Modeling and Simulation in Microwave-Photonics Applications

In this chapter, with the goal to recover an optimal mean for computer-aided modeling and simulating a newer class of microwave-photonics-based radio electronic apparatuses, a number of comparative simulation experiments for the basic microwave band electronic devices and systems using well-known software tools referred to photonic design automation or upgraded electronic design automation platforms are carried out. As a result, it is shown that exploiting the software of upgraded electronic design automation platform provides significantly better accuracy of calculations for the devices and systems of this class

Design and Optimization of Photonics-Based Beamforming Networks for Ultra-Wide mmWave-Band Antenna Arrays

In this chapter, we review the worldwide progress referred to designing optical beamforming networks intended to the next-generation ultra-wideband millimeter-wave phased array antennas for incoming fifth-generation wireless systems, which in recent years is under the close attention of worldwide communication community. Following the tendency, we study in detail the design concepts below true-time-delay photonics beamforming networks based on switchable or continuously tunable control. Guided by them, we highlight our NI AWRDE CAD-based simulation experiments in the frequency range of 57–76 GHz on design of two 16-channel photonics beamforming networks using true-time-delay approach. In the first scheme of the known configuration, each channel includes laser, optical modulator, and 5-bit binary switchable chain of optical delay lines. The second scheme has an optimized configuration based on only 3-bit binary switchable chain of optical delay lines in each channel, all of which are driven by four lasers with wavelength division multiplexing and a common optical modulator. In the result, the novel structural and cost-efficient configuration of microwave-photonics beamforming network combining wavelength division multiplexing and true-time-delay techniques is proposed and investigated

Computer-Aided Design of Microwave-Photonics-Based RF Circuits and Systems

In the process of design, a developer of new microwave-photonics-based RF apparatuses is facing a problem of choosing appropriate software. As of today, the existing optical and optoelectronic CAD tools (OE-CAD) are not developed like CAD tools intended for modeling of RF circuits (E-CAD). On the contrary, operating at symbolic level, modern high-power microwave E-CAD tools simply and with high precision solve this problem, but there are no models of active photonic components in their libraries. To overcome this problem, we proposed and validated experimentally a new approach to model a broad class of promising analog microwave radio-electronics systems based on microwave photonics technology. This chapter reviews our known, updated, new models and simulation results using microwave-electronics off-the-shelf computer tool NI AWRDE to pursue advanced performances corresponding to the last generation of key photonics structural elements and important RF devices on their basis

Примитивы движения робота в задаче планирования траектории с кинематическими ограничениями

Автоматическое планирование траектории – актуальная научно-техническая задача, решения которой востребованы во многих областях: беспилотный транспорт, роботизированная логистика, социальная робототехника и т.д. Зачастую при планировании траектории необходимо учитывать тот факт, что агент (робот, беспилотный автомобиль и др.) не может произвольно менять ориентацию при движении, другими словами – необходимо учитывать кинематические ограничения при планировании. Одним из широко-распространенных подходов к решению этой задачи является подход, опирающийся на конструирование траектории из заранее подготовленных фрагментов, примитивов движения, каждый из которых в свою очередь удовлетворяет кинематическим ограничениям. Зачастую, акцент при разработке методов, реализующих этот подход, делается на сокращении перебора вариантов при планировании (эвристический поиск), при этом сам набор доступных примитивов считается заданным извне. В этой же работе, мы наоборот ставим своей целью провести исследование и анализ влияния различных доступных примитивов движения на качество решения задачи планирования при фиксированном алгоритме поиска. В частности, рассматриваются 3 различных набора примитивов движения для колесного робота с дифференциальным приводом. В качестве алгоритма поиска используется известный в искусственном интеллекте и робототехнике алгоритм A*. Качество решения оценивается по 6 метрикам, включая время планирования, длину и кривизну результирующей траектории. На основании проведенного исследования делаются выводы о факторах, оказывающих наибольшее влияние на результат планирования, и даются рекомендации по построению примитивов движения, использование которых позволяет достичь баланса между скоростью работы алгоритма планирования и качеством отыскиваемых траекторий

Isotope ratios of H, C, and O in CO2 and H2O of the Martian atmosphere

Stable isotope ratios of H, C, and O are powerful indicators of a wide variety of planetary geophysical processes, and for Mars they reveal the record of loss of its atmosphere and subsequent interactions with its surface such as carbonate formation. We report in situ measurements of the isotopic ratios of D/H and O-18/O-16 in water and C-13/C-12, O-18/O-16, O-17/O-16, and (CO)-C-13-O-18/(CO)-C-12-O-16 in carbon dioxide, made in the martian atmosphere at Gale Crater from the Curiosity rover using the Sample Analysis at Mars (SAM)'s tunable laser spectrometer (TLS). Comparison between our measurements in the modern atmosphere and those of martian meteorites such as ALH 84001 implies that the martian reservoirs of CO2 and H2O were largely established similar to 4 billion years ago, but that atmospheric loss or surface interaction may be still ongoing