№AP08857146

Руководитель проекта Дайнеко Евгения Александровна, PhD, ассоциированный профессор

Цель проекта. Разработка цифровой много язычной образовательной платформы (казахский, русский, английский) для дистанционного выполнения лабораторных работ по изучению современных радиосистем СВЧ и КВЧ диапазонов с использованием технологии виртуальной реальности.

Актуальность. В радиосистемах нового поколения для повышения скорости передачи информации начинают более широко применять радиосигналы сантиметровых и миллиметровых волн. Радиоканалы связи таких диапазонов имеют специфические особенности, которые влияют на рабочие характеристики конкретных радиосистем, например спутниковые системы связи и навигации, мобильные сотовые системы связи, радары. Поэтому изучение таких радиосистем является актуальным. Однако не все высшие учебные заведения обладают таким дорогостоящим оборудованием. На помощь приходят новые методики обучения, использующие современные информационные технологии, а также программные инструменты и системы, реализующие данные методики.

В связи с этим идя данного проекта заключается в разработке собственной цифровой образовательной платформы для изучения современных радиосистем СВЧ и КВЧ диапазонов.

Ожидаемые результаты. Ожидаемый научный эффект заключается в разработке собственного программного продукта на базе современных смарт-технологий с применением технологии виртуальной реальности. Реализация проекта обеспечит повышение качества подготовки специалистов высокой квалификации в области радиотехники и телекоммуникаций путем привлечения к выполнению проекта студентов бакалавриата, магистратуры и PhD докторантов.

В результате выполнения проекта будет создана цифровая платформа для дистанционного выполнения лабораторных работ по радиотехническому и радиофизическому направлению подготовки специалистов в высших и среднетехнических учебных заведениях.

Достигнутые результаты.

Исследован и проанализирован мировой опыт в области разработки и внедрения компьютерных обучающих систем на базе различных интегрированных сред разработки.

Был проведен анализ рынка образовательных платформ, выявлены их преимущества и недостатки. С учетом результатов исследования определен набор необходимых функций платформы и необходимых инструментов. Итого были определены методы, позволяющие реализовать общие требования к программному комплексу; отобраны инструменты, имеющие необходимый функционал для создания платформы.

Для реализации функционала платформы были изучены конкретные приемы и способы развертывания подобной программной архитектуры. В результате был определен подход, отвечающий следующим требованиям:

• совместимость с различными платформами (ПК, мобильные устройства);
• гибкость системы;
• масштабируемость системы.

Также была разработана архитектура базы данных, отвечающая запросам платформы. Созданы компьютерные модели современных радиосистем СВЧ и КВЧ диапазонов, используемых в цифровой образовательной платформе с удаленным доступом. Для создания компьютерных моделей, был проведен отбор наиболее популярных устройств лабораторных практикумах. В результате были отобраны: векторный анализатор цепей ZVA-40, LRC – фильтр, анализатор спектра Rohde&Schwarz fpc1500 spectrum analyzer, осциллограф Rohde&Schwarz Oscilloscope RTC1002.

В основу концепции создания моделей легла идея описания приборов в виде набора входных и выходных сигналов и выполняемых функций, а также модульность, то есть независимость каждой модели. Этот подход позволит сделать проект гибким и легко масштабируемым.

Выполнение лабораторных работ в изучении современных радиосистем требуют работы с большим набором различных устройств. Поэтому для создания реалистичных виртуальных лабораторных работ, было необходимо создать корректную симуляцию поведения этих инструментов.

С этой целью было задействовано численно-математическое моделирование радиосистем СВЧ и КВЧ диапазонов. Под численно-математическим моделированием подразумевается разработка алгоритмов работы устройств, задействованных в виртуальных лабораторных работах. Логика работы оборудования была основана на функционале, необходимом в той или иной работе.

Для СВЧ моделей, где требовались сложные расчеты численно-математического, моделирование было выполнено на основе численных данных, полученных в результате использования CST Microwave Studio. Это программное обеспечение позволяет создавать необходимое устройство, а затем получить его приблизительную аналитическую формулу. По такому принципу были созданы модели фильтра на прямоугольном волноводе, LRC фильтра.

При работе над моделями КВЧ устройств были определены важные параметры, на основе которых производятся основные вычисления. Например, в случае с векторным анализатором ZVA-40 такими параметрами являются S-параметры: S11 – комплексный коэффициент отражения и S21 – комплексный коэффициент передачи. Поэтому численно-математическое моделирование было основано на этих параметрах, а также их фазовых характеристиках. В результате созданная модель позволяет получать значения этих параметров, обрабатывать их и выводить на экран.

На данный момент созданы численно-математические модели следующих измерительных устройств: векторный анализатор цепей ZVA-40, LRC – фильтр, анализатор спектра Rohde&Schwarz FPC1500 Spectrum Analyzer и E8363B PNA Network Analyzer Keysight Technologies, осциллограф Rohde&Schwarz Oscilloscope RTC1002. Также были созданы численно-математические модели современных радиосистем СВЧ и КВЧ диапазонов: зеркальная антенна для спутниковой системы связи, волноводный фильтр микрополоскового резонатора, коаксиально-волноводный переход, транзисторный усилитель, процесс радиомониторинга источника радиоизлучения.

Список публикаций:

1. Tsoy D. D., Seitnur A.M., Zhenisov D.K., Ipalakova M.T., Daineko Ye.A. Leap motion as a whiteboard tool using machine learning algorithms. The 19th INTERNATIONAL CONFERENCE INFORMATION TECHNOLOGIES AND MANAGEMENT 2021, April 22-23, 2021, ISMA University of Applied Science, Riga, Latvia. P. 75-76.
2. Y. Daineko, M. Ipalakova, A. Aitmagambetov, D. Tsoy, A. Kulakayeva, B. Kozhakhmetova, A. Seitnur. Using new technologies in teaching courses on modern radio systems of the information transmission. EDULEARN 2021, 13th international conference on education and new learning technologies, pp. 6274-6279, 2021 (Indexes in WoS).
3. G. Zakirova, Y. Daineko, L. Naizabayeva, A. Niyazgulova, M. Ipalakova, A. Seitnur. An inside view at technologically enhanced learning: experience of international information technology university. EDULEARN 2021, 13th international conference on education and new learning technologies, pp. 7557-7563, 2021 (Indexes in WoS).
4. Ye.A. Daineko, D.D. Tsoy , A.M. Seitnur, M.T. Ipalakova. The role of new information and communication technologies in modern education. Вестник КазНУ, Серия физическая, №2 (77), с. 62-69, 2021.
5. Е.А. Дайнеко, А.З. Айтмагамбетов, А.Е. Кулакаева, Д.Д. Цой, Б.А. Кожахметова, М.Т. Ипалакова, А.М. Сейтнұр. Разработка виртуальных лабораторных работ для изучения радиотехнических дисциплин. Вестник ВКГТУ. ISSN 1561-4212, №2(92), июнь, 2021. С. 70-78.
6. Dmitry S. Gubsky, Yevgeniya A. Daineko, Madina T. Ipalakova, Daria V. Lonkina, Viacheslav V. Zemlyakov. Computer Model of Filter for Virtual Laboratory. 2021 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves RSEMW June 28 - July 2, 2021, Divnomorskoe, Russia. P. 95-98. DOI: 10.1109/RSEMW52378.2021.9494131 (Indexes in Scopus).
7. Ye. A. Daineko, B. A. Kozhakhmetova, A. E. Kulakayeva, D. D. Tsoy, A. Z. Aitmagambetov, D. S. Gubsky, M. T. Ipalakova, and A. M. Seitnur. Development of Virtual Laboratory Work on the Base of Unity Game Engine for the Study of Radio Engineering Disciplines. AVR 2021, LNCS 12980, pp. 419–427, 2021. https://doi.org/10.1007/978-3-030-87595-4_31 (Scopus, Процентиль Computer Science 50).
8. Губский Д.С., Дайнеко Е.А., Цой Д.Д., Ипалакова М.Т., Иванова И.Н., Клещенков А.Б. Виртуальная лабораторная работа с удаленным доступом // Вестник компьютерных и информационных технологий, 2021, Т. 18, №7. С. 37-45 DOI 10.14489/vkit.2021.07.pp.037-045.
9. Dairbayev A.M., Baikenov B., Daineko Ye.A., Ipalakova M.T. Distance learning of electronic engineering based on Arduino platform. The 7th International Conference on Engineering & MIS 2021, accepted for publication. (Indexes in Scopus, Процентиль 17).
10. Daineko Ye.A., Ipalakova M.T., Aitmagambetov A.Z., Gubsky D.S., Lonkina D.V., Kulakayeva A.Ye., Kozhakhmetova B.A., Tsoy D. D.. Microwave devices models creation for using within digital educational platform. The 7th International Conference on Engineering & MIS 2021, accepted for publication. (Indexes in Scopus, Процентиль 17).
11. D. S. Gubsky, Ye. A. Daineko, M. T. Ipalakova, A. B. Kleschenkov, A. Z. Aitmagambetov, S. A. Vyatkina. Spectrum Analyzer Model for a Virtual Laboratory. PhotonIcs and Electromagnetics Research Symposium, also known as Progress In Electromagnetics Research Symposium (PIERS 2021), accepted for publication. (Indexes in Scopus).
12. Сейтнұр А.М., Нұралин М.Д, Цой Д.Д. Человеко-компьютерное взаимодействие с использованием контроллера движения Leap motion. International Journal of Information and Communication Technologies. Sepcial Issue, March, 2021. P. 55-60.
13. Daineko, Y. A., Aitmagambetov, A. Z., Tsoy, D. D., Kulakayeva, A. E., & Ipalakova, M. T. (2022). Computer Simulation of a Spectrum Analyzer Based on the Unity Game Engine. LNCS 13445, pp. 104–112, 2022 (Scopus Procentile Computer Science - 50).
14. Alexander Pastukh, Valery Tikhvinskiy, Evgeny Devyatkin and Aigul Kulakayeva. Sharing Studies between 5G IoT Networks and Fixed Service in the 6425–7125 MHz Band with Monte Carlo Simulation Analysis. Sensors 2022, 22, 1587. (Scopus Procentile Computer Science - 50) https://doi.org/10.3390/s22041587.
15. Aigul, K., Altay, A., Yevgeniya, D., Bekbolat, M., & Zhadyra, O. Improvement of Signal Reception Reliability at Satellite Spectrum Monitoring System. IEEE Access. Vol. 10, 2022. DOI: 10.1109/ACCESS.2022.3206953 (https://ieeexplore.ieee.org/xpl/tocresult.jsp? isnumber=6514899) (Scopus Procentile Engineering – 90, Computer Science - 85).
16. Daineko Y.A., Tsoy D.D., Ipalakova M.T., Bagdat Kozhakhmetova, Aitmagambetov A.Z., Kulakayeva A.E. Development of an Interactive Mobile Platform for Studying Radio Engineering Disciplines Using Augmented Reality Technology. iJIM ‒ Vol. 16, No. 19, 2022. P. 147-162. (Scopus Procentile Computer Science - 55) (DOI: https://doi.org/10.3991/ijim.v16i19.32373).
17. Gubsky D., Daineko Y., Ipalakova M., Kleschenkov A., Tsoy D. (2022) Computer model of a spectrum analyzer for a virtual laboratory: development and introduction to educational process. PeerJ Computer Science. Accepted for publishing (Scopus Procentile Computer Science - 53).
18. Zakirova, G., Rakhmetulayeva, S., & Daineko. Competency based and technologically enhanced teaching and learning: collaborative virtual environment and methodology. Proceedings of EDULEARN 2022 Conference, 5th-6th July 2021. P. 6273-6279 doi: 10.21125/edulearn.2021.1269.
19. A. Dairbayev, B. Baikenov, Y. Daineko, B. Kozhakhmetova. Improving E-Learning with Arduino. Proceedings of INTED2022 Conference, 7th-8th March 2022, Valencia (Spain). P. 0438-0444.
20. Tsoy D., Daineko Y.A., Ipalakova M.T. (2022). Cardiovascular system pathologies studying using virtual reality tools. The 8th International Conference on Engineering & MIS 2022, Altınbaş University, Istanbul, Turkey (DOI: 10.1109/ICEMIS56295.2022.9914209).
21. Тихвинский В.О., Терентьев С.В., Айтмагамбетов А.З., Кулакаева А.Е., (2022), Эволюция сетей мобильной связи 5G advanced к 6G, МУИТ, 2022 г, 458 с.
22. Dmitry S. Gubsky, Yevgeniya A. Daineko, Anatoly B. Kleschenkov, Madina T. Ipalakova, Altai Z. Aitmagambetov. Virtual Laboratory Work for Studying the Spectrum of Radio Signals. 2022 International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering (APEDE’ 2022), September 22-23, 2022, Saratov 2022. P. 130-133.
23. Кулакаева А.Е., Дайнеко Е.А., Айтмагамбетов А.З., Онгенбаева Ж.Ж. Оценка сигнала с помощью фильтра Калмана при спутниковом радиомониторинге. Вестник АУЭС, №3(58) 2022. C. 50-59.
24. Y.A. Daineko, M.T. Ipalakova, A.Z. Aitmagambetov, A.E. Kulakayeva, B.A. Kozhakhmetova, D.D. Tsoy. Development of a digital educational platform for studying radio engineering courses. Recent Contributions to Physics. No3 (82). 2022. P.71-78 https://doi.org/10.26577/RCPh.2022.v82.i3.10.
25. Губский Д.С., Дайнеко Е.А., Клещенков А.Б., Ипалакова М.Т., Вяткина С.А., Цой Д.Д. Создание цифровой образовательной платформы для дистанционного выполнения виртуальных лабораторных работ по изучению устройств СВЧ и КВЧ диапазонов. Опыт применения. VIII Микроволновая конференция (8th All-Russian Microwave Conference), 23-25 ноября 2022г, Москва.
26. Yevgeniya Daineko, Madina Ipalakova, Dana Tsoy. Gamification in teaching natural and technical SCIENCES. Proceedings of ICERI 2022 Conference, 7th-9th November 2022, Seville (Spain), pp 7970-7978.
27. Bakhyt Alipova, Yevgeniya Daineko, Zhiger Bolatov. Numerical Modeling of the Coronary Artery using ANSYS Fluent. DTESI, 21-22 October, 2022. Almaty, Kazakhstan. CEUR Workshop Proceedings.
28. Valery Tikhvinskiy, Yevgeniya Daineko, Altay Aitmagambetov, Aigul Kulakayeva, Bagdat Kozhakhmetova. Reference Models of Satellite segment integration for NTN 5G. DTESI, 21-22 October, 2022. Almaty, Kazakhstan. CEUR Workshop Proceedings.
29. Galiya M. Berdykulova, Yevgeniya A. Daineko, Marat K. Kamysbayev, Makpal Abdinova. What Experience And Survey Say About University Digitalization In Kazakhstan? DTESI, 21-22 October, 2022. Almaty, Kazakhstan. CEUR Workshop Proceedings.
    
    

Патенты:

1. Кулакаева А.Е., Айтмагамбетов А.З., Бутузов Ю.А., Кожахметова Б.А. Патент №5855 на полезную модель «Способ определения местоположения источников радиоизлучения с помощью низкоорбитального малого космического аппарата».
2. Кулакаева А.Е., Айтмагамбетов А.З., Бутузов Ю.А., Кожахметова Б.А. Патент №6209 на полезную модель «Система для мониторинга использования радиочастотного спектра на базе низкоорбитального малого космического аппарата».
3. Кулакаева А.Е., Айтмагамбетов А.З., Бутузов Ю.А., Кожахметова Б.А. Патент №6346 на полезную модель «Способ определения местоположения источников радиоизлучения с помощью низкоорбитального малого космического аппарата».
   
   Состав исследовательской группы: