Известия ЮФУ. Технические науки.

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МОДЕЛЬ КОЛЛЕКТИВНОГО ПОВЕДЕНИЯ ГРУППЫ ЖИВОТНЫХ: ЭФФЕКТИВНАЯ БИОЭВРИСТИКА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРИКЛАДНЫХ ЗАДАЧ ГЛОБАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ

2024-05-28T13:40:51+03:00

Перспективным решением задач глобальной оптимизации являются метаэвристики, инспириро-
ванные природой, представляющие собой недетерминированные алгоритмы, исследующие простран-
ство поиска, решений, обучающиеся в процессе поиска, не привязанные к конкретной задаче, хотя и не
гарантирующие точное решений. Целью данного исследования является разработка эффективного
алгоритма для решения прикладных проблем глобальной оптимизации многомерных одномодальных и
мультимодальных функций, встречающихся в задачах инженерного проектирования, обработки изо-
бражений и компьютерного зрения, энергетики и энергоменеджмента, анализа данных и машинного
обучения, робототехники. Для достижения этой цели в статье предлагается вычислительная модель
коллективного поведения группы животных и эффективный алгоритм дифференциально-векторного
движения. Модель включает разнообразные паттерны поведения в группе животных: удерживать
текущую позицию; двигаться в направлении к ближайшим соседям или, наоборот, от ближайших со-
седей; двигаться случайным образом; конкурировать за позицию. В коллективной памяти хранится
информация о местоположении доминирующих особей группы и направлении движения группы, лучшие
позиции агентов с учетом механизмов конкуренции и доминирования в группе. Алгоритм был экспери-
ментально протестирован на семи известных многомерных одномодальных и мультимодальных функ-
циях. Результаты были сопоставлены с генетическим алгоритмом, алгоритмом роя частиц, гравита-
ционного поиска дифференциальной эволюции. Предлагаемый алгоритм показал лучшие результаты,
нежели конкурирующие алгоритмы, на всех тестовых функциях. Это объясняется лучшим балансом
нового алгоритма между скоростью сходимости и диверсификацией пространства поиска решений.
Проверка полученных результатов с использованием Т-критерия суммы рангов Уилкоксона для незави-
симых выборок показала, что результаты по алгоритму являются статистически значимыми. Также
проводилось сравнение с одним из наиболее эффективных алгоритмов непрерывной оптимизации BFGS
- квазиньютоновским итерационным алгоритмом численной оптимизации, предназначенным для на-
хождения локального экстремума одномодальных функций. Результаты оказались сопоставимы для
многомерных функций. Алгоритм также сравнивался с методом мультистарта в задаче глобальной
оптимизации мультиэкстремальных функций и доказал свое преимущество по времени и точности
найденных решений.

МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ БИОМЕТРИЧЕСКОЙ ВЕРИФИКАЦИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

2024-05-28T13:44:57+03:00

Предлагается гибридная модель системы текстонезависимой динамической верификации
пользователей информационных систем, которая основана на комплексном использовании искусст-
венных иммунных систем и искусственных нейронных сетей. Подлежащие верификации данные тек-
стонезависимой динамической биометрии пользователей представлены, двумя последовательно-
стями информационных единиц фиксированного размера векторов признаков, соответствующих
образам двух классов – «свой» и «чужой». Такое представление ориентировано на массово-
параллельную децентрализованную обработку данных, принятую в искусственных иммунных систе-
мах. Последующая верификация пользователей обоих классов реализуется с помощью вероятност-
ной искусственной нейронной сети, которая в признаковом пространстве вычисляет плотности
вероятности концентрации информационных единиц обоих классов. В дополнение к характеристи-
кам плотности вероятности информационных единиц используются допустимые цены ошибок 1-го
и 2-го рода для образов каждого класса. Итоговый результат биометрической верификации рабо-
тающего пользователя контролируется на основании текущего сравнения совокупных статистиче-
ских оценок плотности вероятности и допустимой цены ошибок образов каждого из двух классов.
Предлагаемый подход к верификации личности работающего пользователя позволяет предложить
общую схему этой процедуры для существенно различных модальностей динамической биометрии:
голоса, рукописи и клавиатурного набора. Реализация такого подхода для биометрии конкретной
модальности будет несколько отличаться, но общая схема верификации может быть сохранена.
Преимуществами предлагаемого подхода являются: возможность текстонезависимого анализа
динамической биометрии различной модальности, произвольного объема, содержания и языка; воз-
можность принятия верификационного решения в непрерывном режиме в темпе поступления рабо-
ты пользователя; в перспективе повышать точность работы системы верификации путем увели-
чения размерности нейронной сети; возможность использования истории анализа результатов ве-
рификации реальных пользователей для последующей более точной настройки системы. Относи-
тельным недостатком работы является необходимость программной реализации нейронной сети
большой размерности. Однако в перспективе этот недостаток быстро нивелируется с повышением
производительности средств вычислительной техники.

МОДЕЛЬ АЛГОРИТМА ПОТОКОВОЙ МАРКИРОВКИ ШИРОКОФОРМАТНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

2024-05-28T13:50:20+03:00

В настоящей статье предложен алгоритм обработки широкоформатного изображения для
применения в системах, работающих в режиме реального масштаба времени с высокоскорост-
ным потоком видеоданных. Вопрос предварительной обработки изображения, его кластеризации,
сегментации и маркировки имеет особую важность для систем обработки видеопотока высокого
разрешения в режиме реального времени. Кроме того, при реализации таких алгоритмов остро
стоит вопрос минимизации затрат вычислительных ресурсов программируемых логических инте-
гральных схем (ПЛИС), на которых происходит непосредственное развертывание алгоритмов
потоковой обработки изображений. Минимальное потребление ресурсов обеспечивают однопро-
ходные алгоритмы маркировки, в которых отсутствует необходимость буферизации изображе-
ния, что имеет особую важность при обработки широкоформатного изображения высокого раз-
решения. Однако, при реализации одиночного прохода изображения через систему обработки мо-
жет происходить создание множества дополнительных маркеров подлежащих дальнейшему объ-
единению, особенно при анализе изображения с большим разрешением. Созданные дополнительные маркеры требуют увеличения требований количеству используемых ячеек памяти на ПЛИС.
Описываемый в статье алгоритм потоковой маркировки широкоформатного изображения высо-
кого разрешения позволяет производить маркировку потокового видеоизображения высокого раз-
решения снижая вероятность создания дополнительных меток подлежащих дальнейшему объе-
динению. Суть улучшения алгоритма относительно стандартного однопроходного состоит в
добавлении к сканирующей маске дополнительных элементов, которые позволяют избежать си-
туации появления различных меток, соответствующих одному объекту, что позволяет при ми-
нимальном увеличении объема используемой памяти на ПЛИС избежать дублирования меток и
перерасхода памяти устройства. Проведено моделирование алгоритма для реализации на ПЛИС с
помощью инструмента Xilinx System Generator for DSP в связке со средой для модельно-
ориентированного проектирования (МОП) Matlab Simulink. Представлены результаты работы
алгоритма на изображениях, полученных с высокоскоростной линейной камеры TELEDYNE DALSA
LA-CC-04K05B-00- с использованием мезонина Integre Technologies LLC FMC-200-A, а также
отладочной платы Xilinx ZYNQ Ultrascale+ MPSoC ZCU106.

МЕТОД ПОДДЕРЖКИ УСТОЙЧИВОСТИ СЕТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ

2024-05-28T13:59:29+03:00

Рассматривается задача управления распределением энергетической мощности на терри-
тории, покрытой интеллектуальной энергосетью. Целью управления является стабилизация по-
тока энергии при наличии внешних воздействий, вызванных изменением состояния окружающей
среды. Присутствие уязвимостей обусловлено природой энергетических сетей и при определенном
стечении обстоятельств провоцирует аномалии энергоснабжения. Воздействие факторов внеш-
ней среды разнообразно по содержанию, не позволяя уверенно прогнозировать актуальные угрозы.
Описываются геоинформационные модели, использующие представление знаний образами. Ее ис-
пользование дает возможность оценивать актуальность известных угроз. Концептуально образ
включает в себя центр и допустимые преобразования центра в некотором контексте. Рассмат-
ривается случай, когда угроза нарушения работы интеллектуальной сети оценивается транс-
формированием образа в заданную область пространства, в которой размещается интеллекту-
альная сеть. Принципиальной особенностью предлагаемого подхода является оценка реализуе-
мость явления или события в заданной области пространства. Операция переноса ситуации за-
ставляет учитывать особенности топологии заданной области. Основную роль начинают играть
не столько атрибуты ситуации, как параметры порождающей ее инфраструктуры. Особенно-
стью предлагаемого подхода следует считать перенос смыслового контекста, который пред-
ставлен допустимыми преобразованиями образа. Программная функция трансформирования свя-
зывается со слоем картографического изображения. Для заданного объекта, входящего в преце-
дент-оригинал, определяется область размещения. Ее граница определяется свойствами объекта.
Если размер области размещения позволяет сконструировать объект соответствующего класса,
этот объект создается. Оценивается достоверность результата путем применения экспертного
знания о качестве объектов рассматриваемого класса. Перечисленные действия выполняются не
только над геометрией пространственного объекта. Аналогично концепции образного представ-
ления геометрии используются временные и семантические атрибуты. Формирование списка
угроз при заданном состоянии внешней среды составляет суть управления устойчивости. Анали-
зируются особенности алгоритмизации процедуры трансформации образов. Приводится способ
оценки достоверности трансформирования. Применение предложенного подхода перспективно
для интеллектуальных систем энергоснабжения, поведение которых сложным образом зависит
от факторов внешней среды.

МОДЕЛЬ ОНТОЛОГИИ ЗНАНИЙ ДЛЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА ТЕКСТОВ

2024-05-28T14:03:30+03:00

Статья посвящена решению научной проблемы создания верхнеуровневого описания модели
онтологии знаний для интеллектуальных систем обработки и анализа текстов на естественном
языке, построенной на основе оригинальной компонентной архитектуры, обеспечивающей необ-
ходимый уровень детализации спецификаций анализируемой текстовой информации. Актуаль-
ность данной задачи обусловлена необходимостью развития теоретических основ построения
информационных моделей семантических зависимостей внутри текстов на естественном языке.
Автором даны определения основным терминам исследуемой предметной области. Представлена
формализованная постановка решаемой задачи. Проблема «информационного взрыва», причиной
возникновения которой стал экспоненциальный рост объемов цифровой информации, привела к
ситуации, когда до 95% информационного потока содержит неструктурированные данные.
В подобных условиях, крайне актуальной становится задача создания эффективных интеллекту-
альных систем поиска и приобретения знаний, в том числе, интеллектуальных систем обработки
и анализа текстов на естественном языке. Научным направлением решения этой частной задачи
является Text Mining (TM) – раскопка знаний в текстовой информации. В качестве примера при-
кладной задачи использования приобретенных знаний, в данном исследовании, рассматривается значимая проблема информационной поддержки процессов предупреждения и/или ликвидации по-
следствий чрезвычайных ситуаций. В данной задаче исходными данными являются потоки тек-
стовых сообщений (новостной информации, отчетов о техническом состоянии техногенных объ-
ектов, информации о природных явлениях и т.п.), поступающих в центры принятия решений, а на
выходе формируются прогностические оценки и/или конкретные инструкции относительно оцен-
ки ситуации и предпринимаемых действий определенными специалистами. Одной из причин,
сдерживающих развитие интеллектуальных систем обработки и анализа текста для решения
задач поиска, приобретения и использования знаний, является недостаточно высокий уровень эф-
фективности моделей и алгоритмов, обеспечивающих комплексное решение описанных выше задач
искусственного интеллекта с учетом особенностей семантики и контекста.

СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСА ПОДЪЕМА ПОДВОДНОГО ГРУЗА

2024-05-28T14:12:43+03:00

Для транспортировки подводного груза применяется судно-носитель (СН). Судно носитель
оснащается комплексом подъема подводного груза, предназначенным для захвата груза, его подъ-
ема, закрепления на СН и транспортировки к пункту базирования. Комплекс подъема подводного
груза включает: спускаемый модуль, механизм подъема, механизм фиксации, механизм демпфиро-
вания и систему управления. В статье представлены результаты разработки математической
модели подводного груза, который описан на основании теорем об изменении количества движе-
ния и кинетического момента механической системы. В уравнениях линейного и углового переме-
щений груза присутствует присоединенная к нему масса жидкости. С учётом относительно ма-
лых линейных и угловых скоростей, а также малых углов вращения выполнена линеаризация урав-
нения динамики в скалярном виде. Модель груза реализована в стандартных блоках системы ими-
тационного моделирования. Для синтеза системы управления груз представлен передаточной
функцией в виде апериодического звена второго порядка. В работе синтезирован трехконтурный
подчиненный регулятор груза с обратными связями по положению, по скорости и по току. Полу-
чены выражения для расчёта обобщённых динамических характеристик замкнутой систем вто-
рого порядка в зависимости от относительного коэффициента усиления регулятора, рассчитаны
параметры системы. Исследования, проведенные на математических моделях системы, позволи-
ли получить начальные сведения о линейном и угловом перемещении спускаемого модуля в устано-
вившемся режиме, перемещении точек внешнего и внутреннего подвесов, величине силы на тросах,
о моменте и скорости, развиваемых электродвигателями лебедок. Моделирование режимов спус-
ка, стабилизации и подъема позволили скорректировать параметры оборудования и добиться
удовлетворительных результатов функционирования комплекса.

ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС СТЕНДА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КАЧКИ КАТАМАРАНА В ВЕТРОВОЛНОВЫХ УСЛОВИЯХ

2024-05-28T14:16:36+03:00

Статья посвящена актуальной теме имитации качки катамарана и программному обеспе-
чению, алгоритмам позволяющим реализовать эту имитацию. Актуальность вытекает из необ-
ходимости тестировать навигационные устройства и их алгоритмы, строить большие трена-
жёрные комплексы имитации объектов надводного, воздушного и наземного базирования. Данная
статья будет сосредоточена на описании программного и алгоритмического обеспечения для
создания имитатора качки катамарана, находящегося на поверхности воды, при воздействии на
него ветроволновых воздействий. Имитационный стенд для воспроизведения качки катамарана
включает в себя платформу Стюарта, датчики, микроконтроллеры и персональный компьютер
оператора. Верхняя часть платформы перемещается подобно палубе катамарана, а нижняя
часть жёстко закреплена. Результаты экспериментов учитываются датчиками, закреплёнными
на подвижной части, и обрабатываются микроконтроллером-прототипом навигационной сис-
темы. Считается, что навигационная система должна получать данные об объекте качки и воз-
вращать оператору вектор состояния, содержащий угол и скорость крена, угол и скорость диф-
ферента, высоту и скорость вертикальной качки. Применяемые математические модели описы-
вают динамику катамарана и системы управления, уменьшающую амплитуду качки, внешние воз-
мущения морской волны, формируемые по спектру Пирсона-Московица. Для получения траекто-
рий качки катамарана реализован алгоритм Рунге-Кутта 4-го порядка с фиксированным шагом, а
для фильтрации и восстановления полного вектора состояний катамарана реализован фильтр
Калмана по схеме с «с задержкой». Разработано программное обеспечение для воспроизведения
крена катамарана на имитационном стенде, фильтрации и восстановления вектора состояния,
графического отображения результатов эксперимента в виде графиков, сохранения результатов
в файлах. Для лучшей интерпретации результатов входные параметры графического интерфейса
и алгоритмов имеют простые наглядные параметры: скорость и направление ветра, начальное
состояние катамарана и служебные, а результаты представляются в виде графиков. В статье
представлено подробное описание взаимосвязи модулей программ, применяемых математических
алгоритмов, указаны входные и выходные параметры. Результаты имитации показывают дос-
таточное качество воспроизведения качки катамарана. Однако были выявлены незначительные
погрешности, связанные с механическими ограничениями применённой кинематической модели.

