослабление характеристик помеховых воздействий на выходе прототипов. Это позволяет утверждать, что изготовленные устройства обладают более высокими помехоподавляющими свойствами, чем по результатам предварительного моделирования. Анализ излучаемых эмиссий показал, что на частотах резонансов возможно формирование электромагнитного поля значительной напряженности, амплитуда которого может не соответствовать требованиям нормативных документов, что нужно учитывать при расположении вблизи устройств защиты чувствительных цепей. В результате анализа восприимчивости прототипов выявлена возможность наведения сигналов довольно высокой амплитуды на частотах резонансов.
  • Purpose: Rapid development of radio-electronic equipment (REE) has resulted in more compact and functional devices. However, this process also made them more susceptible to electromagnetic interference (EMI). One of the most dangerous types of EMI is powerful ultra-wideband (UWB) pulse interference. Noteworthy is the approach to protection against UWB interferences, based on decomposing the excitation pulse in stripline structures. A previously proposed methodology allows protective meander lines with asymmetric cross-sections to be synthesized using an original mathematical apparatus and a suite of numerical methods that are employed for modeling and optimization. This work presents the results of experimental investigations into the characteristics of protection devices developed using this methodology. The aim of this work is to experimentally investigate stripline protection devices that are based on modal decomposition technology. To achieve this, it is necessary to develop and fabricate prototypes of the protection devices, obtain their frequency and time-domain characteristics, and compare the results with preliminary numerical simulations and measurements. Methods: The computational experiment involved the use of numerical simulation with quasi-static and electrodynamic approaches to compare simulation results and measurements. A vector network analyzer (VNA) was utilized for measuring the frequency characteristics (S-parameters), and based on these measurements, the time-domain responses to typical interference excitations were computed. N-norms were calculated to assess the response characteristics in the time domain. To evaluate the radiated emissions and susceptibility of the prototypes, the frequency-dependent S-parameters were measured using a four-port VNA and a TEM cell, followed by their conversion to electric field strength and voltage at the ends of the prototypes. Novelty: For the first time, the time-domain and frequency characteristics of passive stripline protection devices with asymmetric cross-sections, developed using the previously proposed methodology and original mathematical apparatus, have been experimentally obtained. Results: Two prototypes of protective devices have been developed and manufactured. The measurements in the frequency domain revealed a complex multi-resonant nature of the frequency dependence of the transmission coefficient |S21| due to reflections, resulting in relatively low bandpass frequencies of the prototypes. A comparative analysis of the voltage waveforms at the output of the prototypes demonstrated good agreement between the simulation and measurement results. Additionally, by calculating the N-norms based on the measured voltage waveforms, a significant attenuation of interference characteristics at the output of the prototypes was observed. This suggests that the manufactured devices exhibit higher interference reduction properties compared to the results of preliminary simulation. The analysis of radiated emissions showed that resonance frequencies can lead to the formation of electromagnetic field of significant intensity. The amplitude of this field may not comply with the requirements of regulatory documents, which should be taken into account when placing sensitive circuits near protective devices. Furthermore, susceptibility analysis of the prototypes revealed that the signals of relatively high amplitudes can be induced at resonance frequencies.
• Ключевые слова / Key words
  • электромагнитная совместимость, защита, измерения, сверхширокополосные помехи, модальные искажения, виток меандровой линии
  • electromagnetic compatibility, protection, measurements, ultra-wideband interference, modal distortion, meander turn
• Ссылка на статью / Reference
  • Карри С., Кенжегулова З. М., Суровцев Р. С. Экспериментальное исследование полосковых устройств защиты с модальным разложением // Системы управления, связи и безопасности. 2023. № 3. С. 1-28. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-1-28.
  • Karri S., Kenzhegulova Z. M., Surovtsev R. S. Experimental study of stripline protection devices based on modal decomposition technology. Systems of Control, Communication and Security, 2023, no. 3, pp. 1-28. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-1-28 (in Russian).

---

• Дроздова А. А., Комнатнов М. Е.
  Модели и методы воздействия электростатического разряда, применяемые при моделировании, проектировании и испытаниях радиоэлектронных средств
  A. A. Drozdova, M. E. Komnatnov
  Models and methods of electrostatic discharge exposure used in simulating, designing and testing of radio electronic equipment
• Аннотация / Abstract
  • Постановка задачи: с ростом степени интеграции электронных компонентов, возрастает восприимчивость современных радиоэлектронных средств (РЭС) к воздействию электромагнитных помех (ЭМП). Электростатический разряд (ЭСР) является одним из источников ЭМП, оказывающим негативное влияние на работу РЭС. Высокая чувствительность электронных компонентов к воздействию ЭСР приводит к возникновению обратимых и необратимых отказов, которые должны быть учтены на этапе проектирования критичных РЭС. Учёт различных импульсов воздействия ЭСР с индивидуальной формой тока позволит оценить степень восприимчивости проектируемой РЭС. Целью работы является систематизация существующих аналитических и схемотехнических моделей и методов воздействия ЭСР на РЭС. Используемые методы: для анализа моделей использовалось математическое и схемотехническое задание форм тока ЭСР. Новизна: впервые систематизированы аналитические и схемотехнические модели, определяющие форму тока ЭСР, по степени восприимчивости РЭС. Результат: представлены формы тока воздействия ЭСР на РЭС по моделям человеческого тела, механической, а также заряженных устройств, печатной платы и кабеля. Описан имитатор ЭСР по различным моделям человеческого тела и вычислены их формы тока. Сравнены вычисленные формы тока с формой, представленной в стандарте, а также с измеренными формами. Представлены нетрадиционные методы исследования воздействия ЭСР на испытуемый объект. Практическая значимость: представленные модели и методы воздействия ЭСР позволят провести анализ восприимчивости различных РЭС к воздействию ЭСР на этапе проектирования.
  • Purpose. As the degree of integration of electronic components increases, the susceptibility of modern radio-electronic equipment (REE) to the effects of electromagnetic interference (EMI) increases. Electrostatic discharge (ESD) is one of the sources of EMI, which has a negative impact on the operation of REE. High sensitivity of electronic components to the impact of ESD leads to reversible and irreversible failures, which should be taken into account at the design stage of critical REE. Consideration of different pulses of impact of ESD with individual current waveform will allow to estimate the degree of susceptibility of designed REE. The aim of the work is to systematize existing analytical and circuit models and methods of ESD influence on REE. Methods. Mathematical and schematic specification of ESD current waveforms was used to analyze the models. Novelty. For the first time we systematized analytical and circuit models determining the ESD current waveform by the degree of susceptibility of REE. Results. The current waveform impact of ESD on REE by models of human body, mechanical, as well as charged devices, printed circuit board and cable are presented. An ESD simulator by different human body models is described and their current waveforms are calculated. The calculated current waveforms are compared with the waveforms presented in the standard as well as with measured waveforms. Non-traditional methods of studying the effect of ESD on the test object are presented. Practical relevance. The presented models and methods of ESD influence will allow to analyze the susceptibility of various REE to the influence of ESD at the design stage.
• Ключевые слова / Key words
  • электромагнитная совместимость, радиоэлектронное средство, электростатический разряд, форма тока, восприимчивость, аналитическая модель, схемотехническая модель
  • electromagnetic compatibility, radio-electronic equipment, electrostatic discharge, current waveform, susceptibility, analytical model, circuit model
• Ссылка на статью / Reference
  • Дроздова А. А., Комнатнов М. Е. Модели и методы воздействия электростатического разряда, применяемые при моделировании, проектировании и испытаниях радиоэлектронных средств // Системы управления, связи и безопасности. 2023. № 3. С. 44-70. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-44-70.
  • Drozdova A. A., Komnatnov M. E. Models and methods of electrostatic discharge exposure used in simulating, designing and testing of radio electronic equipment. Systems of Control, Communication and Security, 2023, no. 3, pp. 44-70. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-44-70 (in Russian).

---

• Морозов C. Р., Медведев А. В.
  Квазистатический анализ и оптимизация многослойной печатной платы с модальным резервированием и двусторонней трассировкой
  S. R. Morozov, A. V. Medvedev
  Quasi-static analysis and optimization of a multilayer PCB with modal reservation and a two-sided routing
• Аннотация / Abstract
  • Постановка задачи: для создания радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) необходимо уделять внимание обеспечению функциональной безопасности и электромагнитной совместимости. Данный процесс должен затрагивать все этапы производства аппаратуры. Опасным видом помех для РЭА являются кондуктивные сверхширокополосные помехи (СШП). С целью предотвращения влияния СШП и увеличения функциональной безопасности РЭА используется модальное резервирование (МР). Существует ряд способов компоновки печатных плат (ПП) с МР, но их недостатком является сложность трассировки при большом количестве элементов электронной схемы. Однако есть способ, позволяющий осуществить трассировку проводников электронных схем с большим количеством компонентов за счет расположения проводников на внешнем и внутреннем слоях ПП и их ортогональной трассировки. В то же время, анализ и оптимизация структур ПП, разработанных по данному способу, не проводились. Между тем при попытке оптимизации параметров структур с проводниками на внутреннем и внешнем слоях ПП (геометрические и электрофизические параметры у них общие), изменение исходного набора параметров поперечного сечения структур приводило к изменению модуля разности погонных задержек средних геометрических импедансов четной и нечетной мод по-разному. Например, если при увеличении одного общего параметра для одной структуры модуль разности погонных задержек увеличивался, то для другой она могла уменьшаться. Это приводит к трудностям в процессе оптимизации этих структур на одной ПП, так как без информации о характере зависимостей характеристик от параметров поперечного сечения данных структур невозможно корректно определить оптимальный общий набор параметров. Поэтому, при определении максимальных значений модуля разности погонных задержек, с учетом согласования и без, для данных структур необходимо провести комплексное исследование, включающее анализ и оптимизацию структур. Целью работы является проведение такого исследования. Используемые методы: Для анализа зависимостей рассматриваемых структур использовались одновариантный и многовариантный анализы, а для оптимизации использовались эвристический поиск и генетический алгоритм. Новизна: Впервые анализируются зависимости параметров структур с МР проводников на внешнем и внутреннем слоях, и проводится их оптимизация. Результат: Получена информация о характере зависимостей параметров каждой из исследуемых структур, а также определены оптимальные наборы параметров. Выявлены возможности получения нулевой чувствительности характеристик структур к изменению отдельных параметров. Практическая значимость: Полученные данные могут быть использованы для разработки ПП с МР.
  • Problem statement: For the development of radio-electronic equipment (REA), attention must be paid to ensuring functional safety and electromagnetic compatibility. This process should involve all stages of equipment manufacturing. Conductive ultra-wideband interference (UWBI) is a dangerous type of interference for REA. Modal reservation (MR) is used to prevent the influence of UWB and to increase the functional safety of the REA. There are a number of ways to layout printed circuit boards (PCBs) with MR, but their disadvantage is the complexity of tracing with a large number of electronic circuit elements. However, there is a method that allows the conductor tracing of electronic circuits with a large number of components by arranging the conductors on the outer and inner layers of the PCB and tracing them orthogonally. At the same time, the analysis and optimisation of PCB structures developed by this method have not been carried out. Meanwhile, when trying to optimise the parameters of structures with conductors on the inner and outer layers of the PCB (their geometrical and electrophysical parameters are common), changing the initial set of parameters of the cross-section of the structures led to a change in the modulus of the difference between the delay per unit length and the average geometrical impedances of even and odd modes in different ways. For example, if modulus of the difference between the delay per unit length increased for one structure when increasing one general parameter, it could decrease for another structure. This leads to difficulties in the process of optimisation of these structures on one PCB, because without information on the nature of dependences of characteristics on the cross-sectional parameters of these structures it is impossible to correctly determine the optimal common set of parameters. Therefore, when determining the maximum values of modulus of the difference between the delay per unit length, with and without matching, for these structures, it is necessary to carry out a comprehensive study including analysis and optimisation of the structures The purpose of this work is to conduct such a study. Methods used: Univariate and multivariate analyses were used to analyse the dependencies of the structures considered, and heuristic search and genetic algorithm were used for optimisation. Novelty: For the first time, the dependences of the parameters of structures with MR conductors on the outer and inner layers are analyzed, and their optimization is carried out. Result: Information was obtained on the nature of the dependences of the parameters of each of the structures under study, and the optimal sets of parameters were determined. The possibilities of obtaining zero sensitivity of the characteristics of structures to changes in individual parameters are revealed. Practical relevance: The data obtained can be used to develop software with MR.
• Ключевые слова / Key words
  • электромагнитная совместимость, печатная плата, модальная фильтрация, модальное резервирование, одновариантный анализ, многовариантный анализ, эвристический поиск, генетический алгоритм
  • electromagnetic compatibility, printed circuit board, modal filtering, modal reservation, univariate analysis, multivariate analysis, heuristic search, genetic algorithm
• Ссылка на статью / Reference
  • Морозов C. Р., Медведев А. В. Квазистатический анализ и оптимизация многослойной печатной платы с модальным резервированием и двусторонней трассировкой // Системы управления, связи и безопасности. 2023. № 3. С. 91-106. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-91-106.
  • Morozov S. R., Medvedev A. V. Quasi-static analysis and optimization of a multilayer PCB with modal reservation and a two-sided routing. Systems of Control, Communication and Security, 2023, no. 3, pp. 91-106. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-91-106 (in Russian).

---

• Храмцов М. В., Заболоцкий А. М.
  Экспериментальные исследования периодических СВЧ-структур со свойствами поверхности с высоким импедансом
  M. V. Khramtsov, A. M. Zabolotsky
  Experimental investigations of periodic microwave structures with high impedance surface properties
• Аннотация / Abstract
  • Постановка задачи: Современная тенденция к миниатюризации и повышению быстродействия, приводит к увеличению тактовых частот, скорости передачи данных, увеличению плотности монтажа, интеграции радиоэлектронных средств (РЭС) в единые системы. Это, в свою очередь, делает современные высокоскоростные системы очень чувствительными к электромагнитным помехам (ЭМП). Кроме того, РЭС используемые в критичных областях, таких как военная, промышленная, добывающая, подвергаются жестким условиям эксплуатации, в виде повышенных и пониженных температур. В свою очередь, традиционные устройства помехозащиты имеют узкий диапазон рабочих частот из-за своих паразитных параметров, большие габариты и ограниченный рабочий температурный диапазон. В этих условиях целесообразно использовать проводящий рисунок в слоях ПП, выполненный особым образом, для защиты цепей питания ПП от кондуктивных ЭМП. Такое техническое решение имеет минимальные габариты, малую стоимость, просты в изготовлении по технологическим процессам, используемым производителями ПП и способно работать в широком диапазоне температур в зависимости от токовой нагрузки. Для решения данной задачи предлагается исследовать периодические структуры со свойствами поверхности с высоким импедансом (ПВИ). Целью работы является исследование периодических ПВИ-структур для обеспечения целостности питания (ЦП) РЭС в условиях воздействия температуры окружающего воздуха от минус 60 до +30?С. Используемые методы: Для измерения частотных характеристик (S-параметров) предложено применение векторного анализатора цепей (ВАЦ), а на их основе вычисление временных откликов на воздействие импульсной помехи. Для оценки нагрева проводящего рисунка предлагается использование термопары K-типа, совместно с вольтметром универсальным, а токовая нагрузка задается источником электрического тока. При этом условия воздействия широкого диапазона температур создаются с помощью термокамеры. Новизна: впервые экспериментально получены частотные характеристики ПВИ-структуры с двойной спиралью для обеспечения ЦП. На основе частотных характеристик оценено воздействие импульсной помехи на исследуемые ПВИ-структуры, а также выполнено сравнение полученных результатов. Получены зависимости нагрева проводящего рисунка от времени в условиях воздействия температуры окружающего воздуха от минус 60 до +30?С Результат: Разработаны и изготовлены прототипы ПВИ-структур в различных конфигурациях. Измерены их S-параметры, в диапазоне частот от 0,01 до 10 ГГц. ПВИ-структуры позволяют обеспечить подавление кондуктивной помехоэмиссии до минус 60 дБ на отдельных частотах, а в диапазоне от 2 до 10 ГГц не менее, чем на 25 дБ. Выполнена оценка напряжения на выходе структур при воздействии импульсной помехи. Амплитуда напряжения на выходе всех структур значительно снижается, минимальное значение составляет 13,2 мВ при 457 мВ на входе. Длительность импульса на выходе увеличивается в 1,91–2,42 раза. Исследовано влияние токовой нагрузки, величиной 5 А, на нагрев проводящего рисунка в условиях воздействия различной температуры окружающего воздуха. Измерения проводились в термокамере при температурах минус 60, 0 и +30?С. Максимальный нагрев выявлен в структуре с меандром, прирост температуры составил 58,7?С, а температура проводящего рисунка равна 88,7?С. Практическая значимость: представленные периодические ПВИ-структуры могут быть использованы при проектировании цепей питания печатных плат для обеспечения ЦП РЭС.
  • Purpose. The modern trend towards miniaturization and higher performance, leads to an increase in clock frequencies, data transmission speeds, increased mounting density, and integration of radio-electronic equipment (REE) into unified systems. This, in turn, makes modern high-speed systems very sensitive to electromagnetic interference (EMI). In addition, REE used in critical areas such as military, industrial, mining, are subjected to harsh operating conditions in the form of elevated and subzero temperatures. In turn, traditional interference protection devices have a narrow range of operating frequencies due to their parasitic parameters, large size and limited operating temperature range. In these conditions it is expedient to use a conductive pattern in the layers of the PCB, made in a special way, to protect the PCB power supply circuits from conductive EMI. Such a technical solution has minimal dimensions, low cost, is simple to manufacture according to the technological processes used by PCB manufacturers and is able to operate in a wide temperature range depending on the current load. To solve this problem, it is proposed to investigate periodic structures with high impedance surface (HIS) properties. The aim of the work is to investigate periodic HIS structures to ensure the power integrity (PI) of REE under the influence of ambient air temperature from minus 60 to +30?С. The methods: used to measure the frequency characteristics (S-parameters) are suggested to use a vector network analyzer (VNA), and on their basis to calculate the time responses to the impact of pulse interference. To assess the heating of the conducting pattern it is proposed to use a K-type thermocouple, together with a universal voltmeter, the current load is set by the electric current source. In this case, conditions of wide temperature range are created by means of thermal chamber. Novelty: for the first time the frequency characteristics of double helix HIS-structures for providing PI have been experimentally obtained. On the basis of frequency characteristics the impact of impulse interference on the studied HIS-structures is estimated, and also the comparison of the obtained results is made. Time dependences of the conductive pattern heating under the conditions of ambient air temperature from minus 60 to +30?С were obtained. Result: Prototypes of HIS-structures in different configurations were designed and manufactured. Their S-parameters were measured; in the frequency range from 0.01 to 10 GHz. HIS-structures allow suppression of conducted noise emission up to minus 60 dB at some frequencies, and in the range from 2 to 10 GHz not less than 25 dB. Evaluation of the voltage response at the output of the structures under the influence of pulse interference was performed. The amplitude of the pulse at the output of all the structures decreases significantly, the minimum value is 13.2 mV, and the maximum 57 mV. The output pulse duration increases in the range from 1.91 to 2.42 times. The effect of a current load, 5 A, on the heating of the conductive pattern under conditions of exposure to different ambient air temperatures was investigated. Measurements were carried out in the thermal chamber at temperatures of minus 60, 0 and +30?С. The maximum heating of the structure was revealed in the structure with meander, the temperature increase was 58.7?С, and the temperature of the conducting pattern was 88.7?С. Practical Significance: The presented periodic HIS-structures can be used in the design of PCB power circuits to provide the PI of the REE.
• Ключевые слова / Key words
  • периодическая структура, импеданс, помехоэмиссия, S-параметры, импульс, температура
  • periodic structure, impedance, noise emission, S-parameters, impulse, temperature
• Ссылка на статью / Reference
  • Храмцов М. В., Заболоцкий А. М. Экспериментальные исследования периодических СВЧ-структур со свойствами поверхности с высоким импедансом // Системы управления, связи и безопасности. 2023. № 3. С. 107-123. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-107-123.
  • Khramtsov M. V., Zabolotsky A.M. Experimental investigations of periodic microwave structures with high impedance surface properties. Systems of Control, Communication and Security, 2023, no. 3, pp. 107-123. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-107-123 (in Russian).

---

• Иванцов И. А.
  Модальное разложение помехи в связанной микрополосковой линии при удалении сигнальных проводников друг от друга
  I. A. Ivantsov
  Modal decomposition of interference in a coupled microstrip line when the signal conductors are distant from each other
• Аннотация / Abstract
  • Постановка задачи: мощные сверхширокополосные (СШП) импульсы наносекундного и субнаносекундного диапазонов могут проникать в различные узлы, блоки и цепи радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Результатом такого воздействия может быть повреждение интегральных схем и выгорание компонентов, что приводит к частичному или полному отказу РЭА. Существуют решения для защиты при воздействии СШП помех, в числе которых фильтры. Ряд работ посвящен фильтрам СШП-помех на основе микрополосковых структур, к которым относятся и модальные фильтры (МФ). Недостатком МФ является необходимость трассировки или компоновки проводников в непосредственной близости друг к другу, что повышает вероятность их одновременного механического или теплового повреждения. Однако при удалении проводников друг от друга пропадает помехозащищенность, обусловленная модальными искажениями. Таким образом, важно выявить пути предотвращения одновременного повреждения обоих сигнальных проводников, при сохранении помехозащищенности, обеспечиваемой модальной фильтрацией. Цель работы – сохранение эффекта модальной фильтрации помехи при удалении сигнальных проводников друг от друга. Используемые методы: выполняется квазистатическое моделирование временного отклика в частотной области, с использованием метода моментов для вычисления матриц погонных параметров. Предлагается добавление дополнительного, связывающего проводника над сигнальными, покрывающего их по всей ширине, что позволит поддерживать электромагнитную связь между сигнальными проводниками, в том числе при удалении их друг от друга. Новизна: представлены новые способы реализации цепей с модальным резервированием (МР), для повышения электромагнитной связи между проводниками линии передачи, из двух заявок на изобретение. Результат: использование представленного решения позволяет повысить надежность при сохранении помехоподавляющих свойств, обеспечиваемых модальным разложением помехового сигнала. Практическая значимость: представленный способ открывает новые возможности применения МФ в разработке печатных плат с МР, а именно, позволяет удалить друг от друга резервируемые проводники в критичных системах, например, беспилотных летательных аппаратах.
  • The problem: Powerful ultra-wideband (UWB) pulses of nanosecond and subnanosecond range can penetrate into various nodes, blocks and circuits of radioelectronic equipment (REA). This can result in damage to integrated circuits and burnout of components, resulting in partial or complete failure of the equipment. There are solutions for protection under the impact of UWB interference, including filters. A number of works are devoted to UWB interference filters on the basis of microstrip structures, which include modal filters (MF). A disadvantage of MFs is the need to trace or arrange conductors in proximity to each other, which increases the likelihood of simultaneous mechanical or thermal damage. However, when conductors are separated from each other, the interference immunity due to modal distortions disappears. Thus, it is important to identify ways to prevent simultaneous damage to both signal conductors, while preserving the noise immunity provided by modal filtering. The aim of the work is to preserve the effect of modal filtering of interference when the signal conductors are removed from each other. The methods: Quasi-static simulationg of the time response in the frequency domain is performed, using the method of moments to calculate the matrices of the running parameters. It is proposed to add another bonding conductor over the signal conductors, covering their full width, which will allow maintaining electromagnetic connection between signal conductors, including at their distance from each other. The novelty: There are presented new ways of realization of chains with modal redundancy (MR), to increase electromagnetic coupling between transmission line conductors, from two applications for the invention. The result: The use of the presented solution allows increasing reliability while preserving the interference-suppressing properties provided by the modal decomposition of the interfering signal. Practical significance: The presented method opens up new opportunities for application of MF in development of printed circuit boards with MR, namely, it allows removing the redundant conductors from each other in critical systems, such as unmanned aerial vehicles.
• Ключевые слова / Key words
  • модальное резервирование, электромагнитная совместимость, сверхширокополосные помехи, функциональная безопасность, зеркально-симметричная структура, межсоединения, линия передачи
  • modal redundancy, electromagnetic compatibility, ultra-wideband interference, functional safety, mirror-symmetric structure, interconnections, transmission line
• Ссылка на статью / Reference
  • Иванцов И. А. Модальное разложение помехи в связанной микрополосковой линии при удалении сигнальных проводников друг от друга // Системы управления, связи и безопасности. 2023. № 3. С. 124-133. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-124-133.
  • Ivantsov I. A. Modal decomposition of interference in a coupled microstrip line when the signal conductors are distant from each other. Systems of Control, Communication and Security, 2023, no. 3, pp. 124-133. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-124-133 (in Russian).

---

• Белоусов А. О.
  Подходы к обеспечению электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств в составе комплекса функционального поражения беспилотных летательных аппаратов мощным электромагнитным излучением
  A. O. Belousov
  Approaches to Ensuring Electromagnetic Compatibility of Radio-Electronic Equipment as Part of the EMI-Based Functional Destruction Means for Unmanned Aerial Vehicles
• Аннотация / Abstract
  • Постановка задачи: В силу постоянного развития современных радиоэлектронных средств (РЭС), все большее внимание привлекает обеспечение должной электромагнитной обстановки для их надлежащего функционирования. Как известно, электромагнитные помехи (ЭМП) могут отказывать негативное влияние на работу критически важных компонентов РЭС. В этой связи, актуальна разработка эффективных методов и технологий для защиты РЭС от деструктивного воздействия ЭМП. В рамках данной работы, в качестве источников ЭМП рассматриваются средства функционального поражения (ФП) электромагнитным излучением (ЭМИ) с использованием генераторов мощного сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения в задачах противодействия беспилотным летательным аппаратам (БПЛА). Сложность обеспечения «избирательности» генераторов СВЧ-излучения в составе средств ФП ЭМИ, в отношении поражаемых РЭС, может привести к сбоям в работе внутренних компонентов радиоэлектронных систем (приемников, передатчиков, генераторов сигналов, устройств управления, стабилизации и формирования команд, электронно-вычислительных устройств и др.). Поэтому актуально обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС) средств ФП ЭМИ с другими РЭС в составе комплекса противодействия БПЛА, в частном случае, «своими» БПЛА, которые могут находиться в области поражения средств ФП ЭМИ. Целью работы является представление предварительных результатов по созданию, структурированию и детализации новых подходов к обеспечению ЭМС РЭС в составе комплекса противодействия БПЛА средствами ФП ЭМИ. Используемые методы: при моделировании использована система квазистатического моделирования, основанная на методе моментов, а при оптимизации – простой генетический алгоритм, модифицированный алгоритм эволюционных стратегий и метод случайного поиска (СП). Оптимизация выполнялась по целевой функции, состоящей из двух критериев: амплитудного и критерия согласования. При измерениях использованы осциллограф Tektronix DSA 8300 и векторный анализатор электрических цепей «Панорама» Р4226. Новизна: впервые предлагается совокупность разноплановых подходов к обеспечению ЭМС РЭС в составе комплекса противодействия БПЛА средствами ФП ЭМИ, в том числе теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) в составе диверсионного подхода; модальные фильтры (МФ) на основе кабельных структур; программные средства с реализованными возможностями оптимизации МФ посредством эволюционных алгоритмов и методом СП. Результат: Продемонстрирована приемлемость предложенных подходов на примерах использования некоторых из них. В части использования ТРИЗ в составе диверсионного подхода, сформулированы основные принципы ТРИЗ и диверсионного подхода, применимые к решению поставленной задачи. Сформулирован приближенный алгоритм использования ТРИЗ в составе диверсионного подхода в задаче обеспечения ЭМС БПЛА при воздействии средствами ФП ЭМИ и детализированы два сценария воздействия сверхширокополосных (СШП) помех на внешнюю антенну и систему электрического соединения БПЛА. В части модальной фильтрации, отмечены основные МФ, применимые к решению поставленной задачи. В части МФ на основе кабельных структур, выполнены моделирование и измерение характеристик экспериментальных макетов таких МФ при воздействии СШП-помех. Конкретизированы пути модернизации таких МФ для применения в реальных конфигурациях БПЛА. В части оптимизации, рассмотрена оптимизация двух МФ (с разной геометрией поперечного сечения) по двум критериям тремя алгоритмами. Практическая значимость: структурированные подходы к обеспечению ЭМС РЭС в составе комплекса противодействия БПЛА средствами ФП ЭМИ, а также технические решения, полученные на ее основе, могут являться инструментарием для разработчиков и инженеров комплексов средств ФП ЭМИ и БПЛА для обеспечения защиты РЭС от деструктивного воздействия ЭМП, который может применяться как на этапе производства, так и для модернизации существующих систем.
  • Problem statement. Due to the constant progress in the development of modern radio-electronic equipment (REE), there is growing attention from the scientific community towards ensuring the proper level of electromagnetic environment for their correct operation. It is known that various types of electromagnetic interference (EMI) can have a detrimental impact on the performance of critical components of REE. Therefore, there is a need to develop effective methods and technologies to protect REE from the destructive effects of EMI. In this study, EMI-based functional destruction means, which utilize powerful microwave radiation generators, are considered as sources of EMI for countering unmanned aerial vehicles (UAVs). The complexity of achieving selectivity in the microwave radiation generators concerning the targeted REE can lead to malfunctions in the internal components of radio-electronic systems such as receivers, transmitters, signal generators, control devices, stabilization and command formation systems, and electronic computing devices. This fact emphasizes the importance of ensuring electromagnetic compatibility (EMC) between EMI-based functional destruction means and other REE within the UAV counteraction complex. Additionally, it is crucial to ensure EMC for «friendly» UAVs that may be within the range of the EMI-based functional destruction means. The purpose of this work is to present preliminary results on the creation, structuring and detailing of new approaches to ensuring the EMC of REE as part of a complex for countering UAVs using EMI-based functional destruction means. The methods used in this study include a quasi-static simulation system based on the method of moments and optimization using a simple genetic algorithm, modified evolutionary strategies algorithm, and random search method. The optimization is performed based on an objective function that includes two criteria: amplitude and matching one. The measurements were conducted using a Tektronix DSA 8300 oscilloscope and «Panorama» R4226 vector network analyzer. Novelty. For the first time, a combination of various approaches and methods within a unified methodology for EMC ensuring for UAVs and their counteraction complexes using EMI-based functional destruction means is proposed. This is supported by the application of the Theory of Inventive Problem Solving (TRIZ) as part of a diversionary approach, modal filtration, modal filters (MF) based on cable structures, and software tools, including optimization capabilities of MF using evolutionary algorithms and the random search method. Results. The feasibility of the proposed methods and approaches has been demonstrated through several examples. In terms of using TRIZ as part of the diversionary approach, the main principles of TRIZ and the diversionary approach applicable to the task of EMC ensuring for UAVs under the influence of EMI-based functional destruction means have been formulated. An approximate algorithm for using TRIZ as part of the diversionary approach in the task of EMC ensuring for UAVs, specifically when exposed to EMI-based functional destruction means, has been outlined, and two scenarios of the excitation of high-power microwave interference on the external antenna and connection system of UAVs have been detailed. Regarding modal filtration, the main MF applicable to the task has been identified. In terms of MF based on cable structures, simulation and measurement of characteristics of experimental models of such MF under the excitation of high-power microwave interference have been performed. Pathways for the modernization of such MF for use in real UAV configurations have been specified. In terms of optimization, the optimization of two MF (with different cross-sectional geometries) based on two criteria using three algorithms has been considered. Practical relevance. The structured methods and approaches within the unified methodology for EMC ensuring for UAVs and their counteraction complexes using EMI-based functional destruction means, as well as the technical solutions derived from it, can be valuable tools for developers and engineers of EMI-based functional destruction means and UAV complexes to ensure the protection of REE from the destructive EMI effects. These tools can be applied during the production stage or for the modernization of existing systems.
• Ключевые слова / Key words
  • СШП-помехи, электромагнитная совместимость, беспилотные летательные аппараты, ТРИЗ, модальная фильтрация, оптимизация, функциональное поражение, электромагнитное излучение
  • High-power microwave interference, electromagnetic compatibility, unmanned aerial vehicles, TRIZ, modal filtration, optimization, functional destruction, electromagnetic interference
• Ссылка на статью / Reference
  • Белоусов А. О. Подходы к обеспечению электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств в составе комплекса функционального поражения беспилотных летательных аппаратов мощным электромагнитным излучением // Системы управления, связи и безопасности. 2023. № 3. С. 134-196. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-134-196.
  • Belousov A. O. Approaches to Ensuring Electromagnetic Compatibility of Radio-Electronic Equipment as Part of the EMI-Based Functional Destruction Means for Unmanned Aerial Vehicles. Systems of Control, Communication and Security, 2023, no. 3, pp. 134-196. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-134-196 (in Russian).

---

• Максимов А. Е.
  Использование адаптивной перекрестной аппроксимации и блочного итерационного решения последовательности матричных уравнений при многовариантном анализе многопроводных линий передачи методом моментов
  A. E. Maksimov
  Use of Adaptive Cross Approximation and Block Iterative Solution of a Matrix Equations Sequence in Multivariate Analysis of Multiconductor Transmission Lines by the Method of Moments
• Аннотация / Abstract
  • Постановка задачи: с ростом сложности радиоэлектронных средств их разработка и совершенствование становятся невозможными без применения инструментов автоматизированного проектирования. Многопроводные линии передачи широко используются в качестве элементов радиоэлектронных средств и требуют тщательного проектирования для учета требований по целостности сигналов и питания, а также электромагнитной совместимости в целом. Из-за сложности структуры многопроводных линий передачи их проектирование при помощи аналитических методов затруднительно, поэтому часто используют квазистатическое приближение и численные методы, например, метод моментов. Случайные вариации геометрических параметров многопроводных линий передачи и поиск их оптимальных значений заставляют многократно вычислять параметры линии, что приводит к дополнительному росту суммарных вычислительных затрат. Таким образом, актуальной задачей является уменьшение вычислительных затрат на многовариантный анализ многопроводных линий передачи. Целью работы является оценка эффективности использования адаптивной перекрестной аппроксимации и блочного итерационного решения последовательности матричных уравнений применительно к многовариантному анализу многопроводных линий передачи. Используемые методы: метод моментов, блочный итерационный стабилизированный метод бисопряженных градиентов (Bl-BiCGStab), метод адаптивной перекрестной аппроксимации. Новизна: предложен метод многовариантного анализа многопроводных линий передачи, отличающийся совместным использованием адаптивной перекрестной аппроксимации и блочного итерационного решения последовательности матричных уравнений. Результат: на примере четырех многопроводных линий передачи с числом проводников от 2 до 4 для их многовариантного (до 100 на параметр) анализа при варьировании 1–5 геометрических параметров, как в узких, так и в широких пределах, исследовано использование блочного итерационного решения последовательности матричных уравнений, показавшее уменьшение требуемого времени решения в среднем в 1,3 раза. Также на примере двух многопроводных линий передачи исследовано совместное использование адаптивной перекрестной аппроксимации и блочного итерационного решения последовательности матричных уравнений, показавшее уменьшение объема требуемой машинной памяти до 3,6 раза при увеличении требуемого времени решения до 2,6 раза. Все результаты получены при отклонении относительно метода Гаусса не более 1%. Практическая значимость: применительно к многовариантному анализу многопроводных линий передачи выявлены возможности уменьшения требуемых машинных памяти и времени за счет использования методов адаптивной перекрестной аппроксимации и Bl-BiCGStab. Так, адаптивная перекрестная аппроксимация является эффективным средством выполнения расчетов при необходимости использования частой сегментации и ограниченном объеме имеющейся машинной памяти.
  • Purpose. Performance evaluation of adaptive cross approximation and block iterative solution of a sequence of matrix equations as applied to multivariate analysis of multiconductor transmission lines. Methods. Method of moments, block iterative stabilized biconjugate gradient method (Bl-BiCGStab), method of adaptive cross approximation. Novelty. A method for multivariate analysis of multiconductor transmission lines is proposed, characterized by the joint use of adaptive cross-approximation and block iterative solution of a sequence of matrix equations. Results. On the example of four multiconductor transmission lines with the number of conductors from 2 to 4 for their multivariant (up to 100 per parameter) analysis when varying 1-5 geometric parameters, both in narrow and wide limits, the use of block iterative solution of the sequence of matrix equations is investigated, showing a decrease in the required solution time by an average of 1.3 times. Also, on the example of two multiconductor transmission lines, the joint use of adaptive cross approximation and block iterative solution of a sequence of matrix equations is investigated, showing a reduction in the amount of required machine memory by a factor of 3.6 while increasing the required solution time by a factor of 2.6. All results are obtained with deviation from the Gauss method not more than 1%. Practical relevance. With respect to multivariate analysis of multiconductor transmission lines, the possibilities of reducing the required machine memory and time by using the methods of adaptive cross approximation and Bl-BiCGStab are revealed. Thus, adaptive cross approximation is an effective means of performing calculations when frequent segmentation is required and the available machine memory is limited.
• Ключевые слова / Key words
  • многопроводная линия передачи, многовариантный анализ, метод моментов, блочный итерационный метод Bl-BiCGStab, адаптивная перекрестная аппроксимация
  • multiconductor transmission line, multivariate analysis, method of moments, block iterative method Bl-BiCGStab, adaptive cross approximation
• Ссылка на статью / Reference
  • Максимов А. Е. Использование адаптивной перекрестной аппроксимации и блочного итерационного решения последовательности матричных уравнений при многовариантном анализе многопроводных линий передачи методом моментов // Системы управления, связи и безопасности. 2023. № 3. С. 197-226. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-197-226.
  • Maksimov A. E. Use of Adaptive Cross Approximation and Block Iterative Solution of a Matrix Equations Sequence in Multivariate Analysis of Multiconductor Transmission Lines by the Method of Moments. Systems of Control, Communication and Security, 2023, no. 3, pp. 197-226. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-197-226 (in Russian).

• Афонин И. Е., Макаренко С. И., Петров С. В.
  Модель оценивания устойчивости системы управления воздушно-космической обороной в конфликте со средствами воздушно-космического нападения
  I. E. Afonin, S. I. Makarenko, S. V. Petrov
  Model for assessing the stability of an aerospace defense control system in conflict with aerospace attack means
• Аннотация / Abstract
  • Актуальность. Актуальность вопросов повышения устойчивости системы управления (СУ) воздушно-космической обороной (ВКО) обусловлена все большим возрастанием военно-политической напряженности между Российской Федерацией и странами коллективного Запада. На случай перерастания напряженности в вооруженный конфликт в США разработана оперативно-стратегическая концепция «Быстрый глобальный удар» (БГУ), предполагающая быстрый одновременный удар большого количества средств поражения высокоточного оружия (ВТО), прежде всего, крылатыми ракетами (КР) морского и воздушного базирования, по выбранным целям, административным и военным центрам, в том числе и по пусковым установкам межконтинентальных баллистических ракет (МБР). При этом первой эшелон БГУ будет состоять из средств воздушно-космического нападения (СВКН), ориентированных на поражение элементов системы ВКО с целью снижения ее эффективности при отражении удара СВКН последующих эшелонов БГУ. То есть задача повышения устойчивости системы ВКО в условиях удара СВКН первого эшелона БГУ является актуальной. Целью работы является разработка модели оценивания устойчивости СУ ВКО в конфликте со СВКН. Материал статьи в дальнейшем планируется к использованию для разработки и исследования моделей развития и прогнозирования результатов конфликтного взаимодействия СВКН противника и системы ВКО, а также для исследования устойчивости системы ВКО при нанесении противником БГУ. Результаты и их новизна. Новизной разработанной модели, отличающей ее от известных работ, является: введение интегрального показателя устойчивости СУ ВКО, как средней вероятности устойчивости информационного направления (ИН) в СУ ВКО между ее элементами, являющейся сверткой структурных и временных параметров устойчивости отдельных ИН в СУ ВКО; введение в состав структурных параметров устойчивости ИН параметров, в формализованном виде учитывающих возможности радио- и радиотехнической и оптико-электронной разведки противника при вскрытии элементов СУ ВКО, а также параметров, учитывающих возможности СВКН по физическому и функциональному поражению элементов СУ ВКО, радиоэлектронному подавлению каналов связи и радиолокационных станций (РЛС); введение в состав временных параметров устойчивости ИН параметров, которые в формализованном виде учитывают возможности восстановления управления системой ВКО за счет реконфигурации путей передачи данных информационного обеспечения и команд боевого управления в СУ ВКО, переключения на резервные пути передачи в составе ИН при выходе из строя элементов системы ВКО в результате воздействия СВКН, а также длительность переходных режимов восстановления управления в СУ ВКО при изменении ее структуры. Практическая значимость. Представленная в работе модель будет полезна научным работникам и соискателям, ведущим научные исследования в области исследования информационных конфликтов, повышения боевой эффективности системы ВКО и повышения устойчивости ее системы управления при нанесении противником БГУ.
  • Relevance. Increasing the stability of the aerospace defense control system (ASDCS) are a relevant task as military and political tensions between the Russian Federation and the enemy countries are increasing. In case if this tensions escalate into an combat conflict, the United States (US) has developed the operational and strategic concept of a "Prompt Global Strike" (PGS), which assumes a rapid simultaneous strike of a large number of high-precision weapons (HPW), primarily cruise missiles, at administrative and military centers of Russia. At the same time, the first echelon of the PGS will consist of aerospace attack means (ASAM), which should hit ASDCS elements to reduce its effectiveness ASDCS when subsequent echelons of the BSU will pass. That is, the task of increasing the stability of ASDCS in the conditions of the impact of ASAM of the first echelon of the BSU is relevant. The aim of the work is to develop the model for the stability assessing of ASDCS in conflict with the ASAM. The material of the article is planned to be used for the development and research of models for the development and forecasting of the results of the conflict interaction of ASDCS and enemy's ASAM, as well as for the study of ASDCS stability when the enemy strikes of PGS. Results and their novelty. The novelty of this model is: 1) an integral stability indicator is introduced, which joint of the structural and temporal stability parameters of individual elements of ASDCS; 2) structural parameters are introduced that take into account the capabilities of signal and imagery reconnaissance of the enemy, as well as parameters that take into account the capabilities of ASAM for the physical and functional defeat of the elements of ASDCS, parameters of enemy electronic warfare against communications channels and radar of ASDCS; 3) time parameters are introduced that take into account the duration of transient processes of recovery control in ASDCS when its structure changes. Practical significance. The model, that presented in this paper, will be useful for technical specialists to justify new technological solutions for ASDCS. In addition, this model will be useful for researchers and carrying out study in the field of combat conflict and in the field of the stability of ASDCS.
• Ключевые слова / Key words
  • устойчивость, радиоэлектронная разведка, радиоэлектронное подавление, радиоэлектронная борьба, средства воздушно-космического нападения, средства воздушного нападения, система управления, противовоздушная оборона, воздушно-космическая оборона, конфликт, боевое противоборство, огневое поражение
  • stability, electronic intelligence, electronic suppression, electronic warfare, means of aerospace attack, control system, air defense, aerospace defense, conflict, fire damage
• Ссылка на статью / Reference
  • Афонин И. Е., Макаренко С. И., Петров С. В. Модель оценивания устойчивости системы управления воздушно-космической обороной в конфликте со средствами воздушно-космического нападения // Системы управления, связи и безопасности. 2023. № 3. С. 227-266. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-227-266.
  • Afonin I. E., Makarenko S. I., Petrov S. V. Model for assessing the stability of an aerospace defense control system in conflict with aerospace attack means. Systems of Control, Communication and Security, 2023, no. 3, pp. 227-266. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-227-266 (in Russian).

• Левин В. И.
  Евгений Петрович Осадчий: выдающийся ученый – метролог
  V. I. Levin
  Evgeny Petrovich Osadchy: The Outstanding Scientist in Metrology
• Аннотация / Abstract
  • Актуальность. Рассматривается биография видного ученого-метролога Евгения Петровича Осадчего. Цель статьи – на примере научной работы Е.П. Осадчего сформировать у начинающих ученых понимание различных подходов к формированию новых научных знаний. Результат. Для достижения цели статьи использованы отечественная и зарубежная литература и воспоминания учеников и коллег Е.П. Осадчего. Изложен смысл основных научных результатов ученого. Новизна и теоретическая значимость. Воссоздана научная биография Е.П. Осадчего. Акцент сделан на работы ученого в области измерительной техники и датчикостроения. Статья будет полезна молодым ученым в области техники, изучающим методологию научных исследований
  • Relevance. The biography of the prominent metrologist Evgeny Petrovich Osadchy is considered. The purpose of the article is to use the example of scientific work of E.P. Osadchy to form among beginning scientists an understanding of various approaches to formation of new scientific knowledge. Result. To achieve the purpose of the article, domestic and foreign literature and memories of E.P. Osadchy’s students and colleagues were used. The meaning of the scientist’s main results is outlined. Novelty and theoretical significance. The scientific biography of E.P. Osadchy has been reconstructed. The emphasis is on his work in field of measurement technology and sensor engineering. The article will be useful to young scientists in field of technology studying the methodology of scientific research.
• Ключевые слова / Key words
  • измерительная техника, датчикостроение, космические исследования, Е.П. Осадчий, Ленинградский политехнический институт, Пензенский госуниверситет
  • measuring technology, sensor engineering, space research, E.P. Osadchy, Leningrad Polytechnic Institute, Penza State University
• Ссылка на статью / Reference
  • Левин В. И. Евгений Петрович Осадчий: выдающийся ученый – метролог // Системы управления, связи и безопасности. 2023. № 3. С. 293-301. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-293-301.
  • Levin V. I. Evgeny Petrovich Osadchy: The Outstanding Scientist in Metrology. Systems of Control, Communication and Security, 2023, no. 3, pp. 293-301. DOI: 10.24412/2410-9916-2023-3-293-301 (in Russian).