CC BY
1
4. Modeling of Communication Networks and Systems Using MATLAB and Simulink MathWorks. (2021). Modeling of Communication Networks and Systems Using MATLAB and Simulink. [Электронный ресурс] URL: https://www.mathworks.com/solutions/communications.html (дата обращения: 10.05.2024).
5.Ishibashi K. (2018). Network Simulation Using MATLAB. International Journal of Computer Applications, 97(2). P. 25-31.
6.Ortega M., Rivas J. (2022). Introduction to Network Modeling Using MATLAB. [Электронный ресурс] URL: https://www.springer.com/gp/book/9783319624246 (дата обращения: 10.05.2024).
7.Ahmad, N., & Kaleem, Z. (2020). Efficient Network Simulations Using MATLAB. Journal of Network and Computer Applications, 63. P. 78-88.
Сергей Александрович Веревкин, младший научный сотрудник научной лаборатории, [email protected], Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского,
Трофимова Наталья Андреевна, научный сотрудник научной лаборатории, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского
DEVELOPMENT OF A MODEL FOR TESTING THE NETWORK CHARACTERISTICS OF AN ORGANIZATION'S
TELECOMMUNICATIONS INFRASTRUCTURE
N.A. Trofimova, S.A. Verevkin
The paper considers the task of developing a virtual model of an organization's telecommunications infrastructure for testing network characteristics. The issue of the relevance of the problem being solved is considered, and the main stages of the development of this model are formulated. The main indicators are formulated, the calculation of which should be contained in the results of the model, including service quality indicators. Next, an example of how the model works in the Matlab environment as part of testing the characteristics of a small segment of a telecommunications network is presented. In conclusion, the high quality of the results of the model's work was noted when testing it on the real infrastructure of the organization and further research directions were indicated.
Key words: matlab, modeling, quality of service, network characteristics, network testing.ransomware, machine learning, data analysis, static analysis, dynamic analysis.
Verevkin Sergei Alexandrovich, junior researcher at the scientific laboratory, [email protected], A.F. Mozhaisky Military Space Academy,
Natalia Andreevna Trofimova, research associate at the scientific laboratory, A.F. Mozhaisky Military Space
Academy
УДК 681.7
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-9-346-347
АНАЛИЗ ОТРАЖАЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ МЕТОДОМ
ДИФРАКЦИОННОЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ
Е.Е. Майоров, Г.А. Костин, О.В. Афанасьева, Н.Е. Баранов
В работе рассмотрена возможность применения экспериментальной интерференционной установки с опорным волновым фронтом, сформированным путем дифракции лазерного пучка, сфокусированным на микрометрическом отверстии для контроля поверхности. Получение высокоточной и достоверной информации о геометрических параметрах поверхности объектов всегда являлось важной задачей метрологии, поэтому данная работа актуальна и перспективна. В работе определена цель и поставлена задача исследования. Приведены внешний вид и оптическая схема, а также описана работа схемы. Получены размах (peak-to-valley, R) и среднеквадратическое отклонение (RMS, а) в микрометрах поверхности, а также распределение коэффициента отражения в двух направлениях по x и по y.
Ключевые слова: интерференционная установка, распределение коэффициента отражения, размах, среднеквадратическое отклонение, точность измерений.
Научные исследования нуждаются в высокоточных, информативных и достоверных измерениях, роль которых с каждым днем стремительно растет, осуществляются современными интерференционными приборами и комплексами [1, 2]. Для решения ряда сложных задач измерения: контроль оптических поверхностей прецизионной оптики, контроль микроканалов аналитических чипов, исследование поверхностей, полученных воздушно-капельным способом и т.д. эти методы и средства единственно возможны [3, 4]. Исследуя направления исследований интерференционных приборов и комплексов, можно с уверенностью констатировать, что область их применения значительно расширилась в связи с разработками новых источников света (полупроводниковых диодов, работающих на разных длинах волн и имеющих разные мощности), современных оптических элементов оптических систем (микрообъективов ZnSe, кварц КУ, LiF, отражательных элементов на основе SiO2-H2O-ZrO2, SiO2-ZrO2-P2O5-CaO, фольги Rh, светоделителей и т.д.), программного обеспечения [5, 6].
С развитием электроники и микроэлектроники, а также компьютерных технологий интерференционные измерения вышли на более высокий уровень. Повысилась чувствительность измерений, увеличился диапазон измерений величин, измерения стали более информативными, достоверными и надежными [7, 8]. Анализируя научно-
техническую литературу, исследователи отмечают тот факт, что отечественные автоматизированные интерферомет-рические комплексы и цифровые интерферометры практически исключили причины, снижающие контраст и искажения формы интерференционных полос [9, 10]. Несмотря на определенные успехи этих приборов и комплексов остаётся рассмотрение инженерных вопросов их теории таких как обоснование требований к оптическим и механическим блокам интерферометров различного назначения, к точности установки этих блоков в заданные положения, юстировки оптических систем и, конечно, выявление, прогнозирование источников погрешностей измерения [11, 12].
В научных работах за последние пять лет по интерференции света и её применению приводится информация о цифровых интерферометрах (внешний вид) и полученных результатах, но не освещаются в полной мере упомянутые выше вопросы и соответственно нет достаточно полных ответов. Не приводятся упоминания о материале и технических характеристиках источников белого света, полупроводниковых светодиодах, работающих на разных длинах волн, иногда, даже не приводятся оптические схемы приборов, а об отражательных элементах оптических схем информация малоинформативная или её вообще нет.
Также ничего не говорится о возможностях интерференционных приборов и комплексов в сочетании с современными фотоцифровыми устройствами и аппаратно-цифровыми блоками, новейшим программным обеспечением, позволяющим представлять результаты эксперимента в удобном виде для инженерных и научных работников, занятых эксплуатацией этих приборов.
В данной работе освещены вопросы исследования отражающей поверхности зеркальных элементов оптической системы на разных химических основах интерференционным методом [11, 12]. Для контроля данной поверхности интерферометрия - единственный инструмент, который реагирует на сотые доли длины волны излучения.
Развитие интерференционного инструментария определило спрос на оптические системы и элементы нового поколения. В интерференционных приборах и комплексах стали применять новые схемные решения и материалы, которые позволили увеличить чувствительность и точность измерений на порядок по сравнению с классикой. У некоторых приборов и комплексов точность на уровне 1/100...1/200 X; где X - длина волны оптического излучения [13,14].
В настоящее время исследователи огромное внимание уделяют дифракционной интерферометрии. Поэтому может представлять интерес исследование отражающих поверхностей на основе AgNO3 и SiO2-ZrO2-P2O5-CaO для элементов зеркальной оптики методом дифракционной интерферометрии.
Цель работы состояла в исследовании отражающих поверхностей на основе AgNO3 и SiO2-ZrO2-P2O5-CaO для зеркальных оптических компонент экспериментальной дифракционной интерференционной установкой.
Постановка задачи. Провести измерения поверхности пленочного отражателя на основе AgNO3 и SiO2-ZrO2-P2O5-CaO, предоставленных одной из отечественных оптических компаний. С помощью экспериментальной установки получить размах (peak-to-valley, R) и среднеквадратическое отклонение (RMS, а) в микрометрах, а также выявить значения коэффициента отражения представленных поверхностей.
Метод и объекты исследования. Исследовались отражающие поверхности на основе AgNO3 и SiO2-ZrO2-P2O5-CaO. Образцы имели следующие геометрические размеры: диаметр 5 мм, толщина подложки материалов составляла 1 мм, а толщина отражающего слоя у всех образцов была равной 200 мкм.
Для измерения поверхности использовалась лазерная экспериментальная дифракционная интерференционная установка для измерения поверхностей оптических деталей (рис. 1).
Рис. 1. Внешний вид экспериментальной измерительной установки
Установкой возможно проводить контроль поверхности вогнутых, выпуклых, плоских элементов высокоточных оптико-электронных систем и комплексов различного назначения. Информация о поверхности исследуемого образца извлекается с помощью специального программного обеспечения.
На рисунке 2 приведена оптическая схема установки. Излучение концентрируется на отверстии в зеркале. Световое пятно имеет диаметр 1 мкм. Далее формируется волновой фронт в объектном плече. В результате сложения этой волны с рабочей возникает интерференция в совмещенных световых пучках.
Рис. 2. Оптическая схема экспериментальной установки: 1- источник излучения; 2 - зеркала; 3 - расширитель излучения; 4 - отверстие в зеркале; 5 -зеркало; 6 - объект; 7 - объектив коллиматора; 8 - линза; 9 - зеркало;
10 - объектив с диафрагмой; 11 - светоделитель; 12 - линза; 13 - линза Бертрана; 14 - окуляр; 15,16 - поляризационные пластины; 17 - проекционная линза; 18 - фотокамера; 19 - плоскость регистрации;
20 - плоскость изображения
Технические характеристики:
- погрешность - Х/50;
- апертура поверхностей не более - 0,1;
- апертура объектива - 0,1;
- пределы перемещения интерференционной головки по 3-м осям, мм - + 10;
- фотоприёмный блок - фотокамера «Canon»;
- источник когерентного света - лазер ЛГ-79-1;
- длина волны излучения, мкм - 0,63.
Экспериментальные результаты и их обсуждение. На экспериментальной установке были получены интерферограммы поверхностей всех испытуемых образцов. Интерференционные полосы, представлены на рисунке 3. Для восстановления микрорельефа поверхности использовалась специальная компьютерная программа обработки записанной интерференционной картины.
Рис. 3. Интерферограммы вогнутых поверхностей отражательных элементов: а - на основе SiO2-ZrO2-P2O5-
CaO; б - на основе AgNOs
Для получения качественной интерференционной картины необходимо исключить помехи, правильно определить полосы и применяя математический аппарат полиномов Цернике, получить достоверную картину отклонения волнового фронта или поверхности. Выявить размах (peak-to-valley, R) и среднеквадратическое отклонение (RMS, а) в микрометрах.
Для отражающей поверхности на основе SiO2-ZrO2-P2O5-CaO:
R = 0,87319 мкм, а = 0,37791 мкм.
Для отражающей поверхности на основе AgNO3:
R = 0,98345 мкм, а = 0,70114 мкм.
Экспериментальные результаты доказали, что образцы на основе AgNO3 и SiO2-ZrO2-P2O5-CaO имеют поверхности высокого качества. И применение этих химических соединений в элементах зеркальной оптики в оптических системах двухлучевых, многолучевых интерферометрических приборов, спектрофотометрах различного назначения перспективно и актуально.
Помимо определения качества поверхности исследуемого материала в работе исследована отражательная способность, где использовался другой пакет специализированных программ. Одна из программ позволяла извлечь информацию о коэффициенте отражения при движении исследуемой поверхности в направлении OX и OY. Поверхность с помощью микрометрического столика ориентировали по отношению к лазерному излучению по нормали при этом измерялось расстояние до поверхности при перемещении объекта относительно зондирующего пятна.
Объекты устанавливались на рабочей плоскости микрометрического столика и движение осуществлялось с шагом 50 мкм, производилось 10 измерений по каждому направлению.
На рисунке 4 показан эксперимент, где распределения коэффициента отражения у поверхности на основе SЮ2-ZЮ2-P2O5-CaO в направлении оси х имели значения в пределах 88,2...88,9 %. Поверхность на основе AgNOз имела значения коэффициентов отражения в диапазоне 86,2.87,9 %.
90 т
89
84 -83 -82 -81 -80 J----------
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
.V, .мкм
Рис. 4. Распределение коэффициента отражения поверхностей но координате х: прямая - на базе на базе SiO2-ZrO2-P2O5-CaO; штрих - на базе AgNOs
На рисунке 5 приведены распределения коэффициента отражения в направлении оси у. У образца на основе AgNO3 значения коэффициента отражения были пределах 80,3.81 %, а у материалов на базе SiO2-ZrO2-P2O5-CaO - 78,5.79 %.
82 ----------
74
72
70 ----------
О 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
у. мк.\1
Рис. 5 Распределение коэффициента отражения поверхностей но координате у: прямая -на базе на базе SiO2-ZrO2-P2O5-CaO; штрих - на базе AgNOs
Отражательные поверхности всех испытуемых образцов имели высокий коэффициент отражения, поэтому их целесообразно применять в зеркальных элементах различного назначения.
349
Заключение. Применение разного программного обеспечения дало возможность выявить основные характеристики поверхности. Эксперимент важен, так как многие экспериментаторы представляют отражатели на других химических соединениях, предлагая их брать за основу. Полученные экспериментальные результаты измерений испытуемой поверхности показали, что данный материал не хуже представленных ранее. Данная работа может заинтересовать производителей оптических материалов.
Список литературы
1. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука. 1970. 855 с.
2. Kirillovsky V.K. Diffraction Reference Wavefront Laser Interferometer. // SPIE. The International Society for Optical Engineering Proceed. «Miniature and Microoptics: Fabrication and System Applications». 1992. Vol. 5. (1751). P. 197-200.
3. Селиванов М.Н., Фридман А.Э., Кудряшова Ж.В. Качество измерений. Метрологическая справочная книга. Л: Лениздат, 1887. 294 с.
4. Малакара Д. Оптический производственный контроль: пер. с англ. под ред. Соснова А.Н. М.: Машиностроение. 1985. 340 с.
5. Креопалова Г.В., Лазарева Н.Л., Пуряев Д.Т. Оптические измерения. М.: Машиностроение. 1987. 264 с.
6. Kyeong-Hee Lee, N.B. Voznesensky, V.K. Kirillovsky. Principle of certification of high precision optical parts and systems based on diffraction interferometer. Proceedings of The First Scientific Workshop-Presentation «Optical Micro-and Nanotechnologies (OmaN-1)», 2002. С. 32-40.
7. Духопел И.И., Федина Л.Г. Интерференционные методы и приборы для контроля правильности формы сферических поверхностей // ОМП. 1973. №8. С. 50 - 55.
8. Захарьевский А.Н. Интерферометры. М.: Оборонгиз. 1952. 296 с.
9. Коломийцев Ю.В. Интерферометры. Л.: Машиностроение. 1976. 296 с.
10. Прокопенко В.Т., Майоров Е.Е. Интерферометрия диффузно отражающих объектов. М.: НИУ ИТМО, 2014. С. 195.
11. Майоров Е.Е., Бородянский Ю.М., Р.Б. Гулиев Р.Б., А.В. Дагаев А.В., Курлов В.В., Таюрская И.С. Исследование оптических поверхностей плосковыпуклых линз экспериментальной интерференционной установкой с дифрагированным опорным волновым фронтом // Научное приборостроение. 2023. Т.33. № 1. С. 43-53.
12. Майоров Е.Е., Арефьев А.В., Гулиев Р.Б., Пушкина В.П., Дагаев А.В. Интерференционный метод в исследовании поверхности микроканалов полимерных и кварцевых микрофлюидных чипов // Приборы. 2024. №2. С.28-32
13. Майоров Е.Е., Бородянский Ю.М., Курлов В.В., Таюрская И.С., Пушкина В.П., Гулиев Р.Б. Пространственное микросканирование поверхности плоскопараллельных стеклянных пластинок интерференционным методом // Изв. вузов. Приборостроение. 2023. Т. 66, № 8. С. 688-695. DOI: 10.17586/0021-3454-2023-66-8-688-695
14. Майоров Е.Е., Курлов В.В., Бородянский Ю.М., Дагаев А.В., Таюрская И.С. Интерферометрия, как высокоточный инструмент для контроля оптических элементов прецизионной оптики // Известия тульского государственного университета. Технические науки. 2023. Вып. 11. С. 192-196. DOI: 10.24412/2071-6168-2023-11-192-193
Майоров Евгений Евгеньевич, канд. техн. наук, доцент, majorov_ee@mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП),
Костин Геннадий Александрович, д-р техн. наук, доцент, g [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации имени Главного маршала авиации А.А. Новикова,
Афанасьева Ольга Владимировна, канд. техн. наук, доцент, Ovaf72@gmail. com, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП),
Баранов Николай Евгеньевич, канд. техн. наук, доцент, nbaranov@yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет гражданской авиации имени Главного маршала авиации А.А. Новикова
ANALYSIS OF REFLECTIVE SURFACES OF OPTICAL SYSTEM ELEMENTS BY DIFFRACTION INTERFEROMETRY
E.E. Maiorov, G.A. Kostin, O. V. Afanaseva, N.E. Baranov
The paper considers the possibility of using an experimental interference installation with a reference wavefront formed by the diffraction of a laser beam focused on a micrometer hole for surface control. Obtaining high-precision and reliable information about the geo-metric parameters of the surface of objects has always been an important task of metrology, therefore this work is relevant and promising. The paper defines the purpose and sets the task of the study. The appearance and optical scheme are given, as well as the operation of the scheme is described. The range (peak-to-valley, R) and the standard deviation (RMS, a) in micrometers of the surface, as well as the distribution of the reflection coefficient in two directions in x and y, are obtained.
Key words: interference installation, reflection coefficient distribution, span, standard deviation, measurement
accuracy.
Maiorov Evgeny Evgenievich, candidate of technical sciences, docent, majorov_ee@mail. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP),
350
Kostin Gennady Alexandrovich, doctor of technical sciences, docent, [email protected]. Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg State University of Civil Aviation named after Chief Marshal of Aviation A.A. Novikov,
Afanaseva Olga Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, Ovaf72@gmail. com, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP),
Baranov Nikolay Evgenievich, candidate of technical sciences, docent, nbaranov@yandex. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg State University of Civil Aviation named after Chief Marshal of Aviation A.A. Novikov
УДК 654.022
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-9-351-352
РЕАЛИЗАЦИЯ ДВУХКАНАЛЬНОГО НАКАПЛИВАЮЩЕГО СУММАТОРА ПО МОДУЛЮ
М.Р. Бибарсов, С.Л. Алешин, О.А. Губская
В статье представлена реализация двухканального накапливающего сумматора по модулю. В отличии от существующих сумматоров по модулю, представленный сумматор расширяет функциональные возможности устройства за счет реализации накапливающего суммирования чисел по произвольному модулю в двухканальном режиме.
Ключевые слова: накапливающий сумматор, двухканальный режим, сумматор по модулю.
Двухканальный накапливающий сумматор по модулю относится к вычислительной технике и может быть использован в цифровых вычислительных устройствах конвейерного типа, а также в синтезаторах частот и делителях частоты с дробным коэффициентом деления и в криптографических приложениях.
Из существующего уровня техники известен ряд накапливающих сумматоров. Так, например в [1] представлен сумматор, выполняющий операцию накапливающего суммирования по модулю 2n, где n - разрядность устройства. Недостатком которого является отсутствие операции суммирования по произвольному модулю. В [2] представлен накапливающий сумматор, выполняющий операцию накапливающего суммирования по произвольному модулю, которая осуществляться только в одноканальном режиме.
Представленный сумматор по модулю (рис.1) расширяет функциональные возможности устройства за счет реализации накапливающего суммирования чисел по произвольному модулю в двухканальном режиме.
Рис. 1. Двухканальный накапливающий сумматор по модулю: 1 - второй мультиплексор; 2 - триггер;
3 - 2n-разрядный регистр; 4 - п-разрядный сумматор; 5 - (п+1)-разрядный регистр; 6 - (п+1)-разрядный сумматор; 7 - первый мультиплексор; 8 - демультиплексор; 9 - вторые информационные входы;
10 - третьи информационные входы; 11 - тактовый вход; 12 - первые информационные входы;
13 - первые информационные выходы; 14 - вторые информационные выходы
Представленный двухканальный накапливающий сумматор по модулю, содержит и-разрядный сумматор, где и-разрядность устройства, (и+1)-разрядный сумматор, (и+1)-разрядный регистр, первый мультиплексор, первые информационные входы устройства, вторые информационные входы устройства, тактовый вход, первые информационные выходы устройства, причём первые и разрядов первых информационных входов (и+1)-разрядного сумматора соединены со первыми информационными входами устройства, на (и+1)-й разряд первых информационных входов и на вход переноса подаётся сигнал логической единицы, первые и разрядов вторых информационных входов соединены со вторыми информационными входами первого мультиплексора, первые информационные входы которого соединены с первыми и разрядами информационных выходов (и +1)-разрядного сумматора, управляющий вход соединён с выходом переноса (и+1)-разрядного сумматора, тактовый вход (и+1)-разрядного регистра соединён с тактовым входом устройства введены триггер, 2и-разрядный регистр, демультиплексор, второй мультиплексор, третьи информационные входы устройства, вторые информационные выходы устройства, причём первые информационные входы второго мультиплексора соединены со вторыми информационными входами устройства, вторые информационные входы соединены с третьими информационными входами устройства, информационные выходы со-
351
