Всероссийская молодёжная конференция «Перспективы развития фундаментальных наук» Вторая международная научная школа для молодёжи «Прикладные математика и физика: от фундаментальных исследований к инновациям» (стр. 6 )

(МФТИ, ФРТК, студент)

«Альтернативная система синхронизации одночастотной сети наземного цифрового телевизионного вещания»

В работе описан принцип организации одночастотной сети (ОЧС) наземного цифрового телевизионного вещания (ЦТВ), рассмотрена традиционная система синхронизации, основанная на сигналах глобальной навигационной спутниковой системы, и предложена альтернативная система синхронизации ОЧС. Альтернативная система синхронизации ОЧС основывается на передаче сигналов точного времени через геостационарные спутники систем ЦТВ в составе транспортного потока (ТП). Предложена концепция передачи сигналов синхронизации в составе ТП, проанализирована точность предлагаемой системы и приведены результаты частичного моделирования системы аппаратными средствами.

(МФТИ, ФРТК, студент)

«Разработка системы многоканального мониторинга и контроля целостности цифрового мультимедийного вещания в диапазоне частот ниже 100МГц»

Цель моей работы заключалась в разработке системы многоканального мониторинга и контроля целостности цифрового мультимедийного вещания в диапазоне частот ниже 100 МГц. Работа была разделена на 3 основные задачи.

Во-первых, был проведён анализ особенностей использования данного диапазона частот для организации цифрового ТВ вещания с помощью различных нормативно-правовых документов по этой тематике.

Во-вторых, были исследованы существующие механизмы контроля контента на транспортном уровне, а также были предложены альтернативные методы контроля.

И финальная часть работы касалась разработки принципов и оборудования для системы многоканального сбора и обработки звуковой информации в каналах теле - и радиовещания.

Согласно ФЦП, одобренной Правительством РФ, в указанный период планируется переход от аналогового к цифровому телерадиовещанию. Распоряжением Правительства РФ от 25 мая 2004 г. определено, что при переходе на цифровое телевизионное вещание в стране будет применяться общеевропейский стандарт DVB (Digital Video Broadcasting). В соответствии с международным частотным планом, принятым на Региональной конференции радиосвязи Международного союза электросвязи в 2006 году (РКР-06) и решением Государственной комиссии по радиочастотам цифровое наземное ТВ вещание DVB-T должно осуществляться в III – V ТВ диапазонах частот (МГц и 470-862 МГц). Таким образом, международными документами не регламентируется использования I ТВ диапазона (48,5-66)МГц для организации цифрового телерадиовещания DVB-T.

Учитывая цифровизацию телевизионного вещания в РФ и отсутствие запретов на использование I ТВ диапазона со стороны международных организаций, а также благодаря существованию и функционированию развитой инфраструктуры вещания в этом диапазоне частот представляется целесообразным развернуть цифровую систему мультимедийного вещания в РФ в I ТВ диапазоне.

В отличие от Европы, в РФ в первую очередь развивалось радиовещание именно в метровых диапазонах частот в силу его специфики. Поэтому, в отличие от Европы, для РФ вещание в I ТВ диапазоне эффективно и целесообразно. Учитывая все преимущества и недостатки метрового диапазона, можно сделать вывод о том что используя действующие мощные аналоговые передатчики в этом диапазоне частот имеется возможность рентабельного покрытия обширных зон вещания, особенно в сельских районах, где понижен уровень индустриальных помех.

На ряду с этим в новом постановлении Правительства РФ от 8 июня 2011г. появляются требования к обеспечению целостности информации, передаваемой в мультимедийных системах.

Для контроля программ в составе мультиплекса наиболее удобной структурной единицей представляется транспортный поток, так как именно в транспортный поток инкапсулируются все передаваемые программы, и сама структура транспортного потока строго стандартизирована и прописана в рекомендациях МСЭ-Р H.222.0 | ИСО/МЭК 13818-1.

Цифровое телевизионное вещание начинается с формирования элементарных потоков (ES) кодеров аудио и видео данных. Далее элементарные потоки инкапсулируются, формируя пакетизированные элементарные потоки (PES), которые имеют заголовок определённого формата. Затем PES-пакеты различных программ мультиплексируются в единый транспортный поток (TS), который представляет собой последовательность пакетов фиксированной длины по 188 байт, каждый из которых состоит из заголовка пакета длиной 4 байта, поля адаптации переменной длины, и полезной нагрузки (например, данные PES пакетов). А также помимо PES пакетов мультиплексируются таблицы специфической информации о программе (PSI) и таблицы сервисной информации (SI), которые служат для передачи данных управления (см. рис.). Именно на этапе формирования транспортного потока должны быть предприняты соответствующие операции по контролю целостности программ.