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ НАЗЕМНОЙ РОБОТИЗИРОВАННОЙ ПЛАТФОРМЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

2024-05-28T14:21:40+03:00

Целью данной работы является проведение системного анализа мобильных роботизирован-
ных платформ, которые могут использоваться в сельском хозяйстве для транспортировки грузов
и прополки сорняков. Данное исследование является актуальным из-за увеличения численности
населения, уменьшения пахотных площадей, естественного оттока населения из сельской мест-
ности и снижения количества сельскохозяйственной техники. Для достижения поставленной
цели в работе сформировано «дерево» целей системного анализа конструктивного исполнения
платформ, которые предваряют и декомпозируют этапы проектирования и разработки роботов
сельскохозяйственного назначения. Из-за наличия нечетких и вербальных показателей оценки экс-
пертами роботизированных платформ, авторы предлагают определять их в виде нечетких ин-
тервалов, которые с применением аддитивной свертки позволяют получить комплексный показа-
тель, который может представлять либо в нечетком виде, либо в виде пессимистической, опти-
мистической или нейтральной оценок. При этом весовые коэффициенты аддитивной свертки
также можно представить в нечетком виде. Для этого предложены операции умножения и сло-
жения нечетких интервалов. Для проведения имитационного моделирования представлена структура программного обеспечения с применением объектно-ориентированного подхода. За счет
перегрузки классических операций сложения и умножения удалось реализовать алгебраические
операции с нечеткими интервалами без усложнения вычислений. Результаты моделирования под-
твердили работоспособность подхода и позволили определить конструктивное исполнение, ком-
поновку, двигатели и движители для сельскохозяйственной платформы. Предложенные методы
можно использовать перед этапами проектирования и разработки роботов различного назначе-
ния, а использование показателей в нечетком виде позволяет снизить нагрузку на экспертов.

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ КАУЗАЛЬНЫХ ГРАФОВЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ СЛОЖНЫХ СОЦИОГУМАНИТАРНЫХ СИСТЕМ

2024-05-28T14:25:04+03:00

Сложные социогуманитарные системы - это разновидность систем, которые изучаются в
социологии, антропологии, экономике, политологии, и других гуманитарных науках. Эти системы
характеризуются сложностью взаимодействий между их составляющими элементами, которые
могут быть как людьми (индивидами, группами), так и культурными, социальными, экономиче-
скими и политическими аспектами. Например, общество как социогуманитарная система состо-
ит из различных элементов, таких как люди, культура, институты, ценности и так далее.
Они взаимодействуют между собой, образуя сложную сеть связей и влияний, которая определяет
поведение и развитие общества. Чтобы лучше понять такие системы, используются различные
подходы, включая системный анализ, социальную сетевую теорию, теорию сложности и другие
методы. Эти подходы помогают выявить основные закономерности в функционировании слож-
ных социогуманитарных систем и предсказать их развитие в будущем. В данной статье рас-
сматриваются подходы к выявлению причинно-следственных связей, выделяются основные тре-
бования к построению этих связей в контексте сложных социогуманитарных систем, имеющих
дело, в основном, со слабоструктурированной информацией, часто в виде естественного языка и
текстов. Были определены слабые и сильные стороны выявленных подходов, а также рассмотре-
ны примеры использования современных методов построения графов на разных задачах: выявле-
ние рисков в бизнесе, анализ социальных явлений, выявление наличия причинности в текстах. Ис-
следование показало, что наиболее продуктивными являются методы машинного обучения, на-
пример языковые модели для извлечения знаний из текста в совокупности с нейросетевыми тех-
нологиями и графовым представлениями знаний. Они требуют уверенных знаний математики,
статистики и программирования, как минимум на языке Python, имеющих самую внушительную
инструментальную поддержку для решения задач машинного обучения. Также, выявление причин-
ности основывается не только на корреляции, но и на других методах, таких как тест Грейнд-
жера, используемый для анализа временных рядов.

ПРЕДИКТИВНАЯ АНАЛИТИКА ДЛЯ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМАХ

2024-05-28T14:29:27+03:00

В настоящее время актуальность использования криптоактивов стремительно растет.
В последние годы торговля криптовалютой стала одной из наиболее обсуждаемых тем в мире
финансов и инвестиций. Криптовалюты, такие как Биткоин, Эфириум, привлекают внимание
миллионов людей благодаря своей инновационности, потенциалу высокой прибыли и возможности
децентрализации. Технология блокчейн, на которой основаны криптовалюты, является одной из
самых инновационных и перспективных технологий на рынке. Изучение торговли криптовалюта-
ми позволяет понять, как частные инвесторы и компании могут использовать блокчейн-
технологии для инвестирования и развития своих бизнесов. Одной из главных причин популярности
торговли криптовалютой является ее высокий уровень волатильности. Курс криптовалют мо-
жет быстро меняться, что предоставляет возможности для получения прибыли. Данная статья
направлена на исследование использования предиктивной аналитики для принятия решений в де-
централизованных системах на примере торговли криптовалютами на централизованных и де-
централизованных биржах. В настоящей работе проводится исследование децентрализованных и
централизованных систем с целью дальнейшего создания систем поддержки принятия решений.
Приведено общее описание и схемы работы децентрализованных и централизованных динамиче-
ских систем на примере исследования криптобирж. Данная научная статья исследует типовую
структуру централизованной и децентрализованной криптобиржи, анализируя основные компо-
ненты и принципы ее функционирования. В статье рассматривается внутренняя организация
биржи, включая систему хранения цифровых активов, механизмы выполнения сделок, обеспечение
безопасности и управление рисками. Также обсуждается взаимодействие биржи с участниками
рынка, а также регулирующими органами. Помимо этого, данная научная статья исследует пра-
вила и принципы работы трейдеров и маркет мейкеров на централизованных и децентрализован-
ных криптобиржах. Рассматриваются основные стратегии и тактики, которые используют
участники рынка для обеспечения ликвидности и оптимизации операций торговли. В статье про-
водится сравнение подходов к торговле на различных типах криптобирж с учетом их особенно-
стей и влияния на ценовую динамику криптовалют. Представленные результаты могут способ-
ствовать более глубокому пониманию процессов в торговле криптовалютами и оптимизации
стратегий принятия решений для инвесторов и торговцев на рынке криптоактивов.

ПРОГРАММНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ЭКРАНОВ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ТЯЖЕЛЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ GEANT4

2024-05-28T14:45:31+03:00

Представлено открытое программное обеспечение для автоматизации проектирования эк-
ранов радиационной защиты с использованием Geant4 для защиты электронного оборудования от
тяжелых заряженных частиц. В статье представлена выбранная архитектура для реализации
предложенного подхода, а также формулируются требуемые входные данные и результирующие
выходные данные. Описан маршрут проектирования экрана на основе входных данных о материа-
ле как последовательность создания соответствующих классов-наследников. Данная статья
представляет собой глубокое исследование, посвященное разработке открытого программного
обеспечения на базе фреймворка Geant4, который использует метод Монте-Карло, нацеленного на
автоматизацию процесса проектирования экранов радиационной защиты с целью обеспечения
эффективной защиты электронного оборудования от воздействия тяжелых заряженных частиц.
В статье подробно рассматривается архитектура разработанного программного обеспечения,
включая описание основных компонентов и технологий, применяемых в его создании, а также
определение необходимых входных данных и формулирование требований к программному продук-
ту. Представленный маршрут проектирования экрана описывается как последовательность соз-
дания соответствующих классов-наследников и их взаимодействия в рамках разработанной ар-
хитектуры, что обеспечивает эффективность и точность расчетов радиационной защиты. Ре-
зультаты данной работы представляют собой новый инновационный подход к проектированию
экранов радиационной защиты, который имеет потенциал значительно повысить надежность и
безопасность электронных систем в условиях воздействия тяжелых заряженных частиц.
Они оказывают важное практическое значение для специалистов в области радиационной защи-
ты и разработки электроники, предоставляя им эффективный инструмент для проведения анали-
за и оптимизации экранов радиационной защиты. Кроме того, результаты исследования пред-
ставляют интерес для исследователей, работающих в области моделирования радиационных эф-
фектов и разработки новых методов защиты электроники от воздействия радиации. В целом,
статья представляет собой значимый вклад в область радиационной защиты и электроники, а
также является основой для дальнейших исследований и разработок в этом направлении.

ЧИСЛЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНОЙ МЕТАПОВЕРХНОСТИ КЛИНОВИДНОЙ ФОРМЫ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО УПРАВЛЕНИЮ ОТРАЖЕННЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ КРЫЛА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

2024-05-28T14:50:26+03:00

Целью исследования является оценка эффективности применения нелинейной метаповерх-
ности на объекте клиновидной формы для управления отраженным от него электромагнитным
полем. В исследовании нелинейная метаповерхность представляет собой двумерный упорядочен-
ный массив, элементы которого, взаимодействуя с электромагнитным полем падающей волны,
способны управлять амплитудой и фазой прошедшей и отраженной волн, позволяя таким образом
управлять волновым фронтом. Задачей исследования является поиск и проверка метода анализа
клиновидных структур с нелинейными нагрузками различной конфигурации. При решении задачи
исследования, рассматривается модель задней кромки крыла летательного аппарата с продоль-
ными нелинейными нагрузками на обеих гранях. Исследуемые нелинейные элементы моделируются
сосредоточенными нагрузками в зонах на поверхности задней кромки крыла летательного аппа-
рата. Подбором параметров сосредоточенных нагрузок задается вид их нелинейности. Описыва-
ется метод численного анализа модели, основанный на решении задачи рассеяния и задачи излуче-
ния электромагнитного поля. Представлена пошаговая последовательность действий от созда-
ния объемной модели задней кромки крыла летательного аппарата, до задания параметров рас-
чета и получения результатов. Приведены результаты моделирования задней кромки крыла ле-
тательного аппарата с различным числом нелинейных нагрузок, различным положением нагрузок
относительно друг друга и от кромки, различными параметрами сосредоточенных нагрузок. По-
лученные результаты электродинамического моделирования позволяют сделать выводы относи-
тельно параметров нагрузок, их количества и расположения. Были исследованы различные комби-
нации нагрузок, а именно две, три и четыре нелинейных нагрузки на каждой грани. Результаты
для идеально проводящего клина с двумя нагрузками, показали низкую эффективность в части
возможности увеличения уровней кратных гармоник относительно уровня основной в рассеянном
от структуры электромагнитном поле. Анализ клина c тремя нагрузками, показал возможность
увеличения уровней кратных гармоник на 13 дБ в секторе углов ±5°. Стабильное, в широкой полосе
частот, увеличение уровня кратных гармоник на 13-23 дБ в секторе углов ±80° достигается при
размещении на задней кромке крыла летательного аппарата четырех нагрузок.

СИНТЕЗ СИСТЕМЫ СВЕРХБЫСТРОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЖАРООПАСНЫХ СИТУАЦИЙ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСА ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ ДАТЧИКОВ

2024-05-28T14:54:30+03:00

Современные технологии и городская инфраструктура требуют инновационных подходов к
обнаружению пожароопасных ситуаций. Эффективное и сверхбыстрое обнаружение возгораний
становится неотъемлемой частью обеспечения безопасности. С этой целью синтезируются и
реализуются системы способные обнаруживать и информировать об пожароопасной ситуации
за считанные секунды, в статье синтезируется одна из таких систем. Исследование и синтез
математической модели цифрового универсального пожарного датчика, который в свою очередь
является комплексом взаимосвязанных датчиков, актуально в связи с постоянным развитием ин-
фраструктуры систем, возрастающей сложностью электрооборудования и необходимость со-
кращению ущерба, возникающего при возникновении и распространении пожаров. Предиктивная
диагностика работоспособности электрооборудования, позволяет своевременно выявлять и уст-
ранять потенциальные угрозы пожарной безопасности. В рамках данного исследование приво-
дится теоретическая математическая модель реального цифрового универсального пожарного
датчика, сперва в упрощенном варианте, затем в усложненном с учетом конструкции и стати-
стического подхода к задаче нахождения порогов срабатывания датчика, приведено описание
параметров математической модели и последовательного принципа работы. Данный датчик
представляет собой инновационное решение в области пожарной безопасности, которое обеспе-
чивает высокий уровень контроля и эффективности в реальном времени. На основе теоретиче-
ских моделей, представленных в статье, разработана математическая модель датчика, которая
смоделирована с использованием программного средства Simulink на реальных данных, полученных
от производителя датчика. Результаты моделирования показали, что модель корректно описы-
вает поведение реального датчика на всех каналах и может быть использована в дальнейших ис-
следованиях, таких как прогнозирование и обнаружения пожароопасных ситуация с использовани-
ем нейронных сетей. Синтез предложенной системы необходим для дальнейших исследований в
область прогнозирования и обнаружения пожароопасных ситуаций на основе полученной мате-
матического модели.

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАДИОМОНИТОРИНГА В СИСТЕМЕ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

2024-05-28T15:00:19+03:00

Беспроводные сети передачи данных порождают угрозы, от которых невозможно защи-
титься традиционными для проводных сетей средствами, поскольку в таком случае невозможно
обеспечить эквивалент безопасности проводных сетей в силу физических свойств канала связи.
Целью статьи является определение актуальных проблем, существующих при обеспечении ин-
формационной безопасности (ИБ) в беспроводных сегментах сетей передачи данных. Для дости-
жения поставленной цели из банка угроз безопасности информации ФСТЭК России осуществлена
выборка угроз, потенциально реализуемых в беспроводных сетях. Установлено, что реализация
таких угроз может приводить к полному набору нарушений состояния ИБ, а именно: к нарушению
конфиденциальности, целостности и доступности информации. Рассмотрены существующие
практические способы обеспечения ИБ в беспроводных сегментах сетей. Анализ этих способов
указал на присутствующую при радиомонитроинге техническую возможность создания дополни-
тельного рубежа в системе эшелонированной защиты информации. В свою очередь, это обеспе-
чивает потенциал обнаружения уязвимостей и вторжений на канальном уровне сетевого взаимо-
действия как в локальных сетях предприятий, так и в крупномасштабных сетях общего пользова-
ния. В соответствии с целью сгруппированы аспекты построения такого рубежа защиты, свя-
занные с контролем канального уровня сетевого взаимодействия беспроводных устройств,
уменьшением размеров частотно-территориальных кластеров и правовым обеспечением. Обзо-
ром публикаций выявлен разрыв между существующими подходами к радиомонитроингу и обеспе-
чению ИБ, также обнаружена слабая развитость направления, связанного с исследованиями в
области обнаружения и предотвращения беспроводных вторжений. Полученный результат ука-
зывает на необходимость пересмотра сложившейся концепции радиомонитроинга и разработки
соответствующих организационно-технических мер для его интеграции в систему мероприятий
по обеспечению ИБ, что должно помочь решить проблему своевременного обнаружения и предот-
вращения вторжений в беспроводные сегменты сетей передачи данных, а также выявления уяз-
вимых элементов инфраструктуры этих сетей.

ОБ АНАЛИТИЧЕСКОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ КОМПОНЕНТ ТЕНЗОРА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СВЯЗИ ДЛЯ ПЛЕНОЧНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ПЬЕЗОМАТЕРИАЛОВ

2024-05-28T15:05:36+03:00

В настоящее время пьезоэлектрические материалы на основе пленок, например, из поливини-
лиденфторидов, нашли широкое применение в разных отраслях промышленности. Интерес к этим
материалам обоснован, прежде всего, выгодными, по сравнению с материалами на основе пьезоке-
рамических составов, величинами плотности пленочного материала, а также величинами эффек-
тивных пьезоэлектрических коэффициентов, что позволяет реализовать в изделиях новые принципы
нагружения с целью преобразования механической энергии в электрическую энергию. Кроме того,
меньшая жесткость пленочных полимерных материалов, по сравнению с жесткостью чувстви-
тельных элементов электроакустических преобразователей на основе пьезокерамических составов,
обеспечивает возможность создания конструкций преобразователей большой площади или собран-
ных из этих преобразователей апертур антенн, повторяющих обводы корпусов носителей. В статье
описаны перспективы внедрения пленочных полимерных пьезоматериалов в изделия гидроакустиче-
ской и электрогенераторной техники. Очевидно, что внедрение новых материалов в гидроакустиче-
скую и пьезогенераторную технику требует переосмысления методик расчетов характеристик
изделий на основе пленочных пьезоактивных материалов. Одной из основных характеристик элек-
троакустических преобразователей, применяющихся, как в гидроакустической технике, так и в из-
делиях генерации электрической энергии за счет использования волнения поверхности моря или океа-
на, является энергетический коэффициент электромеханической связи. Указанный коэффициент
является тензорной физической величиной, а, соответственно, для анизотропных материалов, ко-
торыми являются пьезоактивные пленки, например, из поливинилиденфторидов, необходим мате-
матический аппарат, который позволял бы определять компоненты тензора энергетического ко-
эффициента электромеханической связи в ходе проектирования изделий гидроакустической и пьезо-
генераторной техники. Попытка разработки такого математического аппарат предпринята ав-
торами статьи, но в ходе выполненных работ установлена аналитическая неопределенность ком-
понент тензора энергетического коэффициента электромеханической связи. В статье представле-
но научное обоснование выявленной аналитической неопределенности компонент тензора энергети-
ческого коэффициента электромеханической связи из уравнений, устанавливающих зависимости
указанных компонент от коэффициентов, характеризующих механические и пьезоэлектрические
свойства пленочных материалов с учетом их анизотропии.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВУХРЕЗОНАТОРНОГО МИКРОПОЛОСКОВОГО ЗВЕНА ГРЕБЕНЧАТОГО ТИПА С ОПТИМАЛЬНОЙ ДЛИНОЙ ОБЛАСТИ СВЯЗИ МЕЖДУ РЕЗОНАТОРАМИ

2024-05-28T15:11:09+03:00

При проектировании СВЧ-устройств важную роль играет введение в топологию фильтра
дополнительных конструктивных элементов или параметров, соответствующий выбор которых
позволяет оптимизировать характеристики устройства по заданному критерию. В работе рас-
сматривается способ расширения полосы заграждения микрополоскового фильтра гребенчатого
типа за счет введения продольного смещения между резонаторами. Показано, что определенный
выбор длины области связи между резонаторами позволяет минимизировать или свести к нулю
связь между ними в окрестности утроенной средней частоты основной полосы пропускания, и
тем самым существенно подавить паразитный провал затухания в этом диапазоне частот.
В процессе проектирования фильтра был использован метод синтеза, основанный на переходе от
фильтра к соответствующему 2n-полюсу, где n - количество резонаторов фильтра. Такой подход
позволяет рассматривать фильтр как набор отдельных резонаторов, соединенных друг с другом,
и ввести понятие потенциальной полосы пропускания, которая может быть легко определена по
характеристикам 2n-полюса и расположена в желаемом интервале частотной оси с помощью
легко формализуемого алгоритма выбора геометрических размеров фильтра. устройство. Элек-
трическими характеристиками 2n-полюсника, используемого для синтеза устройства в основной
полосе частот и на этапе оптимизации параметров устройства вблизи утроенного значения
частот основной полосы частот, являются собственные проводимости резонаторов и проводи-
мости соединения между ними. Целью работы является исследование влияния длины области
связи между резонаторами двухрезонаторного микрополоскового гребенчатого фильтра на его
электрические характеристики. Показано, что выбор оптимального значения длины области свя-
зи между резонаторами позволяет расширить полосу заграждения фильтра по уровню минус
30-35 дБ более чем в два раза за счет подавления паразитной полосы пропускания, формирующей-
ся в окрестности утроенной средней частоты основной полосы пропускания. Указанный поло-
жительный эффект, заключающийся в расширении полосы заграждения фильтра, подтвержден
результатами проектирования гребенчатого фильтра на двух смещенных резонаторах в про-
грамме HFSS.

МАКСИМАЛЬНЫЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ ПОГРЕШНОСТИ ФИЛЬТРОВ ЛЕЖАНДРА В СИСТЕМАХ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ

2024-05-28T15:16:04+03:00

В системах управления и контроля чаще всего используются фильтры нижних частот и по-
лосовые фильтры. Для ограничения спектра сигналов от датчиков широко применяются аналого-
вые, дискретно-аналоговые и цифровые фильтры, амплитудно-частотные характеристики кото-
рых аппроксимируются различными математическими функциями, в т.ч. полиномами Лежандра.
Применение фильтров Лежандра в контуре системы автоматического управления приводит к
изменению ее динамических характеристик. Характер этого влияния зависит от порядка переда-
точной функции фильтра, а также от вида аппроксимации, которые выбираются при проекти-
ровании системы управления и контроля. Задержка информации в таких фильтрах является при-
чиной появления динамической составляющей их погрешности, влияющей на общую погрешность
системы управления и контроля, что снижает допустимую скорость её работы. В статье дает-
ся аналитическая оценка зависимости величины динамической погрешности для фильтров Лежандра нижних частот и полосовых. Это позволяет оперативно решать прямую и обратную
задачи распределения погрешностей системы управления и контроля и обосновать скорость её
работы. В статье проводится анализ схем полосового фильтра Лежандра первого, второго и
третьего порядков, а далее, полученные результаты обобщаются на полосовой фильтр Лежанд-
ра произвольного порядка. Показано, что для фильтров нижних частот величины максимальных
динамических погрешностей могут быть получены с высокой точностью. Для полосовых фильт-
ров Лежандра погрешности аппроксимации математической зависимости максимальных дина-
мических погрешностей от параметров фильтров определяются единицами процентов, но в не-
которых случаях могу достигать 20%.

АНАЛИЗ ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ СВОЙСТВ НАНОМЕТРОВЫХ МОП-ТРАНЗИСТОРОВ В ДИОДНОМ ВКЛЮЧЕНИИ ПРИ СВЕРХНИЗКИХ НАПРЯЖЕНИЯХ

2024-05-28T15:19:49+03:00

Успехи микроэлектроники, особенно развитие КМОП-технологии, обеспечили возможность
создания приборов с чрезвычайно низкой потребляемой мощностью. Это позволило разрабатывать
автономные беспроводные приборы, которые обеспечивают с использованием радиоволн не только
прием, обработку и передачу информации, но и получение мощности питания от терминалов. Более
того, для беспроводного и безбатарейного питания может применяться собирание радиочастот-
ной энергии из окружающей среды: энергии излучения станций сотовой связи, радиотелевизионных
станций, СВЧ-печей, Wi-Fi, Bluetooth и др. источников. Для преобразования радиочастотной энергии
в напряжение питания чаще всего применяются выпрямители на основе нанометровых
МОП-транзисторов в диодном включении. Когда устройства с беспроводным питанием находятся
далеко от терминала или собирают энергию для питания из окружающей среды, плотность мощно-
сти электромагнитного поля и, следовательно, амплитуда входного напряжения может быть весь-
ма малой. Поэтому актуальной является задача разработки и исследования таких устройств, спо-
собных работать при очень низких входных напряжениях. Целью исследования является анализ вы-
прямительных свойств диодов на основе нанометровых МОП-транзисторов в режиме слабой инвер-
сии при сверхнизких входных напряжениях и выработка рекомендаций по выбору технологии и про-
ектированию микросхем с беспроводным питанием. Получены выражения для оценки коэффициен-
тов выпрямления диодов по току и по мощности. Выполнены расчеты по полученным выражениям и
моделирование с использованием модели BSIM4v4.8.2 вольтамперных характеристик и зависимостей
коэффициентов выпрямления диодов по току и по мощности от напряжения для типовой
КМОП-технологии 90 нм. Показана возможность построения выпрямителей на основе МОП-
транзисторов при сверхнизких напряжениях вплоть до единиц мВ. Даны рекомендации по обоснова-
нию технологических и конструктивных параметров при проектировании модулей преобразования и
собирания энергии беспроводных устройств.

ТРАНЗИСТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РЕЗОНАТОРОМ

2024-05-28T15:24:45+03:00

Генераторы, стабилизированные диэлектрическими резонаторами, нашли широкое приме-
нение в связи, радиолокации, радионавигации и радиоэлектронной борьбе. Их исследованию посвя-
щено большое число работ, однако повышение требований к ним заставляет разработчиков ра-
диоаппаратуры искать новые технические решения. Особенно важна стабильность частоты
генераторов СВЧ в условиях воздействия вибраций, ударов, перепадов температуры, изменения
напряжения питания. Влияние внешних воздействующих факторов приводит к появлению пара-
зитных параметров сигнала – уходам частоты, расширению спектральной линии, возрастанию
гармоник и субгармоник. Целью данной работы является измерение паразитных параметров вы-
ходного сигнала. Объектом исследования является серийный генератор СВЧ. В работе даётся
краткое его описание. К генератору предъявляются следующие требования: – расчёт диэлектри-
ческого резонатора; –моделирование микрополоскового фильтра из состава умножителя часто-
ты; – рабочая частота 17490±3,5 МГц; – выходная мощность не менее 10 дБм; – сопротивление
нагрузки 50 Ом; напряжение питания 15 В; ток потребления не более 215 мА. В качестве резуль-
татов исследования представлены: – выбег частоты за 15 минут после включения; – зависимость
частоты от напряжения питания; – спектр выходного сигнала в полосе 100 кГц; – спектр выход-
ного сигнала в полосе 20 ГГц. Полученные результаты могут быть использованы студентами и
преподавателями радиотехнических дисциплин, инженерами – разработчиками радиоаппарату-
ры. Статья дополняет известные результаты по экспериментальному исследованию генераторов
в части паразитных параметров выходного сигнала. Для начинающих исследователей может
быть полезна методика эксперимента.

ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ФИЛЬТРА НА ШПИЛЕЧНЫХ РЕЗОНАТОРАХ С МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫМИ ОТВЕРСТИЯМИ

2024-05-28T15:29:17+03:00

В задачах проектирования микрополосковых фильтров большую роль играет удачный выбор
начального приближения для значений искомых геометрических размеров элементов фильтра.
Особенно это важно, если проектируемый фильтр обладает новыми конструктивными призна-
ками, и методы синтеза этого устройства еще находятся на стадии разработки. В работе рассматриваются некоторые результаты проектирования полосовых микрополосковых фильтров,
состоящих из противонаправленных шпилечных резонаторов с металлизированным отверстием в
середине каждого резонатора. Такое техническое решение позволяет существенно расширить
полосу заграждения фильтра за счет подавления паразитной полосы пропускания, которая неиз-
бежно формируется в традиционном фильтре на полуволновых шпильках в связи с возникновением
резонанса на удвоенной частоте основной полосы пропускания. Введение в резонатор металлизи-
рованных отверстий приводит к необходимости исследования свойств этих резонаторов и к оп-
ределению потенциальных возможностей полосового фильтра, состоящего из таких резонансных
элементов. Важнейшей характеристикой полосового фильтра, задаваемой в любом техническом
задании на проектирование, является ширина основной полосы пропускания и ее положение на
частотной оси. В работе получены оценки относительной ширины полосы пропускания фильтра в
зависимости от ширины реализуемых значений полоскового проводника, образующего шпильку, и
от зазора между плечами шпильки. В результате определяются потенциальные возможности
рассматриваемых фильтров по реализуемой ими относительной ширине основной полосы пропус-
кания. Под физической реализуемостью фильтра понимается возможность технологически реа-
лизовать значения всех геометрических размеров элементов фильтра, исходя из накладываемых
на них разумных ограничений. Эти ограничения определяются технологическими допусками для
минимальных геометрических размеров и габаритными и частотными ограничениями для макси-
мальных размеров. В работе определен диапазон реализуемых геометрических размеров. Методи-
ка решения задачи синтеза фильтра основана на переходе от фильтра к 2n-полюснику и в рамках
данной работы она используется как инструмент для определения потенциальных возможностей
исследуемых фильтров в электродинамической среде моделирования HFSS. Реализуемые значения
относительной ширины полосы пропускания фильтра лежат в пределах от 10 % до 32 %, что
позволяет отнести данный тип фильтра к устройствам с умеренной шириной полосы пропуска-
ния. Приводятся результаты проектирования фильтров на двух шпилечных резонаторах для слу-
чаев предельно узких и предельно широких полос пропускания.

СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ АНАЛОГОВЫХ МИКРОСХЕМ НА GAN И GAAS ТРАНЗИСТОРАХ

2024-05-28T15:36:40+03:00

Высокотемпературные интегральные микросхемы (ИМС), сохраняющие работоспособ-
ность при температуре более 150°С, требуются во многих областях промышленности, например,
в аэрокосмическом, авиационном и автомобильном приборостроении, нефтехимической промыш-
ленности, электроэнергетике, электронике военного назначения. В настоящее время зарубежные
предприятия серийно выпускают несколько высокотемпературных аналоговых и аналого-
цифровых ИМС на основе кремниевых КМОП КНИ структур – ADS1278-HT, ADS1282-HT,
ADS8320-HT, INA129-HT, INA333-HT, OPA2333-HT и др. В Российской Федерации также разра-
ботаны высокотемпературные кремниевые операционные усилители и АЦП. Однако максималь-
ная рабочая температура таких изделий не превышает 200°С из-за наличия ограничений кремние-
вых технологий. По указанной причине в качестве полупроводников, предназначенных для высоко-
температурных ИМС, чаще всего рассматриваются широкозонные, такие как карбид кремния
(SiC), нитрид (GaN) и арсенид галлия (GaAs), которые обеспечивают ряд характеристик, необхо-
димых для высокотемпературных применений: широкую запрещенную зону, высокую скорость
насыщения носителей заряда и низкую концентрацию собственных носителей заряда. В статье представлен аналитический обзор проблем разработки высокотемпературных GaN и GaAs мик-
росхем. Рассмотрены особенности вольтамперных характеристик GaN и GaAs полевых транзи-
сторов, работающих в режиме обеднения и обогащения, электрические схемы типовых аналого-
вых устройств (зарядочувствительных и операционных усилителей, компараторов, повторителей
тока) и цифровых вентилей. Сделан вывод о том, что схемотехнический синтез GaAs аналоговых
микросхем целесообразно выполнять на полевых транзисторах с каналом n-типа, работающих в
режиме обеднения, и p-n-p гетероструктурных биполярных транзисторах. Приведены примеры
таких схем. Актуальность вышеназванных исследований связана с проблемами импортозамеще-
ния микросхем на широкозонных полупроводниках (GaN, GaAs), обеспечивающих широкий диапазон
рабочих температур (свыше +150°С).

НАСТРОЙКА ПАРАМЕТРОВ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА ПРИ ПОМОЩИ АНАЛИЗА ЛАНДШАФТА ФУНКЦИИ ПРИСПОСОБЛЕННОСТИ И МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ

2024-05-28T15:40:12+03:00

Выбор значений параметров в эволюционных алгоритмах сильно влияет на их производи-
тельность. Многие популярные методы настройки параметров ограничены максимальным числом
вычислений целевой функции для поиска хорошего набора значений параметров. Недавно был пред-
ложен подход к выбору алгоритмов для решения оптимизационных задач, использующий анализ
ландшафта функции приспособленности и машинное обучение для выбора оптимального алго-
ритма решения задачи на основе особенностей ее ландшафта. Подобное применение анализа
ландшафта функции приспособленности мотивирует на дальнейшие исследования, в частности,
применительно к настройке параметров эволюционных алгоритмов. Использование признаков
ландшафта функции приспособленности позволяет выявлять похожие задачи и использовать
данные о настройке параметров, полученные при тестировании на эталоных задачах, что значи-
тельно снижает число необходимых вычислений целевой функции при настройке. В этой работе
на примере генетического алгоритма рассматривается подход к автоматическому
выбору параметров с использованием анализа ландшафта целевой функции и машинного обучения.
В предлагаемом решении оцениваются особенности ландшафта целевой функции поставленной
задачи оптимизации и предлагаются оптимальные значения параметров алгоритма с помощью
нейронной сети. Данная сеть была обучена на наборе данных об особенностях ландшафта, вы-
раженных в виде числовых признаков и соответствующих им оптимальных наборов параметров
алгоритма. В отличие от подходов к автоматическому выбору алгоритмов оптимизации для кон-
кретной задачи, в данной работе рассматривается задача регрессии параметров алгоритма вме-
сто проблемы классификации наиболее подходящего алгоритма из заданного набора. Результаты
экспериментов на различных конфигурациях задачи W-model, а также на задачае MAX-3SAT пока-
зывают, что предлагаемый подход к автоматическому выбору параметров с учетом ландшафта
целевой функции может помочь определить подходящие значения статических параметров гене-
тического алгоритма , так как алгоритм с предложенными значениями параметров
превосходит другие рассмотренные варианты , в среднем требуя меньше вычисле-
ний целевой функции для нахождения оптимума, чем остальные рассмотренные алгоритмы.

РЕКУРСИВНЫЙ АЛГОРИТМ АНАЛИЗА И ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОНТУРОВ В СИСТЕМАХ НАВИГАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ

2024-05-28T15:46:24+03:00

В целях разработки алгоритма обнаружения объектов для встраиваемых вычислительных
систем оптико-электронных комплексов, был проведен анализ имеющегося мирового научно-
технического опыта, направленного на улучшение процесса выделения контуров. На основе прове-
денного анализа, авторами статьи был разработан новый метод коррекции контурных изобра-
жений. Этот метод реализует подход, позволяющий объединять разорванные контуры и приме-
нять фильтрацию по различным параметрам для оптимальной анализа контуров. Первым этапом
работы алгоритма является применение размытия изображения, за которым следует примене-
ние алгоритма детекции границ Кенни. Затем происходит утоньшение контуров и фильтрация
контурного изображения для удаления самых слабых контуров. Следующими этапами являются
создание и обработка каждого отдельного контура, а также фильтрация выбросов. Заключи-
тельным этапом является соединение и поиск точек перегиба контура. В рамках работы выделе-
ны как преимущества, так и недостатки классических методов выделения контуров в контексте
использования их в алгоритмах обнаружения объектов. Авторами исследования был проведен ана-
лиз двух классических морфологических операторов - дилатации и эрозии, а также существующих
основных вариаций их применения таких как открытие и закрытие, как методов объединения
контуров. В результате сравнительного анализа результатов работы морфологических операто-
ров дилатации и эрозии, а также основных вариаций их применения, с рекурсивным алгоритмом
анализа и восстановления контуров было выявлено преимущество последнего в части сохранения
целостности морфологических признаков объектов. Авторами предложены также идеи дальней-
шего развития рекурсивного алгоритма анализа и восстановления контуров, а также его даль-
нейшего применения в задачах обнаружения объектов на изображениях.

МЕТОД ГЕНЕРАЦИИ КАРТЫ ЗАНЯТОСТИ МОБИЛЬНОГО РОБОТА ПО ДАННЫМ МУЛЬТИСПЕКТРАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ

2024-05-28T15:51:05+03:00

Рассматривается проблема генерации карт занятости окружающего пространства для
робототехнических платформ по данным от мультиспектральной системы технического зрения.
Целью работы является качественное улучшение генерируемой модели проходимости путем ком-
плексирования геометрических и семантических данных от лидаров и стереокамер, а также пря-
мых измерений скорости от радаров миллиметрового диапазона. Представленные алгоритмы и их
модификации являются универсальными по отношению к источнику данных и не требуют физи-
ческой синхронизации сенсоров. В исследовании решается задача построения как статических априорных, так и работающих в реальном масштабе времени динамических карт занятости.
Предложен подход по объединению априорной семантической карты с генерируемой в процессе
автономного движения робота. Описаны подходы к накоплению и обновлению семантической
информации в картах. Также рассматривается задача обнаружения динамических препятствий
в картах занятости на основе модифицированного алгоритма фильтрации частиц. Описанный в
статье комбинированный метод увеличивает точность определения динамических препятствий и
позволяет корректно детектировать препятствие даже в случае ошибки алгоритма определения
динамики. Выделены метрики по количественной оценки карт занятости. Разработанный алго-
ритм был протестирован на открытых датасетах Semantic KITTI, nuScenes в автомобильном
домене данных, а также на малом сервисном роботе-уборщике как в симуляторе CARLA, так и в
реальных условиях с активным пешеходным движением. Программная реализация алгоритма ра-
ботает в реальном масштабе времени на встраиваемых вычислителях Jetson AGX Xavier и Jetson
AGX Orin.

ПОДХОДЫ К МОДУЛЬНОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ НАЗЕМНЫХ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ

2024-05-28T15:55:17+03:00

Цель исследования – сформировать и обобщить подходы, применяемые при проектировании
программного обеспечения навигационных систем наземных подвижных объектов. В статье опи-
сан опыт разработки программного обеспечения навигационных систем различных наземных объ-
ектов. В зависимости от типа шасси, характера решаемых функциональных задач, требований к
эргономике, степени автономности и ряда других факторов будет определяться сложность при-
меняемых программно-алгоритмических решений. Алгоритмы функционирования системы навига-
ции со всеми входящими в нее компонентами, как правило, не являются требовательными к вы-
числительным мощностям, за исключением реализации работы с цифровыми картами местно-
сти. В связи с этим, не смотря на значительное отставание отечественной элементной базы от
зарубежных аналогов, формирование комплексированного навигационного решения может быть
реализовано на ее базе. Еще одной особенностью проектирования программного обеспечения нави-
гационных систем является необходимость функционирования их в режиме реального времени.
Это необходимо для синхронной обработки, поступающей от различных источников первичной
информации, и обеспечения формирования потребителю навигационного решения со стабильной частотой. Модульный подход проектирования программного обеспечения построен на принципах
унификации внутренних функций навигационной системы и переносимости полученных ранее ре-
шений между проектами. При таком подходе каждый элемент выполнен в форме самостоятель-
ного модуля, который представляет законченную подпрограмму с набором входных и выходных
параметров. Реализация взаимодействия между модулями зависит от типа его исполнения и мо-
жет быть выполнена как на уровне встраивания исходного кода, так и на уровне обмена пара-
метрами через каналы информационного взаимодействия. Применение модульного подхода при
проектировании программного обеспечения навигационных систем наземных объектов позволяют
за короткий период создавать полнофункциональные технические решения, обеспечивающие по-
требности конечного пользователя. При этом снижается риск последующих конструктивных
ошибок и доработок в связи с увеличенным объемом проверок и накопленным опытом применения
разработанного ранее алгоритма.

РАСШИРЕННАЯ ПРОДУКЦИОННАЯ МАШИНА ВЫВОДА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ

2024-05-28T16:01:29+03:00

Актуальность. В работе развивается теоретический подход организации параллельных
вычислений на основе продукционной модели управления потоком данных. Продукционная пара-
дигма параллельных вычислений имеет необходимые условия построения новых архитектур и ор-
ганизации высокопроизводительных параллельных вычислений. Рассматриваются продукционные
системы, управляющие наборами левых частей продукций (образцами). Цель – повышение эффек-
тивности параллельного вывода решений за счет сокращения непродуктивных затрат времени на
перебор возможных альтернатив в пространстве графа вывода. Метод решения основан на соз-
дании расширенной машины символьного вывода для реализации параллельных вычислений. Маши-
на символьного вывода – это абстрактная система, систематизирующая продукционный вывод
как последовательность четырех вычислительно-поисковых этапов. Машина вывода задает об-
щий вид однородной вычислительной системы. Главное отличие – декомпозиция базы продукцион-
ных правил на отдельные подмножества на основе алгебры продукций и структуризации отноше-
ний между продукциями. Вместо единой «плоской» структуры предлагается базу продукций де-
композировать на части – ввести систему независимых подмножеств продукций. Параллельный
вывод реализуется по отдельным подмножествам без потери общности, при этом перебор воз-
можных альтернатив является сокращенным. Каждое подмножество продукций имеет специ-
альное слово-маркер, по значению которого активизируется только одно подмножество продук-
ций. Оно загружается в операционную часть однородной вычислительной системы для параллель-
ного исполнения. Результаты. Показано, что количественные оценки сокращения времени вывода
зависят от общего числа продукций, количества образуемых подмножеств и их размера. Модели-
рование показало, что даже простейшая декомпозиция на два подмножества (одно подмножест-
во состоит из 2-х продукций) дает временной выигрыш (1,07-1,52) раз, пропорциональный общему
числу продукций. Выводы. Построенная расширенная машина символьного вывода является осно-
вой для последующего создания архитектуры однородной вычислительной системы с комбинацией
централизованного и локального управления, что позволяет вычислительным блокам однородной
операционной части параллельно работать без избыточного обращения к обшей памяти.

МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ ДОРОЖНЫХ КАРТ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРЕНДОВ И ТЕХНОЛОГИЙ В УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕНИЙ

2024-05-28T16:06:20+03:00

В современных условиях перехода к шестому технологическому укладу и обострения гло-
бальной конкуренции первостепенное значение приобретает проблема обеспечения технологиче-
ского суверенитета и технологического превосходства на национальном и корпоративном уров-
нях. В основе решения этой проблемы лежит организация эффективного развития научных иссле-
дований и, в первую очередь, исследований, направленных на создание новых высокоэффективных
технологий в различных сферах деятельности. В работе предлагается методика анализа и разви-
тия технологических трендов и технологий в условиях неполноты и нечеткости информации.
Методика обеспечивает прогнозирование и оценку развития общемировых технологически трен-
дов для заданных предметных областей, а также определение возможных альтернатив техноло-
гического развития и разработки стратегии достижения технологического паритета и техноло-
гического превосходства в условиях ограничений. Реализация предлагаемых в методике процедур
позволяет определить организационную стратегию достижения технологического паритета на
различных уровнях рассмотрения, а также сформировать перечень технологий развития техно-
логических трендов, обеспечивающих технологическое превосходство. Определено, что методика
построения дорожных карт развития технологических трендов и технологий в условиях ограни-
чений должна обеспечивать: 1. Анализ развития общемировых технологических трендов для за-
данных предметных отраслей на национальном (на пример в РФ), отраслевом и корпоративном
уровнях. 2. Анализ и разработку стратегии обеспечения технологического паритета и технологи-
ческого превосходства в условиях ограничений. В отличие от имеющихся исследований представ-
ленная методика позволяет: – получать количественные прогнозные оценки развития технологических трендов и составляющих технологий, с учетом их связности, на основе конструирования
будущих событий; – обеспечивать возможность построения дорожных карт развития техноло-
гических трендов и технологий на национальном, отраслевом и корпоративном уровнях в условиях
ограничений. В основу проведенного исследования по созданию методического аппарата положен
системный подход, при котором стратегия построения дорожных карт развития технологиче-
ских трендов и технологий рассматривается как цельный комплекс взаимосвязанных элементов,
обеспечивающих решение поставленных задач. В результате реализации предложенной процедуры
возможно определить: – организационную стратегию достижения технологического паритета;
– время достижения технологического паритета; – сформировать перечень технологий развития
технологических трендов, обеспечивающих технологическое превосходство.

ПОДДЕРЖКА ПРИНЯТИЯ ВРАЧЕБНЫХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕДУРЫ ЛАЗЕРНОЙ ЛИТОТРИПСИИ

2024-05-28T16:10:42+03:00

При подготовке к проведению процедуры лазерной литотрипсии, выбирая параметры лазерной
установки, врач учитывает множество факторов, таких как масса и плотность обнаруженных в
почке конкрементов, расположение камней в почке, близость кровеносных сосудов. Также важным параметром является время воздействия на камень лазерным лучом до разрушения камня. При этом
расчет времени разрушения камня – достаточно трудоемкая процедура, время разрушения зависит от
массы камня и параметров энергии лазера и его частоты. Поэтому актуальным является создание
системы по поддержке принятия врачебных решений при проведении процедуры лазерной литотрип-
сии, позволяющей выполнить расчет времени разрушения камней и осуществить выбор значений пара-
метров лазера. В статье предлагается алгоритм поддержки выбора врачом-урологом режима
работы лазера во время проведения процедуры лазерной литотрипсии при лечении мочекаменной
болезни человека, являющейся частью системы поддержки принятия врачебного решения в хирур-
гии и урологии с использованием технологий компьютерного зрения. Предложенный алгоритм
нечеткой оценки параметров лазера при выборе его режима работы в зависимости от массы
камня и выбранного времени разрушения камня и других факторов (распределение плотности
камня, расположение камня в почке, близость стенок и сосудов) осуществляет формирование
рекомендаций по установлению параметров работы лазера. Система поддержки принятия вра-
чебного решения позволила сократить время на принятие решения врачом, избежать ошибок при
выборе параметров работы лазерной установки по дроблению камней в почках.