Аннотации номера

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

372
Предмет статьи.Традиционно афокальные компенсаторы, располагаемые в параллельных или сходящихся пучках лучей, используются для коррекции аберраций зеркальных систем. Дополнительное свойство афокальности позволяет практически не обращать внимания на подбор материалов при проектировании, так как в этом случае апохроматическая коррекция достигается автоматически. Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению формы зеркал и их взаимного расположения, кроме того, изменяются оптические характеристики материала компенсатора, что приводит к расфокусировке. Основные результаты. На основе анализа параксиальных соотношений, справедливых для коррекции хроматических аберраций и терморасфокусировки, получены соотношения, позволяющие оценить характеристики материалов, необходимых для пассивной атермализации, т.е. для сохранения качества изображения при изменении температуры окружающей среды без использования механического смещения приемника. Показано, что в двухлинзовом компенсаторе, используемом для коррекции аберраций двухзеркальных объективов в сходящемся пучке лучей, для пассивной атермализации необходимо использовать сочетание оптических стекол и полимерных материалов. Практическая значимость. На основе полученных теоретических соотношений выполнен расчет двухзеркальной системы с афокальным компенсатором, в котором высокое качество изображения сохраняется в широком температурном диапазоне. Использование полученных соотношений на практике позволило продемонстрировать возможность создания атермализованных зеркально-линзовых объективов с использованием комбинаций обычных стекол с современными полимерными материалами. Представленный метод не является универсальным, однако позволяет выполнить подбор материалов для расчета афокальных двухлинзовых систем, позволяющих компенсировать терморасфокусировку изображения без использования активных методов коррекции (механических подвижек).
ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА ВЫХОДНОЙ СИГНАЛ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ГИРОСКОПА Шарков И. А., Виноградов А. В., Козлов В. ., Стригалев В. Е., Кикилич Н. Е.
380
Представлены результаты исследований влияния атмосферного давления на выходной сигнал волоконно-оптического гироскопа. В ходе экспериментов гироскоп был помещен в герметичную камеру, давление в которой менялось по программе в диапазоне 0,8–1,5 атм. Данные эксперимента (выходной сигнал гироскопа, температура, показания датчика давления внутри прибора) синхронно регистрировались программным обеспечением компьютера. Разделение изменения масштабного коэффициента и дрейфа нуля производилось путем установки чувствительной оси волоконно-оптического гироскопа на 0о, 90о и 270о относительно направления на восток (плоскость гироскопа была установлена перпендикулярно горизонту). Установлено, что ошибка сигнала волоконно-оптического гироскопа, связанная с давлением, оказывает влияние главным образом на аддитивную составляющую. Влияние давления на мультипликативную составляющую при скоростях вращения, используемых в эксперименте (0–13 o/ч), оказалось пренебрежимо мало. Показания волоконно-оптического гироскопа имели высокий коэффициент линейной корреляции с производной давления по времени (в ряде случаев более 0,9). Показана высокая степень повторяемости дрейфа от пуска к пуску, что позволяет ввести алгоритмическую компенсацию. Использование простейшей алгоритмической компенсации на основе полинома первой степени позволило уменьшить стандартное отклонение и дрейф нуля от 2 до 9 раз.
УПРАВЛЕНИЕ РАССЕЯНИЕМ В ОПТОВОЛОКНЕ ПУТЕМ ЕГО СКРУЧИВАНИЯ Вереютина К. Д., Конькова Е. П., Панюков А. А., Шангареев Р. ., Шмаков Г. С., Юдин В. А.
387
Предмет исследования.Исследована возможность управления интерференционной картиной на выходе оптоволокна путем изменения его пространственной геометрии.Рассмотрено распространение оптического вихря в кварцевом волокне с периодическими неоднородными вставками.Метод.Экспериментальная установка включала в себя оптическое волокно, лазер, собирающую линзу и LiNbO3 оптический модулятор, напряжение на котором изменялось в соответствии с заранее заданным шагом. Излучение регистрировалось фотокамеройNikonCOOLPIXS32.На примере радиальной, треугольной и случайной укладки волокна продемонстрирована возможность изменения распределения интенсивности излучения на выходе волокна путем изменения геометрии укладки. Основные результаты. Экспериментально исследована эволюция интерференционной картины для света, взаимодействующего с оптическими неоднородностями оптического волокна в случае изменения поляризации излучения на входе волокна. Получены покадровые временные представления интерференционных картин в случае радиальной, треугольной и случайной укладки оптического волокна.Рассчитано время формирования картины в зависимости от параметров укладки. В рамках исследования зарегистрированы регулярные оптические поля и спеклы. Установлено, что основные свойства получаемых интерференционных картин при распространении лазерного пучка в скрученном волокне сохраняются для всех видов поляризации.Показано, что циркуляция света приводит к появлению оптических вихрей. Практическая значимость.Полученные результаты могут найти применение в оптических элементах телекоммуникации, а также при создании оптических сенсоров.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РОБОТОТЕХНИКА

АЛГОРИТМ ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ МОБИЛЬНОГО РОБОТА ПО ПЕРЕСЕЧЕННОЙ МЕСТНОСТИ Евстигнеев М. И., Литвинов Ю. ., Мазулина В. В., Чащина М. .
393
Предложен алгоритм управления колесным роботомнапересеченной местности позаданному маршруту.Выполнена проверка работоспособности предложенных алгоритмов с помощью математического моделирования и экспериментальных исследований на колесной платформе фирмы «Odyssey» и блока управления на базе платы ArduinoUNO. Роботфункционирует в автономном режиме. Анализ окружающей среды осуществляется при помощи ультразвуковых датчиков, гироскопа, системы технического зрения иGPS-модуля. Полученные с сенсоров данные используютсяблоком управленияроботадля расчета траектории объезда препятствий и возврата на заданный маршрут, а также для корректировки локальной карты местности. Интеллектуальность робота заключается в возможности определять характер своих действий в зависимости от изменений в окружающей среде. Экспериментальное исследование на базе платформы «Оdyssey» подтвердило правильность выбранного подхода.

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

400
Рассмотрены особенности существующих методов и средств индукционного контроля магнитной восприимчивости среды. Сделан вывод о том, что указанные средства имеют общий недостаток, связанный с низкой точностью измерения. Выявлены способы повышения их чувствительности и точности измерения контролируемых параметров с помощью индуктивных измерительных преобразователей. Разработан алгоритм реализации резонансного контроля магнитной восприимчивости. Особенностью алгоритма является использование в расчетах конкретного значения расстояния от измерительного зонда до контролируемой среды, полученное с помощью ультразвукового датчика расстояния, для ослабления влияния неровностей рудосодержащей породы на точность измерения ее магнитных свойств. Для определения коэффициентов масштабирования разработан алгоритм калибровки прибора. Показано, что применение предложенного алгоритма позволяет повысить чувствительность средств оперативного контроля магнетитовых руд за счет автоматической обработки сигналов и обеспечить погрешность измерения менее 1,5% в расширенном диапазоне расстояний от зонда до исследуемой среды, который примерно в 10 раз превышает диапазон измерения аналогичных устройств.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

409
Предмет исследования.Проведен анализ причин неэффективности метода EA+RL на задаче оптимизации XdivK с переключающимися критериями. Предложена модификация метода EA+RL. Метод EA+RL предназначен для повышения эффективности однокритериальных эволюционных алгоритмов путем введения вспомогательных критериев.Задача XdivK характеризуется большим числом локальных оптимумов.Переключающиеся критерии оказывают помощь на одних этапах оптимизации и позволяют избегать остановки процесса оптимизации в локальных оптимумах, но мешают на других этапах.Метод.Для проведения теоретического анализа метода EA+RL и предложенной его модификации построены марковские цепи, моделирующие процесс оптимизации XdivK. На основе анализа вероятностей переходов в марковских цепях произведена оценка числа вычислений функции приспособленности, необходимого для нахождения оптимума XdivK. Основные результаты. Произведен теоретический анализ метода EA+RL и предложенной его модификации на задаче XdivK с критериями, эффективность которых меняется в зависимости от этапа оптимизации. Приведено доказательство того, что предложенная модификация, в отличие от метода EA+RL, позволяет игнорировать критерий, являющийся мешающим на данном этапе оптимизации. Получена оценка времени работы предложенной модификации. 
417
Предмет исследования.В работе рассматривается вопрос об «обычном» (небыстром), а также быстром восстановлении цветных смазанных изображений на основе решения интегрального уравнения Фредгольма I рода (некорректная задача). Метод. Уравнение решается методом квадратур с регуляризацией Тихонова. Рассматриваются два способа обработки цветных изображений – способы покомпонентной и векторной обработки. Основной результат. Если обрабатывается модельное изображение и алгоритм обычный (небыстрый), то параметр регуляризации aвыбирается из условия минимума погрешности восстановления изображения. Если обрабатывается реальное изображение и алгоритм быстрый, то для выбора aи величины смаза Δ предлагается быстрый способ «заготовленной матрицы», реализуемый в пределах 1 с. Если же обрабатывается реальное изображение, но алгоритм небыстрый, то предлагается способ оценки Δ (и угла смаза θ) на основе спектра смазанного изображения, а aвыбирается известными способами. Практическая значимость. Представленные алгоритмы могут быть использованы для восстановления цветных смазанных изображений, например, изображений быстро движущихся объектов (автомобиля, самолета) путем математико-компьютерной обработки смазанных (и зашумленных) изображений.
424
Предмет исследования.Рассмотрен метод улучшения качества размытого изображения, зарегистрированного при длительной экспозиции и неконтролируемом смещении видеокамеры. Компенсация размытия осуществлена с использованием алгоритма вычисления обратной свертки с функцией рассеяния точки, характеризующей размытие. Метод. Основным этапом компенсации размытия является оценка функции рассеяния точки с использованием второго недоэкспонированного, зашумленного изображения как начального приближения в итерационном алгоритме определения функции рассеяния точки. Последующая операция обратной свертки размытого изображения с найденной оценкой функции рассеяния точки обеспечила получение улучшенного изображения. Основные результаты. Предложены новые процедуры уточнения оценки функции рассеяния точки, основанные на разделении значений по двум порогам с использованием адаптированного алгоритма Кэнни и модификации в пространстве масштабов. Представлены экспериментальные результаты, подтверждающие эффективность метода. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы для улучшения качества изображений, полученных в условиях смещения камеры в процессе съемки, в том числе в научных исследованиях и системах технического зрения.
431
Предмет исследования.Рассмотрен метод анализа защищенности информационных систем, позволяющий оценить состояние защищенности системы с позиции наличия или отсутствия в ней «незакрытых» уязвимостей, которые можно проэксплуатировать с использованием общедоступных инструментальных средств. Предложенный метод позволяет проанализировать состояние исследуемой информационной системы без составления формальных спецификаций. Проверка проводится на «живой системе» в автоматическом режиме, и наблюдается реакция системы на атакующие воздействия, осуществляемые с использованием системы тестирования на проникновение Metasploit. Метод. На основании сопоставления поступающей входной информации строится дерево атак на исследуемую систему, а затем осуществляется его обход, благодаря чему обеспечивается возможность проверки многостадийных атак. Сокращение общего времени, затрачиваемого на анализ защищенности, достигается за счет разметки полученного дерева вероятностями успешного срабатывания его узлов, которая осуществляется посредством нейронной сети на основе радиальных базисных функций и последующего учета вероятностей при обходе дерева. Достоверность проводимого анализа обеспечивается фактической проверкой предположительных уязвимостей в процессе обхода построенного дерева. Основные результаты. Предложенный метод реализован в программной системе, и проведено экспериментальное исследование скорости и результативности ее работы. В ходе эксперимента оценивалось состояние защищенности набора информационных систем с использованием разработанной на основе метода программной системы и аналога. По введенному количественному показателю результативности разработанная система превосходит аналог в 1,5–6 раз, что доказывает эффективность предложенного метода. Практическая значимость. Разработанная на основе метода программная система может использоваться аналитиками и организациями в качестве самостоятельного средства тестирования на проникновение и анализа защищенности.
МОДЕЛЬ БЕЗОПАСНОСТИ МОБИЛЬНЫХ МУЛЬТИАГЕНТНЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ С КОЛЛЕКТИВНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ Зикратов И. А., Викснин . И., Зикратова Т. В., Шлыков А. ., Медведков Д. И.
443
Рассмотрена проблема построения механизмов защиты мультиагентных робототехнических систем от атак со стороны внедренных роботов-диверсантов. Исследован класс так называемых «мягких» атак, использующих перехват сообщений, формирование и передачу коллективу роботов дезинформации, а также осуществляющих иные действия, которые не имеют идентифицируемых признаков вторжения роботов-диверсантов. Предложена теоретическая модель безопасности для мультиагентных робототехнических систем, которая основана на зональной модели безопасности и модели полицейских участков для распределенных вычислительных систем. Основная идея предлагаемой субъектно-объектной модели разграничения доступа состоит в том, что в информационную систему, кроме сущностей субъект и объект, вводится логически самостоятельная сущность – полицейский участок, на которую, в соответствии с концепцией монитора безопасности обращений, возлагаются функции проверки легитимности доступа и (или) целостности транзакций пространственно распределенных в пределах региона субъектов и объектов. Таким образом, изначально гомогенную мультиагентную систему предлагается проектировать как гетерогенную, в которой, кроме агентов-исполнителей, вводятся агенты, предназначенные исключительно для решения задач безопасности: идентификации и аутентификации, разграничения доступа, генерации и распределения ключей и анализа локации местоположения агентов. Для решения последней задачи регион разбивается на несколько зон, для которых вводится зональная и межзональные процедуры безопасности.Работоспособность модели иллюстрируется примером ее использования при построении механизма защиты классической итерационной задачи распределения наряда сил роботов по нескольким целям. При этом показан порядок взаимодействия агентов с полицейскими участками своей зоны, а также реализация межзональной политики безопасности.
450
Предмет исследования.Рассмотрена проблема выявления аномалий в системах домашней автоматизации «Умный дом». Определены особенности существующих охранных сетей, а также необходимость выявления информационного и физического воздействия на датчики в целях обеспечения информационной безопасности. Метод. Для выявления аномалий предложено использование искусственной нейронной сети. Метод предполагает обработку данных о характеристиках устройств охранной сети для определения аномального поведения. Искусственная нейронная сеть предварительно обучается на выборке таких данных. В работе представлено описание средств для практической реализации предложенного метода. Основные результаты. Для проведения эксперимента создан сценарий, по которому модель системы «Умный дом» передает данные об информационных потоках в сети, а искусственная нейронная сеть выносит решения на основе предоставленных данных. Таким образом, для тестирования созданы обучающая и тестовая выборки. Аномалией считалось состояние, для которого результат работы искусственной нейронной сети составлял величину не менее 0,9. По результатам тестирования искусственной нейронной сетью выносилось решение о принадлежности текущего состояния узла сети к аномальному или обычному состоянию с точностью 91%. Практическая значимость. Предложенный метод может быть использован при разработке информационных и охранных систем, для которых выдвигается требование мониторинга отдельных подключенных устройств. Технология выявления аномалий исключает возможность незаметного нарушения конфиденциальности и целостности передаваемой информации.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ СТЕГАНОАНАЛИЗА НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ Сивачев А. ., Прохожев Н. Н., Михайличенко О. В., Башмаков Д. А.
457
Предмет исследования.Проведена сравнительная оценка точности методов стеганоанализа на основе машинного обучения в задачах пассивного противодействия каналам передачи данных, использующим область дискретного вейвлет-преобразования неподвижных цифровых изображений. Методы. Исследованы методы авторов Gireesh Kumar, Hany Farid, Changxin Liu, Yun Q. Shi и SPAM. В основу методов стеганоанализа положено использование статистических моментов, полученных для областей LL, HL, LH и HH при дискретном вейвлет-преобразовании, и дополнительных параметров изображения, составляющих опорный вектор. Для оценки методов использована коллекция изображений BOWS2. Встраивание информации смоделировано путем изменения значений младших бит коэффициентов каждой из областей дискретного вейвлет-преобразования изображения (LL, LH, HL, HH) с 5% и 20% полезной нагрузки. Эффективность методов определена с учетом полученных истинно положительных, истинно отрицательных, ложноположительных и ложноотрицательных значений классификации изображений. Основные результаты. Показано, что все методы, за исключением SPAM, эффективны при обнаружении встраивания информации в HH область. При обнаружении факта встраивания информации в область LH эффективным методом является Yun Q. Shi. При обнаружении факта встраивания в HL область все методы, кроме SPAM, оказались сравнительно эффективными, но при большом объеме полезной нагрузки. При обнаружении факта встраивания в LL область все методы показали эффективность около 50% независимо от объема полезной нагрузки. Установлено, что рассмотренные методы не в состоянии оказать эффективное противодействие скрытому каналу передачи данных, использующему LH и HL области, в связи с тем, что они используют вейвлет-преобразование Хаара. Сделан вывод, что применение оптимального вейвлет-преобразования позволит максимально уменьшить область пересечения гистограмм значений первого статистического момента для оригинальных изображений и стеганоизображений. Практическая значимость. Результаты работы полезны специалистам в области защиты информации в задачах обнаружения и противодействия скрытым каналам передачи данных. Полученные результаты могут быть использованы при разработке систем стеганоанализа, а также для разработки усовершенствованных методов стеганоанализа.
467
Представлена методика проведения постинцидентного внутреннего аудита средств вычислительной техники, позволяющая исследовать компьютерные инциденты в различных средствах вычислительной техники (в том числе в нескольких одновременно) в условиях постоянного роста числа компьютерных инцидентов, объема хранимой и обрабатываемой информации. Сведения о компьютерных инцидентах получаются путем анализа данных в энергозависимой памяти, энергонезависимой памяти и сетевом трафике. Задача решена путем анализа атрибутов и их значений, полученных с постинцидентного средства вычислительной техники. Разработана методика комплексного внутреннего аудита данных. Показан способ снижения временных затрат за счет использования анализа атрибутов и их значений. Методика включает в себя обработку данных, описание взаимосвязей между ними, применение интеллектуальных методов и алгоритмов. Даны описания этих элементов, их нотации и функциональное назначение. Выполнен расчет вычислительной сложности предлагаемой методики. Предлагаемая методика может найти применение при исследовании компьютерных инцидентов, для снижения временных затрат исследования компьютерных инцидентов, повышения точности и информативности проведения постинцидентного внутреннего аудита средств вычислительной техники. Предложенные решения могут быть применены при разработке проактивных систем защиты от компьютерных инцидентов.
475
Рассмотрена возможность применения алгоритма визуальной одометрии для разреженной трехмерной реконструкции и построения карты земной поверхности. Съемка производится камерой, установленной на беспилотном летательном аппарате, во время перемещения его по заданной траектории. Разреженная реконструкция и построение карты осуществляются с применением алгоритма визуальной одометрии, который производит извлечение информации о геометрии специальным образом отобранных точек земной поверхности (точек-ориентиров) на основании данных, поступающих от инерциальной навигационной системы, и информации, извлеченной из фотоснимков земной поверхности. Одновременно с реконструкцией геометрии земной поверхности производится уточнение пространственного положения и ориентации летательного аппарата, что важно для получения качественной реконструкции земной поверхности в высоком разрешении при помощи методов стереофотограмметрии или в случае использования лазерного сканера при помощи методов points clouds alignment (совмещение облаков точек). Предложен способ улучшения качества работы алгоритма визуальной одометрии для повышения точности оценки пространственного положения и ориентации аппарата, а также качества реконструкции земной поверхности. Для повышения качества работы алгоритма визуальной одометрии предложен оригинальный алгоритм обнаружения и отбора точек-ориентиров земной поверхности. Предлагаемый модифицированный алгоритм визуальной одометрии может найти широкое применение для навигации автономных транспортных средств, а также в информационных системах, предназначенных для обработки данных дистанционного зондирования Земли.
483
Рассмотрены быстродействующие алгоритмы оценки движения для межкадрового кодирования видеоданных в современном стандарте Н.265/HEVC. При выявлении достоинств и недостатков рассмотренных алгоритмов предложен новый адаптивный алгоритм. Алгоритм под названием «быстрый алгоритм поиска по тестовой зоне» включает в себя традиционный алгоритм поиска по тестовой зоне TZS(TestZoneSearch) и иерархический поиск MP(HierarchicalSearchorMeanPyramid). Существующие и предложенный алгоритмы оценки движения протестированы на нескольких видеопоследовательностях путем моделирования в среде MicrosoftVisualStudio. Для оценки алгоритмов использованы критерий качества видеопоследовательности (по PSNR), битрейт и время кодирования. Показано, что предложенный алгоритм работает примерно в 4 раза быстрее. Средняя потеря значения RD-кривой (зависимость PSNRот битрейта) достигает всего 4%. Применение предложенного алгоритма вместо традиционного кодирования в современном кодеке H.265/HEVCпозволяет значительно снизить время кодирования, он может быть рекомендован для дальнейшего исследования Объединенной команде по видеокодированию JCT-VC(JointCollaborativeTeamonVideoCoding).
490
Представлен алгоритм оценки подобия иерархических данных на основе вычисления pq-грамм расстояния. Выполнен анализ чувствительности алгоритма от выбранных параметров p и q. Показано, насколько сильно будет изменяться результат работы алгоритма при сравнении двух деревьев, имеющих различие в одном произвольном узле, когда один из узлов исходного дерева удален, переименован, либо добавлен лишний узел. Продемонстрировано, что подобный анализ позволяет подобрать параметры pи qприменительно к решаемой задаче. Обоснована задача предварительной оценки дерева – приближенный анализ начального уровня расхождений узлов в выбранных pq-граммах сравниваемых деревьев. Обозначены основные термины и определения, относящиеся к алгоритмам обработки древовидных структур данных, а также непосредственно к самому рассматриваемому алгоритму. Приведены примеры, иллюстрирующие практическое использование алгоритма, показаны детали реализации алгоритма на реальной задаче.
498
Предмет исследования.Представлен метод построения экземпляров данных для задачи классификации по заданному характеристическому описанию в виде вектора мета-признаков для задачи классификации. Предложен наивный метод для решения той же задачи, используемый в качестве референтного. Исследовано характеристическое пространство экземпляров задач классификации, а также методы обхода этого пространства. Метод. Предложенный метод основывается на генетическом алгоритме, где в качестве минимизируемой целевой функции используется расстояние в характеристическом пространстве от вектора описания построенного экземпляра задачи классификации до заданного. Для работы генетического алгоритма разработаны операторы кроссовера и мутации экземпляров задачи классификации, использующие операции добавления или удаления признаков и объектов. Основные результаты. Для проверки предложенного метода выбраны нетривиальные двухмерные мета-признаковые пространства, построенные над статистическими, информационно-теоретическими и структурными характеристиками экземпляров задачи. Для сравнения использован наивный метод, не учитывающий характеристического описания. При равных ограничениях в 6500 рассмотренных экземпляров задачи классификации предложенный в работе метод обошел наивный на всех тестах. Погрешность уменьшена в среднем в 30 раз. Практическая значимость. Предложенный метод построения наборов данных для задачи классификации по их характеристическому описанию позволяет получить неизвестные экземпляры задачи классификации, которые нужны для оценки работы классификаторов в определенных областях мета-признакового пространства при построении систем автоматического выбора алгоритмов.
506
Предмет исследования.Исследованы проблемы организации цифрового дистанционного управления непрерывным техническим объектом, сопровождаемого возможностью возникновения системной интервальности дискретного модельного представления этого объекта. Установлено, что указанная системная интервальность порождается канальной средой, функционирующей в режиме обнаружения ошибок. Показано, что причиной системной интервальности, состоящей в интервальности такого системного параметра, как интервал дискретности, с которым происходит информационный обмен между объектом управления и устройством цифрового дистанционного управления, является процедура повтора передачи кодовых посылок в случае обнаружения их искажений. Метод. Количественная оценка относительной интервальности интервала дискретности состоит в виртуальном переводе используемых помехозащищенных кодов из режима обнаружения ошибок в режим исправления ошибок с кратностью, равной кратности обнаруживаемых. Метод основан на универсальном положении К. Шеннона о зависимости скорости передачи информации от характеристик шумовой среды в канале связи при заданной информационной надежности, характеризуемой допустимой вероятностью ложного приема. Основные результаты. Устранена необходимость вводитьв состав системы цифрового дистанционного управления аппаратные средства количественного контроля повторений передач кодовых посылок с целью оценки интервальности такого системного параметра, как интервал дискретности. Получено аналитическое решение этой задачи. Практическая значимость. Предложенный методприменим ко всем интерфейсам, использующим CRC-технологии для защиты цифровой информации от помех.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

ТЕПЛООБМЕН В КАВЕРНЕ С ВРАЩАЮЩИМСЯ ДИСКОМ В ТУРБУЛЕНТНОМ РЕЖИМЕ Волков К. Н., Булат П. В., Волобуев . И., Пронин В. А.
514
Предмет исследования.Рассмотрено решение задачи о турбулентном течении в каверне с вращающимися диском, которое является моделью двухстороннего упорного осевого подшипника, а также других важных элементов турбомашин, например, лабиринтных уплотнений лопаточного венца ступени осевого компрессора. Метод исследования. Характеристики течения и теплообмена исследованы в зависимости от относительной величины зазора между неподвижным корпусом и вращающимся диском и значения числа Рейнольдса. Проведено сравнение локальных и интегральных характеристик потока, полученных на основе различных моделей турбулентности, с данными физического эксперимента. Основные результаты. Структура течения и характеристики теплообмена исследованы в зависимости от относительной величины зазора между неподвижным корпусом и вращающимся диском и значения числа Рейнольдса. Сравнение локальных и интегральных характеристик потока с данными физического эксперимента показало, что наилучшее согласование дает применение k–ε модели с поправками Като–Лаундера для члена производства турбулентности и поправками на кривизну линий тока, а также двухслойная k–ε/k–l модель турбулентности. Применение модели турбулентности Спаларта–Аллмареса и модели переноса рейнольдсовых напряжений приводит к существенным погрешностям при расчете распределения теплового потока по поверхности статора. Практическая значимость. Рассмотренная задача является модельной и позволяет сделать вывод о применимости тех или иных моделей течения и моделей турбулентности в таких узлах компрессорной и газотурбинной техники, как уплотнения лопаточного венца, осевые и радиальные газовые и жидкостные подшипники, вращающиеся теплообменники.
525
Предмет исследования.Исследован саморегулируемый радиальный газостатодинамический подшипник. Представлена методика его расчета и проектирования. Разработаны методы моделирования поворачивающихся сегментов опорной поверхности подшипника, устойчивых по углу поворота, нагрузке и частоте вращения ротора. Разработаны численный метод определения положения сегмента, при котором действующие на него моменты равны нулю, и метод анализа устойчивости сегмента в этом положении. Основные результаты. Описана методика определения устойчивого равновесного положения сегмента. При различных значениях средней толщины смазочного слоя и частоты вращения вала определены величины и направление вращающего момента на сегменте и равнодействующих сил, действующих на сегмент. Получены эпюры давлений в смазочном слое сегмента. Построены параметрические зависимости проектных характеристик подшипника от нагрузки на сегмент и частоты вращения вала. Практическая значимость. Разработанная методика расчета может использоваться для проектирования гибридных воздушных подшипников при выборе положения оси вращения сегмента. Поворот сегментов позволяет расширить диапазон саморегулирования воздушных подшипников и в определенных пределах парировать перегрузки, возникающие на валу.
543
Предмет исследования. Исследована нестационарная модель надежности программ и на ее основе предложена методика численного анализа эффективности отладки программных средств. Моделирование эффективности процессов отладки программ позволяет комплексно планировать их финальное качество, затрачиваемые ресурсы и необходимое время на различных этапах реализации проектов. Методы. Методика основана на предложенной усовершенствованной численной модели отладки программ. Процесс обнаружения ошибок аппроксимируется экспоненциальным законом, а процесс устранения – двухфазным обобщенным распределением Кокса. Процесс отладки программ после аппроксимации представляется марковской системой обслуживания с дискретным множеством состояний и непрерывным временем. Предусмотрена возможность использования вероятностей обнаружения ошибок для каждого модуля при их тестировании. Приведены модифицированный размеченный граф и система дифференциальных уравнений, численное решение которой позволяет вычислить частные показатели целевого эффекта процессов отладки программных средств: вероятности пребывания системы в определенных состояниях, функции распределения времени обнаружения и устранения ошибок, математические ожидания случайных величин, количество обнаруженных или устраненных ошибок. Для комплексного (с учетом затрачиваемых ресурсов) оценивания эффективности этих процессов использован обобщенный показатель – вероятность достижения цели операции (отладки). Основные результаты. Разработанная методика применена при исследовании эффективности реализованного проекта. Приведены результаты расчетов как частных показателей целевого эффекта отладки программ, так и комплексного показателя эффективности. Определено требуемое время отладки для достижения заданных показателей качества программ. Выполнен анализ влияния целевого эффекта и времени на эффективность отладки (на вероятность достижения цели операции). Практическая значимость. Разработанная методика позволяет учитывать оценки надежности для каждого модуля в отдельности, а аппроксимация двухфазным обобщенным распределением Кокса снимает ограничения на использование законов распределений времени исправления ошибок. Это обобщает известные модели, упрощает подготовку исходных данных, повышает точность моделирования процессов отладки программ и позволяет учитывать состоятельность (мощность) тестов, искать пути повышения показателей надежности программ путем формирования тестов, обнаруживающих ошибки с высокой вероятностью. Предложенная методика позволяет не только рассчитать частные показатели надежности программных средств, но и вычислить комплексный показатель эффективности процессов отладки, выработать практические рекомендации по эффективной организации этих процессов.
552
Предмет исследования.Обсуждены особенности реализациипродвижения системного времени в существующих парадигмах имитационного моделирования: дискретно-событийного, динамического, системной динамики и мультиагентного подхода. В моделях с непрерывными процессами предложено выбирать значение шага продвижения во времени в соответствии с теоремой Найквиста–Котельникова. Используемые подходы. Назначение шага продвижения системного времени осуществляется исходя из циклической дискретизации с постоянным Dtили случайным шагом. Фиксированный шаг используется при динамическом моделировании, системной динамике. При дискретно-событийном и агентном моделировании используют как фиксированный, так и случайный шаги продвижения системного времени. При построении «движителя» системного времени применяют две основные схемы построения алгоритмов моделирования – схема событий и схема процессов, первая используется при дискретно-событийном моделировании, вторая – при мультиагентном моделировании. В обоих вариантах продвижение системного времени выполняется по принципу «особых» моментов.Для определения очередного «особого» момента используется календарь, в котором для каждого типа события указан ближайший момент выполнения этого события. Основные результаты. Показано единство четырех парадигм имитационного моделирования – дискретно-событийного, динамического, системной динамики и мультиагентного. Обоснован формализованный подход к выбору шага продвижения системного времени. Выполнено сравнение схемы событий и процессов, реализующие разные подходы к построению моделирующего алгоритма.Практическая значимость.Единство подходов способствует реализации интегрированной среды имитационного моделирования. Рекомендации по выбору шага продвижения системного времени, приведенные в работе, позволяют ускорить процесс моделирования и экономить вычислительные ресурсы.

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ЛАЗЕРНАЯ ГОЛОВКА Федосов Ю. В., Афанасьев М. Я.
559
Рассмотрены вопросы создания интеллектуальной лазерной головки для работы в составе автоматизированного технологического оборудования с числовым программным управлением. Приведены основные задачи, решаемые подобными устройствами и способы их решения. Представлен ряд аналогичных установок, произведен их анализ и сравнение. Показаны основные виды возможных искажений пятна контакта при лучевой обработке заготовок с поверхностью произвольной формы, а также основные причины их возникновения и способы их интерпретации при математической обработке. Рассмотрена оптико-механическая схема интеллектуальной головки, предназначенная для компенсации подобных искажений при работе в составе технологического оборудования.
564
В работе предложен метод синтеза робастного регулятора по выходу, известный как последовательный компенсатор, для решения задач стабилизации неопределенных объектов по выходу. Идея основана на переходе от операторной формы записи регулятора к его матричному представлению, что допускает возможность использования дополнительного инструментария (например, линейных матричных неравенств). Новый метод синтеза позволяет развить известный результат и получить эффективные решения таких задач, как дискретизация, оптимизация и адаптация. Для подтверждения работоспособности предложенного регулятора в работе приведены результаты компьютерного моделирования, иллюстрирующие стабилизацию неопределенного объекта с одним устойчивым нулем и двумя неустойчивыми полюсами с обеспечением времени переходного процесса меньше заданного.
Информация 2001-2017 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика