CC BY
0
Describes various systems and devices for automated configuration of antenna feeder devices and provides a table of advantages and disadvantages. AFU setup is a critical process that ensures efficient and reliable operation of radio electronic systems. And automated AFU configuration systems make it possible to achieve high accuracy, speed and reliability of settings.
Key words: antenna-feeder device, automated tuning complex, antenna matching device, calibration antenna.
Belenova Lyubov Danilovna, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 629.7.053: 577.38 + 19.688 DOI: 10.24412/2071-6168-2025-1-88-89
АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОДВИЖНЫМ
ОБЪЕКТОМ
А.А. Наумова, Д.С. Соловьев, А.Ф. Индюхин, А.С. Соколова, Е.А.Белоусова
В статье рассмотрен принцип действия нейроинтерфейса на основе мысленно произносимой вербальной команды. Совместно с системой управления подвижным объектом он может быть использован для коррекции траектории в процессе наведения. Приведена передаточная функция фильтров используемой модели обработки ЭЭГ. Представлены сравнительные записи биоэлектрической активности при мысленном проговаривании двух команд.
Ключевые слова: система управления, подвижный объект, когнитивные вызванные потенциалы, полосовой фильтр.
При разработке систем управления (СУ) подвижным объектом (ПО) (в первую очередь, систем телеуправления (ТУ) и систем телеориентирования (ТО)) возникает ряд проблем, среди которых можно выделить риск срыва управления при установке аппаратуры управления (АУ) на подвижном носителе и недостаточно гибкий закон управления при изменении обстановки в процессе наведения.
Вторая проблема возникает при необходимости совершения маневра подвижным объектом при использовании противником ложных целей, дымовой завесы, перенацеливании.
Для эффективного решения этой проблемы может быть рекомендовано использование нейроинтерфейса (НИ) в сочетании с алгоритмами искусственного интеллекта (ИИ) [1].
Ввиду специфики НИ, не позволяющей подавать одновременно две команды (по вертикальному и горизонтальному каналу), СУ объектом необходимо строить по радиусу отклонения.
Оператору, следящему за процессом наведения ПО на экране дисплея, кроме традиционного положения ПО относительно цели в картинной плоскости, предоставляется информация о текущем радиусе отклонения в виде вертикальной полосы. Ориентируясь на нее, он мысленно формирует команду на сближение с целью, либо на выполнение маневра в соответствующую сторону.
Точно также он может мысленно выдать команду "ПУСК" для следующего ПО после оценки сложившейся тактической обстановки.
При использовании в системе технологии НИ команда может быть осуществлена двумя способами: при помощи мысленного указания (основной) и вручную (запасной).
Для формирования мысленной команды используется нейроинтер-фейс независимого типа, то есть паттерн электроэнцефалограммы (ЭЭГ) оператора изменяется в ответ на эндогенный стимул.
В рассматриваемом случае принятию решения соответствует произнесение мысленной вербальной команды. Известно, что нейрофизиологическим коррелятом произвольного внимания, формирования ориентировочного рефлекса, опознания, принятия решения являются так называемые когнитивные вызванные потенциалы (КВП) [2]. Они представляют собой процесс, происходящий во времени. Методика исследования КВП используется в медицине и психофизиологии [3, 4]. Основными генераторами КВП является ряд различных структур мозга, которые составляют морфологическую и нейрофизиологическую основу всех психических процессов. К таким структурам относятся: неспецифические ядра таламуса, теменные доли, медиобазальные отделы лобных долей коры головного мозга [2]. Особый интерес КВП приобретают в связи с разработками нейроинтер-фейса - интерфейса «мозг-компьютер» (англ. ВС1) [1]. Один из многочисленных способов уловить мысленную команду является получение единичной реализации КВП на внутренний или внешний стимул. Известен способ регистрации длиннолатентного вызванного потенциала [5]. В основу способа положено использование полосового фильтра с передаточной функцией.
Ъ (р) = 2 °пР-2,
сР + сП р + р
где сП - полоса пропускания фильтра; ср - резонансная частота (РЧ) фильтра; р - оператор Лапласа.
Особенностью такой функции является то, что независимо от РЧ максимальный коэффициент передачи будет всегда равен единице. Это удобно, если из сигнала нужно выделить синусоидальную составляющую, частота которой заранее неизвестна, или меняется в ходе эксперимента. При этом возникает задача настройки ПФ - изменения РЧ. Поскольку частота доминирующего альфа-ритма у человека практически неизменна, настройка нейроинтерфейса сводится к одноразовому расчету РЧ.
В системе предлагается использовать метод регистрации ЭЭГ как основу для автоматического построения (в реальном масштабе времени) математической модели (ММ) фоновой ЭЭГ и определения параметров КВП как разницы между ЭЭГ и выходом ММ.
Основу ММ составляет рекуррентное уравнение цифрового селективного фильтра с настраиваемой резонансной частотой. Параметры фильтра автоматически изменяются в зависимости от частоты доминирующего ритма ЭЭГ.
Фильтрация происходит следующим образом: сигнал ЭЭГ подается на три последовательно соединенных селективных фильтра. Каждый из фильтров имеет исходную частоту настройки сср, соответствующую середине анализируемого частотного диапазона, например: тета, альфа, бета. Селективные фильтры автоматически настраиваются на частоту доминирующего ритма в выбранном частотном диапазоне периодометрическим методом: счетчики измеряют временные интервалы между моментами прохождения выходными сигналами фильтров максимумов и минимумов. Частота настройки ср рассчитывается как обратная величина по нескольким значениям измеренного периода.
По окончании настройки фильтров их параметры с заданным уровнем точности будут представлять сигнал фоновой ЭЭГ. Таким образом, разработанная адаптивная математическая модель позволяет отделить вызванную биоэлектрическую активность головного мозга от фоновой.
В нашем эксперименте регистрация ЭЭГ проведена с применением компьютерной диагностической системы «Нейрокартограф-5» (фирма МБН, г. Москва), установленной в Клинико-диагностическом центре Тульской областной клинической больницы. Получены записи фоновой активности и записи с когнитивной нагрузкой. Испытуемым на экране ноутбука предъявлялись слова "вверх", "вниз", "влево" и "вправо". Задание состояло в мысленном проговаривании написанного слова. В эксперименте участвовали студенты-спортсмены и суворовцы ТулСВУ.
В момент предъявления стимула импульсный генератор (выполнен на микроконтроллере stm32f103) по команде с ноутбука выдает синхроимпульс, который отображается на ЭЭГ.
На рис. 1 представлен наложенные друг на друга два участка записи ЭЭГ при предъявлении слов "влево" и "вправо".
Как видно из рис. 1, несмотря на открытые глаза испытуемого (сопровождается редукцией альфа-ритма), в паттерне ЭЭГ остатки ритмов присутствуют, хотя доминирует уже бета-ритм. То есть ММ должна обеспечивать определение доминирующего ритма автоматически. В перспективе дальнейшей разработки рассматриваются преимущественно каудаль-ные отведения.
На рис. 2 представлены графики ЭЭГ в отведениях Рз и Р4 при мысленном произнесении слов "влево" и "вправо". Даже без применения селективных фильтров заметны отличия между воспроизводимыми словами
в интервалах около 200 и 300 мсек, где и должны находиться характерные пики КВП.
Рис. 1. Записи ЭЭГ испытуемого Б.: вертикальными курсорами выделен участок ~ 500 мсек. Приведены графики процессов только в каудальных отведениях международной системы "10-20". На графике отведения ¥р! - шумовой сигнал, на который наложен синхроимпульс
участок ~ 500 мсек
Формирование соответствующей команды в реальном времени возможно при совокупном анализе всех рассматриваемых отведений в реальном времени, то есть с применением алгоритмов ИИ. Дополнительным
91
подспорьем может стать методика картирования КВП, основанная на определении координат мгновенного положения максимума биоэлектрической активности, предложенная в [6].
Таким образом, предложенный способ управления подвижным объектом с использованием нейроинтефейса обеспечивает более высокую эффективность системы управления благодаря повышению возможностей коррекции процесса наведения оператором.
Предложенная схема нейроинтерфейса обеспечивает более высокое быстродействие и надежность благодаря использованию анализа биоэлектрической активности вербальных и моторных зон коры головного мозга.
Список литературы
1. Владимирский Б.М. Пути создания интерфейса «мозг - компьютер» (BCI) // Нейробиология и новые подходы к искусственному интеллекту и к науке о мозге. Тезисы трудов научной школы для молодежи. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010. - С. 46 - 57.
2. Гнездицкий В.В. Вызванные потенциалы мозга в клинической практике. М.: Медпресс-информ, 2003. 264с.
3. Зенков Л.Р., Ронкин М.А. Функциональная диагностика нервных болезней. 5-е изд. М.: МЕДпресс-информ,2013. 488 с.
4. Рутман Э.М. Вызванные потенциалы в психологии и психофизиологии. М., «Наука», 1979. - 213 с.
5. Хадарцев А.А. и др. Способ диагностики вызванного потенциала мозга и устройство для его осуществления. Патент РФ № 2502466 от 27.12.2013 г.
6. Korzhuk N.L. et al. Mathematical modeling in cognitive process research // Journal of Physics: Conference Series. — 2021. — Vol.1925. — P.012082 doi:10.1088/1742-6596/1925/1/012082.
Наумова Анна Андреевна, магистр, ind_a_f@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Соловьев Дмитрий Сергеевич, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Индюхин Алексей Федорович, канд. биол. наук, доцент, ind_a_f@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Соколова Ангелина Сергеевна, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Белоусова Евгения Алексеевна, сотрудник, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
ALTERNATIVEMETHOD OF CONTROLLING A MOBILE OBJECT
A.A. Naumova, D.S. Soloviev, A.F. Indyukhin, A.S. Sokolova
92
The article discusses the operating principle of a neurointerface based on a mentally pronounced verbal command. Together with a moving object control system, it can be used to correct the trajectory during guidance. The transfer function of the filters of the EEG processing model used is given. Comparative records of bioelectrical activity during mental pronunciation of two commands are presented.
Key words: control system, mobile object, cognitive evoked potentials, bandpass filter.
Naumova Anna Andreevna, master, ind_a_f@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Solovyov Dmitry Sergeevich, student, ind_a_f@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Indyukhin Aleksey Fedorovich, candidate of biological sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Sokolova Angelina Sergeevna, student, ind_a_f@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Belousova Evgeniya Alekseevna, employee, ind_a_f@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 620.17
Б01: 10.24412/2071-6168-2025-1-94-95
ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОГЕНЕРАТОРА С ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБЛИЦОВКОЙ МЕТОДОМ ЧИСЛЕННОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ
М.В. Житный, Э.Г. Синельников
Показаны результаты численного моделирования процесса разгона малоразмерной твердой частицы с помощью кумулятивного генератора с цилиндрической облицовкой. Приведены зависимости изменения скорости малоразмерной твердой частицы от времени при различных начальных условиях. Получены оценочные данные по максимальной скорости разгона малоразмерной твердой частицы цилиндрическим кумулятивным генератором.
Ключевые слова: малоразмерная твердая частица, высокоскоростное соударение, кумулятивный генератор, цилиндрическая облицовка.
Продолжительность периода активного существования космического аппарата (КА) определяется рядом различных факторов. Одним из таких факторов является способность КА выдерживать воздействие со стороны окружающей среды. Воздействие окружающей среды на КАобусловлива-ется следующими основными процессами:
93
