Аннотации номера

ФОТОНИКА И ОПТОИНФОРМАТИКА

709
Предмет исследования. В работе выполнено сравнение эффективности процедуры автоматической классификации зондируемых объектов по данным 3D-лидара, построенного на базе технологии счета единичных фотонов, с эффективностью процедуры классификации по данным обычного линейного лидара. Лидары на основе технологии счета единичных фотонов существенно превосходят обычные линейные лидары по целому ряду целевых параметров, в том числе по величине пространственного разрешения – более чем на порядок, по производительности процесса сканирования местности – на порядок, по массогабаритным показателям – в разы. В отличие от линейных лидаров, каждая лазерная точка в случае SPCT-лидара описывается не только ее координатами и интенсивностью отраженного сигнала, но координатами и дополнительным блоком данных, который характеризует рельеф поверхности зондируемого объекта в направлении зондирующего фотонного потока. Наличие этого дополнительного блока данных для каждой лазерной точки позволяет считать полученные изображения 3D-изображениями, что существенно облегчает решение не только фотограмметрической задачи, но и задачи автоматической классификации целевых объектов (целей) на SPCT-изображении. Метод. Рассмотрено решение задачи автоматической классификации целей на базе SPCT-данных с привлечением методов машинного обучения (XGBoost и многослойных нейронных сетей – ANN). Основные результаты. Результаты численного моделирования, проведенного в рамках настоящего исследования, показали, что при прочих равных условиях, эффективность решения классификационной задачи на базе SPCT-данных в практически важных случаях повышается до 20% по сравнению со случаем использования для классификации данных, полученных от обычного линейного лидара. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при создании мобильных SPCT-лидаров, позволяющих с высокой надежностью обнаруживать и классифицировать объекты на поверхности Земли в реальном масштабе времени.
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕГЕНЕРАЦИИ СЛИЗИСТОЙ ОБОЛОЧКИ ПОЛОСТИ РТА ПОСЛЕ ФРАКЦИОННОГО ДИОДНОГО ЛАЗЕРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ С ДЛИНОЙ ВОЛНЫ 980 нм Беликов А. В., Ермолаева Л. А., Коржевский Д. Э., Сергеева Е. С., Семяшкина Ю. В., Антропова М. М., Федотов Д. Ю., Солдатов И. К.
719
 Предмет исследования. Изучена реакция слизистой оболочки полости рта экспериментальных животных на фракционную лазерную обработку излучением диодного лазера с длиной волны 980 нм. Методы. В эксперименте на лабораторных крысах линии Вистар при различных режимах воздействия: сочетаниях мощности лазерного излучения из диапазона Р = 5–15 Вт, длительности tp = 100–120 мс и фактора заполнения – проводилась однократная фракционная лазерная обработка слизистой полости рта. Животные выводились из эксперимента сразу после воздействия, на 5-й, 7-й и 28-й день после обработки. Для гистологической оценки препараты слизистой окрашивали гематоксилином и эозином, а также анилиновым синим по Массону. Толщины слоев слизистой и концентрация коллагеновых волокон определялись в результате компьютерной обработки изображений гистологических препаратов. Результаты. Установлено, что состояние слизистой существенно зависит от режима лазерного воздействия и времени, прошедшего с момента фракционной обработки. При воздействии импульсным лазерным излучением с P = 5 Вт, tp = 100 мс или P = 7 Вт, tp = 120 мс и при факторе заполнения F = 200±50 микроповреждений/см2 регенерация слизистой завершается на 28-й день после обработки, а для прочих исследованных режимов продолжается. После регенерации толщина эпителиального слоя слизистой ниже, а толщина собственной пластинки слизистой с подслизистой основой и концентрация коллагеновых волокон в слизистой соответствуют контролю. Практическая значимость. Полученные результаты перспективны для дальнейших исследований по реконструкции истонченной слизистой.
ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРОВИ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ КОНЦЕНТРАЦИИ ЕЕ КОМПОНЕНТОВ В ТЕРАГЕРЦОВОМ ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ Тяньмяо Ч. ., Кононова Ю. А., Ходзицкий М. К., Демченко П. С., Гусев С. И., Бабенко А. Ю., Гринева Е. Н.
727
 Предмет исследования.Исследовано влияние биохимического состава (билирубина, креатинина, триглицеридов, мочевой кислоты) крови человека на ее оптические свойства – показатель преломления и коэффициент поглощения – в терагерцовом диапазоне частот. Метод. Для получения значений показателя преломления и коэффициента поглощения использован метод терагерцовой импульсной спектроскопии в режиме пропускания терагерцового импульса через исследуемый образец. Концентрации общего билирубина, креатинина и триглицеридов в сыворотке крови измерены колориметрическим методом, псевдокинетическим методом и ферментным методом соответственно. Уровень глюкозы определялся в плазме крови ферментным методом. Измерения концентраций компонентов крови выполнены в Национальном медицинском исследовательском центре им. В.А. Алмазова. Основные результаты. В работе были получены оптические показатели образцов крови для ее различного биохимического состава методом терагерцовой импульсной спектроскопии на частоте 0,4 ТГц. Показано, что показатель преломления и коэффициент поглощения крови понижаются при увеличении концентрации билирубина и креатинина. Обнаружено, что при повышении концентрации мочевой кислоты и триглицеридов возрастает показатель преломления и уменьшается коэффициент поглощения крови соответственно. Зависимости показателя преломления крови от концентрации триглицеридов и коэффициента поглощения крови от концентрации мочевой кислоты не выявлено. Практическая значимость. Обнаруженные корреляции оптических свойств с концентрациями компонентов крови могут быть полезны при создании нового метода анализа состава крови.
736
 Предмет исследования. Проведен качественный анализ возможности использования метода импульсной терагерцовой спектроскопии в целях диагностики онкологических изменений клеток при помощи измерения их оптических свойств и спектральных характеристик. С этой целью проведено культивирование двух онкологических клеточных линий U-251 (глиобластома мозга) и A549 (аденокарцинома легкого), получены дисперсии их показателя преломления, коэффициента поглощения и диэлектрической проницаемости. Проведено сравнение оптических свойств опухолевых клеток с оптическими свойствами здоровых клеток соединительной ткани. Опухолевые клетки, по сравнению со здоровыми, содержат большее количество OH-соединений. Терагерцовое излучение характеризуется сильным поглощением водой, в результате чего спектры здоровых и онкологических клеток различаются. Метод. Для изучения оптических свойств и получения спектральных характеристик исследуемых объектов применен метод импульсной терагерцовой спектроскопии в режиме «на пропускание». Исследуемые клеточные линии культивировались invitro. Оптические свойства образцов рассчитывались с помощью метода тонких пленок, а спектральные характеристики определялись с помощью Фурье-преобразования. Основные результаты. Показаны различия между дисперсиями диэлектрических проницаемостей, показателей преломления и коэффициентов поглощения онкологических клеточных линий U-251, A549 и здоровых клеток соединительной ткани в частотном диапазоне 0,2–1 ТГц. Выявлено, что онкологические клетки имеют более высокие значения показателя преломления и коэффициента поглощения, чем здоровые клетки соединительной ткани. У глиобластомы мозга (U-251) обнаружен пик пропускания на частоте 0,24 ТГц. Практическая значимость. Полученные результаты могут лечь в основу метода интраоперационной диагностики рака мозга и легкого с помощью импульсной терагерцовой спектроскопии, а также быть полезны в иных исследованиях, например, в создании фантомов биотканей в терагерцовом диапазоне частот.

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

744
 Предложен способ интегрирования силикатных пористых пленок, используемых в качестве твердотельных носителей для различных индикаторов, путем СО2-лазерной записи ячеек, изолированных друг от друга барьерами. Рассмотрен механизм лазерной модификации структуры в виде тонкой силикатной пленки толщиной 170±10 нм, нанесенной на предметное стекло. Определены условия лазерного воздействия (плотность мощности q= 8,7–11,3 кВт/см2, скорость сканирования Vск= 0,1–0,7 мм/с), обеспечивающие запись треков определенной формы с шириной 60 мкм, глубиной лунки 1,5±0,5 мкм и высотой валиков 2,5±0,5 мкм. При помощи оптической микроскопии и профилометрии была исследована зависимость геометрических параметров трека от скорости сканирования и плотности мощности падающего излучения. Для проверки эффективности барьеров изготовленные ячейки пропитывались водными растворами Cu(NO3)2 и родамином. В перспективе такой метод может быть использован для создания интегральных сенсорных устройств на основе тонких пленок, импрегнированных наночастицами различных металлов.
751
 Предмет исследования.Исследовано влияние давления перпендикулярно оси оптического волокна на волоконные брэгговские решетки с фазовым сдвигом. Метод. Запись решеток Брэгга производилась с помощью интерферометра Тальбота, а введение фазового сдвига – с помощью электрической дуги сварочного аппарата. В качестве источника излучения использовалась эксимерная лазерная система. Фиксировалось изменение спектров отражения при различных значениях давления на оптическое волокно. Основные результаты. Получены волоконные брэгговские решетки с фазовым сдвигом без использования высокоточных приборов на этапе введения фазового сдвига. Представлены результаты экспериментов по выявлению зависимости между приложенной массой и расстоянием между локальными минимумами в спектре отражения волоконной брэгговской решетки с фазовым сдвигом за счет наведенного двулучепреломления. Показано, что изменение спектральных характеристик связано с эффектом двулучепреломления за счет напряжений внутри волокна. Следствием этого является появление второго локального минимума в полосе отражения. Практическая значимость. Результаты исследования могут быть применены при создании чувствительного элемента волоконно-оптического датчика давления. Выполненное исследование демонстрирует возможности использования решеток Брэгга с фазовым сдвигом в качестве чувствительных элементов в волоконно-оптических датчиках давления.
758
 Предмет исследования. Выполнен анализ возможности создания всепогодных импульсных лазерных высотомеров для измерения малых высот над морской поверхностью. Предложены особенности проектирования высотомера, учитывающие случайный характер отражающих свойств и низкий коэффициент отражения водной поверхности. Метод. Проведенытеоретический анализ и численное моделирование временных характеристик помехи обратного рассеяния и средней мощности сигнала, отраженного от морской поверхности. Метод измерения высоты до морской поверхности в условиях тумана и дымки основан на измерении временного интервала между моментами фиксации спада излучаемого сигнала и спада помехи обратного рассеяния при появлении помехи обратного рассеяния выше определяемого уровня. Основные результаты. Предложена структурная схема импульсного лазерного высотомера, которая дает возможность измерения малых высот до морской поверхности практически в любых метеорологических условиях. Определены диапазоны измеряемых высот в чистой атмосфере и в условиях тумана и дымки. Практическая значимость. Предлагаемая схема обеспечивает навигацию низколетящих аппаратов над поверхностью моря в условиях радиопомех при любых погодных условиях.
765
 Предмет исследования. Исследованы методы распознавания патологий биологических тканей, основанные на использовании процесса газоразрядной визуализации. При этом выбор метода исследования определяет основные различия в характеристиках биологической ткани, а именно ее гипоксии, скорости деления клеток и свечении в высокочастотном электромагнитном поле. Метод. На шести пациентах проведена газоразрядная визуализация базально-клеточного рака кожи и аналогичного здорового участка на противоположной стороне лица. Получены снимки биоптатов в высокочастотном поле, наглядно представляющие различия свечений участков пораженной и здоровой ткани. Выдвинута гипотеза и установлена зависимость уровня гипоксии биологических объектов с их свечением в высокочастотном электромагнитом поле. Проведены расчеты площадей свечения здоровых и пораженных участков и скорость их размножения при анаэробном и аэробном распаде глюкозы. Основные результаты. Показано, что при фиксированной температуре деление раковых клеток идет существенно быстрее (в 4,6 раза), чем при нормальном метаболизме в здоровых тканях. При этом площади свечений, полученные из снимков в результате использования высокочастотного электромагнитного поля, в пораженных участках в 2 раза больше, чем в нормальных тканях. В связи с этим можно говорить о влиянии скорости процесса деления, а именно гипоксии, на состояние мембраны клетки, которое и фиксируется с помощью газоразрядной визуализации. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы для создания новых безопасных и доступных методов обнаружения патологий биологических тканей, и как следствие, внедрение использования этих процессов в медицинских учреждениях

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РОБОТОТЕХНИКА

771
 В статье рассматривается задача улучшения качества работы адаптивного управления линейным стационарным объектом по выходу. Предполагается, что параметры объекта неизвестны. Предлагается новый подход построения алгоритмов настройки параметров регулятора, основанный на динамическом расширении регрессионной модели ошибки. В целях разработки предложенного похода в статье рассматриваются и анализируются известные решения данной задачи. Первое решение базируется на градиентном алгоритме адаптации, который гарантирует сходимость ошибки управления к нулю, но с произвольно плохой скоростью. Второе решение основано на идентификационном алгоритме динамического расширения регрессора. Алгоритм обладает потенциально высокой скоростью сходимости, но в общем случае не гарантирует затухания ошибки управления. Таким образом, за счет модификации указанных решений, а именно, за счет динамического расширения модели ошибки и градиентного алгоритма адаптации получен новый алгоритм, позволяющий произвольно увеличить скорость настройки регулятора с гарантированной сходимостью ошибки управления к нулю. Важной особенностью алгоритма является отсутствие необходимости в идентификации параметров объекта или его параметризованного представления, что освобождает алгоритм управления от зависимости от условия неисчезающего возбуждения – ключевого условия идентифицируемости. Проверка работоспособности предлагаемого решения проведена в среде MATLAB/Simulink путем сравнения с решением, основанным на градиентном алгоритме адаптации.
780
 Рассмотрены вопросы моделирования и управления системами с гибкими звеньями при их использовании для задач манипуляции. На первом этапе на основе уравнений Эйлера–Лагранжа и метода предполагаемых мод получена динамическая модель мехатронной системы с гибким вращательным звеном. Модель имеет конечную размерность и может быть легко применена для компьютерного моделирования с целью исследования динамических характеристик системы и далее для разработки алгоритмов планирования траекторий и управления движением. Представлен алгоритм расчета программного управления, позволяющего осуществить без корректирующей обратной связи перемещение звена в горизонтальной плоскости из стартовой конфигурации в заданную за конечное время. При этом минимизируются нежелательные деформации в конечных точках траектории, вызванные эластичностью звена. Показаны результаты экспериментальной апробации алгоритма на мехатронном комплексе QuanserRotaryFlexibleLink. Эксперименты продемонстрировали достижение цели управления для различных скоростей перемещения, а также достаточно точное совпадение результатов моделирования с экспериментальными.

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

787
 Получены пленочные материалы на основе смеси хитозана и полигидроксибутирата методом полива из раствора. Комбинация полисахарида хитозана и полиэфира полигидроксибутирата позволяет увеличить сроки биодеградации и улучшить механические характеристики биоматериала. Для растворения биополимерных компонентов использована уксусная кислота. Представлены результаты исследования совместимости полимеров в смесевой композиции. Продемонстрировано, что кристаллизация полигидроксибутирата подавляется путем смешивания с хитозаном. В целях снижения растворимости пленочного покрытия изучена возможность применения ионной сшивки с помощью хлорида кальция. Исследовано влияние содержания хлорида кальция на структуру и морфологию поверхности пленочных композиций методом инфракрасной спектроскопии и оптической микроскопии. Инфракрасная спектроскопия показала, что химическая сшивка хлоридом кальция происходит с участием карбонильных групп полигидроксибутирата и гидроксильных групп хитозана. Установлено, что при добавлении хлорида кальция в количестве более 9% поверхность пленочной композиции на основе смеси хитозан/полигидроксибутират становится оптически однородной. Полученные полимерные композиции хитозан/полигидроксибутират/CaCl2 перспективны при разработке изделий медицинского назначения
794
 Предмет исследования.Исследованы методы определения физических и механических характеристик материалов, основанные на регистрации параметров ударного взаимодействия твердого тела – индентора с поверхностью испытуемого материала. Среди рассмотренных методов для дальнейших исследований выбран метод динамического индентирования. В связи с развитием вычислительных устройств и электронной элементной базы данный метод приобретает новые возможности и преимущества перед другими способами неразрушающего контроля: возможность портативной реализации прибора, безобразцовый контроль изделий, возможность построения F–hдиаграмм и другие. Метод. Разработан и применен алгоритм первичной обработки измерительного сигнала, получаемого с первичного преобразователя при динамическом индентировании. Выполнено сравнение результатов работы алгоритма с результатами, полученными прибором динамического индентирования «ИСПГ-1», ранее разработанного в Институте прикладной физики Национальной академии наук Беларуси. Выполнено сравнение результатов обработки измерительного сигнала с результатами компьютерного моделирования процесса ударного контактного взаимодействия методом конечных элементов. Основные результаты. Предложен алгоритм обработки первичных сигналов динамического индентирования. Предложена модель процесса динамического индентирования. Показано, что разработанный алгоритм и модель работоспособны и показывают схожие результаты в сравнении с результатами, получаемыми при помощи существующего прибора динамического индентирования. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при разработке отечественного аналога прибора динамического индентирования.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

801
Предмет исследования.Рассмотрена проблема организации тестирования и отладки в комплексных (fullstack) проектах встраиваемых вычислительных систем со сложной гетерогенной структурой. Работа направлена на создание унифицированной формализованной методики организации процессов тестирования и отладки, применимой для широкого класса встраиваемых систем инвариантно к способу их реализации. Сделан вывод о перспективности использования уровневых моделей представления встраиваемых систем в качестве способа унифицированного рассмотрения комплексных проектов встраиваемых систем. Метод. Для разработки методики использованы абстракции HLD-методологии проектирования встраиваемых систем, архитектурный стиль «модель-процесс-вычислитель» и аппарат теории множеств. Основные результаты. Разработана методика тестирования и отладки встраиваемых систем на основе уровневых моделей, в рамках которой предложено расширение архитектурного стиля «модель-процесс-вычислитель» для более точного описания отношений виртуализации. Разработан метод многоуровневого тестирования встраиваемых систем, который позволяет в едином стиле описывать тестовое окружение на разных фазах создания встраиваемых систем, обеспечивает формализацию понятий тестирования, верификации и валидации с позиций уровневого представления встраиваемых систем. Приведены примеры описания многоуровневых встраиваемых систем с помощью разработанной методики. Практическая значимость. Методика позволила предложить способы документирования тестовых окружений встраиваемых систем на различных фазах их создания, способы организации процессов тестирования, верификации, валидации и отладки в комплексных проектах встраиваемых систем. Предложенный подход повышает эффективность контроля требований к создаваемой встраиваемой системе за счет сквозного и прозрачного представления проекта в целом, формализации процедур тестирования и отладки.
809
 Рассмотрены вопросы компьютерного зрения с целью последующего внедрения его в управление транспортными средствами и автоматизации движения. Предложены методы распознавания объектов и участников дороги. Выделены три основных этапа распознавания образов на изображении: подготовка изображения к анализу, анализ, классификация объектов. Для каждого этапа проведен поиск путей повышения качества распознавания образов и сохранения семантической целостности визуальной информации. На первом этапе предложено использование нормирования, позволяющее сделать объекты изображения нечувствительными к изменениям освещенности. Для решения задачи анализа разработан метод кластеризации на основе k-средних и роя частиц, обеспечивающий автоматическую настройку параметров кластеризации. На этапе классификации объектов предложено использовать каскады Хаара с нормированной обучающей выборкой. Это обеспечивает унификацию изображений и позволяет использовать обучающую выборку меньшего объема. Для обучения и тестирования использованы изображения автомобилей, предоставленные лабораторией Стэнфордского университета и находящиеся в открытом доступе. С целью проверки эффективности разработанного алгоритма распознавания образов были размыты 300 тестовых изображений. Выполнено сравнение результатов работы предложенного алгоритма с результатами работы каскадов Хаара без нормированной обучающей выборки и без дополнительной подготовки изображения к классификации. Каскады Хаара с ненормированной обучающей выборкой обеспечили корректное распознавание автомобиля в 8% случаев, в то время как предложенный алгоритм приводил к распознаванию в 72% случаев, включая эти 8% изображений. Сохранение семантической целостности визуальной информации является важным аспектом в контексте дорожного движения, так как неверное детектирование объектов дороги может привести к непоправимым последствиям. Предложенный алгоритм анализа изображений позволяет уменьшить вероятность возникновения ошибок в распознавании образов.
817
 Предмет исследования.Проанализировано информационное взаимодействие элементов группы беспилотных летательных аппаратов и их уязвимости к деструктивному информационному воздействию. В настоящий момент данная проблема актуальна для аппаратов, применимых в гражданских сферах. Кроме того, задача выявления скрытого деструктивного информационного воздействия является нерешенной в контексте группы беспилотных летательных аппаратов. Метод. Разрабатывается теоретико-множественная модель информационного взаимодействия группы беспилотных летательных аппаратов, на основе результатов сравнительной оценки стратегий группового управления. Проводится анализ разработанной модели, который позволяет выявить и оценить уязвимые элементы, осуществляющие информационное взаимодействие и подверженные деструктивному информационному воздействию. Проводятся эксперименты, в которых в процесс информационного взаимодействия (как внутреннего, так и внешнего) вводится деструктивная информация, приводящая к нарушению функционирования агента или группы в целом. Основные результаты. Информационное взаимодействие группы беспилотных летательных аппаратов нуждается в повышении фактора защищенности как от деструктивного информационного воздействия, так и от скрытого деструктивного информационного воздействия. Скрытое деструктивное информационное воздействие невозможно выявить классическими подходами обеспечения информационной безопасности, следовательно, необходимо разработать новые методы, позволяющие увеличить защищенность информационного взаимодействия от подобных атак. Практическая значимость. Результаты анализа теоретико-множественной модели информационного взаимодействия группы беспилотных летательных аппаратов позволят разработать новые методы обеспечения информационной безопасности для ликвидации специфических уязвимостей, связанных не только с классическими, но и с «мягкими» методами воздействия, которые будут востребованы для применения в автономных робототехнических системах
826
Предмет исследования. Исследована задача численного моделирования изображений объектов с заданным контуром границы с учетом дифракционного размытия изображения оптической системой и его пространственной дискретизации фотоприемником. Предложено вычислительно-эффективное решение в условиях допущения об аппроксимации контура границы множеством прямых отрезков. Метод. Для решения задачи предложен метод, основанный на аналитическом численном расчете фурье-образа оптического изображения многоугольника, ограничивающего объект. Полоса частот для расчета определяется дифракционным пределом оптической системы и частотными характеристиками текстуры объекта и фона. Основной результат. Предлагаемое техническое решение позволило на 2–3 порядка снизить время моделирования по сравнению с субпиксельным моделированием в пространственной области при шаге субпиксельной дискретизации 10–2 пикселя. Вычислительная сложность предлагаемого решения не зависит от субпиксельной точности воспроизведения геометрии моделируемого объекта. Практическая значимость. Предложенный метод может быть использован для решения обратных задач в области оптического измерения геометрии объектов и исследования работы алгоритмов обработки изображений с ошибкой воспроизведения геометрических параметров порядка 10–1–10–4 пикселя.
834
 Рассмотрены современные методы организации скрытых сетевых каналов передачи информации. Выдвинуто предположение об эффективности использования протоколов потоковой передачи данных для организации скрытых каналов. Предложен метод скрытого обмена информацией в открытых сетях. Приведена функциональная модель стеганосистемы на основе протокола RTPи показан ее программный прототип. Приведены оценочные характеристики стеганосистемы. Показаны результаты эксплуатационного тестирования программного прототипа стеганосистемы в лабораторных условиях и в сети Интернет. Программный прототип показал высокую скрытность при приемлемой для многих задач пропускной способности. Вместе с тем выявлено снижение передающих характеристик системы по мере усложнения маршрутов передачи сетевой среды. Полученные результаты исследований имеют две важнейшие области применения. Методики детектирования нелегальных сетевых стеганоканалов могут быть использованы разработчиками DLP-систем, правоохранительными органами и оборонными ведомствами. Предлагаемый метод скрытой передачи информации может быть использован для организации телеметрического канала системы связи, например, спутниковой.
843
Предмет исследования. Предложены модели, позволяющие продлить жизненный цикл сети Интернета вещей в результате кластеризации сенсорного поля и передачи функций по взаимодействию с базовой станции на головной узел кластера. Выполнена оценкаэффективности кластеризованной беспроводной сенсорной сети в сравнении с некластеризованной по параметру остаточной энергии и продолжительности жизненного цикла сети.Используемые подходы. Применен метод кластеризации сенсорного поля сети Интернета вещей. Метод основан на идее равновероятной ротации головных узлов, учитывающей уровень остаточной энергии узлов и расстояния от сенсорных устройств до головного узла. Механизм временного разделения канала при взаимодействии сенсорных устройств с головным узлом кластера минимизирует вероятность появления коллизии передачи данных. Имитационное моделирование обеспечивает инструмент выбора параметров кластеризации при обеспечении требуемых характеристик функционирования сети Интернета вещей.Основные результаты. Предложенаимитационная модель беспроводной сенсорной сети, которая может найти применение в задачах проектирования сети Интернета вещей. Приведены оценки, демонстрирующие целесообразность кластеризации сенсорного поля сети Интернета вещей при размерах сенсорного поля, превышающем расстояние от самого удаленного узла до базовой станции.Практическая значимость. Кластеризация сенсорного поля позволяет увеличить жизненный цикл сети Интернета вещей. Предложенные модели будут полезны на ранних стадиях проектирования сети Интернета вещей
850
 Предмет исследования. Рассмотрены практические вопросы дистанционного приема речевых сигналов в сложной шумовой обстановке с использованием двухэлементных микрофонных решеток (МР2). К настоящему времени теория МР2 хорошо разработана, однако применение МР2 в конкретных условиях требует специального рассмотрения. Методы. Выполнен сравнительный анализ алгоритма суммирования и дифференциального алгоритма обработки сигналов МР2 в частотной области. Основные свойства МР2 с алгоритмом суммирования и дифференциальными алгоритмами исследованы на основе использования аналитических моделей. Проведены экспериментальные исследования алгоритмов на записях, сделанных в безэховой камере и в натурных условиях. Рассмотрены сценарии точечного когерентного источника и распределенного источников шума. Основные результаты. Результаты экспериментальных исследований показали существенное преимущество дифференциальных алгоритмов обработки сигналов по сравнению с алгоритмом суммирования. Для различных вариантов дифференциальных алгоритмов достигнуто подавление уличного шума 10–12 дБ. Дополнительным преимуществом дифференциальных алгоритмов является возможность формирования нуля в направлении точечного источника помехи. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть применены при проектировании систем голосового управления, в оборудовании видеокамер, в портативных системах звукозаписи, в системах акустического мониторинга. Результаты анализа алгоритмов МР2 также могут быть использованы при разработке компактных микрофонных решеток, а также микрофонных решеток с большим числом элементов
858
 Представлена разрабатываемая Университетом ИТМО (ifmo.ru) облачная система для географически распределенных центров обработки данных. Для повышения отказоустойчивости, а также для сбора статистических данных создана специальная система мониторинга, которая отслеживает состояние систем и утилизацию аппаратных ресурсов. Помимо построения карты статистических данных, информация по утилизации ресурсов предлагается провайдеру для осуществления биллинга. Предложен подход с асинхронным обращением к системе мониторинга. Представлен вариант с использованием системы сообщений. Из двух основных моделей биллинга – биллинг по квотам и биллинг по фактическому использованию – предложена модель реализации диалога между администратором и системой мониторинга с целью получения данных об утилизации ресурсов по фактическому использованию. Предложено использование базы данных для хранения запросов и ответов, а также обеспечение асинхронности диалога с помощью технологии очередей и брокера сообщений. Апробация разработанной модели произведена на тестовом оборудовании с эмуляцией реальной инфраструктуры. Получена уникальная асинхронная мультиагентная система сбора статистических данных по использованию ресурсов центра обработки данных. Показано применение системы очередей RabbitMQ, базы данных PostgreSQL и системы мониторинга Zabbix. Система диалога оптимизирована с помощью языка программирования Python. Разработанная модель может быть рекомендована для использования при сборе информации по утилизации ресурсов в различных центрах обработки данных, в том числе распределенных. Предложенная модель может применяться в высоконагруженных системах, предоставляющих виртуальные ресурсы как сервис
863
Предмет исследования. Одним из способов автоматического анализа текстов является построение деревьев подчинения, в которых слова предложения связываются друг с другом семантико-синтаксическими связями. В работе выполнено исследование русскоязычных текстов, имеющих общеполитический, художественный и узкоспециальный характер. Особое внимание уделено случаям, когда связываются слова, удаленные друг от друга на значительное расстояние. Метод. С помощью семантико-синтаксического парсера строятся деревья подчинения, после чего производится подсчет распределения связей разных типов по длинам. Исследованы частоты появления нелокальных связей. Основные результаты. Показано, что доля нелокальных связей в зависимости от типа может доходить до десятков процентов. Особенно это существенно для связей, исходящих из предикатных вершин (субъектные, обстоятельственные и т.д.), а также для анафорических. Отмечено, что общедоступные семантические классификаторы и тезаурусы имеют ограниченную применимость для решения задачи правильного связывания удаленных слов в предложении. Практическая значимость. Показано, что при извлечении из текстов информации, носящей онтологический или сценарный характер, а также при решении задач кореференции нельзя пренебрегать длинными синтаксическими связями, образующими в результате нелокальный семантический контекст. Сделан вывод, что анализ только n-грамм недостаточен для адекватного выделения из текста информации, носящей онтологический или сценарный характер.В связи с этим возникает необходимость составления микрословарей, ориентированных на определенные синтаксические конструкции.
870
 Исследованы особенности методов определения особых точек на изображениях электронных модулей с целью оценки возможности их применения для выявления области перекрытия. Сделан вывод о недостаточности применения данных методов для однозначного определения наличия области перекрытия. Рассмотрены особенности преобразования к единому центру координат изображений областей электронных модулей, не имеющих области перекрытия. Исследовано разложение матрицы проективного преобразования изображения в суперпозицию простых геометрических преобразований для изображения, получаемого в условиях формирования изображений областей электронных модулей. Предложен алгоритм определения наличия области перекрытия пары изображений областей электронных модулей, основанный на анализе матрицы проективного преобразования и определении параметров аффинного и проективного преобразования изображений при приведении их к единому центру координат. Предложенный алгоритм инвариантен относительно изменений масштаба и ориентации сшиваемых пар изображений областей электронных модулей и позволяет исключить в ходе сшивки изображения, полученные с искажениями, превышающими допустимые значения. Разработанный алгоритм может быть использован для оптимизации автоматизированных компьютерных алгоритмов обработки изображений электронных модулей и получения крупномасштабного изображения электронного модуля требуемого качества.
878
Предмет исследования.Представлены результаты исследования эмоджи – небольших электронных символических изображений, используемых для выражения эмоций и мыслей в электронном сообщении. Выполнен поиск зависимостей между использованием эмоджи в сообщениях и степенью привлекаемого ими внимания. Основное внимание в исследовании уделено русскоязычному интернет-сообществу. Метод. Для исследования выбрана социальная сеть «ВКонтакте» и ее четыре самых популярных тематических направления. Путем изучения структуры взятых для исследования сообществ выделены очевидные индикаторы реакции человека на пост. Построены графики отношения частоты эмоджи в посте и интереса к нему. Основные результаты. Для всех типов сообществ прослеживается тенденция к уменьшению интереса к посту при увеличении в нем частоты эмоджи. Наибольший отклик получили посты, не содержащие эмоджи. Они же составили большую часть исследуемого массива. Исключением стали фанатские сообщества: они также подвержены этой тенденции, но процесс снижения интереса происходит медленнее, чем в аналогичных постах других направленностей. Развлекательные и мотивационные сообщества также содержат пики медленного уменьшения интереса, но они менее четкие и проявляются реже. Практическая значимость Полученные результаты исследования позволяют понять современные тенденции в использовании эмоджи в русскоязычной социальной сети «ВКонтакте», динамику и распространение их использования, а также психологическое восприятие эмоджи человеком. Выявлена зависимость между использованием эмоджи в сообщениях и степенью привлекаемого ими внимания. Показано, как использование эмоджи влияет на восприятие различного рода информации.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

887
Предложена модель ухода поплавкового гироскопа, используемого в инерциальной навигационной системе платформенного типа, учитывающая влияние температуры. Рассмотрена задача идентификации неизвестных параметров предложенной модели ухода гироскопа. Предполагается наличие нелинейностей в уравнениях динамики. Предложено решение поставленной задачи идентификации на основе использования фильтра калмановского типа. Отличительной особенностью предлагаемого фильтра является изменение точки линеаризации в процессе решения задачи. Проведено сравнение результатов идентификации неизвестных параметров модели ухода гироскопа, учитывающей изменение температуры, при использовании двух алгоритмов. Первый предлагаемый в работе алгоритм основан на линеаризованном фильтре калмановского типа. Второй алгоритм основан на методе наименьших квадратов. Анализ результатов моделирования показал, что идентификация неизвестных параметров с помощью алгоритма на основе линеаризованного фильтра Калмана сопоставима по точности с алгоритмом на основе метода наименьших квадратов. Однако линеаризованный фильтр Калмана более эффективен для решения задачи идентификации модели погрешности гироскопа, являющейся комбинацией нескольких случайных процессов.
894
 Предмет исследования.Разработан алгоритм генерации псевдослучайных чисел, основанный на свойствах клеточных автоматов. Клеточные автоматы имеют большой потенциал, обладают высокой скоростью вычислений, особенно при реализации в параллельной архитектуре. Метод. В представленном алгоритме псевдослучайные числа генерируются с помощью правил переходов в ячейках клеточного автомата в зависимости от шаблонов соседства и выходных данных ячеек «соседей». Через несколько переходов по выбору методики генерирования получается последовательность псевдослучайных чисел из нулей и единиц. Основные результаты. Разработанный алгоритм протестирован на NIST-тестах. Результаты тестирования показали, что алгоритм производит последовательность с равномерным распределением с вероятностью 99–100%. На NIST-тестах проведено сравнение предложенного алгоритма с линейно конгруэнтным методом – основным методом генерации псевдослучайных чисел в настоящее время. По всем тестам разработанный генератор псевдослучайных чисел показал лучшие результаты. Алгоритм обладает высокой скоростью и легкостью реализации, а также возможностью масштабирования. Практическая значимость. Генератор может использоваться в различных приложениях, таких как теория кодирования или легковесная криптография. Достигается криптографическая стойкость при испытаниях по стандартным методикам оценивания качества генератора псевдослучайных чисел

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

901
 Предмет исследования.В работе рассмотрен один из актуальных вопросов разработки и создания измерительной системы для определения и контроля расположения, изгибов протяженных объектов в пространстве. Авторами предложен вариант создания чувствительной части волоконно-оптического измерительного устройства на основе чирпированных волоконных брэгговских решеток, записанных в многосердцевинном волокне. Метод. Сущность метода сводится к установке зависимости изменения периода решетки в каждой сердцевине от радиуса изгиба волокна, что позволяет удаленно восстановить траекторию укладки волоконного световода в пространстве. Основные результаты. Представлены результаты эксперимента с односердцевинным одномодовым волокном с массивом чирпированных волоконных брэгговских решеток. Приведены оптическая схема эксперимента и спектры отражения до и после изгиба односердцевинного волоконного световода. Представлена геометрия многосердцевинного волокна и компьютерная модель участка изогнутого световода с заданным радиусом. Практическая значимость. В отличие от существующих волоконно-оптических измерительных систем система с многосердцевинным оптическим волокном с массивом чирпированных волоконных брэгговских решеток позволит определить траекторию укладки волоконного световода в пространстве без использования методов частотной оптической рефлектометрии.
905
 Предложен алгоритм оценки частоты импульсного сигнала с постоянным тактом в условиях существенных искажений с использованием методов спектрального анализа. Показана последовательная обработка сигнала на основе рекуррентного применения дискретного преобразования Фурье. Исходный импульсный сигнал представлен в виде фрагмента гребенки Дирака. Его фурье-спектр также содержит фрагмент гребенки Дирака. Для снижения влияния утечки вследствие применения преобразования Фурье к конечной последовательности использована свертка сигнала с весовым окном. Для увеличения отношения сигнал/шум и снижения уровня боковых лепестков спектр исходного сигнала принимается в качестве оригинала для преобразования Фурье с увеличенным числом спектральных линий. Необходимость рекуррентного применения преобразования обусловлена зашумленностью исходного сигнала и полученного спектра после первого применения преобразования Фурье. По сравнению с однократным применением преобразования такой подход позволяет распознать полезный сигнал как на фоне гауссовских и апериодических импульсных помех, так и на фоне сигналов, содержащих такие помехи в фурье-образе. Приведен способ проверки локальных максимумов амплитуд полученного дискретного преобразования на периодичность. По индексу элемента с самым большим количеством выполнения условия периодичности определена частота импульсного сигнала с постоянным тактом
Информация 2001-2018 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика