Вычислительный метод синтеза адаптированных зондирующих сигналов на основе вейвлет-модуляции для гидроакустических систем с элементами микро- и наноэлектромеханики
(Стр. 154-161)
Подробнее об авторах
Комаров Павел Вячеславович
аспирант
МИРЭА – Российский технологический университет
г. Москва, Российская Федерация Потехин Дмитрий Станиславович доктор технических наук, доцент; профессор, кафедра вычислительной техники; МИРЭА – Российский технологический университет; г. Москва, Российская Федерация
МИРЭА – Российский технологический университет
г. Москва, Российская Федерация Потехин Дмитрий Станиславович доктор технических наук, доцент; профессор, кафедра вычислительной техники; МИРЭА – Российский технологический университет; г. Москва, Российская Федерация
Нажимая на кнопку купить вы соглашаетесь с условиями договора оферты
Аннотация:
Рассматривается проблема энергетического рассогласования между зондирующим сигналом и резонансными характеристиками пьезоэлектрических преобразователей в гидроакустических системах, включая устройства на основе микро- и наноэлектромеханических систем (MEMS/NEMS). Предложен вычислительный метод комплексной оптимизации тракта «сигнал–преобразователь–обработка», основанный на экспериментальном определении импедансных характеристик датчика и синтезе адаптированного сигнала с использованием вейвлет-модуляции. Сформулирован спектральный критерий оптимальности, требующий пропорциональности амплитудного спектра сигнала модулю проводимости преобразователя. Разработана вычислительная процедура выбора параметров комплексного вейвлета Морле (центральная частота, масштаб, длительность), обеспечивающая максимизацию излучаемой энергии в заданной полосе частот. Представлены результаты математического моделирования и натурного эксперимента, подтверждающие повышение энергетической эффективности на 20–25% и улучшение разрешающей способности в 1,68 раза по сравнению с традиционными методами. Показана применимость разработанного подхода для оптимизации работы микро- и наноразмерных пьезоэлектрических преобразователей, что открывает новые возможности в области вычислительной нанотехнологии.
Образец цитирования:
ОБРАЗЕЦ ЦИТИРОВАНИЯ: Комаров П.В., Потехин Д.С. Вычислительный метод синтеза адаптированных зондирующих сигналов на основе вейвлет-модуляции для гидроакустических систем с элементами микро- и наноэлектромеханики // Computational Nanotechnology. 2026. Т. 13. № 2. С. 154-161. DOI: 10.33693/2313-223X-2026-13-2-154-161. EDN: ZMROLY
Список литературы:
Витязев В.В. Цифровая частотная селекция сигналов. М.: Радио и связь, 1993. 240 с. ISBN: 5-256-01029-8.
Джиган В.И. Адаптивная фильтрация сигналов: теория и алгоритмы. М.: Техносфера, 2013. 528 с. ISBN: 978-5-94836-342-4. EDN: IUKSSK.
Карабанов И.В., Миронов А.С. Алгоритмы обработки гидроакустических сигналов: монография. Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2018 140 с. ISBN: 978-5-7389-2363-0.
Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы. СПб.: Наука, 2004. 410 с. ISBN: 5-02-024993-9. EDN: QNRZHV.
Малла С. Вэйвлеты в обработке сигналов / пер. с англ. М.: Мир, 2005. 671 с. ISBN: 5-03-003691-1.
Урик Р.Д. Основы гидроакустики. Репринт изд. 1978 г. М.: ЁЁ Медиа, 2025. 448 с. ISBN: 978-5-458-34901-7.
Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезоэлектрические датчики. М.: Техносфера, 2006. 632 с. ISBN: 5-94836-100-4.
Beeby S.P., Ensell G., Kraft M. MEMS mechanical sensors. Boston: Artech House, 2004. 269 с. ISBN: 1-58053-536-4.
Daubechies I. Ten lectures on wavelets // CBMS-NSF Regional Conference Series in Applied Mathematics. Philadelphia: SIAM, 1993. Vol. 61. 386 p. DOI: 10.1137/1.9781611970104.
Eom K., Park H.S., Yoon D.S., Kwon T. Nanomechanical resonators and their applications in biological/chemical detection // Physics Reports. 2011. Vol. 503. No. 4–5. Pp. 115–163. DOI: 10.1016/j.physrep.2011.03.002.
Oppenheim A.V., Schafer R.W. Discrete-time signal processing. 3rd ed. Upper Saddle River, NJ: Pearson, 2009. 1144 p. ISBN: 978-0-13-198842-2.
Rana P., Ranjan A. Wave active filter: A state-of-the-art review with odd and even order filter implementation // Analog Integrated Circuits and Signal Processing. 2025. Vol. 123. No. 1. P. 2. DOI: 10.1007/s10470-025-02340-0. EDN: ENTUTM.
Tadigadapa S., Mateti K. Piezoelectric MEMS sensors: State-of-the-art and perspectives // Measurement Science and Technology. 2009. Vol. 20. No. 9. P. 092001. DOI: 10.1088/0957-0233/20/9/092001. EDN: YBESHF.
Джиган В.И. Адаптивная фильтрация сигналов: теория и алгоритмы. М.: Техносфера, 2013. 528 с. ISBN: 978-5-94836-342-4. EDN: IUKSSK.
Карабанов И.В., Миронов А.С. Алгоритмы обработки гидроакустических сигналов: монография. Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2018 140 с. ISBN: 978-5-7389-2363-0.
Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы. СПб.: Наука, 2004. 410 с. ISBN: 5-02-024993-9. EDN: QNRZHV.
Малла С. Вэйвлеты в обработке сигналов / пер. с англ. М.: Мир, 2005. 671 с. ISBN: 5-03-003691-1.
Урик Р.Д. Основы гидроакустики. Репринт изд. 1978 г. М.: ЁЁ Медиа, 2025. 448 с. ISBN: 978-5-458-34901-7.
Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезоэлектрические датчики. М.: Техносфера, 2006. 632 с. ISBN: 5-94836-100-4.
Beeby S.P., Ensell G., Kraft M. MEMS mechanical sensors. Boston: Artech House, 2004. 269 с. ISBN: 1-58053-536-4.
Daubechies I. Ten lectures on wavelets // CBMS-NSF Regional Conference Series in Applied Mathematics. Philadelphia: SIAM, 1993. Vol. 61. 386 p. DOI: 10.1137/1.9781611970104.
Eom K., Park H.S., Yoon D.S., Kwon T. Nanomechanical resonators and their applications in biological/chemical detection // Physics Reports. 2011. Vol. 503. No. 4–5. Pp. 115–163. DOI: 10.1016/j.physrep.2011.03.002.
Oppenheim A.V., Schafer R.W. Discrete-time signal processing. 3rd ed. Upper Saddle River, NJ: Pearson, 2009. 1144 p. ISBN: 978-0-13-198842-2.
Rana P., Ranjan A. Wave active filter: A state-of-the-art review with odd and even order filter implementation // Analog Integrated Circuits and Signal Processing. 2025. Vol. 123. No. 1. P. 2. DOI: 10.1007/s10470-025-02340-0. EDN: ENTUTM.
Tadigadapa S., Mateti K. Piezoelectric MEMS sensors: State-of-the-art and perspectives // Measurement Science and Technology. 2009. Vol. 20. No. 9. P. 092001. DOI: 10.1088/0957-0233/20/9/092001. EDN: YBESHF.
Ключевые слова:
гидроакустика, вейвлет-модуляция, пьезоэлектрический преобразователь, зондирующий сигнал, оптимизация, разрешающая способность, энергетическая эффективность, вычислительные методы, MEMS, NEMS, нанотехнологии.
