Научные достижения - Кафедра радиофизики и цифровых медиа технологий - Факультет радиофизики и компьютерных технологий БГУ

Научные достижения - Кафедра радиофизики и цифровых медиа технологий

Антенные системы

  • разработка автоматизированных систем индексации, поиска и распознавания биомедицинских и мультимедиа данных.
  • разработка виброакустических методов и систем технической диагностики.
  • радиоголографические методы подповерхностного зондирования и визуализации объектов.
  • синтез и исследование композиционных радиоматериалов, структур, систем и устройств микроволнового диапазона.

Антенные системы спускаемых аппаратов Венера-9 и Венера-10

Одним из направлений научных исследований - решением задач теоретической и прикладной электродинамики - коллектив кафедры занимается практически со дня основания. У истоков этого научного направления стояли такие видные белорусские ученые, как доктор технических наук, профессор В.В.Изох, кандидат технических наук, доцент А.П.Казарин. Под их руководством выполнялись первые хоздоговорные НИР: с 1969 г. – по созданию плоских фазированных антенных решеток для систем противоракетной обороны; с 1971 г. – по разработке и оптимизации конструктивно-компоновочных, механических, электродинамических характеристик радиопрозрачных антенных обтекателей и укрытий.

Начиная с 1970 г., установлены тесные контакты с научно-производственным объединением им. С.А.Лавочкина (Москва). Совместные разработки кафедры радиофизики и НПО им. С.А.Лавочкина внедрены при выполнении проектов по созданию межпланетных космических аппаратов «Луна», «Марс», «Венера», «Вега». Наиболее ярким примером плодотворного сотрудничества двух коллективов является разработка антенной системы спускаемых аппаратов «Венера-9» и «Венера-10» в 1974 г. Предложенная оригинальная конструкция и компоновка цилиндрической спиральной антенны, обеспечивающая связь спускаемого аппарата с орбитальной станцией, впервые в мире позволила получить уникальные панорамные снимки поверхности Венеры.

В 1974 г. за научные достижения в области исследования и разработки антенных укрытий сотрудники кафедры И.Т.Кравченко, А.С.Ключников, А.В.Лепехин, М.А.Вилькоцкий удостоены звания Лауреатов Государственной премии БССР.

За обеспечение деятельности космических станций «Венера-9», «Венера-10» в 1975–1976 гг. правительственных наград удостоены В.В.Изох, И.Т.Кравченко, А.В.Лепехин, В.И.Демидчик.

В 1980–1990 гг. ученые кафедры выполнили серию научно-исследовательских проектов по заказу других организаций и ведомств. Так, в 1985–1991 гг. совместно с Московским НИИ радиосвязи проведены работы по анализу и синтезу антенных решеток на основе печатных излучателей различной конфигурации. Совместно с НИИ ДАР (г. Москва) осуществлены исследования по разработке антенных устройств для систем загоризонтной радиолокации.

На рубеже 90-х гг. на кафедре выполнена серия работ по разработке методов, алгоритмов и программ для расчета радиолокационной заметности сложных объектов больших волновых размеров. Исследовались различные способы понижения радиолокационной заметности различных типов летательных аппаратов, включая оптимизацию формы объектов и использование радиомаскирующих покрытий различных типов. Совместно с НИИ тепловых процессов (г. Москва) проводились исследования особенностей взаимодействия электромагнитного излучения с неоднородными плазменными объектами. Вместе с ЦКБ радиоматериалов (г. Москва) проводились исследования в области создания радиопоглощающих материалов и антиотражающих покрытий. Были разработаны, теоретически и экспериментально исследованы образцы покрытий на базе пеностекла, слоистых диэлектрических структур и тонких резистивных пленок.

В 1983 г. за разработку электродинамических систем специального назначения А.С.Ключникову был присвоено звание Лауреата Государственной премии СССР.

В 1986 г. за исследование «Разработка средств автоматизации проектирования и испытаний электродинамических систем» сотрудники кафедры А.К.Евсеенко и С.В.Малый в составе творческого коллектива, включавшего сотрудников БГУ и НПО им. С. А. Лавочкина, получили премию Ленинского комсомола Беларуси. В этом же году И.А.Докуков и С.В.Малый были награждены бронзовыми медалями ВДНХ СССР за разработку электродинамических систем космических летательных аппаратов.

Одним из ведущих направлений деятельности кафедры радиофизики в 1960–1970 годах стала разработка электронных приборов СВЧ, проведение радиоизмерений на УКВ и СВЧ, создание технологий производства радиоматериалов. Существенная заслуга в развитии этого направления принадлежала доценту кафедры В.И.Лавруковичу. Созданная под его руководством научная группа (А.В.Сидоренко, С.И.Максимов, В.А.Каханович, Л.Р.Кирилло, В.Лукьянец, В.И.Зенькович, Ф.И.Корзюк, В.С.Курило) проводила исследования в области амплифазометриии СВЧ-полей, методов модуляции и передачи СВЧ-сигналов (в том числе одними из первых в стране были развиты методики передачи сигналов по оптическим каналам связи), теории и методов разработки радиопоглощающих материалов в СВЧ-диапазоне, теории и методов аналоговой и цифровой обработки результатов измерений. Научное руководство исследованиями в течение всего периода существования этой группы, помимо доцента В.И.Лавруковича, обеспечивали заведующий кафедрой профессор В.В.Изох, проректор БГУ академик Л.В.Володько. Исследования носили комплексный характер – по мере развития направления к работе привлекались ведущие специалисты БГУ и АН БССР. Научное сотрудничество и партнерские связи были установлены с ведущими специалистами и организациям России, Украины, Армении. Исследования группы положили начало ряду направлений, развитых затем в НИИ ПФП БГУ, институтах НАН Беларуси, отраслевых НИИ.

С 1980 г. на кафедре радиофизики проводились работы по созданию информационно-управляющих систем для предприятий космического комплекса СССР. В 1985 г. была организована отраслевая лаборатория информационно-управляющих систем Министерства авиационной промышленности. За время работы лаборатории под руководством доцента Л.В.Семененко были разработаны:

  • информационно-управляющий комплекс-стенд для проведения полномасштабных испытаний систем обеспечения жизнедеятельности, терморегулирования и медицинского контроля космического комплекса «БУРАН»;

  • модули и системы для проведения испытаний космических систем «АРАКС» и «КУПОН»;

  • ряд автоматизированных систем управления технологическими процессами для предприятий Республики Беларусь и Российской Федерации.

В 70-е гг. на кафедре под руководством профессора В.В.Изоха была организована научно-исследовательская группа по разработке радиоэлектронной аппаратуры для анализа процессов распространения сигналов в морской среде. Исследования проводились по заказу Акустического института АН СССР. Для проведения натурных экспериментов в море был разработан и изготовлен аппаратурный комплекс по корреляционному приему гидроакустических сигналов. Параллельно с созданием аппаратуры разрабатывались методы, алгоритмы и программы для расчета звуковых полей и их пространственной когерентности в сложных океанических условиях.

Сотрудники кафедры неоднократно принимали участие в проведении натурных испытаний в океане разработанной ими аппаратуры совместно с сотрудниками Акустического института АН СССР на научно-исследовательских судах «Петр Лебедев» и «Сергей Вавилов». Натурные измерения, проведенные с помощью разработанной на кафедре радиофизики аппаратуры, стали большим вкладом в развитие теории и практики дистанционного контроля океанической среды.

В течение последних пяти лет на кафедре профессором А.С.Рудницким, доцентами В.И.Демидчиком и С.В.Малым осуществляются теоретические и экспериментальные исследования взаимодействия микроволнового и оптического электромагнитного излучения с композиционными материалами и структурно-неоднородными средами. Среди основных достижений в этой области можно выделить:

  • методы, алгоритмы и программы для расчета рассеяния электромагнитных волн на линейно-, двух- и трехмерно периодических решетках, образованных из произвольных по геометрии, внутренней структуре и составу объектов;

  • методики расчета эффективных электродинамических параметров композиционных материалов с периодической и стохастической структурой;

  • физические закономерности взаимодействия электромагнитного излучения с фрактальными структурами;

  • теория распространения и дифракции электромагнитных волн в калейдоскопических структурах;

  • физические принципы построения устройств различного функционального назначения на основе калейдоскопических структур, существенно расширяющие элементную базу и оптического и радиофизического приборостроения;

  • защищенные авторскими свидетельствами и патентами технические решения.

Учебно-научные комплексы

На протяжении ряда лет на кафедре радиофизики под руководством профессора П. Д. Кухарчика и доцента В. Г. Семенчика проводятся научно-исследовательские работы по созданию методов, алгоритмов и программно-аппаратных средств формирования микроволновых изображений внутренней структуры различных объектов естественного и искусственного происхождения.

В ходе исследований получены следующие основные результаты:

  • на основе использования широкополосных зондирующих сигналов со ступенчатой перестройкой частоты разработаны методы и аппаратура для формирования трехмерных микроволновых изображений внутренней структуры радиопрозрачных сред;

  • разработаны алгоритмы и программное обеспечение для синтезирования апертуры синхронным сканированием приемной и облучающей антеннами при одновременном изменении частоты зондирующего сигнала;

  • разработана экспериментальная установка для формирования микроволновых изображений в диапазоне частот от 4 до 8 ГГц.

В настоящее время исследования в этой области направлены на разработку и совершенствование алгоритмов восстановления изображений объектов и внутренней структуры неоднородных сред, обладающих большим поглощением микроволнового излучения.

Коллективом кафедры созданы учебно-научные комплексы для проведения научных исследований в области электродинамики СВЧ и для проведения лабораторных практикумов при подготовке специалистов с высшим образованием по радиофизическим и радиотехническим специальностям.

Одним из приоритетных направлений исследований является создание новых информационных технологий и компьютерно-ориентированных систем обработки сигналов различной физической природы и назначения. Большой вклад в организацию и проведение исследований в этой области внес доцент Е.И.Бовбель. В последние годы эти исследования продолжаются под руководством доцента И.Э.Хейдорова. Разработаны методы, алгоритмы и программы, ориентированные на обработку речевых сигналов в задачах распознавания речи, идентификации диктора и в биомедицинских приложениях, связанных с ранней диагностикой заболеваний органов речеобразования человека.

По программе МНТЦ совместно с Республиканским научно-практическим центром «Кардиология» разработана методика и программно-компьютерный комплекс ранней диагностики и профилактики осложнений артериальной гипертензии; разработана и внедрена в РНПЦ Оториноларингологии система обнаружения и классификации патологий голосового тракта на основе многоклассовой гиперсферной машины на опорных векторах. Разработана и внедрена в Парке высоких технологий система поиска ключевых слов в потоке слитной речи.

Исследования в области контроля и диагностики технического состояния машин и механизмов различного назначения на кафедре проводятся с 1972 г. У истоков данного научного направления были заведующий кафедрой доктор технических наук, профессор В.В.Изох, кандидат технических наук В.И.Микулович, начальник отдела Центрального института авиационного моторостроения им. П.И.Баранова (г. Москва), кандидат технических наук Н.Г.Дубравский. Под их руководством в студенческой научно-исследовательской лаборатории (СНИЛ), созданной на кафедре в 1967 г., выполнялись первые хоздоговорные НИР по разработке методов и аппаратурных средств для анализа вибрационного состояния авиационных двигателей при их разработке, испытаниях и эксплуатации. Следует отметить, что значительная часть работ в этой области выполнялась практически только студентами отделения радиофизики и электроники физического факультета, объединенными в СНИЛ кафедры, которая к концу 70-х гг. была лучшей лабораторией не только в университете, но и среди всех вузов Беларуси. Лаборатория дважды была удостоена звания «Лауреат Всесоюзного смотра студенческих КБ».

При выполнении НИР в интересах предприятий Министерства авиационной промышленности (МАП) и Министерства общего машиностроения (МОМ) СССР были получены важные теоретические и практические результаты, что послужило основанием для создания в 1978 г. Отраслевой научно-исследовательской лаборатории физических методов и средств диагностического контроля состояния силовых установок МАП, которая функционировала в составе НИЧ Белгосуниверситета до 1992 г.

За это время были разработаны принципы построения бортовых и наземных систем измерения параметров вибрации и технологических процессов, сопровождающих работу машин. Был создан ряд уникальных приборов:

  • синхронные анализаторы вибрации различных модификаций;

  • анализатор кинематической (действующей) погрешности зубчатых передач и редукторов в сборе;

  • анализаторы спектра на основе быстрых алгоритмов Фурье и цифровой фильтрации;

  • цифровой синхронный накопитель и усилитель-формирователь сигналов пьезоэлектрических датчиков вибрации;

  • 16-канальный усилитель тензонапряжений.

Большинство из разработанных приборов и диагностических систем внедрены на предприятиях министерств авиационной промышленности, гражданской авиации и министерства общего машиностроения бывшего СССР в Москве, Самаре, Воронеже, Запорожье, Санкт-Петербурге, Киеве, Риге, Челябинске, а также на АЗЛК (г. Москва) и ИНДМАШ Национальной академии наук Беларуси.

В настоящее время на кафедре аспирантами и группой сотрудников (В.Т.Шнитко, А.В.Микулович) под руководством доцента В.И.Микуловича выполняются исследования, направленные на дальнейшее развитие методов, аппаратных и программных средств обработки и представления информации, получаемой при испытании и диагностике машинного оборудования. Так, уже созданы стационарная многофункциональная система контроля и диагностики, а также портативная универсальная система мониторинга машинного оборудования, представляющая собой третье поколение приборов подобного назначения.

Принята в эксплуатацию в Вооруженных силах Республики Беларусь автоматизированная система диагностики вибросостояния механических узлов авиационной техники, которая отмечалась дипломами и медалями на международных выставках.

Аппаратно-программные модули

Кафедра поддерживает тесные научные связи с различными научно-исследовательскими учебными подразделениями Белгосуниверситета.

Примером такого сотрудничества являются работы по созданию систем метрологического контроля влажности листовых, сыпучих и текучих материалов, которые проводятся в лаборатории радиоголографии НИИ ПФП им. А.Н.Севченко с участием сотрудников кафедры. Работы выполняются под руководством профессора П.Д.Кухарчика и заведующего лабораторией кандидата технических наук И.А.Титовицкого. Комплексный подход к решению проблемы и объединение усилий сотрудников лаборатории радиоголографии и кафедры позволили создать уникальные метрологические комплексы, которые нашли практическое применение в системах управления технологическими процессами на ряде предприятий России и Беларуси.

Сотрудниками кафедры и лаборатории прикладной электродинамики НИИ ПФП им. А.Н. Севченко выполняются проекты по разработке поглощающих материалов и слабоотражающих структур оптического и микроволнового диапазонов для задач информационной безопасности, электромагнитной совместимости, сертификации и метрологии.

Совместно с НИИ ядерных проблем ведутся исследования особенностей протекания электромагнитных процессов в наноразмерных системах. Созданы вычислительные модели и исследованы электродинамические свойства активных композиционных материалов на квантовых нитях и точках. На базе разработанных моделей изучены эффекты поляризационного сдвига линий усиления в активных средах. Разработаны и исследованы модели лазеров на квантовых точках.

Кафедра совместно с Центром аэрокосмического образования проводит исследования по созданию образовательных программ инновационного типа в области исследований и освоения космического пространства.

На кафедре выполняются проекты ГПНИ, ФФИ РБ, МНТЦ совместно с подразделениями НАН Беларуси, вузами и научно-производственными центрами Республики, в числе которых Институт физики, Объединенный институт машиностроения, Объединенный институт проблем информатики НАН Беларуси, УО «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», УО «Белорусский национальный технический университет», РНПЦ «Кардиология», РНПЦ Оториноларингологии, ОАО КБТЭМ ОМО, предприятия ВПК Беларуси. Имеется опыт международного сотрудничества по совместной подготовке кадров высшей квалификации и проведению научных исследований в рамках международных проектов и договоров с Высшей школой г. Лиона (Франция), Научным центром волновых исследований Учреждения Российской академии наук «Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН», Харбинским университетом науки и техники (Китай), Институтом цифровых медиатехнологий г. Ильменау (Германия).