В настоящее время помимо специальных полей в заголовке транспортного пакета и некоторых специфических дескрипторов в транспортном потоке нет других механизмом контроля передаваемой информации. Учитывая структуру данных в ТП, были предложены альтернативные методы контроля, а именно: использование хэщ-функций и ЭЦП. Данные PES-пакета многократно хешируются (см. рис.), формируя значение хэш-функции определённого размера. Это значение в дальнейшем служит для проверки подлинности информации. Передача эталонного значения хэш-функции может осуществляться либо по защищенному побочному каналу, либо прямо в ТП в некоторых специальных конфиденциальных секциях. Т. О. на приёмной стороне, вычислив значения хэш-функции для того же самого PES-пакета и сравнив его с проверочным значением, мы узнаем об изменениях информации или же их отсутствии. Использование ЭЦП гораздо более проблематично и сопряжено с множеством вспомогательных задач, однако, способно обеспечить большую надежность.

Далее следует пример осуществления такого контроля целостности для подпрограммы звукового сопровождения. Сначала из ТП (ASI) выделяется сигнал звукового сопровождения программ в формате AES/EBU и далее через АЦП и USB-интерфейс поступает в память компьютера для последующей обработки. Важно отметить многоканальность используемого АЦП, благодаря чему имеется возможность одновременной обработки информации нескольких программ.

В работе Использовался модуль L-Card E14-440, отличительной особенность которого является наличие встроенного сигнального процессора для обработки прерываний, а также высокая максимальная частота преобразования. Звуковые сигналы подключались по схеме с 16ю дифференциальными входами, для каждого из которых можно устанавливать разные диапазона входного напряжения и коэффициенты усиления.

С помощью высокоуровневой библиотеки Lusbapi v3.2 была реализована управляющая программа для многоканального сбора и обработки информации, интерфейс которой представлен на рисунке. Многочисленные эксперименты показали, что точностные характеристики данного АЦП соответствуют требованиям и пригодны для построения более сложной многоуровневой системы мониторинга информации в каналах теле - и радиовещания.

Итак, организация новой мультимедийной системы цифрового вещания в I частотном диапазоне, предназначенной для вещания в регионах, связана с проблемой контроля целостности данных. Решение которой может осуществляться предложенными методами, однако такая система контроля требует соответствующего измерительного и вычислительного оборудования на приемной стороне. Имеющийся в наличии программируемый модуль L-Card E14-440 способен обеспечить требуемые точность измерений и скорость вычислений.

Дальнейшая работа должна быть посвящена реализации алгоритмов хеширования при мультиплексировании программ на передающей стороне и разработке соответствующей аппаратуры.

(ФАЛТ МФТИ, студент 762 гр.)

«Численное моделирование переходных процессов при отклонении органов механизации крыла»

Проведено моделирование обтекания профиля крыла NACA-0012 с двумя вариантами механизации: со спойлером и без. Задача решена в нестационарной постановке при помощи нового бессеточного метода прямого численного моделирования – метода вязких вихревых доменов. Моделирование проведено при числе Рейнольдса . Детально рассмотрен переходный процесс открытия спойлера. Воспроизведен эффект кратковременного увеличения подъемной силы в начале процесса. Получены результаты, хорошо согласующиеся с известными экспериментальными данными. Показано, что заложенные параметры расчета позволяют адекватно моделировать данный физический процесс. Разработан программный комплекс, реализующий метод вязких вихревых доменов.

(СГАУ им. , студент)

«Автоволновые структуры в межзвездной среде с акустической неустойчивостью»

В средах, где имеется стационарный объемный источник тепловыделения, мощность которого зависит от температуры и плотности, существенную роль в эволюции возмущении играет наличие тепловых неустойчивостей. В своей работе[1] Филд провел детальный анализ тепловых неустойчивостей, с помощью введения обобщенной функции тепловыделения было разделено три типа тепловой неустойчивости. К типам тепловой неустойчивости относятся изохорическая, изобарическая и акустическая(изоэнтропическая) неустойчивости. Нами была рассмотрена задача эволюции возмущения малой амплитуды в среде с акустической неустойчивостью, при условии, что она является изобарически и изохорически устойчивой. Исследование проводилось с помощью основной системы газодинамики. С помощью данной системы было полученное дисперсионное уравнение и продемонстрировано, что условие усиления волны представляет собой условие акустической неустойчивости и совпадает с условием отрицательности второй вязкости для сред с источником тепловыделения, зависящим от температуры и плотности [2]. На основе теории возмущений с точностью до величин второго порядка малости было получено нелинейного акустическое уравнение. Данное уравнение описывает эволюции слабых возмущений в среде. Также оно позволяет определить возможные структуры фронтов волн в среде, к ним можно отнести ударные волны с понижением и с повышением плотности за фронтом. Наиболее интересный тип решения это решения в виде автоволнового импульса. Амплитуды всех типов волн, и условия появления того или иного типа найдены аналитически. Данный механизм исследовался в приложении к модели межзвездной среды [3]. Для этой модели было проведено численное моделирование с помощью нелинейного акустического уравнения. Был показан распад начального возмущения в виде локализованного импульса на серию автоволновых импульсов. Аналогичный результат был показан для начального возмущения типа «ступенька». Чтобы показать, что полученное уравнение в должной степени описывает эволюцию газодинамического возмущения в среде с акустической неустойчивостью, нами было также проведено численное моделирование с помощь решения по явной полностью консервативной схеме основной системы с использованием искусственной вязкости. Результат моделирования был аналогичен. Полчуенные результаты подтверждают гипотезу Краснобаева[4] о самопроизвольной генерации серии импульсов в межзвездных средах с акустической неустойчивостью

1. Field G. B. Astrophys. J, 1965, V. 142. p. 531

2. , ЖЭТФ. 1988. Т. 94. №3. С. 128-132.

3. Hollenbach D., Takahashi T., Tielens, Astrophys. J., 1991 Part 1, V. 377, p. 192-209

4. , , – в сб. Ядерная физика, физика космических излучений и астрономия. М.: МГУ-19с.

(зам. дир. ГНЦ ИФВЭ,

зав. каф. ФВЭ МФТИ; координатор российских Институтов в эксп. АТЛАС на БАК)

«Эксперимент АТЛАС на Большом Адронном Коллайдере»

Наличие массы у промежуточных векторных бозонов W+- и Z создает принципиальные проблемы при построении теории фундаментальных взаимодействий. В стандартной модели эти проблемы решаются введением в теорию скалярных полей и частиц с необычными свойствами – хиггсовских бозонов. Обнаружение этих частиц или эффектов, их заменяющих, является центральной задачей современной физики фундаментальных взаимодействий. В эксперименте АТЛАС, работающем на Большом Адронном Коллайдере, получены первые результаты по поиску хиггсовского бозона и ряда новых явлений, возможных при сверхвысоких энергиях. При прогнозируемых темпах набора данных и обработки уже в ближайшие два года станет ясно, существует ли классический хиггсовский бозон или же за генерацию масс отвечает другая пока неизвестная нам физика.

(ИТЭФ)

«Кварк-глюонная плазма-новое состояние материи»

В 2005 году в экспериментах на коллайдере в Брукхевене (США) наблюдали образование нового состояния материи - кварк-глюонной плазмы. Вселенная находилась в таком состояния во времена порядка одной миллионной доли секунды после Большого взрыва. В обычном состоянии кварки и глюоны связаны в ядрах атомов. В плазме они образуют среду. Хотя сгустки плазмы рождаются на коллайдере на чрезвычайно короткое время (одна триллионная часть от одной миллиардной секунды) удалось установить основные свойства плазмы.

Зиятдинов Ильяз Зиннурович (ФАЛТ МФТИ, студент)

«Квантовохимический анализ окисления этана молекулами синглетного кислорода»

В последние годы в связи с бурным развитием плазмохимии, физики неравновесных процессов, гиперзвуковой аэродинамики, физики ударных волн, лазерной физики и физики низкотемпературной плазмы значительный интерес проявляется к исследованию химических реакций с участием возбужденных атомов и молекул. Такие молекулы более активны, чем невозбужденные. Этот факт лежит в основе новых методов организации горения органических и неорганических топлив путем возбуждения молекул O2 в состояния a1∆g и b1Σg+ либо резонансным излучением, либо электрическим разрядом [StaTit2001DAN_RU, StaTit2003KK_RU]. Как было показано ранее, возбуждение молекул O2 в синглетные электронные состояния a1∆g и b1Σg+ позволяет существенно ускорить цепные процессы в метано-воздушной смеси и, тем самым, сократить длину зоны индукции и температуру воспламенения [StarTitZhTF2004, StaLouTit2008FGV_rus]. Для более глубокого анализа кинетики развития цепных реакций и процессов воспламенения и горения при наличии в смеси возбужденных молекул O2 необходимо исследование кинетики протекания элементарных процессов с электронно-возбуждёнными компонентами. Однако имеющиеся в литературе кинетические данные по элементарным процессам с участием молекул синглетного кислорода и углеводородов крайне ограничены. Экспериментальные данные были получены для реакций некоторых углеводородов с молекулами O2(a1∆g) и O2( ) при температурах T=300-500 K [Huie1973, Ashford1974, Ashford1975, Datta1979]. Однако константы скорости, измеренные при низких температурах, нельзя использовать при анализе процессов воспламенения и горения. Процессы тушения молекул кислорода в состояниях O2(a1∆g) и O2( ) на молекулах некоторых углеводородов также изучались экспериментально [Findlay1969, Becker1971, Ackerman1970]. Кроме того, предпринимались попытки оценить константу скорости процесса CH4+O2(a1∆g)=CH3+HO2 на основе полуэмпирического метода «порядок связи – энергия связи » (ПС-ЭС) [Mayer1968]. Из вышесказанного следует, что имеющихся в литературе данных об элементарных процессах с участием молекул синглетного кислорода O2(a1∆g), O2( ) и молекул углеводородов явно недостаточно для построения детальных реакционных механизмов горения углеводородов в воздухе при возбуждении молекул O2 в состояния a1∆g и b1Σg+. Для оценки констант скоростей таких реакций в широком диапазоне температур необходимо использовать квантовохимические ab initio расчёты.
В данной работе было осущевстлено применение расчетных методов квантовой химии к анализу газофазной реакции окисления этана электронно-возбужденными молекулами кислорода O2(a1∆g).

УДК 517.982.252

(проф. каф. высшей математики МФТИ),

Иванов Григорий Михайлович (студент 5 курса МФТИ)

«Слабо выпуклые множества и опорные условия»[1]

Рассматриваются два класса слабо выпуклых множеств в банаховом пространстве. Классы характеризуются - опорным и - опорным условиями соответственно. Доказано, что рассматриваемые два класса совпадают при условии, что банахово пространство равномерно выпукло.

Пусть - нормированное пространство. Через и будем обозначать соответственно внутренность и границу множества . Через обозначим значение функционала на векторе . Для вектора и функционала через и обозначим шары с радиусом в пространствах соответственно:

Расстоянием от точки до множества называется величина Метрической проекцией точки на множество называется любой элемент множества

Обозначим Будем говорить, что множество удовлетворяет -опорному условию слабой выпуклости с константой , если из того, что и , следует, что

Через будем обозначать класс всех замкнутых множеств удовлетворяющих -опорному условию слабой выпуклости с константой .

Нормальным конусом к множеству в точке называется множество

Будем говорить, что множество удовлетворяет -опорному условию слабой выпуклости с константой , если из того, что , , следует, что

Через будем обозначать класс всех замкнутых множеств , удовлетворяющих -опорному условию слабой выпуклости с константой .

Теорема. Пусть – равномерно выпуклое банахово пространство, . Тогда .

Доказательство теоремы приведено в работе [1].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] , M. Взаимосвязь опорных условий слабой выпуклости для множеств в банаховых пространствах // Труды МФТИ. – 2011. – Т. 3, № 1. – С. 70–73.

(МФТИ)

«Геометрические методы специальной теории относительности»

В данном цикле лекций будет дан геометрический взгляд на специальную теорию относительности (СТО), основывающийся на геометрии Минковского. Непротиворечивость СТО будет связана с существованием геометрического языка описания. Преобразования группы Лоренца, будут последовательно сравниваться с поворотами, с обсуждением как сходства, так и различия. Преобразования Лоренца и повороты будут представлены как матричные экспоненты, в духе теории групп Ли. На основании этого геометрического взгляда будет введено электромагнитное поле, как поле генераторов преобразований скоростей, и рассмотрена задача о движении частицы в постоянном однородном электромагнитном поле. Будут рассмотрены такие, геометрические в своей основе, эффекты как прецессия Томаса и фаза Берри. В зависимости от восприятия аудитории большее или меньшее время будет уделено тензорам и векторам в пространстве Минковского.

(МФТИ)

«Методы теории поля»

В лекции будет разобрано дан краткий обзор некоторых методов теории поля, на основе стандартной программы семестрового курса "теория поля" (специальная теория относительности и электродинамика в вакууме), читаемого в МФТИ. Будет разобрано применение мультипольного разложение я электростатике и при описании источников электромагнитных волн. В лекции будет использоваться материал лекций цикла "Геометрические методы специальной теории относительности". В зависимости от восприятия аудитории большее или меньшее время будет уделено обсуждению калибровочной, калибровочных преобразований и калибровочных условий.

(СГАУ)

«Температурная зависимость интенсивности димольного излучения синглетного кислорода»

Синглетный кислород (далее СК) это молекулы кислорода на первом электронно-возбужденном уровне. Они играют важную роль в процессах, протекающих в атмосфере [1], биологических системах [2], при горении. СК является источником энергии для кислородно-йодных лазеров [3]. В связи с этим актуально обнаружение СК и определение его концентрации по интенсивности димольных излучений

O2 (1Δg) + O2 (1Δg) = O2 (3Σg) + O2 (3Σg) + hν (λ = 634 нм), (1)

O2 (1Δg) + O2 (1Δg) = O2 (3Σg) + O2 (3Σg)(υ=1) + hν (λ =703 нм), (2)

Известны зависимости констант скоростей реакций 1 и 2 в диапазоне К [4], а так же для температур свыше 1000К [5]. Спорным вопросом остается поведение константы скорости реакции 1 и 2 при температурах ниже 150К. По оценкам [6,7], константа скорости реакции возрастает с падением температуры. В настоящей работе для охлаждения потока СК использовался медный цилиндр с отверстиями вдоль оси. Цилиндр помещался во фторопластовый контейнер и заливался охладителем – жидким азотом или спиртом. Для моделирования эффективности охлаждения потока СК был использован пакет COMSOL Multiphysics. Для анализа были использованы уравнения Навье-Стокса, диффузии, и теплопроводности, с учетом основных кинетических процессов в газовой фазе и на поверхности теплообменника. Результаты расчетов показали возможность достижения температур потока СК до 100К. Был спроектирован и изготовлен теплообменник, удовлетворяющий этим требованиям.

Экспериментальная установка была реализована в Самарском филиале ФИАН. Установка состояла из генератора СК, в котором СК получался в ходе реакции раствора щелочи с газообразным хлором, теплообменника, диагностической камеры.

Для расчета температуры использовался спектр перехода O2 (1Σg) = O2 (3Σg) + hν в полосе 763 нм. Форма спектра позволяет оценить температуру с точностью около 5К. Интенсивность излучения СК на переходе O2 (1Δg) = O2 (3Σg) + hν (λ = 1270 нм) определялась с помощью абсолютно калиброванного ИК-спектрометра. Интенсивность переходов (1), (2) измерялась с помощью второго абсолютно калиброванного спектрометра. Измерение отношения интенсивности димольного излучения к квадрату интенсивности излучения СК при разных температурах позволяют определить температурную зависимость констант скоростей димольных излучений.

Полученные данные были аппроксимированы тремя способами – простая коллизионная модель, коллизионная модель с энергией активации и коллизионная модель с энергией активации и вероятностью взаимодействия, зависящей от времени пролета. Наилучшую сходимость показали коллизионная модель с энергией активации и коллизионная модель с энергией активации и вероятностью излучения.

В работах [8,5] отношение констант скоростей реакции (2) и (1) ~1.07 при температуре ~300 К. Нами обнаружено, что при температурах ниже 150К это отношение уменьшается и становиться равным ~0.95. Скорее всего, это происходит в силу разных значений параметра E в реакции 1 и 2.

Список источников:

1.  Harrison, Roy M. Pollution: Causes, Effects & Control (2nd ed.)// Cambridge: Royal Society of Chemistry,1990. ISBN -7.