Для авторов
Найти
Результаты поиска
Найдено результатов: 37.
-
СИНТЕЗ ПРОГРАММНОГО И ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДОВ ВЕРИФИКАЦИИ СОСТОЯНИЯ МЕДИЦИНСКИХ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
А. В. Проскуряков2022-05-26Аннотация ▼Описаны информационное и программное обеспечение реализации различных методов
верификации состояния фрагментов биологических объектов по компьютерно -
томографическим изображениям подсистемой поддержки принятия решения для диагно-
стики заболеваний. Указано на современное состояние развития медицинской диагности-
ческой техники, оснащённость которой медицинских учреждений страны и не оператив-
ная её доступность для населения способствовало и привело к появлению и активному
развитию новых направлений в области лучевой диагностики, к которым относятся:
цифровая и пленочная рентгенография, компьютерная томография, магнитно-резонансная
томография. В статье акцент сделан на анализ рентгенографических изображений, при-
нятие решений на основании анализа этих изображений, постановка диагноза на осно-
вании принятых решений. Сделан анализ преимуществ и недостатков рентгенографии,
как современного способа диагностики, относительно своих аналогов. Важной задачей при
анализе рентгенографических изображений медицинских биологических объектов и их
фрагментов является решение задачи улучшения качества изображения. С целью улучше-
ния качества рентгеновских снимков и повышения их информативности разработан алго-
ритм и реализовано программное обеспечение подсистемы программного обеспечения ме-
дицинской автоматизированной информационной системы для их коррекции и анализа.
В статье рассматривается реализация решения задач диагностики заболеваний, таких
как: анализ рентгенографических изображений, принятие решений на основании анализа
этих изображений, постановка диагноза на основании принятых решений путём разра-
ботки и применения программного и информационного обеспечения реализации методов
верификации состояния фрагментов биологических объектов, как эффективных методов
диагностики состояния параназальных пазух по их рентгенографическим и компьютерно-
томографическим изображениям. Описаны основные методы, лежащие в основе верифи-
кации по рентгеновским и компьютерно-томографическим изображениям. Приведен де-
тальный анализ реализации математических моделей методов диагностики в виде алго-
ритмов, реализуемых программным обеспечением для функционирования подсистемы под-
держки принятия решения медицинской автоматизированной информационной системы.
Показаны примеры практической реализации программного и информационного обеспече-
ния методов верификации медицинских объектов в виде экранных форм для работы с
фрагментами исследуемого объекта и результатами анализа рентгенографических изо-
бражений. Это позволяет повысить оперативность, точность верификации состояния
медицинских биологических объектов, достоверность процесса диагностики заболеваний.
Показана научная новизна, результаты апробации материала, представленного в статье
на международных, всероссийских конференциях, научных журналах. -
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК РАССЕЯНИЯ ПЕЧАТНОГО ЧАСТОТНО-ИЗБИРАТЕЛЬНОГО АНТЕННОГО ОБТЕКАТЕЛЯ
А.О. Касьянов2021-02-13Аннотация ▼Статья посвящена анализу результатов численного исследования характеристик
рассеяния печатного частотно-избирательного антенного обтекателя на основе электро-
динамического моделирования частотно-избирательных поверхностей с диэлектрическими
укрытиями. Электродинамические задачи решены методом интегральных уравнения (ИУ).
Алгебраизация ИУ задачи выполнена методом моментов. Получены численные результаты
электродинамического моделирования ЧИП с диэлектрическими укрытиями, которые мо-
гут быть использованы для выбора наиболее рационального варианта геометрии ЧИП при
разработке многофункциональных обтекателей в антенных системах СВЧ-диапазона.
На основе полученных численных данных рассматриваются возможности применения двух
вариантов плоских дифракционных решеток в качестве пространственных фильтров в
составе антенных обтекателей. -
К ОЦЕНКЕ ОБЛАСТИ ПРИТЯЖЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ РАВНОВЕСИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Алмашаал Мохаммад Джалаль6-142025-07-31Аннотация ▼Синтез нелинейных систем управления, по-прежнему, является сложной задачей, по-
этому многие исследователи пытаются найти эффективные способы и методы решения
этой проблемы. В результате таких исследований было разработано несколько методов
синтеза систем управления для нелинейных объектов, каждый из которых даёт системы с
различными свойствами. Поэтому возникла необходимость сравнить некоторые методы,
чтобы определить, какой из них является достаточно простым и позволяет найти нели-
нейную систему с лучшими свойствами. С этой целью, в данной работе сравниваются до-
пустимые области начальных условий, при которых созданные различными методами не-
линейные системы управления являются работоспособными. Рассматриваются два ана-
литических метода проектирования систем управления различными нелинейными техниче-
скими объектами, такими как мобильные роботы и многие другие объекты. Это алгебраи-
ческий полиномиально-матричный метод, использующий квазилинейную модель, и метод
линеаризации обратной связью, использующий приведение заданных нелинейных уравнений
объекта к форме Бруновского. Оба рассмотренных метода дают ограниченную область
притяжения положения равновесия полученных систем управления, поэтому эти системы
могут работать только с ограниченными начальными условиями. В статье приведен чис-
ленный пример проектирования систем управления для одного объекта этими двумя мето-
дами. Оценки областей притяжения равновесия этих систем определяются с помощью
MATLAB. В результате установлено, что алгебраической полиномиально-матричной ме-
тод позволяет обеспечить большую область допустимых начальных условий, по сравнению
с методом линеаризации обратной связью. Кроме того, алгоритм синтеза нелинейных
систем управления алгебраическим полиномиально-матричным методом является более
простым и полностью выполняется на компьютере. Это позволяет считать, что решение
задач проектирования систем управления нелинейными объектами целесообразнее выпол-
нять алгебраическим полиномиально-матричным методом -
СТОХАСТИЧЕСКАЯ ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПОДВОДНОЙ БЕСПРОВОДНОЙ СЕНСОРНОЙ СЕТИ, ОСНОВАННАЯ НА ЛУВЕНСКОМ АЛГОРИТМЕ КЛАСТЕРИЗАЦИИ
А.М. Маевский , В.А. Рыжов , Т. А. Федорова , И. В. Кожемякин , Н.М. Буров62-812025-07-24Аннотация ▼Подводные беспроводные сенсорные сети (ПБСС) играют важную роль в мониторинге океанических процессов, подводной навигации, экологическом контроле и обеспечении безопасности. Однако особенности подводной среды, такие как высокая затухаемость сигналов, ограниченные ресурсы энергии и изменяющаяся топология сети, создают значительные сложности в организации эффективной передачи данных. Для оптимизации работы сети и продления ее срока службы используется метод кластеризации, позволяющий группировать узлы, снижать нагрузку на коммуникационные каналы и повышать энергоэффективность. Однако в условиях выхода из строя узлов сети статическая кластеризация становится неэффективной, что требует внедрения динамической рекластеризации. Процедура перераспределения ролей узлов и перестройки топологии сети позволяет сохранять устойчивость связи и минимизировать потери данных, учитывая энергетически баланс всей сети в целом. В данной работе исследуются современные подходы к кластеризации и рекластеризации в ПБСС с учетом энергетического баланса, вероятности отказов узлов и помех в среде передачи. Развитие адаптивных методов управления ПБСС является актуальной задачей, направленной на повышение надежности, энергоэффективности и долговечности подводных сетей связи. В статье представлена стохастическая кроссуровневая модель для динамических трехмерных ПБСС произвольной топологии. Модель использует: новую технику кластеризации/рекластеризации базирующуюся на лувенском алгоритме, протокол маршрутизации, построенный на методе Дейкстра и метод управления доступом к среде на основе расписания передач (TDMA). Предложенная модель функционирования ПБСС положена в основу разработанного имитационного комплекса, позволяющего проводить оценку эффективности и надежности сети с учетом нарушения связности и уязвимостей для ПБСС различного масштаба и назначения. В рамках исследований выполнен параметрический анализ систематических расчетов функциональных характеристик ПБСС. Результаты анализа показали, что предложенная имитационная модель обеспечивает увеличение времени автономной работы сети и снижение числа потерянных сообщений по сравнению с моделями других авторов.
-
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОСТЕРЖНЕЙ ОКСИДА ЦИНКА, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ, НА ИХ МОРФОЛОГИЮ
В. А. Воронкин , Е. М. Баян , В.В. Петров2025-01-30Аннотация ▼Наноструктурированные материалы, особенно оксид цинка (ZnO), привлекают значитель-
ное внимание благодаря широкому спектру применений, включающих в себя, пьезоэлектрические
устройства, газовые сенсоры и фотокатализ. В частности, наностержни ZnO, благодаря своей
одномерной структуре, обладают высокой площадью поверхности и настраиваемой морфологией.
В данной работе исследовано влияние различных условий синтеза на морфологию наностержней
ZnO, сформированных методом химического осаждения. Изучено воздействие концентрации пре-
курсора оксида цинка и вспомогательных веществ в затравочном растворе, времени термической
обработки и толщины затравочного слоя, диаметра затравочных центров, и типа подложки на
морфологию наностержней ZnO. Установлено, что изменение концентрации гексаметилентет-
рамина (ГМТА) незначительно влияет на размеры наностержней, в то время как уменьшение кон-
центрации затравочного раствора приводит к уменьшению их длины от 380±28 нм до 247±41 нм.
Увеличение толщины затравочного слоя способствует увеличению размеров наноструктур и при-
водит к росту среднего диаметра стержней от 86±12 нм до 102±13 нм и длин от 356±29 нм до
391±46 нм. Уменьшение концентрации затравочного раствора приводит к уменьшению диамет-
ров затравочных центров от 9±1 нм до 7±1 нм, а уменьшение времени термической обработки
затравочного слоя, напротив, к их увеличению, что связано с неполным термическим разложением
прекурсора. Горизонтальное расположение подложки подавляет вертикальный рост наностерж-
ней из-за активной нуклеации в объеме реакционного раствора и последующего осаждения нанос-
тержней на подложку. Вертикальное положение подложки способствует увеличению длины кри-
сталлов. Полученные результаты предоставляют ценную информацию для направленного синтеза
наностержней ZnO с заданными характеристиками для различных применений -
АНАЛИЗ ДОСТОВЕРНОСТИ ОЦЕНКИ ПРИОРИТЕТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРЕНДОВ В УСЛОВИЯХ СВЯЗНОСТИ КРИТЕРИЕВ И ТЕХНОЛОГИЙ
А. М. Белевцев , А.А. Белевцев , В.А. Балыбердин47-582025-12-30Аннотация ▼В настоящее время значительное внимание в развитых зарубежных странах уделяется вопросам развития и использования в военной сфере концепции сетецентрического управления (СЦУ). Концепция определяет архитектуру системы проведения операций в виде взаимоувязанных в единую систему трёх видов сетевых структур: разведки и наблюдения, информационно-управляющей, средств поражения. Анализ показывает, что существенную роль в сетевой структуре разведки и наблюдения (называемой также сенсорной решеткой) играют радиолокационные системы и комплексы (РЛК). Отмечается, что в настоящее время значительные усилия предпринимаются в целях разработки качественно нового поколения РЛС на базе исследований по созданию новых технологий в таких областях, как наноэлектроника, микро- и наноэлектромеханическая техника (MEMS/NEMS), наносистемы, функциональные материалы и наноматериалы, построение больших информационных коммуникационных сетей. В этой связи вопросы прогнозирования направлений развития новых технологий создания перспективных радиолокационных систем и комплексов военного назначения приобретают существенный интерес. Рассматриваются вопросы повышения достоверности оценок при анализе технологических трендов и технологий на примере развития радиолокационных комплексов (РЛК) для систем СЦУ. В работе предложена процедура формирования иерархической системы критериев, проведен пoэтапный анализ векторов приоритетов на примере создания и развития технологических трендов и технологий радиолокационной составляющей сенсорной решетки СЦУ. Было показано, что наличие взаимосвязей критериев и обратных связей в анализируемых технологических трендах приводит к существенным ошибкам: в определении значений векторов приоритетов и построении дорожных карт создания радиолокационной составляющей сенсорной решетки СЦУ. В результате установлено, что для повышения достоверности прогнозирования необходимо проводить оценку приоритетов в общей схеме развития технологических трендов и технологий на основе метода аналитических сетей
-
ОСОБЕННОСТИ КЛАССИФИКАЦИИ ЗАШИФРОВАННОГО СЕТЕВОГО ТРАФИКА
Н.В. Болдырихин , Д. А. Короченцев , Ф.А. Алтунин2020-10-11Аннотация ▼В настоящее время растет интерес к задачам эффективного управления пакетными
сетями: качеству обслуживания, обеспечению информационной безопасности, оптимиза-
ции использования программно-аппаратных ресурсов сети. Все эти задачи во многом опи-
раются на анализ и классификацию сетевого трафика. Данный трафик неоднороден, как
правило, имеет пульсирующий характер, трудно поддается прогнозированию, описывается
математическим аппаратом случайных процессов. В разное время условия прохождения
пакетов по одному и тому же пути могут значительно отличаться. Вместе с тем появля-
ется значительное количество приложений, требовательных к задержкам и джиттеру.
Задача администрирования в данном контексте состоит в правильной настройке узлов
коммутации и маршрутизации. Классификация трафика позволяет идентифицировать
пакеты различных приложений и служб и обеспечить их приоретизацию при передаче по
сети. Например, трафик видеоконференций необходимо передавать в первую очередь, по-
скольку он очень чувствителен к задержкам и джиттеру, трафик данных можно переда-
вать в последнюю очередь. Классификация трафика на сегодняшний день задача актуаль-
ная как с точки зрения администрирования сети, так и с точки зрения обеспечения её
безопасности. Ввиду того, что большое количество приложений сейчас шифрует переда-
ваемую информацию и просмотреть ее содержимое очень сложно, особый интерес пред-
ставляет классификация трафика, которая позволяет по косвенным признакам опреде-
лить аномалии в работе сети, признаки вторжения. В данной работе рассмотрены осо-
бенности решения задачи классификации зашифрованного трафика. Целью работы явля-
ется исследование особенностей классификации зашифрованного трафика с использовани-
ем корреляционного анализа и алгоритма, основанного на разности интегральных площа-
дей. Задачи исследования: – разработать алгоритм классификации трафика на основе
корреляции и известными образцами; – разработать алгоритм, основанный на разности
интегральных площадей под кривыми интенсивности трафика; – провести практическое
исследование точности решения задачи классификации. В работе рассмотрена классифи-
кация трафика по трем группам: аудио, видео, данные. В результате выявлена достаточ-
ная точность корреляционного алгоритма при определении аудио и трафика данных.
Для выявления видеотрафика лучше использовать алгоритм, основанный на разности ин-
тегральных площадей под кривыми интенсивности. -
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА ВНУТРИ ГЕРМЕТИЧНОГО КОРПУСА БИНС В МУЛЬТИФИЗИЧНОЙ ПОСТАНОВКЕ В ANSYS CFX И SYSTEM COUPLING
А.А. Медельцев , П. А. Шаповалов , М. В. Воронов , А. И. Полухина , П.Н. Сигалева , А.В. Фролов2022-04-21Аннотация ▼В настоящей работе рассматривается численное моделирование нестационарного
конвективно-кондуктивного теплообмена бесплатформенной инерциальной навигационной
системы высокоманевренного летательного аппарата (БИНС ВЛА), разработанной в
АО «ЦНИИАГ», с использованием расчётного комплекса ANSYS. Целью исследования явля-
ется всесторонний анализ теплообменных процессов, характерных для функционирования
прибора, в том числе взаимного пространственного влияния источников тепловых мощно-
стей друг на друга, а также на блок чувствительных элементов. Моделирование теплооб-
мена внутри герметичного корпуса прибора проведено для критических условий функцио-
нирования (в рассматриваемом случае обусловлены нагревом элементов прибора) в сильно и
слабо сопряжённой постановках с последующим сравнением результатов применения обо-
их подходов. Для программной реализации каждого подхода были выбраны модули пакета
прикладных программ ANSYS: Mechanical, CFX, System Coupling. Выбрана k-e модель тур-
булентности воздуха с неявным учётом эффекта в пограничных слоях и корректировкой
диффузии в сдвиговых течениях. Учтён внешний естественный теплообмен с окружаю-
щим воздухом посредством задания конвективных граничных условий на внешние поверхно-
сти прибора. Для получения численных значений коэффициентов теплоотдачи была при-
нята во внимание ориентация каждой поверхности в пространстве благодаря использова-
нию соответствующего коэффициента. С помощью расчёта термических сопротивлений
были учтены потери мощности, возникающие ввиду наличия неровностей на поверхностях
прибора в контактах между твердотельными компонентами с использованием термиче-
ских сопротивлений фактического контакта и межконтактной прослойки. Графически
представлены результаты моделирования деформированного состояния несущей системы
прибора, возникающего вследствие действия несимметричного температурного поля в
нагретом приборе. Проведён анализ полученных графиков. Определены показатели жёст-
кости несущей системы прибора – углы отклонения взаимной ортогональности чувстви-
тельных элементов, а именно акселерометров и датчиков угловой скорости (ВОГ – воло-
конно-оптических гироскопов), возникающие вследствие тепловых деформаций. Получен-
ные результаты позволили оценить технические решения по качеству теплоотвода от
элементов плат в обход чувствительных элементов прибора, принятых на этапе компо-
новки компонентов изделия. -
МОДУЛЬ КОРРЕКТИРОВКИ ПАРАМЕТРОВ АЛГОРИТМОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОБНАРУЖЕНИЯ И СОПРОВОЖДЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ДЛЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ
В. А. Тупиков, В. А. Павлова , А.И. Лизин , П.А. Гессен71-812022-04-20Аннотация ▼В целях создания инновационного модуля автоматической корректировки алгорит-
мов автоматического обнаружения и сопровождения объектов с обучением в реальном
времени произведено исследование мирового опыта в области автоматического сопрово-
ждения общего назначения с возможностью распознавания объекта сопровождения для
применения во встраиваемых вычислительных устройствах оптико-электронных систем
перспективных робототехнических комплексов. На основе проведенных исследований ото-
браны и протестированы методы и подходы, которые позволяют с наибольшей точно-
стью, при сохранении высокой вычислительной эффективности, обеспечивать обучение
классификаторов на лету (online learning) без априорного знания о типе объекта слежения
и обеспечивать последующую корректировку во время слежения и обнаружение исходного
объекта в случае его кратковременной потери. В число таких способов входит гисто-
грамма направленных градиентов – дескриптор ключевых признаков, основывающийся на
анализе распределения градиентов яркости изображения объекта. Его использование по-
зволяет сократить количество используемой информации без потери ключевых данных об
объекте и увеличить скорость обработки изображений. В статье обоснован выбор одного
из алгоритмов классификации в режиме реального времени, позволяющего решить задачу
бинарной классификации – метода опорных векторов. В виду высокой скорости обработки
данных и необходимости небольшого количества исходных обучающих данных для по-
строения разделяющей гиперплоскости, на основе которой и происходит классификация
объектов, данный метод выбран как наиболее подходящий для решения поставленной за-
дачи. Для осуществления online-обучения была выбрана модификация метода опорных
векторов, реализующая стохастический градиентный спуск на каждом шаге работы алго-
ритма – Pegasos. Еще одним вспомогательным способом является метод кластеризации
ключевых точек – таким образом обеспечивается ускоренный выбор объектов для обуче-
ния и классификации. Авторами исследования проведена разработка и полунатурное моде-
лирование предлагаемого модуля, проведена оценка эффективности его работы в задачах
корректировки и обнаружения объекта интереса в режиме реального времени с предвари-
тельным online-обучением в процессе слежения за объектом. Разработанный алгоритм
показал высокую эффективность при решении поставленной задачи. В заключении пред-
ставлены предложения по дальнейшему повышению точности и вероятности обнаруже-
ния объекта интереса разработанным алгоритмом, а также по повышению его произво-
дительности путем оптимизации вычислений. -
МОДИФИКАЦИЯ МЕТОДА ИДЕАЛЬНОЙ ТОЧКИ В НОРМИРОВАНИИ И ГАРМОНИЗАЦИИ КОНТЕНТА В ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
Н.К. Жуков , В. А. Мордвинов , А.А. Русляков2021-12-24Аннотация ▼Рассмотрена разработанная авторизированная методика, основанная на Методе
идеальной точки с использованием множества Парето, позволяющая с современных тех-
нологических позиций взглянуть на особенности информационного взаимодействия для
оценочной деятельности и регулирования межагентных взаимодействий, которая была
положена в основу предложенных при участии авторов обновлений дисциплины Российско-
го Технологического Университета (МИРЭА), Института Информационных технологий,
кафедры Инструментального и Прикладного Программного Обеспечения «Информацион-
ный менеджмент систем» четвертого курса бакалавриата направления подготовки
09.03.04 «Программная инженерия» (по профилю «Разработка программных продуктов и
проектирование информационных систем»). Описаны основные преимущества Метода
идеальной точки с применением множества Парето. Представлено математическое опи-
сание множества Парето и Метода идеальной точки. Применение модернизированного
метода позволяет улучшить показатели эмерджентности в процессе усовершенствования образовательных программ, соединения и реконструирования их модулей и межагентных
взаимодействий между ними. Показан пример реализации модифицированного метода в
информационной системе, с точки зрения нормирования и гармонизации образовательного
контента. Настоящая статья включает введение, формальную постановку задачи, при-
званную решить актуальную проблему, рассматриваемую в диссертациях авторов, обзор
существующих подходов в указанном меотде, описание предлагаемого мультиагентного
решения задачи с использованием математической модели, алгоритм реализации, описание
применения предложенного подхода применительно к процессу диспетчирования задач и
заключение. К основным преимуществам настоящей методики можно отнести выбор
критериев, превосходящих другие по набору признаков, в указанном методе предполагается
создание «идеального объекта», т. е. некоторого варианта решения, которое может при-
ниматься как наилучшее из возможных решений. Предполагается, что процедура выбора
превосходящего объекта состоит из нескольких шагов, формирование «идеального объек-
та», определение для каждого объекта многокритериального расстояния до «идеального
объекта», анализ множества объектов на близость к «идеальному объекту», исключение
объектов из изначального множества, которые признаны заведомо неудачными, а так же
получение сокращенного множества допустимых объектов; оценка сокращенного множе-
ства допустимых объектов на эмерджентностные показатели найденного решения. -
РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАССЕЯНИЯ АНТЕННЫХ ОБТЕКАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДИФРАКЦИОННЫХ РЕШЕТОК
А. О. Касьянов2021-07-18Аннотация ▼Статья посвящена анализу результатов численного исследования характеристик
рассеяния печатного пространственного и частотно-избирательного антенного обтека-
теля на основе электродинамического моделирования частотно-избирательных поверхно-
стей с диэлектрическими укрытиями. Задачи моделирования решены методом интеграль-
ного уравнения. С помощью разработанной математической модели выполнено всесто-
роннее численное исследование микроволновых устройств пространственной, частотной и
поляризационной трансформации и селекции, выполненных в виде многоэлементных муль-
типланарных печатных отражательных антенных решеток. На основе проведенных ис-
следований найдены конструктивные решения для частотно-селективных структур в ин-
тегральном исполнении, реализующих функции пространственных и частотных фильтров.
Рассмотрены вопросы конструктивного синтеза многослойных планарных частотно-
избирательных поверхностей для создания пространственных и частотных фильтров,
интегрируемых в излучающие и распределительные системы современных многоэлементных
фазированных антенных решеток в печатном исполнении. Получены численные результаты
электродинамического моделирования частотно-избирательных поверхностей и угловых
фильтров с диэлектрическими укрытиями, которые могут быть использованы для выбора
наиболее рациональных вариантов топологий частотно-избирательных поверхностей и угло-
вых фильтров при разработке многофункциональных обтекателей в антенных системах
микроволнового диапазона. На основе полученных численных данных рассматриваются воз-
можности применения трех вариантов плоских дифракционных решеток в качестве час-
тотных фильтров и два варианта решеток в качестве пространственных фильтров в со-
ставе антенных обтекателей. Предложенные в работе пространственные частотные
фильтры в виде мультипланарных печатных решеток, входящих в состав антенных обтека-
телей, предназначены для обеспечения электромагнитной совместимости близкорасполо-
женных радиоэлектронных средств, функционирующих в смежных частотных диапазонах, и
содержащих сканирующие антенные решетки, устанавливаемые под антенными обтека-
телями. В то же время установка в антенных обтекателях, предложенных в работе угло-
вых фильтров, выполненных в виде многослойных печатных дифракционных решеток про-
ходного типа, позволяет устранить появление нежелательных побочных главных макси-
мумов в диаграммах направленности разреженных цифровых антенных решеток перспек-
тивных радиотехнических комплексов микроволнового диапазона длин волн. -
АЛГОРИТМ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ДЛЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ С ОБУЧЕНИЕМ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ
В.А. Тупиков , В. А. Павлова , В. А. Бондаренко , М. В. Созинова , П.А. Гессен2021-04-04Аннотация ▼В целях создания нового алгоритма автоматического обнаружения объектов с обучением
в реальном времени произведено исследование мирового научного задела в области автоматиче-
ского сопровождения общего назначения с возможностью распознавания объекта слежения с
потенциалом применения во встраиваемых вычислительных системах оптико-электронных
систем перспективных робототехнических комплексов. На основе проведенных исследований
отобраны и протестированы методы и подходы, которые позволяют с наибольшей точностью, при сохранении высокой вычислительной эффективности, обеспечивать обучение клас-
сификаторов на лету (online learning) без априорного знания о типе объекта слежения и обес-
печивать последующее обнаружение исходного объекта в случае его кратковременной потери.
В число таких способов входит гистограмма направленных градиентов – дескриптор ключевых
признаков, основывающийся на анализе распределения градиентов яркости изображения объ-
екта. Его использование позволяет сократить количество используемой информации без поте-
ри ключевых данных об объекте и увеличить скорость обработки изображений. В статье
обоснован выбор одного из алгоритмов классификации в режиме реального времени, позволяю-
щего решить задачу бинарной классификации – метода опорных векторов. В виду высокой ско-
рости обработки данных и необходимости небольшого количества исходных обучающих дан-
ных для построения разделяющей гиперплоскости, на основе которой и происходит классифи-
кация объектов, данный метод выбран как наиболее подходящий для решения поставленной
задачи. Для осуществления online-обучения была выбрана модификация метода опорных векто-
ров, реализующая стохастический градиентный спуск на каждом шаге работы алгоритма –
Pegasos. Авторами исследования проведена разработка и полунатурное моделирование выбран-
ного алгоритма, проведена оценка эффективности его работы в задачах обнаружения объекта
интереса в режиме реального времени с предварительным online-обучением в процессе слеже-
ния за объектом. Разработанный алгоритм показал высокую эффективность при решении
поставленной задачи и планируется к внедрению в составе специального программного обеспе-
чения оптико-электронных систем перспективных робототехнических комплексов. В заключе-
нии представлены предложения по дальнейшему повышению точности и вероятности обна-
ружения объекта интереса разработанным алгоритмом, а также по повышению его произво-
дительности путем оптимизации вычислений. -
ОРГАНИЗАЦИЯ ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОДВИЖНЫХ СРЕДСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗРИТЕЛЬНЫХ ОРИЕНТИРОВ
С. М. Соколов , Н.Д. Беклемишев , А. А. Богуславский2021-04-04Аннотация ▼Рассматривается решение навигационной задачи с помощью системы технического
зрения, определяющей положение подвижного средства относительно ориентиров, ука-
занных в окружающем пространстве. Навигация по ориентирам является наиболее объек-
тивным критерием расположения подвижного средства в окружающем пространстве.
Способ измерения параметров соотношений, характеризующих расположение подвижного
средства относительно ориентиров, является почти независимым от других навигацион-
ных измерений. Ввод данных для корректировки координат и других параметров движения
может производится не непрерывно, а в некоторые дискретные, и, в общем случае, до-
вольно редкие моменты времени. Рассматривается общая схема решения: от постановки,
до получения навигационной информации. Кратко описывается комплексирование получен-
ных данных с данными от других навигационных средств, анализируются ключевые про-
блемы и параметры СТЗ, влияющие на точность получаемых результатов. Ключевым мо-
ментом в рассматриваемом способе является решение системы уравнений, описывающих
положение робототехнических комплексов относительно указанных ориентиров. Эта
система решается модифицированным методом Гаусса-Ньютона для нелинейной переопределенной системы уравнений. Заменой левой части каждого уравнения ее дифференциа-
лом в точке начального приближения осуществляется линеаризация. Значения неизвестных
в переопределенной системе линейных уравнений, при которых сумма квадратов невязок в
уравнениях является минимальной, могут быть получены либо методом SVD (сингулярного
разложения), либо с помощью симметризации системы. При этом SVD более устойчив к
накоплению вычислительной погрешности, но несколько более требователен к ресурсам
компьютера и сложнее в реализации. Мы использовали решение методом симметризации
как более простое. Полученная система решается методом квадратного корня (Холецко-
го). Для обнаружения ориентиров в составе СТЗ используются два вида модулей СТЗ –
панорамный, на основе камеры с объективом типа «рыбий глаз» и стерео. Предложенный
способ позволяет решать задачу уточнения параметров движения по отдельным, разре-
женным измерениям собственного положения и скорости относительно ориентиров в
окружающем пространстве. Независимо и в комплексе с другими средствами навигации
описанный подход обеспечивает высокоточное определение навигационных параметров в
различных условиях движения. Описываются результаты натурных экспериментов с ма-
кетом предложенной системы при движении в различных условиях. Обсуждаются пути
совершенствования и развития рассмотренного подхода. -
НОВЫЙ АЛГОРИТМ ПОСТРОЕНИЯ КРАТЧАЙШЕГО ПУТИ ОБХОДА КОНЕЧНОГО МНОЖЕСТВА НЕПЕРЕСЕКАЮЩИХСЯ КОНТУРОВ НА ПЛОСКОСТИ
А. А. Петунин, Е.Г. Полищук , С. С. Уколов2021-04-04Аннотация ▼Рассматривается проблема маршрутизации режущего инструмента машин листо-
вой резки с ЧПУ для случая, когда точки врезки расположены на границах деталей, ограни-
ченных отрезками прямых и дугами окружностей, при этом используется техника непрерывной резки (CCP), т.е. каждый контур вырезается целиком, но не используется предва-
рительная дискретизация, то есть резка может начинаться с любой точки контура. Об-
щая задача поиска оптимального маршрута в этом случае сводится к минимизации длины
холостого хода. Показано, что она эквивалентна поиску кратчайшей ломаной с вершинами,
расположенными на контурах. Предложен новый эвристический алгоритм построения
такой ломаной для заранее заданного порядка обхода контуров. Показано, что получаю-
щееся решение представляет собой локальный минимум. Описаны некоторые достаточ-
ные условия, того, что решение является также глобальным минимумом, которые легко
проверяются численно, а некоторые даже визуально. Описана методика автоматического
учёта ограничений предшествования для практически важного случая наличия вложенных
контуров, возникающих как за счёт отверстий в деталях, так и за счёт расположения
мелких деталей в отверстиях крупных. При этом происходит также уменьшение размер-
ности задачи, что положительно сказывается на времени оптимизации, особенно дис-
кретной. Предложен эвристический алгоритм выбора порядка обхода контуров на основе
метода переменных окрестностей (VNS). Описаны альтернативные подходы применения
других методов дискретной оптимизации совместно с предложенным алгоритмом по-
строения кратчайшей ломаной для решения полной задачи непрерывной резки и возникаю-
щие при этом сложности как теоретического, так и практического характера. Описано
обобщение задачи непрерывной резки до более широкого класс задач сегментной резки и
обобщённой сегментной резки, что позволяет продвинуться в решении общей задачи пре-
рывистой резки. Описана схема применения предложенного алгоритма для решения задач
сегментной и обобщённой сегментной резки. Приведены некоторые результаты численных
экспериментов в сравнении с точным решением задачи для дискретной модели GTSP. -
АНАЛИТИЧЕСКОЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АВИАЦИОННОГО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВУХКОНТУРНОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ОПТИМАЛЬНЫХ НАБЛЮДАТЕЛЕЙ
А. А. Иноземцев , А.С. Плешивых , И. Н. Грибков , А.Н. Саженков , Н.Г. Ламанова2022-05-26Аннотация ▼Предлагается аналитическое резервирование в системе автоматического управления
турбореактивного двухконтурного двигателя (САУ ТРДД) на основе оптимальных наблю-
дателей. Настоящая статья основана на ранее полученных результатах в предшествую-
щих авторских работах и является обобщением, и анализом этих результатов с целью
разработки методики повышения отказоустойчивости САУ ТРДД. Этот метод основан
на использовании оптимальных наблюдателей: фильтра Калмана и фильтра Язвинского,
согласованных с математической моделью САУ ТРДД. Анализ математической модели
САУ проводился по методу наименьших квадратов в движущемся окне. Точность иденти-
фикации математической модели и требуемое время запаздывания обеспечиваются опти-
мизацией ширины движущегося окна. Оцениваемые при помощи оптимальных наблюдате-
лей вектор выхода САУ ТРДД включает следующие параметры: частота вращения рото-
ра компрессора низкого давления nв, частота вращения ротора компрессора высокого дав-
ления nk, давление воздуха за компрессором высокого давления PK, температура газа за
турбиной низкого давления TT. При моделировании фильтра Калмана предварительно про-
водился корреляционный анализ входных сигналов. Приводится обоснование преимущества
адаптивного фильтра Язвинского по сравнению с фильтром Калмана. Представлены ре-
зультаты математического моделирования алгоритмического метода резервирования
канала измерения САУ ТРДД по данным летных испытаний двухконтурного двигателя
типа ПС-90А в составе магистрального узкофюзеляжного самолета ТУ-214 как на ста-
ционарном, так и переходном режимах. Проведен статистический анализ ошибок оцени-
вания вектора выхода САУ ТРДД на основе фильтра Калмана и Язвинского. Показано, что
предлагаемый алгоритм аналитического резервирования обеспечивает выполнение требо-
ваний по точности и устойчивости оценок вектора выхода САУ ТРДД при использовании
фильтра Язвинского и может быть рекомендован для использования в перспективных САУ
ТРДД. По результатам анализа предлагаемого метода резервирования сформировано на-
правление дальнейших исследований. -
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ В ПАССИВНЫХ РЛС АМПЛИТУДНЫМ МЕТОДОМ
В.Д. Сытенький, И. И. Маркович , Е. Е. Завтур2021-04-04Аннотация ▼Рассматривается амплитудный метод определения координат источников излуче-
ния в пассивной радиолокации. Синтезирован алгоритм вычисления координат источников
излучения в пассивном режиме радиолокационных станций, основанный на приёме законо-
мерно затухающих в пространстве электромагнитных колебаний антеннами в коллинеар-
ном расположении. Необходимые для определения координат цели математические соот-
ношения получены путем решения соответствующих треугольников, образованных базами
антенн и целью. Это позволило определить местоположение источника излучения (цели)
точкой пересечения гипербол с фокусами в местах расположения приёмных антенн. При-
ведены аналитические выражения для определения координат целей в декартовых и поляр-
ных системах координатах. Анализ погрешности предлагаемого алгоритма осуществлён сучётом методики косвенных измерений. Исследуется случай равномерного распределения
помех по пространству, аддитивно связанных с сигналом и некоррелированных с ним. По-
лучена формула для среднеквадратичного отклонения дальности до цели. Приведены ре-
зультаты расчетов оценок абсолютных погрешностей определения местоположения ис-
точника излучения, зависящие от его расположения на плоскости и показывающие, что
абсолютная погрешность определения местоположения источника излучения минимальна
вблизи начала координат и возрастает при удалении от нее. Синтезированный и исследо-
ванный алгоритм ввиду простоты аппаратной реализации может применяться в пассив-
ных локационных системах как самостоятельно, так и в дополнении к широко распро-
страненному на практике разностно-дальномерному методу, основанному на измерении
взаимных временных задержек принятых сигналов. -
РАЗРАБОТКА МНОГОУРОВНЕВОЙ СИСТЕМЫ ПЛАНИРОВАНИЯ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ ГРУППЫ АНПА В НЕИЗВЕСТНОЙ СРЕДЕ С ПРЕПЯТСТВИЯМИ
А.М. Маевский , Р. О. Морозов , А. Е. Горелый , В. А. Рыжов2021-04-04Аннотация ▼Рассматривается проблема организации группового движения морских робототех-
нических комплексов (МРТК), в частности автономных необитаемых подводных аппара-
тов (АНПА), в априори неизвестной среде с препятствиями. Выполнен краткий анализ
существующих проектов по тематике группового управления МРТК, и алгоритмов плани-
рования движения. Наличие многочисленных исследований по данному направлению под-
тверждает актуальность обозначенной проблемы. Приведена формальная постановка
задачи движения четырех роботов строем. Предлагаемый в работе метод планированиядвижения группы основан на комбинированном подходе, который организует многоуровне-
вое решение к организации перемещения МРТК. На верхнем уровне разработана система
глобального планирования и отработки миссии на основе метода случайных деревьев ко-
торая обеспечивает общее перемещение группы на основе априорной информации о со-
стоянии среды. Система планирования нижнего уровня корректирует глобальную траек-
торию, позволяя объектам на локальном уровне осуществлять передвижение и взаимодей-
ствие агентов в группе, в том числе обеспечивает их безаварийное перемещение в про-
странстве и выход из областей локальных минимумов. В работе приводится подробное
аналитическое описание разработанного алгоритма и блок-схема его функционирования.
Проведено численное моделирование движения группы из 4 АНПА в недетерминированной
среде с неподвижными препятствиями. Моделирование проводилось с учетом препятст-
вий различной формы и сложности. Результаты математического моделирования проде-
монстрировали решение задачи выхода группы АНПА из области локального минимума.
Приведены натурные испытания на примере группы из трёх безэкипажных катеров, в ре-
зультате которых группа подвижных объектов сформировала строй и осуществила пере-
мещение заданным строем в целевые позиции и вернулась в конечную зону. Кроме того,
разработанный в рамках данной статьи модуль локального планирования был интегриро-
ван в программное обеспечение системы планирования подводного глайдера «Тень». В конце
рассматриваются полученные результаты работы предложенного метода и его дальней-
шее развитие, в частности его применение в трехмерной постановке задачи. -
ПОИСКОВЫЙ ПОПУЛЯЦИОННЫЙ АЛГОРИТМ РАЗМЕЩЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СБИС
Б. К. Лебедев , О.Б. Лебедев , В. Б. Лебедев2020-11-22Аннотация ▼В работе рассматривается поисковый популяционный алгоритм размещения компо-
нентов СБИС. По аналогии с процессом возникновения и формирования кристаллов из ве-
щества, процесс порождения решения путем последовательного проявления и конкретиза-
ции решения на базе интегральной россыпи альтернатив назван методом кристаллизации
россыпи альтернатив. Решение Qk задачи размещения представляется в виде биективного
отображения Fk=A→P, каждому элементу множества A соответствует один единст-
венный элемент множества P и наоборот. Лежащая в основе алгоритма метаэвристика
кристаллизации россыпи альтернатив выполняет поиск решений с учетом коллективной
эволюционной памяти, под которой подразумевается информация, отражающая историю
поиска решения и памяти поисковой процедуры. Отличительной особенностью используе-
мой метаэвристики является учет тенденции к использованию альтернатив из наилучших
найденных решений. Предложены компактные структуры данных для хранения интерпре-
таций решений и памяти. Алгоритм, связанный с эволюционной памятью, стремится к
запоминанию и многократному использованию способов достижения лучших результатов.
Разработанный алгоритм относится к классу популяционных алгоритмов. Итерационный
процесс поиска решений включает три этапа. На первом этапе каждой итерации конст-
руктивным алгоритмом формируется nq решений Qk. Работа конструктивного алгоритма
базируется на базе показателей основной интегральной россыпи альтернатив – матрицы
R, в которой хранятся интегральные показатели решений, полученных на предыдущих
итерациях. Процесс назначения элемента в позицию включает две стадии. На первой ста-
дии выбирается элемент, а на второй стадии – позиция pj. При этом должно выполняться
ограничение: каждому элементу соответствует одна позиция pj. Рассчитывается оценка
ξk решения Qk и оценка полезности δk множества позиций Pk выбранных агентами. В рабо-
те используется циклический метод формирования решений. В этом случае наращивание
оценок интегральной полезности δk в основной интегральной россыпи альтернатив B вы-
полняется после полного формирования множества решений Q. На втором этапе итера-
ции производится наращивание оценок интегральной полезности δk в основной интеграль-
ной россыпи альтернатив – матрице R. На третьем этапе итерации осуществляетсяснижение оценок полезности δk интегральной россыпи альтернатив R на априори заданную величину δ*. Работа алгоритма завершается после выполнения заданного числа итера-
ций. Сравнительный анализ с другими алгоритмами решения производился на стандартных
тестовых примерах (бенчмарках) корпорации IBМ, при этом решения, синтезируемые ал-
горитмом CAF, превосходят по эффективности решения известных методов в среднем на
6%. Временная сложность алгоритма – О(n2)-О(n3). -
ЛОГИЧЕСКИЙ РЕСИНТЕЗ КОМБИНАЦИОННЫХ СХЕМ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СБОЕУСТОЙЧИВОСТИ
Н.О. Васильев , М.А. Заплетина , Г. А. Иванова , А.Н. Щелоков2020-11-22Аннотация ▼При функционировании микроэлектронных устройств в условиях космоса необходимо
учитывать внешние воздействия. Работа устройства в подобных условиях затрудняется
негативным влиянием радиационного излучения на электронные компоненты схемы. Воз-
действие тяжелых заряженных частиц приводит к одиночным сбоям логических элемен-
тов, из-за чего логика работы устройства может быть нарушена. В связи с этим при
проектировании электронных схем, которые будут использоваться в космических аппара-
тах, необходимо выполнение повышенных требований к устойчивости интегральных схем
(ИС) к одиночным сбоям. По мере уменьшения технологических норм проектирования ИС
проблема сбоеустойчивости становится актуальной и для изделий микроэлектроники
гражданского применения. Решение данной задачи обычно осуществляется методами ап-
паратной защиты, к которым относятся методы помехоустойчивого кодирования, мето-
ды резервирования, а также методы логической защиты. В данной статье рассматрива-
ются методы оценки устойчивости ИС к одиночным сбоям в логических элементах, а
также основные методы защиты схем. В работе предлагается техника ресинтеза логиче-
ских комбинационных схем, использующая логические ограничения, выводимые с помощью
метода резолюций, для оценки устойчивости к одиночным сбоям. В ходе ресинтеза предла-
гается использовать методы логической защиты уязвимых участков схемы, что не влечет
ощутимого роста занимаемой устройством площади, свойственного методам резервиро-
вания и помехоустойчивого кодирования. -
ПОПУЛЯЦИОННЫЙ АЛГОРИТМ ПОСТРОЕНИЯ ДЕРЕВА РЕШЕНИЙ МЕТОДОМ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ РОССЫПИ АЛЬТЕРНАТИВ
Б. K. Лебедев , О. Б. Лебедев , В.Б. Лебедев2020-11-22Аннотация ▼В ряде случаев возникает необходимость установления соответствия между заяв-
ленным и фактическим значением категориальной переменной на основе совокупности
признаков объекта. В этом случае возникает потребность в классификаторе с оптималь-
ной последовательностью рассматриваемых атрибутов с заданным значением целевой
функции. Значением целевой переменной может быть: да, нет, номер сорта, номер класса
и т.д. В работе решается задача построения классификационной модели в виде оптималь-
ной последовательность рассматриваемых атрибутов и их значений, входящих в состав
маршрута от корневой вершины к концевой вершине с заданным значением целевой пере-
менной. Если требуется классификатор, включающий возможность альтернативных от-
ветов, то вначале строятся независимо друг от друга оптимальные маршруты для каж-
дого значения целевой переменной, а затем эти маршруты объединяются («склеиваются»)
в единое бинарное дерево решений. В алгоритме построения классификатора на основе
метода кристаллизации россыпи альтернатив, каждое решение Qk интерпретируется в
виде в ориентированного маршрута Mk на бинарном дереве решений. Назовем порядковый
номер элемента в ориентированном маршруте Mk позицией siS={si|i=1,2,…,nA}. Элемен-
том маршрута Mk является пара (xi,ui-), где xi соответствует Ai. ui- в маршруте Mk явля-
ется ребром, выходящим из xi и соответствует выбранному вместе с Ai значению Ai. Вто-
рой индекс элемента ui- определится после выбора Ai, помещенного в соседнюю с sj позицию
sj+1. Работа алгоритма построения дерева решений базируется на использовании коллек-
тивной эволюционной памяти, под которой подразумевается информация, отражающая
историю поиска решения. Алгоритм учитывает тенденции к использованию альтернатив
из наилучших найденных решений. Особенностями являются наличие непрямого обмена
информацией – стигмержи. Совокупность данных об альтернативах и их оценках состав-
ляет россыпь альтернатив. Рассмотрены ключевые моменты анализа альтернатив в про-
цессе эволюционной коллективной адаптации. Экспериментальные исследования показали,
что разработанный алгоритм находит решения, не уступающие по качеству, а иногда и
превосходящие своих аналогов в среднем на 3–4 %. Временная сложность алгоритма, полу-
ченная экспериментальным путем, лежит в пределах О(n2)-О(n3). -
LULC-АНАЛИЗ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕКОНТРОЛИРУЕМОЙ КЛАССИФИКАЦИИ
Ранджана Уаман Гор , Ратнадип Р. Дешмух , Приянка У. Рандив , Мишра Абхилаша, И. Б. Аббасов2020-10-11Аннотация ▼Землепользование и растительный покров являются естественным состоянием поверхно-
сти земли. Дистанционное зондирование - очень важный метод изучения землепользования
(LULC). Для анализа земного покрова при дистанционном зондировании используются различные
методы классификации. Данные методы не требуют предварительную информацию о земном
покрове или типах землепользования. Наиболее часто для анализа изображений, полученных с
помощью дистанционного зондирования, используют два метода классификации. К ним отно-
сятся контролируемая классификация и неконтролируемая классификация. Целями предлагаемой
работы являются использование неконтролируемых методов классификации для поиска класте-
ров, по определению типов землепользования и сравнение данных методов с интерактивным
анализом данных самоорганизации (ISODATA). Для анализа землепользования были использованы
изображения датчика Hyperion. Датчик Hyperion имеет двести сорок две полосы, однако немно-
гие полосы содержат полезную информации для спектрального анализа. Поэтому полосы, не
содержащие полезную информацию выявляются и удаляются. После обработки входного изо-
бражения по данному алгоритму из двухсот сорока двух полос остаются только сто шестьде-
сят пять полос. При этом учитываются радиометрическая калибровка и немаловажная кор-
рекция атмосферных факторов. Затем по результатам обработки с применением предложен-
ных методов формируются кластеры для изучения землепользования с использованием гипер-
спектрального изображения. Для формирования кластеров осуществлялась группировка пиксе-
лей, на основе выбранных данных. Пиксели из одного кластера имеют больше сходства, в то
время как пиксели из разных кластеров отличаются друг от друга. На основе результатов дела-
ется вывод о том, что метод кластеризации (k-means) позволяет лучше идентифицировать или
прогнозировать тип землепользования на основе гиперспектрального изображения с высоким
разрешением, чем метод интерактивного анализа данных самоорганизации (ISODATA). Выход-
ное изображение, которое является результатом кластеризации, может быть использовано
для идентификации различных типов объектов землепользования. Лучше всего были идентифи-
цированы следующие объекты землепользования: водная среда, сельскохозяйственные угодья,
растительность, застроенная территория или поселение, поля и скалистые регионы. -
СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СРЕДСТВ БЫСТРОГО ПРОТОТИПИРОВАНИЯ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СВЕРТОЧНОЙ НЕЙРОННОЙ СЕТИ НА ПЛИС
В.В. Бахчевников , В. А. Деркачев , А. Н. Бакуменко2020-10-11Аннотация ▼Исследования в области искусственного интеллекта ведутся с возрастающим и н-
тересом с каждым годом. Области применения искусственного интеллекта довольно
обширны: автоматизация, анализ большого объема данных, технологии умного дома,
машинное зрение и т.д. Технологии искусственного интеллекта базируются на использ о-
вании искусственных нейронных сетей, имеющие в своей основе принципы нервной сис-
темы животных. При этом актуальным вопросом является реализация искусственных
нейронных сетей на различных программно-аппаратных платформах: программируемых
логических интегральных схемах (ПЛИС) типа FPGA (Field Programmable Gate Array), на
интегральных схемах специального назначения (Application-Specific Integrated Circuit,
ASIC), GPU, CPU и т.д. ПЛИС наилучшим образом проявляют себя в маломощных мо-
бильных системах. ASIC демонстрируют наибольшую производительность с н едостат-
ком: высокая цена разработки. Проблема быстрого прототипирования проектов, осн о-
ванных на использовании искусственных нейронных сетей, для ПЛИС привычными мет о-
дами (c помощью HDL-языков, HDL-кодеров, графического программирования) заключа-
ется в том, что либо такой проект сложен и длителен в отладке (HDL-языки), либо не
оптимален получающийся код (HDL-кодеры), либо высока длительность разработки
проекта и сложность реконфигурации нейронной сети (графическое программирование).
Поэтому в рамках данной работы рассматривается эффективный метод проектирова-
ния полносвязных и сверточноых нейронных сетей для их реализации на ПЛИС использ о-
ванием пакета Xilinx System Generator for DSP и Matlab/Simulink. Генерируемые таким
образом искусственные нейросети легко реконфигурируемы и позволяют решать сле-
дующие задачи: распознавание изображений, оптимальная фильтрация (например, для
задач подповерхностной радиолокации). -
ДВУХЭТАПНЫЙ БУСТИНГ БИНАРНОЙ КЛАССИФИКАЦИИ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ БИОИНСПИРИРОВАННЫХ АЛГОРИТМОВ
Д. В. Балабанов , А. В. Ковтун , Ю. А. Кравченко2020-10-11Аннотация ▼В процессе решения широкого круга прикладных задач возникает необходимость де-
композиции объектов. Как следствие, проблема классификации является актуальной про-
блемой в современных системах интеллектуального анализа данных. Бинарная классифи-
кация является одной из важнейших задач, и имеет целый ряд нерешенных проблем. Одной
из таких проблем является эффективность автоматизированной классификации. В зада-
чах автоматизированной классификации, актуально применение алгоритмического аппа-
рата эволюционных вычислений. Таким образом целесообразно применение генетических и
биоинспирированных алгоритмов, в задаче поиска оптимальных значений параметров
классификатора. Для решения данной задачи предлагается применить алгоритм роя час-
тиц(PSO). Данный алгоритм в контексте задачи поиска субоптимальных значений пара-
метров классификатора способен обеспечить высокое качество классификации. Модифи-
кацией алгоритма является динамическое изменение значений координат, которые отве-
чают за тип функции ядра. Данная доработка позволяет значительно снизить затрачи-
ваемое время разработки классификатора. Для повышения эффективности классификации
целесообразно применять ансамбли алгоритмов. В работе приведена структура двухуров-
невого классификатора. На первом уровне данного классификатора, формируется ан-
самбль простых классификаторов которые формируют учебную выборку, которая, в даль-
нейшем используется алгоритмом роя частиц на втором этапе. Такой подход позволяет
значительно уменьшить временные затраты, а также повысить качество получаемых
решений. Алгоритм роя частиц(PSO), в контексте задачи поиска субоптимальных значе-
ний параметров классификатора способен обеспечить высокое качество классификации.
Предложенный двухуровневый алгоритм был экспериментально протестирован. Произве-
дено сравнение с аналогами, приведены сравнительные диаграммы. Описанные исследова-
ния показывают, что работа имеет высокую теоретическую значимость, а проведенные
экспериментальные исследования доказывают высокую практическую значимость. -
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТРАЕКТОРИИ ПОЛЕТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В УСЛОВИЯХ ПОЛНОЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
В. В. Косьянчук , В. В. Гласов , Е.Ю. Зыбин , Лиго Тань2021-04-04Аннотация ▼Большинство методов прогнозирования поведения динамических систем основаны на
использовании информации о параметрах их математических моделей. Однако проблемы
нестационарности, нелинейности и неидентифицируемости моделей реальных сложных
систем приводят к тому что, традиционные параметрические методы применимы на
практике только тогда, когда достоверно известны параметры и структура моделей
систем, а неопределенности при постановке задачи существенно ограничены. В статьеописывается оригинальный непараметрический метод прогнозирования траектории поле-
та летательного аппарата в условиях полного отсутствия априорной информации о па-
раметрах его математической модели динамики полета. Предлагаемый метод, в отличие
от аналогичных широко известных, не использует логические или статистические вычис-
ления и не требует своего предварительного обучения или длительной настройки. Он по-
строен только на основе ретроспективного анализа нескольких последовательных значе-
ний пространственных координат летательного аппарата и его сигналов управления, по-
этому не подвержен влиянию модельных ошибок и может быть использован для прогнози-
рования траектории полета летательного аппарата в условиях полной параметрической
неопределенности даже в случае неидентифицируемости модели его динамики полета.
Приведены результаты численного моделирования решения задачи прогнозирования тра-
ектории полета беспилотного летательного аппарата наиболее распространенного типа
квадрокоптера в условиях полной неопределенности параметров его математической мо-
дели. Полученные результаты подтверждают работоспособность разработанного мето-
да и показывают высокие характеристики точности решения задачи и скорости настрой-
ки алгоритма. Описанный подход может быть использован для прогнозирования траекто-
рии движения любого другого транспортного средства (автомобиля, водного судна и т.д.)
при условии линеаризуемости его модели на наблюдаемом интервале времени и наличия
информации о его сигналах управления. Практическая реализация описываемого непара-
метрического метода совместно с традиционными параметрическими позволит повысить
точность прогнозирования траектории полета и решить задачу высокоточной посадки
беспилотного летательного аппарата на активно маневрирующее судно, в том числе, при
возникновении различных критических ситуаций. -
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРЕПЯТСТВИЙ И ПРЕДСКАЗАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЯХ
Д.Л. Шишков , М.Н. Зарипов , Р.А. Горбачев2022-04-21Аннотация ▼В настоящее время повышение качества предоставляемых транспортных и логи-
стических услуг напрямую связано с внедрением новых и модернизацией существующих
технологий информатизации и цифровизации. Одной из наиболее актуальных задач, ре-
шаемых с помощью внедрения цифровых технологий в существующие технологические
процессы, является повышение безопасности движения поездов. Анализ отечественных и
зарубежных работ, посвящённых разработке систем повышения безопасности движения
поездов показал, что одним из методов решения поставленной задачи является разработ-
ка и внедрение систем технического зрения для обнаружения объектов инфраструктуры и
препятствий по ходу движения поезда. Это особенно актуально при увеличении скоростей
движения поездов, когда машинисту бывает сложно правильно оценить сложившуюся
ситуацию и принять оперативное решение. В данной работе описана реализация системы
технического зрения для беспилотных поездов. В ее рамках был реализован новый подход к
обучению узкоспециализированной масочной нейронной сети. Основной задачей этой сис-
темы является распознавание препятствий и фигур человека на фоне железнодорожной
инфраструктуры, определения их местоположения относительно рельсовых путей и оцен-
ки этой ситуации с точки зрения безопасности движения. Для получения более качествен-
ной маски был использован подход одновременного использования изображений стандарт-
ных камер CVS и камер с более высоким разрешением. Данный метод способен повысить
качество распознавания, особенно на больших расстояниях, когда интересующий объект
не заметен в сложной среде окружающей его обстановки. Выполненная работа показала
хорошие результаты по идентификации объектов на железнодорожных путях. Создание
прототипа такой системы и оснащение ей тягового подвижного состава позволит реали-
зовать своевременное обнаружение препятствий и людей на пути поезда, что способству-
ет повышению уровня безопасности движения поездов.
