Во многих областях науки и техники, таких как оптика, микроэлектроника, оптоэлектроника, интегральная оптика, стоит задача измерения оптических и геометрических характеристик тонких плёнок. Необходимость обеспечения единства измерений в данных областях обусловила создание Государственного первичного эталона единиц комплексного показателя преломления ГЭТ 203-2012. С помощью ГЭТ 203-2012 комплексный показатель преломления измеряли методом спектральной эллипсометрии через измерение эллипсометрических углов. Однако в ГЭТ 203-2012 не было предусмотрено метрологическое обеспечение измерений толщины покрытий при одновременном измерении их комплексного показателя преломления. В период 2020–2023 гг. во ВНИИОФИ ГЭТ 203-2012 усовершенствован, расширены его функциональные возможности в части воспроизведения единицы длины в области измерений толщины оптических покрытий. Усовершенствованный эталон утверждён как Государственный первичный специальный эталон единицы комплексного показателя преломления и единицы длины в области измерений толщины оптических покрытий ГЭТ 203-2024. ГЭТ 203-2024 обеспечивает единство измерений комплексного показателя преломления и единицы длины в области измерений толщины оптических в диапазоне от 1 нм до 50 мкм. Расширение диапазона достигнуто в результате введения в состав ГЭТ 203-2024 эллипсометра с инфракрасным диапазоном длин волн, оснащённого фурье-спектрометром FTIR (fourier transform infrared). Расширение диапазона измерений толщины тонкослойных оптических покрытий важно для таких отраслей, как оптика, микроэлектроника, оптоэлектроника, интегральная оптика и других областей науки и техники. Представлены состав, принцип работы и основные метрологические характеристики ГЭТ 203-2024.

Разработана методика декомпозиции значений двухмерных спектральных признаков по составляющим их коэффициентов корреляции. Близким аналогом предложенной методики являются алгоритмы автоматической классификации. Основу методики составляет анализ предложенного показателя – произведений нормированных значений спектральных признаков и их плотности вероятности. Для восстановления плотности вероятности по исходным статистическим данным использована непараметрическая оценка Розенблатта-Парзена. Особенность предложенного показателя и выбранные пользователем пороговые значения показателя позволяют в процессе вычислительного эксперимента формировать варианты декомпозиции исходных статистических данных и картирования получаемых результатов. С помощью человеко-машинной процедуры декомпозиции значений двухмерных спектральных признаков можно обойти проблему решения задач оптимизации при применении алгоритмов автоматической классификации и использовать информацию о зависимости между спектральными признаками в элементах земной поверхности. Представлены результаты применения методики при обработке данных дистанционного зондирования лесного массива и их сопоставление с исходной информацией. Установлены спектральные признаки, которые в основном определяют декомпозицию между сухостоями и другими состояниями лесного массива. Полученные результаты можно использовать для формирования наборов спектральных признаков при оценивании состояний природных объектов.

Проанализировано разрушающее воздействие внешних вибраций на радиоэлектронную аппаратуру, размещённую на подвижных объектах. Обоснована актуальность цифрового моделирования вибрационных воздействий с целью долгосрочного прогнозирования зарождения и развития дефектов бортовой радиоэлектронной аппаратуры. Вибрационные воздействия рассмотрены с двух точек зрения: как фактор разрушения оборудования и как информативный сигнал, сообщающий о характере и степени этого разрушения. Отмечено, что по мере усложнения оборудования повышаются требования к адекватности моделей и методам оценки погрешности моделирования. Указано, что в цифровоммоделировании используютсяматрицы, построенные на основе уравнений равновесия теории упругости, по этим матрицам вычисляются коэффициенты Ламе, формируются граничные условия. Получена явная разностная схема для численного решения системы уравнений равновесия теории упругости. Выявлены факторы, влияющие на погрешность моделирования. Сформулированы принципы вычисления погрешности моделирования вибраций. Приведены и обоснованы функционалы, связывающие амплитудную погрешность моделирования со скоростью распространения вибрации в исследуемой среде и с количеством узлов дискретной модели по каждой проекции вектора распространения вибрационных волн. На конкретном числовом примере показано, каким образом указанные функционалы позволяют решать оптимизационные задачи. Область применения полученных результатов – вибрационный мониторинг радиоэлектронной аппаратуры с целью выявления скрытых развивающихся дефектов.

Рассмотрены вопросы соответствия результатов прямых и непрямых измерений оптической плотности в узкой полосе длин волн. Оптическую плотность в узкой полосе длин волн измеряли методом фильтрации светового потока согласно международному стандарту ISO 5-3:2009 “Photography and graphic technology – Density measurements. Part 3: Spectral conditions” (прямое измерение) и спектральным методом (непрямое измерение). С целью обеспечения единства измерений оптической плотности в узкой полосе длин волн и установления прослеживаемости результатов измерений к Государственному первичному эталону единицы оптической плотности ГЭТ 206-2016 исследована степень соответствия результатов, полученных двумя методами. Описаны методики измерений оптической плотности в узкой полосе длин волн для каждого метода. Метод фильтрации светового потока реализован с помощью ГЭТ 206-2016, а именно с использованием комплекса по измерению диффузной оптической плотности в проходящем свете. Для реализации спектральногометода применён спектрофотометр Cary 7000 (Agilent, США). Приведены данные по измерению оптической плотности стеклянных светофильтров двумяметодами. Разработанметод коррекции результатов спектральных измерений и определена поправка к результатам спектральных измерений. Разработанный метод и поправка позволяют установить соответствие результатов спектральных измерений и измерений методом фильтрации светового потока. Также описанный метод коррекции результатов спектральных измерений позволяет устанавливать прослеживаемость результатов измерений оптической плотности спектральнымметодомк результатамизмерений с помощью ГЭТ 206-2016.

Рассмотрено использование методов лазерной доплеровской анемометрии для бесконтактного измерения скорости движущейся среды в различных фазовых состояниях. Отмечена специфика условий применения лазерных доплеровских анемометров – в ряде случаев существуют ограничения на использование фотоэлектронных умножителей. С целью поиска альтернативы классическому фотоэлектронному умножителю лазерного доплеровского анемометра исследованы фотоумножители трёх типов: классический электровакуумный; кремниевый лавинный мультипикселный; с микроканальной пластиной. Проведены физические эксперименты по измерению скорости аэро- и гидродинамических потоков лазерным доплеровским анемометром с фотоумножителями трёх типов. Измерены скорости вращающегося стеклянного диска, аэродинамического потока в канале прямоугольного сечения и потока аэрозоля, а также гидродинамической затопленной струи. Полученные экспериментальные данные проанализированы по критериям оценки качества (эффективности) работы указанных фотоумножителей и границам их применимости. На основе физических свойств исследованных фотоумножителей объяснены показатели их эффективности в различных экспериментах. Определены границы эффективного использования данных фотоумножителей в широком классе физических экспериментов. Полученные результаты имеют важное значение для исследователей, занимающихся изучением аэро- и гидродинамических потоков, где необходимы точные и надёжные измерения скорости потока. Выбор оптимального фотоумножителя для лазерного анемометра позволяет повысить точность и простоту получения экспериментальных данных и снизить стоимость конечного оборудования.

Рассмотрены вопросы калибровки коэффициента передачи антенной системы станции наземного контроля энергетических характеристик сигналов глобальных навигационных спутниковых систем. Приведён наиболее часто применяемый метод калибровки по радиоизлучению Солнца коэффициента передачи крупноапертурных зеркальных антенных систем, на базе которых построены станции наземного контроля. Описаны преимущества и недостатки метода калибровки по радиоизлучению. Для устранения недостатков калибровки по радиоизлучению Солнца (ограниченный диапазон рабочих углов места, необходимость привлечения сторонних данных о спектральной интенсивности радиоизлучения Солнца) рассмотрен альтернативный подход – калибровка по искусственному источнику радиоизлучения, размещённому на борту беспилотного летательного аппарата. Указаны особенности такого подхода – необходимость работы в ближней зоне измеряемой антенной системы, а также перемещение искусственного источника радиоизлучения в плоскости, параллельной плоскости апертуры антенной системы. Разработана структурная схема полезной нагрузки беспилотного летательного аппарата для измерений в ближней зоне измеряемой антенной системы. Приведены результаты исследования характеристик генератора сигналов полезной нагрузки беспилотного летательного аппарата. Предложено решение, позволяющее исключить погрешность установки выходной мощности генератора сигналов (различие номинальной и фактической мощности сигнала) из результатов измерений. Показана необходимость применения в составе полезной нагрузки контрольного измерителя мощности сигнала и полосового фильтра. Спроектирована система контроля выходной мощности генератора сигналов. Подобраны компоненты полезной нагрузки, удовлетворяющие ограничению по массогабаритным характеристикам. Реализована возможность удалённого подключения оператора к аппаратуре полезной нагрузки беспилотного летательного аппарата. Описана перспектива развития макета полезной нагрузки.

Исследованы бистатические свойства рассеяния образцов композитных радиопоглощающих материалов. Рассмотрено влияние дифракционных эффектов на краях плоских образцов малых (2–4 длины волны падающего излучения) размеров на результаты измерений коэффициента отражения материала образца – бистатической характеристики, зависящей от частоты излучения в широком (10–85°) диапазоне углов падения. Для уменьшения влияния дифракционных эффектов разработаны образцы различных конфигураций, изготовленные из магнитодиэлектрика с частотной дисперсией диэлектрической и магнитной проницаемостей. Образцы представляют собой металлическую подложку, на одну сторону которой нанесён исследуемый материал, а остальные поверхности подложки покрыты радиопоглощающим материалом. Рассеивающие характеристики разработанных образцов численно рассчитаны и экспериментально измерены на стенде для бистатических измерений в безэховой камере. Экспериментальные результаты соответствуют расчётным данным. Показано заметное уменьшение влияния дифракционных эффектов на коэффициент отражения в широком угловом и частотном диапазонах. Численными методами в программном пакете FEKO исследовано влияние конфигурации образца на методическую погрешность измерений коэффициента отражения. Показано, что данную погрешность можно уменьшить при использовании подложки протяжённой формы в плоскости падения (образцы гибридных конфигураций). Полученные результаты можно использовать при измерении характеристик рассеяния материалов в свободном пространстве, например при уточнении материальных параметров.

Описано несовершенство метрологического обеспечения измерений параметров сверхвысокочастотных объектов в нестандартных направляющих системах, включающих печатные полосковые линии, из-за отсутствия в настоящее время общепринятого точного способа определения волнового сопротивления печатных полосковых линий. Предложен метод экспериментального контроля всей совокупности параметров печатных полосковых линий передачи: волнового сопротивления, относительной эффективной диэлектрической проницаемости, а также фазовой скорости и коэффициента затухания распространяющейся электромагнитной волны. Волновое сопротивление определено по s-параметрам соединения коаксиально-полосковых переходов отрезком электрически длинной линии. Измеренные в коаксиальном канале волновые параметры трансформированы в области контакта коаксиальных и полосковой линий, что позволяет получить аналитическую оценку волнового сопротивления во всём частотном диапазоне векторного анализатора цепей или хотя бы в его отдельных частотных окнах. В предложенном методе фазовая скорость, коэффициент затухания и относительная эффективная диэлектрическая проницаемость найдены фазоразностным методом по результатам измерения трансформированных в области контакта коэффициентов передачи соединений коаксиально-полосковых переходов отрезками электрически длинной и короткой печатных полосковых линий. Работоспособность предложенного метода контроля параметров печатных полосковых линий подтверждена автоматизированным моделированием, а эффективность – натурным экспериментом. Полученные результаты полезны инженерам – разработчикам интегральной сверхвысокочастотной техники – и специалистам в области контроля параметров объектов в нестандартных направляющих системах.

Обосновано расширение номенклатуры стандартных образцов сорбционных свойств. Разработан стандартный образец сорбционных свойств диоксида титана. В процессе разработки исследованы два материала стандартного образца – порошки на основе диоксида титана – с целью установления качественного и количественного состава, размера частиц, плотности, а также параметров подготовки материала к исследованию методом газовой адсорбции. По результатам исследования выбран материал с меньшим содержанием примесей и частицами меньшего размера по сравнению со вторым материалом. Метрологические характеристики стандартного образца установлены с помощью эталонной установки из состава Государственного первичного эталона единиц удельной адсорбции газов, удельной поверхности, удельного объёма пор, размера пор, открытой пористости и коэффициента газопроницаемости ГЭТ 210-2019. Определены следующие интервалы аттестованных значений: удельная поверхность 10–100 м2/г; удельный объём пор 0,05–0,5 см3/г; средний диаметр пор 2–30 нм; удельная адсорбция азота 0,01–20,00 моль/кг при температуре жидкого азота в диапазоне относительных давлений 0,9·10–3–0,992. Разработанный стандартный образец сорбционных свойств на основе матрицы диоксида титана аттестован и внесён в Государственный реестр утверждённых типов стандартных образцов под регистрационным номером ГСО 12390-2023. Использование ГСО 12390-2023 при калибровках, поверках, испытаниях в целях утверждения типа средств измерений сорбционных свойств на различных этапах производства диоксида титана позволит повысить качество выпускаемой продукции на его основе.