Аннотации номера

ФОТОНИКА И ОПТОИНФОРМАТИКА

767
Предмет исследования. Проведен теоретический анализ эффективности просветляющих покрытий на основе плазмонных серебряных (Ag) и диэлектрических кремниевых (Si) наночастиц для фотовольтаических кремниевых структур. Резонансные свойства таких частиц в оптическом диапазоне обусловливают увеличение эффективности поглощения света в активном слое кремниевых элементов. Особенностью рассматриваемой структуры является сочетание в одном композиционном слое функции электрического контакта и просветляющего покрытия. Метод. Расчеты выполнены в пакете CST Microwave Studio с использованием метода конечных разностей в частотном режиме (FDFD). Оптические параметры материалов задавались согласно экспериментально измеренным данным. В расчете варьировались геометрические параметры композитного слоя: размеры и расположение частиц. Выполнено сравнение эффективности поглоще- ния света с применением различных вариантов покрытия: оксид индия-олова (ITO), ITO со сферическими наночастицами, расположенными на поверхности ITO, ITO со сферическими наночастицами, расположенными на поверхности активного слоя. Исследованы разреженные решетки частиц с радиусами от 15 до 80 нм. Частицы таких размеров обладают преимущественно дипольными резонансными откликами. Основные результаты. Расчетным путем показано, что внедрение наночастиц в покрытие приводит к существенному искажению спектра поглощения в диапазоне длин волн 300–800 нм и появлению на нем резонансных особенностей. Последнее связывается нами с резонансными свойствами наночастиц. Показано, что резонансный отклик частиц, располагающихся на поверхности ITO, сходен с откликом свободных частиц. При этом на резонансных частотах происходит резкое уменьшение поглощения света в активном слое. Резонансный отклик наночастиц, расположенных в объеме слоя ITO, значительно отличается от отклика сво- бодных частиц: уменьшается резонансная частота, снижается добротность. Показано, что при увеличении размера Ag- и Si-наночастиц, располагающихся на поверхности ITO, происходит уменьшение интегрального поглощения до 25%. Для Ag-частиц, располагающихся в объеме ITO, характерно монотонное уменьшение интегрального поглощения до 30% при уменьшении их размера. Максимальное влияние на интегральный показатель поглощения оказывают Si-частицы размером 50 нм. Практическая значимость. Результаты работы могут быть полезны для понимания физики работы просветляющих композиционных покрытий с включением наночастиц и использованы разработчиками солнечных кремниевых элементов
775
Приведен численный метод расчета эволюции прямой и обратной волн интенсивного лазерного импульса, состоящего из малого числа колебаний поля, при его распространении в оптическом волноводе с учетом дисперсии и кубической нелинейности электронной и электронно-колебательной природы. Представленный метод можно использовать как для расчета эволюции прямой и обратной волн одного импульса, так и для моделирования взаимодействия встречных импульсов. Проведено численное моделирование, результаты которого показывают, что в рассмотренных режимах качественного изменения поведения обратной волны из-за учета электронно-колебательной нелинейности не происходит. Количественно наблюдается увеличение эффективности перекачки энергии из прямой волны в обратную.
782
Представлена математическая модель линейных и нелинейных процессов, возникающих при распространении фемтосекундного лазерного излучения в стекловидном теле глаза человека. Методами численного моделирования выполнено решение нелинейного спектрального уравнения, описывающего динамику двумерного ТЕ-поляризованного излучения в однородной изотропной среде с кубичной безынерционной нелинейностью без использования приближения медленно меняющихся огибающих. Для моделирования использованы среды, близкие по параметрам к оптическим средам глаза. Модель распространения фемтосекундного излучения учитывает динамику процесса дисперсионного уширения импульсов во времени и возникновение самофокусировки вблизи сетчатки при прохождении через стекловидное тело глаза. Выявлена зависимость длительности импульса на сетчатке от длительности входного импульса, найдены значения плотности мощности излучения, при которых возникает самофокусировка. Показано, что основным механизмом повреждения при использовании излучения титан-сапфирового лазера является фотоионизация. Результаты работы совпадают с данными, полученными другими учеными, и могут быть использованы для создания российских стандартов по лазерной безопасности для фемтосекундных лазерных систем. 

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОРОШКОВ ИТТРИЙ-АЛЮМИНИЕВОГО ГРАНАТА Y3AL5O12, СИНТЕЗИРОВАННЫХ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОДОМ Баранчиков А. Е., Маслов В. А., Щербаков В. В., Усачев В. А., Кононенко Н. Э., Федоров П. П., Дукельский К. В.
789
Предмет исследования. Представлены результаты характеризации нанопорошков иттрий-алюминиевого граната, легированного неодимом – YAG:Nd3+, методом сканирующей электронной микроскопии. Метод. Синтез YAG:Nd3+ осуществляли золь-гель методом из нитратных или ацетатно-нитратных растворов с добавлением ряда органических соединений, а также аммиака. В качестве исходных веществ использовали оксиды неодима и иттрия с содержанием основного вещества 99,999%; органические соединения – лимонную кислоту с содержанием основного вещества не менее 99,0%; этиленгликоль (99,5%); лаурилсульфат аммония (99,0%); мочевину (99,0%) фирм Alfa Aesar, Fluka, Aldrich. Оксиды иттрия и неодима (5 ат.%) растворяли в 50% уксусной кислоте, добавляли азотнокислый алюминий в расчете на конечный продукт Y2,85Nd0,15Al5,0O12, раствор перемешивали, нагревали до 60 °С до достижения его прозрачности и однородности. Масса навески, соответствующей по стехиометрии YAG, составляла 2,0 г. В водные растворы, помещенные в стеклянные стаканчики, добавляли 50% водные растворы органических веществ или 5% NH4OH в весовом соотношении 1:1 к весу граната. Растворы тщательно перемешивали сначала с помощью обычной мешалки, затем на ультразвуковой установке при одновременном 60 °С нагреве в течение 2 часов. Сушку растворов до консистенции порошка или густого геля проводили при 110 °С. Далее образцы помещали в платиновые стаканчики и отжигали в трубчатой печи при 950–1050 °С в течение 0,5–2 часов. С целью осветления порошков для удаления остаточного аморфного углерода проводили дополнительный отжиг порошков на воздухе при 950–1060 °С. Основные результаты. Синтезированные порошкообразные прекурсоры и порошки после отжига исследовали с помощью поляризационного микроскопа с целью выявления анизотропных кристаллических фаз. Рентгенофазовый анализ проводили на дифрактометрах ДРОН-4 и УДР-63, излучение λCu Kα. Для проведения исследований методом сканирующей электронной микроскопии использовали электронный микроскоп Carl Zeiss NVision 40. Полученные результаты свидетельствуют о существенном влиянии добавок в исходные ацетат-нитратные растворы на размер и морфологию частиц при синтезе порошков иттрий-алюминиевого граната золь-гель методом. Сравнительно крупные частицы, не склонные к взаимному спеканию, получены при использовании в качестве добавок этиленгликоля и лаурилсульфата аммония. Практическая значимость. Синтезированные золь-гель методом порошки иттрий-алюминиевого граната с использованием в качестве добавок этиленгликоля и лаурилсульфата аммония могут представлять наибольший интерес для создания лазерной керамики YAG:Nd3+.
796
Предложен метод сегментации несфокусированных областей изображений обработанных металлических поверхностей, основанный на использовании фокусных текстурных признаков. В таких областях содержится незначительное количество полезной информации. Объектом исследования является металлическая поверхность, имеющая форму конуса. На фотографии отдельные части изображения получаются нерезкими вследствие ограниченности глубины резкости промышленной камеры. Одним из возможных решений данной задачи является автоматическое удаление нерезких областей на таких изображениях. Для расчета характеристик, описывающих размытость конкретной области изображения, в работе использованы фокусные текстурные признаки. Такие признаки используются в системах автоматической фокусировки микроскопов и фотокамер, и их применение для сегментирования нерезких областей изображений нетипично. На изображениях металлических поверхностей, имеющих размытые участки, протестированы 34 текстурных признака. Наиболее информативными признаками, способными сегментировать изображение наиболее точно, оказались средний уровень серого и пространственная частота. Предложенный метод сегментации размытых областей на изображениях металлических поверхностей может быть применен на практике для оценки качества обработки материалов с использованием промышленных камер. Метод отличается простотой реализации и высокой скоростью работы.
803
Предмет исследования. Исследовано влияние намотки анизотропных оптических волокон с эллиптической напрягающей оболочкой на степень сохранения Н-параметра. Данный тип оптических волокон используется при изготовлении волоконного контура волоконнооптических гироскопов. Метод исследования. Метод исследования основан на применении поляризационного сканирующего интерферометра Майкельсона в качестве измерительного устройства. Источником излучения служил суперлюминесцентный диод с центральной длиной волны 1575 нм и полушириной спектра 45 нм. Исследования проводились с анизотропным оптическим волокном с эллиптической напрягающей оболочкой длиной 50 м, намотанным одним слоем виток к витку на катушку диаметром 18 см, которая используется в конструкции волоконно-оптического гироскопа. Сила натяжения оптического волокна контролировалась в процессе намотки на специальном станке. Основные результаты. Выявлено, что при увеличении силы натяжения с 0,05 Н до 0,8 Н значение Н-параметра увеличивается с 7·10–6 1/м до 178·10–6 1/м соответственно, т.е. растет коэффициент связи ортогональных мод в исследуемом волокне. Таким образом, необходимо учитывать продольную силу натяжения волокна при проектировании и производстве волоконно-оптических датчиков высокого класса точности: чем меньше сила намотки волокна, тем выше степень сохранения распределенного Н-параметра. При проектировании волоконно-оптических гироскопов рекомендуется продольная сила натяжения анизотропного оптического волокна с эллиптической напрягающей оболочкой, равная 0,2 Н. Практическая значимость. Предложенный в исследовании метод сканирующего интерферометра Майкельсона может найти применение в процессе производства для определения качества намотки оптического волокна – отсутствия локальных дефектов, значения Н-параметра волокна. 
809
Исследован волоконно-оптический интерферометрический датчик на основе массива волоконных решеток Брэгга. Описан механизм смещения спектра отражения волоконной решетки Брэгга в результате внешних воздействий температуры и статического давления. Экспериментально показано, что смещение спектров отражения решеток Брэгга приводит к уменьшению видности интерференционной картины. Предложен метод подстройки центральной длины волны источника оптического излучения в соответствии с текущими спектрами отражения решеток Брэгга, основанный на широтно-импульсной модуляции управляющего сигнала контроллера элемента Пельтье. В качестве источника оптического излучения использован полупроводниковый поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором, управляемый драйвером накачки. Метод реализован с помощью контроллера элемента Пельтье, регулирующего и стабилизирующего температуру источника оптического излучения, и программируемой логической интегральной схемы, управляющей контроллером элемента Пельтье. Экспериментально показано, что предложенный метод позволил регулировать температуру источника оптического излучения с шагом 0,05 К и подстраивать центральную длину волны источника оптического излучения с шагом 0,005 нм. Результаты экспериментов показали, что подстройка центральной длины волны излучения с шагом 0,005 нм позволяет обеспечить работоспособность массива из четырех волоконно-оптических датчиков на основе волоконных решеток Брэгга, сформированных в одном оптическом волокне, при изменении температуры решеток Брэгга от 0 °С до 300 °С и при механическом растяжении оптического волокна силой до 2 Н.
817
Предмет исследования. Рассмотрено применение кватернионов для оптимизации параметров отражателей при автоколлимационных измерениях в сравнении с матричным методом. Приведены результаты компьютерных расчетов на кватернионных моделях, позволившие определить условия уменьшения погрешности измерения при наличии априорной информации о положении оси поворота. Рассмотрена практическая методика синтеза параметров тетраэдрического отражателя, использующая найденные соотношения. Метод. Первоначально полученные условияуменьшения погрешности измерения автоколлимационной системы определены с использованием матричного метода для задания углового положения объекта как совокупности трех эквивалентных последовательных поворотов относительно координатных осей. При реализации этих условий необходим неоднократный пересчет параметров ориентации между различными системами координат, что увеличивает трудоемкость и снижает результирующую точность автоколлимационной системы при практических измерениях. С использованием метода кватернионов, позволяющего анализировать изменение абсолютного углового положения в пространстве, находятся условия повышения точности вне зависимости от используемых систем координат. Основные результаты. Исследования на математической модели показали, что оптимальным по критерию уменьшения погрешности измерения является ортогональное расположение двух основных неизменных направлений тетраэдрического отражателя автоколлиматора при биссекторном расположении относительно них оси фактического поворота. Практическая значимость. На основе найденных соотношений между углами тетраэдрического отражателя и углами параметров его начальной ориентации разработана практическая методика синтеза отражающего контрольного элемента для автоколлимационных измерений в случае наличия априорной информации об оси фактического поворота при мониторинговых измерениях деформаций валов или трубопроводов.
825
Представлены результаты моделирования бортовой оптической системы космического мини-аппарата с лазерной реактивной тягой. Система позволяет принимать лазерную энергию независимо от взаимного направления оси приемного телескопа и направления движения мини-аппарата. Бортовая оптическая система построена с использованием таких элементов, как оптические шарниры и турели. В состав системы входит оптический переключатель – специальная система, обеспечивающая оптическую связь между приемным телескопом и лазерными реактивными двигателями. Моделирование и оптический расчет системы проведены с использованием специализированного программного обеспечения ZEMAX (Radiant Ltd). Цель расчетов состояла в определении размеров оптических элементов системы, требований к точности их изготовления и взаимной установки для обеспечения эффективной доставки энергии в лазерный реактивный двигатель. Расчеты выполнены с учетом ограничений по массе, габаритам и лучевой прочности оптических элементов, а также требований к характеристикам лазерного пучка на входной апертуре лазерного двигателя. Современные технологии изготовления облегченных космических зеркал из ситалла СО-115М позволяют изготовить зеркало с коэффициентом облегчения 0,72, а лучевая прочность оптических покрытий зеркал обеспечивается выше 5 Дж/см2 для излучения с длиной волны 1,064 мкм при длительности импульса 10–20 нс. При согласованном диаметре передающего телескопа 1 м оптимальный диаметр приемного зеркала бортовой оптической системы составил 0,5 м. При этом обеспечивается прием не менее 84% лазерной энергии. Основные потери излучения возникают из-за неточной установки зеркал приемного телескопа и технологических ошибок изготовления зеркал в виде отклонения формы поверхности зеркал от параболической. Показано, что требования к точности взаимной установки зеркал телескопа и точность их изготовления являются достаточно высокими, но выполнимыми с учетом применения современных материалов и технологий. Разработанная бортовая оптическая система может использоваться как на космических аппаратах с лазерной тягой, так и в перспективной технологии беспроводной передачи энергии с использованием лазеров
831
Предмет исследования. Исследовано влияние спектрального состава излучения от источника искусственного ночного освещения кабины летательного аппарата на колориметрические характеристики воспринимаемого наблюдателем изображения. Изображение отображается на жидкокристаллическом экране многофункционального цветного индикатора. Ночной подсвет кабины осуществляется лампами искусственного красного, зелено-голубого и, реже, белого света. Метод. Один и тот же цвет, отображаемый на экране, воспринимается наблюдателем по-разному в условиях наличия и отсутствия внешней освещенности. При воздействии на экран источника внешней засветки белого цвета воспринимаемый наблюдателем цвет зависит от цветовой температуры источника, для произвольного источника освещения – от спектрального состава излучаемого света. Воспринимаемый наблюдателем цвет представляет собой совокупность отображаемого на экране цвета (цвета изображения) и цвета, образованного диффузным отражением от поверхности экрана света внешнего осветителя. Яркости обоих цветов складываются. Используемые математические выражения, опре- деляющие правило вычисления координат цветности воспринимаемого наблюдателем цвета, основаны на законе адди- тивного смешения цветов Грассмана. Количественная оценка влияния спектрального состава излучения от внешнего источника искусственного освещения на цветовой охват воспринимаемого наблюдателем изображения выполнена методом моделирования в среде MathCad 15.0. Основные результаты. Показано, что цветовая палитра бортового средства индикации, полученная в составе автоматизированного рабочего места при каком-либо одном источнике искусственной освещенности со спектром дневного (белого) света, не может быть использована в режиме ночного полета летательного аппарата. Наблюдателю становится недоступно восприятие насыщенных основных цветов: красного и синего для ис- точника зелено-голубого освещения; зеленого и синего – для источника красного освещения. Для источников повышенной внешней освещенности с «теплым» белым цветом характерно существенное смещение воспринимаемых наблюдателем цветов из области насыщенного синего и зеленого цветов в направлении точки белого цвета, определяемой источником освещенности. Для источников повышенной внешней освещенности с «ровным» белым цветом, а также с белым цветом, координаты точки белого цвета которого совпадают с координатами точки белого цвета треугольника цветового охвата, свойственного экрану, смещению воспринимаемых наблюдателем цветов в равной степени подвержены основные цвета (красный, зеленый, синий) и желтый, голубой, пурпурный цвета. Для источников повышенной внешней освещенности с «холодным» белым цветом характерно существенное смещение воспринимаемых наблюдателем цветов из области насыщенного красного и зеленого цветов в направлении точки белого цвета, определяемой источником освещенности. Практическая значимость. Результаты работы могут использоваться разработчиками средств отображения информации и изготовителями жидкокристаллических панелей для выполнения колориметрических расчетов с учетом воздействия на экран внешней освещенности с различным спектральным составом.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РОБОТОТЕХНИКА

839
Предметом исследования является проблема моделирования динамических систем с модуляцией с использованием возможностей метода пространства состояний. Метод пространства состояний, который стал основой современной теории управления, опирающейся на возможности векторно-матричного формализма линейной алгебры, позволил решить многие задачи управления техническими объектами непрерывной и дискретной природы, инвариантные относительно размерности их «вход–выходных» отношений, но обошел вниманием широкий класс систем управления, аппаратная среда которых осуществляет модуляцию сигналов. Отмеченный системный пробел частично компенсируется предлагаемой вниманию читателей работой, в которой для процессов с модуляцией сигналов использован метод кронекеровских векторно-матричных представлений. Основным результатом является векторно-матричное представление процессов с модуляцией, формально не отличающееся от процессов в непрерывных системах. Модельные представления процессов описаны с использованием кронекеровских произведений. Способы вычисления собственных чисел кронекеровских матричных сумм, являющихся матричной основой данных представлений, позволяют использовать модальное направление в исследовании динамики систем с модуляцией. Использование свойств управляемости собственных чисел матриц общего вида применительно к матрицам, представляющим собою кронекеровские структуры, позволило удачно разделить спектр собственных чисел на управляемые и неуправляемые компоненты. Результаты статьи, состоящие в решении проблем конструирования моделей динамических процессов с модуляцией на основе используемых возможностей кронекеровских векторных и матричных структур, инвариантных относительно размерности «вход–выходных» отношений, могут найти практическое применение в разработках следящих электроприводов переменного тока. 

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

849
Предмет исследования. Исследованы диэлектрические свойства суспензий нематического жидкого кристалла с положительной диэлектрической анизотропией =10,5, допированного полупроводниковыми квантовыми точками CdSe/ZnS, в зависимости от их концентрации в интервале 0,05–0,3 вес.%. Методы. Исследования проводились методом диэлектрической спектроскопии. Для измерения использовалась специальная плоская титановая ячейка с расстоянием между электродами 250 мкм, на которые подавалось напряжение электрического поля. Дисперсия параллельной и нормальной составляющих действительной и мнимой компонент диэлектрической проницаемости измерялась в диапазоне от 50 Гц до 6,5 МГц при наложении на ячейку ориентирующего магнитного поля величиной 4·105 A/м. Основные результаты. С увеличением концентрации квантовых точек в суспензиях наблюдалось отклонение спектров диэлектрической проницаемости от спектра чистого жидкого кристалла, связанное с потерями на проводимость свободных ионов в области частот ниже 103 Гц. Обнаружено смещение частоты максимума в спектре потерь в области частот выше 106 Гц, связанное с ориентационной релаксацией жидкого кристалла. Это указывает на ослабление межмолекулярного взаимодействия в жидком кристалле и снижение потенциального барьера для враще- ния молекул по отношению к короткой оси диполя. Показано, что понижение  в интервале 103 –104 Гц с увеличением концентрации до 0,3 вес.% не превышало 4%. Практическая значимость. Полученные результаты позволяют объяснить изменение макроскопических свойств жидкого кристалла в результате допирования.
856
Стекла с металлическими и полупроводниковыми наночастицами являются перспективными нелинейными и люминесцентными материалами фотоники. Теоретически было показано, что для усиления нелинейного эффекта Керра оптимальны композитные оптические материалы, содержащие полупроводниковое CdS-ядро с металлической Ag- оболочкой, или наоборот. Взаимодействие такого ансамбля наночастиц приводит к появлению островковой структуры из серебра на частице CdS, причем образование соединения акантита Ag2S на границе двух фаз (CdS-Ag) минимально. В стеклах синтез квантовых точек CdS происходит в результате термообработки вблизи температуры стеклования, а введение серебра осуществляется методом низкотемпературного ионного обмена. Целью работы было исследование влияния серебряного ионного обмена на рост наночастиц CdS. В данной работе были исследованы два стекла – без CdS (стекло 1) и с CdS (стекло 2), которые были подвергнуты ионному обмену при Т=320 °С в течение 10, 20 и 30 минут и последующей термообработке при температурах 410 и 420 °С. Для стекла 1 после проведения ионного обмена возникает интенсивная люминесценция в области 400–500 нм, а после термообработки наблюдается поверхностный плазмонный резонанс на λ=410 нм. Для стекла 2 после проведения ионного обмена наблюдаются изменение спектров поглощения, характерное для формирования акантита, и слабая люминесценция, сдвигающаяся в длинноволновую область (от 550 до 700 нм) при проведении ионного обмена и термообработки, что свидетельствует о росте квантовых точек CdS. Экспериментально показано, что для стекла 2 без ионного обмена, содержащего квантовые точки CdS, кватовый выход увеличивается до 70%, в то время как стекло с серебром имеет резкое уменьшение квантового выхода до 0%. Это уменьшение обусловлено формированием на поверхности квантовой точки CdS акантита Ag2S. 

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

863
Рассматривается задача оценки характеристик корпоративных информационных систем на стадии проектирования. При проектировании корпоративных информационных систем наибольший интерес представляет не среднее время, а вероятность своевременной доставки сообщений разных типов (например, оперативных, служебных, диалоговых, файловых и т.п.) от отправителя к адресату. Кроме того, необходимо учитывать возможность использования приоритетного управления информационными потоками, построенного на базе дисциплин обслуживания общего вида со смешанными приоритетами. Для решения поставленной задачи используется разомкнутая сеть массового обслуживания с неоднородным потоком заявок. Предложен метод расчета характеристик корпоративных информационных систем, основанный на декомпозиции сетевой модели. При приоритетном управлении сообщениями конечные результаты являются приближенными, поскольку потоки сообщений разных классов на выходе узлов компьютерной системы, а следовательно, и на входе, отличаются от простейших. Однако, как показало имитационное моделирование, в широкой области значений параметров, соответствующих реальным корпоративным информационным системам, погрешности результатов предложенного аналитического метода находятся в приемлемых для инженерных расчетов пределах. Полученные результаты могут использоваться для решения задачи оптимизации сетей передачи данных современных корпоративных информационных систем, заключающейся в определении алгоритма маршрутизации и назначении приоритетов сообщениям разных классов, обеспечивающих заданное время доставки. 
СЕМАНТИКО-СИНТАКСИЧЕСКИЙ ПАРСЕР SEMSIN Боярский К. К., Каневский Е. А.
869
Описан принцип работы семантико-синтаксического парсера SemSin, строящего дерево зависимостей для предложе- ний русского языка. Парсер состоит из четырех блоков: словаря, морфологического анализатора, продукционных правил и лексического анализатора. Важной логической частью парсера является предсинтаксический модуль, который согласует и дополняет результаты разбора морфологического блока, разделяет абзацы текста на отдельные предложения, а также осуществляет предварительное снятие омонимии. Особенностью представляемого парсера является открытый тип управления – оно осуществляется с помощью набора продукционных правил. Богатый набор команд обеспечивает возможность как морфологического, так и семантико-синтаксического анализа предложения. Приведена последовательность применения правил, рассмотрены примеры их работы. Особенностью правил является принятие решений об установлении синтаксических связей с одновременным снятием морфологической и семантической омонимии. Лексический анализатор обеспечивает выполнение команд и правил, а также осуществляет управление парсером в ручном или автоматическом режимах разбора текста. В первом случае анализ производится интерактивно с возможностью пошагового исполнения правил и просмотра получившегося дерева разбора. Во втором случае результаты разбора записываются в xml-файл. Активное использование синтаксической и семантической словарной информации позволяет значительно уменьшить неоднозначность разбора. Кроме разметки текста, парсер может использоваться также как инструмент для извлечения информации из текстов на естественном языке. 
877
Разработана методика управления рисками при проектировании программного обеспечения с использованием элементов искусственного интеллекта. На основе обзора существующих алгоритмов нечеткого вывода в области решения прикладных задач показана целесообразность применения одного из интеллектуальных методов для управления рисками программных проектов. Проанализированы источники информации при управлении программными проектами, выделены главные и второстепенные риски. Определены важнейшие параметры, по которым можно оценить возникновение неблагоприятной ситуации (длительность проекта, частота смены требований заказчика, соблюдение сроков работ, опыт участия разработчиков в подобных проектах и др.). Для анализа данных параметров разработан метод качественного нечеткого описания, использующий нечеткую логику. Оценка возможных ситуаций и формирование базы знаний опираются на опрос экспертов. Выявлены основные ограничения существующих автоматизированных систем в отношении их применимости к управлению рисками при проектировании программного обеспечения. На основании теоретических исследований разработана программная система, позволяющая автоматизировать процесс управления рисками программных проектов. Разработанная программная система автоматизирует процесс нечеткого вывода по следующим этапам: формирование базы правил систем нечеткого вывода, фаззификация входных переменных, агрегирование подусловий, активизация подзаключений и аккумулирование заключений нечетких правил продукций, дефаззификация переменных. Результатом автоматизации процесса управления рисками при проектировании программного обеспечения являются их количественная и качественная оценка и экспертные рекомендации по их минимизации. Практическая значимость работы заключается в том, что внедрение разработанной автоматизированной системы позволяет повысить результативность программных проектов. 
886
Предмет исследования. Рассмотрена задача реконструкции изображения области рта по речевому сигналу с помо- щью метода частичных наименьших квадратов. Потребность в решении подобных задач возникает при создании методов обработки аудиовизуальной речи, которая содержит в себе звуковую и визуальную составляющие, называемые модальностями. Конкретные задачи, решаемые с помощью таких методов, включают в себя совместное модели- рование голоса и динамики движений губ, синхронизацию аудио- и видеопотоков, распознавание эмоций, обнаружение живости (liveness detection). Метод. Для решения поставленной задачи применен метод частичных наименьших квадратов. Метод позволяет выделить из исходных данных компоненты, между которыми существует ковариационная связь, и построить на их основе модель регрессии. Преимуществом такого подхода является возможность решения двух базовых задач: выявления скрытых связей между исходными данными (речевым сигналом и изображением области рта) и аппроксимации одних исходных данных по другим. Основные результаты. Экспериментальные исследования по реконструкции изображения области рта по речевому сигналу выполнены на аудиовизу альной речевой базе VidTIMIT. Полученные результаты позволяют сделать вывод о возможности применения метода частичных наименьших квадратов для решения задачи реконструкции. Практическая значимость. Результаты проведенного исследования позволяют утверждать, что метод частичных наименьших квадратов может быть успешно применен для решения широкого класса задач обработки аудиовизуальной речи: от синхронизации аудио- и ви- деопотоков до обнаружения живости. 

ТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

893
Приводятся результаты исследования точности формирования диаметральных размеров при зубодолблении традиционным методом и с использованием ступенчатого долбяка. Проанализирована статическая технологическая размерная цепь делительного размера нарезаемых колес. Выявлено, что основная доля погрешностей зубьев колес при традиционном зубодолблении возникает за счет погрешности изготовления и установки долбяка, так как каждый зуб колеса формируется определенным зубом инструмента. Этот эффект отсутствует при зубодолблении ступенчатым долбяком, так как при этом профили всех зубьев колеса формируются наиболее удаленным от оси вращения профилем зуба инструмента. Проведен анализ погрешностей наладки, присущих вышеуказанным методам зубодолбления. Выявлено, что при зубодолблении ступенчатым долбяком, благодаря отсутствию двойных ходов инструмента, отсутствует и составляющая погрешности наладки, обусловленная погрешностями положения инструмента перед каждым двойным ходом. В результате повышается точность диаметральных размеров. Рассмотрен также механизм образования погрешностей установки инструмента и заготовки. Результаты исследования в области зубодолбления ступенчатым долбяком увязываются с результатами исследований других авторов в области традиционного зубодолбления.
МАССОВЫЙ РАСХОДОМЕР ЖИДКОСТЕЙ Наумчик И. В., Кинжагулов И. Ю., Крень А. П., Степанова К. А.
900
Предмет исследования. Рассмотрены вопросы определения массового расхода агрессивных и нестабильных жидкостей с учетом их фактической плотности. Методы. Предложен экспериментально-теоретический метод исследования для обоснования облика массового расходомера жидкостей с помощью сужающего устройства на основе трубы Вентури. Основные результаты. Разработана новая конструкция массового расходомера с применением сужающего устройства на основе трубы Вентури, которая отличается использованием устройства для измерения плотности жидкости, что позволяет определить ее массовый расход. Массовый расходомер жидкостей обладает универсальностью благодаря комбинированному составу, в конструкции которого меняется только сужающее устройство, рассчитанное для заданного состава жидкости. Полученные зависимости скорости звука от концентрации контролируемой жидкости позволили определить ее фактическую плотность и перейти к расчету массового расхода. Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при проектировании массовых расходомеров жидкостей, особенно агрессивных и нестабильных.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

907
Предложена концепция организации и планирования вычислительного эксперимента с целью проведения многовариантного анализа сложных многофакторных моделей. Концепция основана на порождении дерева расчетов. Приводится описание логической и структурной схем дерева, а также программных инструментальных средств по автоматизации работы с ним: порождение расчетов, проведение расчетов и анализ полученных результатов. Системы компьютерного моделирования и такие специализированные системы, как RACS и PRADIS, не решают задачи эффективного проведения вычислительного эксперимента, состоящего из его организации, планирования, выполнения, а также анализа полученных результатов. Для организации вычислительного эксперимента предлагается хранение расчетов в виде дерева входных и выходных данных. Каждый узел дерева имеет ссылку на расчет выполненного ранее этапа модели. Хранение дерева расчетов осуществляется в виде специально организованной структуры каталогов. Для эффективного планирования многовариантных расчетов предлагается использовать программный инструмент по созданию и модификации расчетной схемы, хранящей структуру одной ветви дерева расчетов. Набор специализированных программных инструментов позволяет осуществлять генерацию и гибкую модификацию дерева, добавлять расчеты с пошаговым изменением факторов модели. Для выполнения вычислений разработана программная среда в форме графического пользовательского интерфейса для создания и модификации расчетного сценария. Данная среда позволяет обходить дерево расчетов в определенном порядке и осуществлять последовательный и параллельный запуск расчетных модулей. Для анализа результатов разработан программный инструмент, работающий на основе дерева тегов специального вида дерева, хранящего входные и выходные данные расчетов в виде набора изменений соответствующих факторов модели. Инструмент позволяет выбирать требуемые факторы и отклики модели на различных этапах и для выбранных параметров формировать удобные для восприятия таблицы и графики функций. Предлагаемое решение апробировано в процессе прохождения процедуры верификации программного средства «Прогноз_Р», значительно упростив подготовку и проведение проектных расчетов для анализа разработанной вычислительной модели. Таким образом, предложенные программные инструментальные средства в силу отсутствия универсальных готовых решений могут послужить эффективной заменой ручного проведения вычислительного эксперимента.
916
Предмет исследования. Построение асимптотических разложений решений уравнений в частных производных с малым параметром сводится обычно к последовательному решению цепочки задач Штурма–Лиувилля. Чтобы найти некоторый член ряда, необходимо решить неоднородную краевую задачу с источником на оси цилиндра. При этом соответствующая однородная задача имеет нетривиальное решение. Потому возникает содержательный вопрос о реализуемости предложенного способа построения. Настоящая работа посвящена построению таких асимптотических разложений. Метод. Для доказательства необходимого условия используется обычная техника интегрирования всего уравнения и использования граничных условий. Для доказательства достаточного условия строится подходящая задача Коши (которая всегда разрешима) и анализируется ее решение. Мы имеем дело с общим случаем формальных степенных рядов и не делаем предположений об их сходимости. Основной результат. В работе доказаны необходимые и достаточные условия разрешимости неоднородной задачи Штурма–Лиувилля для общего случая формальных степенных рядов. Как частный случай общего результата, полученный результат остается верен, если заменить формальные степенные ряды функциями. Практическая значимость. Результат может найти применение при построении решений уравнений в частных производных и обыкновенных дифференциальных уравнений в форме формальных степенных рядов. Результат является общим и применим к частным случаям таких рядов, например, к асимптотическим рядам или функциям (сходящимся степенным рядам).
921
Предмет исследования. Рассматривается концепция применения струйных систем управления, известных также как пневмоника, в управлении положением вала в газостатических подшипниках. Струйные системы имеют преимущества в тех задачах, где не хватает быстродействия традиционных механических, электрических или гидравлических сервоприводов. Типичным представителем такого класса задач является управление положением вала в газовых подшипниках с принудительной подачей газа в зазор между валом и подшипником. Управление в данном случае подразумевает изменение давления или расхода газа, подаваемого в зазор по одной из минимум трех осей, с частотой, превышающей номинальную частоту вращения вала. Таким образом, от системы требуется высокое быстродействие. Задачей настоящей работы является проектирование дискретного струйного элемента, отработка его геометрии и характеристики переключения. Основные результаты. Спроектирован дискретный струйный элемент для безмасляной бесконтактной трансмиссии, работающей на хладагенте, достигнуто время переключения 0,2–0,3 мс, что на порядок меньше требований авиационных систем управления, которые обычно работают с частотой порядка 200 Гц. Показано, что при подаче управляющего сигнала с недостаточным уровнем давления возникают периодические колебания с высокой частотой, следовательно, отдельной задачей проектирования является определение минимального допустимого давления в управляющем канале. 
930
Предмет исследования. Рассматривается интерференция встречных скачков уплотнения, а также отражение косого скачка от стенки. Существует два принципиально различающихся режима взаимодействия встречных скачков: четы- рехволновой регулярный и пятиволновой нерегулярный. Переход от одного режима к другому может быть нестационарным, скачкообразным или плавным, также он может сопровождаться гистерезисом. Под гистерезисом понимают возможность существования при одних и тех же параметрах интерференции двух различных видов ударно-волновых структур. Реализация того или иного решения зависит от направления и, возможно, скорости изменения параметров. Гистерезис при интерференции встречных скачков и при отражении косого скачка уплотнения от стенки изучается с середины 60-х годов XX века, но наиболее активно – в течение последних 20 лет. Это связано, в частности, с разработкой новых типов воздухозаборников внутреннего и смешанного сжатия, предназначенных для больших сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростей. Несмотря на активные исследования проблемы, многие вопросы остались невыясненными, в том числе несовпадение результатов вычислительных и физических экспериментов с данными, полученными с помощью аналитической теории интерференции стационарных газодинамических разрывов, а также влияние скорости изменения параметров, точности вычислений, числа узлов разностной сетки. В настоящей работе рассматривается влияние двух факторов: ранга разностной сетки и степени размытия фронта скачков уплотнения. Основные результаты. Как показали аналитические и численные расчеты, размытие скачков и переход от мелкой разностной сетки к более грубой сопровождается сужением области гистерезиса, т.е. моменты перехода от регулярного отражения к нерегулярному и обратно удаляются от предсказанных теорией. Измельчение сетки приводит к сходимости решения к результатам теории интерференции стационарных газодинамических разрывов. Практическая значимость. Результаты работы дополняют теорию интерференции стационарных газодинамических разрывов и могут быть использованы при проектировании перспективных образцов сверхзвуковых и гиперзвуковых летательных аппаратов.
942
Предмет исследования. В работе приведены сведения об интерференции встречных скачков уплотнения, интенсивность и углы наклона к потоку которых различны. Данная задача имеет отношение к проблеме проектирования воздухозаборников с внутренним сжатием, а также детонационных двигателей с горением в стационарной пересжатой детонационной волне. Рассмотрены как регулярная форма интерференции, так и нерегулярная маховская. Приведены расчеты интенсивности отраженных скачков уплотнения для обоих случаев. Как будет показано ниже, имеется возможность получения очень большой разницы в интенсивности отраженных скачков. Основные результаты. Описаны критерии перехода от регулярного отражения встречных скачков к нерегулярному: критерий фон Неймана, а также критерий стационарной маховской конфигурации. Представлены зависимости интенсивности отраженных скачков от интенсивности взаимодействующих встречных скачков как для случая регулярного взаимодействия, так и для нерегулярной интерференции. Продемонстрирован вид зависимости интенсивности одного из отраженных скачков от интенсивности двух приходящих скачков как при переходе от регулярного к нерегулярному отражению в соответствии с критерием отсоединения фон Неймана, так и в соответствии с критерием стационарной маховской конфигурации. В первом случае переход сопровождается скачкообразным изменением интенсивности отраженного скачка, во втором случае интенсивность изменяется непрерывным образом. Практическая значимость. Результаты работы дополняют теорию интерференции стационарных газодинамических разрывов и могут быть использованы при проектировании перспективных воздухозаборников внутреннего сжатия сверхзвуковых и гиперзвуковых летательных аппаратов

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

950
Представлен алгоритм обнаружения виброакустических колебаний рельса, вызванных приближением поезда, на фоне повышенных шумов. Обоснована актуальность разработки алгоритма обнаружения поезда при повышенных шумах рельса, когда железнодорожные пути находятся вблизи автомобильных дорог и пересечений. За основу взят метод обнаружения слабого сигнала в зашумленной среде. Уточнено конечное выражение информационной статистики. Приведены результаты исследований алгоритма и испытаний устройства оповещения о приближении поезда, использующего приведенный алгоритм. Алгоритм подготовлен для модернизации устройства оповещения о приближении поезда «Сигнализатор-П». 

ДИСКУССИИ

954
Указывается некорректность постановки в статье Л.С. Конева и др. задачи о формировании встречной волны при распространении короткого лазерного импульса в нелинейной среде или световоде. В корректной постановке поле излучения на входе в среду нельзя рассматривать как заданное из-за наличия генерируемой в нелинейной среде встречной волны, характеристики которой должны быть искомой величиной. При этом эволюционной переменной следует считать время, а для расчета встречной волны удобно использовать апробированный метод конечных разностей во временной области.
Информация 2001-2017 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика