Аннотации номера

ОБЗОРНАЯ СТАТЬЯ

911
Выполнен сравнительный анализ различныхметодов и алгоритмов восстановления тонкой структуры спектров, сглаженных аппаратной функцией спектрометра и (или) имеющих перекрытие близких спектральных линий. Рассматриваются непрерывные и дискретные спектры. Успешное восстановление спектров повышает разрешающую способность спектрометров математически. В случае сглаживания непрерывного спектра аппаратной фун­кцией задача восстановления спектра сводится к решению интегральных уравнений I рода. Эта задача является некорректной (существенно неустойчивой), поэтому для получения устойчивого решения интегральных уравнений используются методы регуляризации Тихонова, фильтрации Винера, Калмана–Бьюси и т.п. Однако в случае перекрытия близких линий в спектре эти методы позволяют восстановить лишь суммарный спектр, но не профили каждой линии. Для разделения профилей искомые линии моделируются гауссианами или лоренцианами, суммарный спектр дифференцируется с использованием сглаживающих сплайнов, число и параметры линий оцениваются по результатам дифференцирования. Для уточнения параметров линий выполняется минимизация функционала невязки методом координатного спуска и для сравнения – методом Нелдера–Мида. Выполнено сравнение также с методом фурье-самодеконволюции, в котором ширина линий искусственно уменьшается за счет аподизации (усечения интерферограммы), в результате чего истинные профили линий искажаются ради их разрешения. В оригинальном методе сверток параметры линий-пиков определяются по сверткам экспериментального спектра с производными от модельного спектра. Если дискретный спектр сглажен аппаратной функцией, то задача его восстановления описывается системой линейно-нелинейных уравнений и решается алгоритмом интегральной аппроксимации, более эффективным, чем методы Прони, переменных проекций Голуба–Муллен–Хегланда и др. По результатам анализа различных математических методов предлагается создать новый комплексный алгоритм восстановления искаженных спектров, позволяющий устранить действие аппаратной функции, шумов, перекрытия линий и т.д. Разработано программное обеспечение в среде MATLAB и выполнена обработка ряда спектров. Представленная методика может быть использована для повышения разрешаю­щей способности спектрометров путем математико-компьютерной обработки спектров.

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

932
Предмет исследования. Рассмотрены принципы построения детектора гамма-излучения на основе кремниевого фотоэлектронного умножителя и сцинтилляционного кристалла с использованием оптической схемы согласования элементов. Метод. Для исследования возможных схем построения детектора в среде ZEMAX Software созданы компьютерные модели, описывающие процесс распространения излучения сцинтилляционной вспышки в объеме кристалла с учетом основных процессов, протекающих в сцинтилляционном детекторе. При создании модели учитывались оптические характеристики материала, идентичные характеристикам йодида цезия (CsI). Основные результаты. Получены количественные параметры сигнала и потерь излучения в моделируемых системах, а также информация о распределении излучения в плоскости фотоприемника. Установлена оптимальная с точки зрения эффективности регистрации схема построения детектора, определены геометрические параметры ее оптических элементов. Практическая значимость. Развитие такого подхода позволяет создавать высокоэффективные миниатюрные сцинтилляционные детекторы за счет нового класса фотоприемников – кремниевых фотоэлектронных умножителей. Результаты исследования будут полезны при разработке сцинтилляционных гамма-спектрометров и других приборов, принцип действия которых базируется на методах сцинтилляционной спектрометрии и радиометрии.
939
Предмет исследования.Представлены результаты исследования акустического сигнала, регистрируемого гидрофоном при воздействии на жидкость микросекундными импульсами лазерного излучения с длиной волны генерации 1,54 мкм и различной временной субструктурой. Обсуждается влияние энергии и временной субструктуры лазерного импульса на величину генерируемых перепадов давления в жидкости и эффективность удаления тканей катарактального хрусталика глаза. Метод. Микросекундные импульсы излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле с различной пиковой мощностью «лидирующего» пичка и эквивалентной энергией доставлялись в объем дистиллированной воды через оптическое волокно. Акустический сигнал регистрировался игольчатым гидрофоном NP 10-1 (Dapco Inc., США). В условиях in vitro проведена гидроакустическая обработка катарактального хрусталика глаза человека. Основные результаты. Для импульсов с различной временной субструктурой получены зависимости амплитуды первой (термооптической) и второй (связанной с процессом «коллапс–возобновление» парогазовой полости) компонент акустического сигнала от энергии в импульсе. Установлено, что с увеличением пиковой мощности «лидирующего» пичка микросекундного импульса снижается порог появления второй компоненты акустического сигнала, а максимальная амплитуда обеих компонент возрастает. Получены угловые распределения амплитуды компонент акустического сигнала. Выявлено, что первая имеет выраженный максимум амплитуды в направлении, перпендикулярном оптической оси волокна, тогда как угловое распределение второй более равномерно. В эксперименте in vitro показано, что увеличение пиковой мощности «лидирующего» пичка приводит к существенному увеличению удаленного объема и эффективности удаления тканей катарактального хрусталика глаза человека. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при оптимизации параметров лазерного излучения для обработки биоткани, окруженной жидкостью, например, в процессе лазерной экстракции катаракты.
946
Предмет исследования.Исследованы способы контроля процессов быстрого прототипирования с использованием программно-аппаратного комплекса технического зрения. Контроль изготовления изделий при трехмерной печати позволяет улучшить прочностные и эстетические характеристики изготавливаемых изделий, сократить материальные издержки и скорость выпуска деталей. Метод исследования. Теоретически определены параметры оптической системы для фиксации изображения в процессе печати. Подобраны оптические системы, способные обеспечить необходимое качество изображения. Проанализирована наиболее соответствующая поставленной задаче конфигурация размещения камер, с учетом габаритных размеров трехмерного принтера, его рабочей области и свободного пространства в корпусе. Проанализированы пути решения задач программной части комплекса.Основные результаты. Разработан алгоритм расчета параметров оптической системы комплекса технического зрения. Подобраны варианты оптических систем, на основе которых возможно проверить работоспособность предложенного алгоритма. Рассмотрены возможные методы разработки программ и алгоритмов обработки данных с видеокамер. Практическая значимость. Аппаратно-программный комплекс позволяет существенно расширить возможности автоматизации процессов быстрого прототипирования. Результаты работы могут быть полезны при контроле качества изготавливаемого изделия в процессе его производства, при выявлении отклонений от виртуальной трехмерной модели, при выработке рекомендаций по изменению управляющих команд с целью улучшения качества и повышения скорости изготовления изделия.
954
Представлено решение задачи восстановления пространственных координат точки в трехмерной базовой системе координат по стереоизображениям, полученным камерами при независимых их положениях и ориентациях в пространстве; параметры камер могут быть различными. В аналитической фотограмметрии такая задача называется прямой фотограмметрической засечкой в общем случае съемки. Представленное решение основано на подходе, отличающемся от принятого в аналитической фотограмметрии. Методологически этот подход основан на векторно-матричном аппарате, примененном от постановки задачи и до получения окончательного решения. Такой подход обеспечивает равнозначность камер, которые в одинаковой степени влияют на конечный результат; в решении не используются преобразования подобия - оно получается сразу в базовой системе координат; число используемых стереокамер может быть легко увеличено без изменения алгоритма решения. Этим решение отличается от прямой фотограмметрической засечки, в которой одна из камер, обычно левая, является как бы основной, в ее центр проецирования помещается центр модельной системы координат со специальным направлением осей. При расчетах неоднократно выполняется преобразование подобия с переходом из одной системы координат в другую, прежде чем будет получен результат в базовой системе координат. Предложенный метод по сравнению с прямой фотограмметрической засечкой обладает большей средней точностью при наличии ошибок определения координат соответственных точек на изображениях. Выигрыш в точности определения пространственных координат точек в проведенных экспериментах составил более 20 %.
961
 Рассмотрена задача расчета инфракрасных термонерасстраиваемых объективов в условиях ограниченной номенклатуры материалов. Представлены результаты анализа термооптических свойств материалов, работающих в дальнем инфракрасном диапазоне. Проанализированы термооптические свойства дифракционных оптических элементов. Установлено, что возможным решением проблемы атермализации инфракрасного объектива в условиях ограниченной номенклатуры материалов может послужить применение дифракционных элементов. Составлена система уравнений для габаритного расчета инфракрасных объективов с пассивной атермализацией с применением дифракционных оптических элементов. Исследовано влияние вторичного спектра на функцию передачи модуляции оптической системы в комбинациях оптических материалов с дифракционными элементами. Показан пример расчета термонерасстраиваемого инфракрасного объектива с дифракционным элементом.
ЧАСТОТНАЯ И ФАЗОВАЯ СИНХРОНИЗАЦИЯ СИГНАЛОВ С МАССИВА ОПТОВОЛОКОННЫХ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ Михеев М. В., Дейнека И. Г., Плотников М. Ю., Алейник А. С., Шуклин Ф. А.
968
Предмет исследования.Рассмотрена проблема синхронизации сигналов в массивах оптоволоконных гидроакустических датчиков. Показано, что одним из наиболее важных факторов, влияющих на работу датчиков, является уровень собственного шума. Определен допустимый уровень фазового шума, возникающего вследствие работы системы синхронизации. Рассмотрены основные методы синхронизации, проанализирован уровень фазового шума в случае их использования. Метод. Для решения задачи синхронизации сигналов использован метод передискретизации сигналов. Возможность его использования оценивалась средствами математического моделирования в среде MATLAB. Показано, что добавление отсчетов в исследуемый сигнал приводит к значительному росту фазовых искажений. Основные результаты. Выполнена численная оценка воздействия нестабильности частоты тактового генератора на временное расхождение сигналов в случае отсутствия системы синхронизации. При отклонении тактовых частот генераторов на ± 2∙10–5 расхождение достигает одной секунды через семь часов работы. Было показано, что при добавлении восьми отсчетов в секунду в синхронизируемый сигнал спектральные искажения достигают порядка 100 мкрад/Гц1/2. Предложен аппаратный метод синхронизации, позволяющий увеличить точность синхронизации без искажения спектральной и фазовой характеристик сигнала, реализуемый путем подстройки частот локальных генераторов тактовой частоты с использованием обратной связи. Практическая значимость. Предложены два метода синхронизации, позволяющие с использованием интерфейса Ethernet, согласно стандарту IEEE 802.3, синхронизировать систему датчиков. Аналитически и экспериментально оценена величина фазового дрожания между различными каналами измерительной системы. Методы могут быть использованы в других системах, требующих синхронизации узлов с сохранением масштабируемости и гибкости всей системы.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РОБОТОТЕХНИКА

976
Рассматривается задача идентификации частоты смещенного синусоидального сигнала в отсутствии шумов измерений. Предполагается, что смещение и амплитуда синусоидального сигнала являются неизвестными функциями времени. Допускается, что частота синусоидального сигнала является неизвестным числом, а смещение и амплитуда синусоидального сигнала могут быть представлены в виде кусочно-линейных на интервале функций времени. Для оценивания частоты синусоидального сигнала была предложена оригинальная процедура параметризации, приводящая исходное нелинейное уравнение к виду стандартной линейной регрессионной модели. После ряда специальных преобразований было получено простейшее уравнение, содержащее один неизвестный параметр (квадрат от частоты синусоидального сигнала), умноженный на известную функцию времени. Для поиска этого параметра был использован стандартный интегральный алгоритм идентификации, позволяющий гарантировать робастность оценок к внешним возмущениям, а также улучшать качество переходных процессов за счет настроечного коэффициента. Предлагаемый алгоритм идентификации частоты имеет техническую привлекательность и может быть использован в задачах компенсации или подавления возмущений и (или) ошибок измерений, описываемых гармоническим или полигармоническим сигналами, в том числе для парирования вертикальных инерционных ускорений при оценивании аномалий силы тяжести на подвижном объекте. Для иллюстрации работоспособности предложенного алгоритма идентификации в статье приведены результаты компьютерного моделирования, демонстрирующие достижение поставленных целей.

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

982
Методом полимеризации in situ получены полиуретановые композиты, содержащие равномерно диспергированные нано- и макроразмерные углеродные наполнители с различной природой поверхности (с гидрофобной поверхностью –фуллерен С60 и фуллереновая сажа, с гидрофильной поверхностью – наноалмазы и наноалмазная шихта) с уровнем наполнения от 0,1 до 0,5 мас.%. Полученные нанокомпозиты исследованы методом диэлектрической спектроскопии для определения характера влияния природы поверхности и размера частиц на структуру и свойства готового материала. Выявлено, что введение наполнителей приводит к уменьшению энергии активации (Еа) процесса α-релаксации по сравнению с исходным полиуретаном. Показано, что неспецифическое π–π-взаимодействие для наноразмерных наполнителей доминирует над специфическим образованием водородных связей, которое может быть связано с наличием кислородсодержащих групп на поверхности наноалмазов. Диэлектрическая спектроскопия показала, что значения температуры стеклования (Tg) нанокомпозитов увеличиваются по сравнению с чистым полиуретанами, проявляя так называемый «антипластифицирующий эффект», в то время как композиты с макроразмерным наполнителем проявляют типичный для традиционных наполнителей пластифицирующий эффект.Наибольшее значение параметра D(хрупкости) соответствует образцу с фуллереновой сажей. Совпадение энергий активации поляризации Максвелла–Вагнера–Силларса для разных наполнителей говорит о том, что размеры жестких доменов в полимере не изменились.
990
Рассмотрена задача создания энергоэффективных систем хладо- и теплоснабжения с использованием накопителей тепловой энергии. Аккумулирование тепловой энергии повышает эффективность теплоэнергетических систем, включая системы охлаждения и кондиционирования, уменьшает пиковое потребление электроэнергии и мощности тепловых установок при переменных нагрузках. Показано, что для накопления тепловой энергии широко используют вещества с фазовым переходом, преимущественно типа «твердое тело–жидкость», обеспечивающие объемную и массовую плотность хранения энергии теплоты и холода в 5–14 раз выше в сравнении с аккумулирующими жидкостями. Сформулированы требования к веществам с фазовым переходом, применяемым в накопителях тепловой энергии. Рассмотрены предложенные для применения вещества с фазовым переходом, к которым относятся органические соединения (парафины, жирные кислоты), гидраты солей, эвтектики (могут включать органические и неорганические соединения). Показаны достоинства и недостатки каждой группы веществ. Представлены сведения о свойствах отдельных веществ, применяемых в системах кондиционирования воздуха. Показано, что производители скрывают состав промышленно применяемых веществ с фазовым переходом. Отмечено, что производство российских систем накопления тепловой энергии требует выполнения комплекса фундаментальных и прикладных научных исследований. Приведены примеры аккумулирования тепловой энергии с использованием веществ с фазовым переходом в системах кондиционирования воздуха.Описаны конструкции аккумуляторов тепловой энергии, отмечены их достоинства и недостатки. Проанализированы методы расчета систем с аккумуляторами тепловой энергии, включая решение задачи Стефана о нестационарном теплообмене при фазовых переходах применительно к накоплению тепловой энергии.Сделан вывод о преимуществах численного метода решения этой задачи. Сформулированы направления исследований, выполнение которых позволит разработать российские системы тепло- и хладоснабжения с накопителями тепловой энергии.
1001
Приведены результаты исследования огнестойкого композитного материала «жидкое стекло–микрочастицы графита». Рассмотрена технология изготовления образцов с необходимыми соотношениями массовых долей компонентов смеси. Выбран способ нанесения композитного материла в качестве огнезащитного защитного покрытия. Методом обмазки изготовлены огнестойкие покрытия и выполнены исследования адгезионной способности изготовленных покрытий. Выявлены значения предельных нагрузок, которые приводят к разрушению композитного материала. Предельное зафиксированное значение нагрузки для деревянной поверхности составило 1,22 МПа, что удовлетворяет требованиям нормативных документов. Прочность адгезионной связи с железом значительно меньше и составляет 0,2 МПа. Методом торкретирования изготовлены огнестойкие покрытия. В связи с изменением способа нанесения выполнена корректировка огнезащитного состава. Проведены исследования адгезионной способности данных покрытий. Нижняя граница адгезионной связи огнестойкого композитного материала для дерева составила 0,8 МПа, для железа – 0,1 МПа. На основании результатов проведенных исследований сделан вывод о том, что композитный материал с полученными характеристиками может использоваться в качестве огнезащитного покрытия для строительных конструкций с целью повышения огнестойкости и снижения пожарной опасности, в качестве футеровки оборудования в теплоэнергетической и металлургической промышленности, а также в технике, применяемой в чрезвычайных ситуациях.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

1008
Предмет исследования.Показана возможность применения вейвлет-преобразований и бент-функций при построении нелинейных надежных кодов.Использование вейвлетных разложений позволяет создать множество различающихся между собой конструкций надежных кодов. Метод. Для повышения нелинейных свойств надежных кодов применены бент-функции, которые обеспечивают максимальную нелинейность булевых функций. Тем самым повышается вероятность обнаружения ошибки в канале передачи данных. Предложены разные конструкции помехоустойчивых кодов на основе вейвлет-разложений и бент-функций. Различие конструкций состоит в использовании разных сеток для вейвлет-преобразования: сетка со статичными значениями или сетка на основе входящего информационного слова. Линейные и нелинейные коды сравниваются с разработанными кодами. Основные результаты. Разработаны конструкции надежных кодов, обладающие лучшими, по сравнению с существующими конструкциями, характеристиками. Максимальная вероятность маскировки ошибки для разработанных конструкций равняется 0,46875, что является лучшим результатом по сравнению с надежным кодом Кердока. Такой результат позволяет обеспечить качественную защиту от атак по сторонним каналам.Практическая значимость. Предложенные конструкции кодов можно применять в задачах обеспечения безопасности информации
1016
Предмет исследования. Предложен подход к идентификации версий программного обеспечения на основе алгоритма градиентного бустинга деревьев решений. Предложено применять алгоритм CatBoost, разработанный компанией Яндекс, для решения задачи идентификации программного обеспечения операционных систем Linuxс целью уменьшения числа уязвимостей системы, возникающих при установке несанкционированного программного обеспечения пользователями автоматизированных систем.Рассмотрен подход к формированию сигнатур программ и дальнейшему обучению модели классификатора CatBoostClassifier.Поставлена задача последующего распознавания идентифицируемых программ, ранее не задействованных в процессе обучения модели.Метод. Для реализации алгоритма градиентного бустинга деревьев решений использовано свободное программное обеспечение CatBoost. На его основе создана мультиклассификационная модель CatBoostClassifier. Применение этой модели позволяет идентифицировать elf-файлы тестовой выборки. Основные результаты. Выбраны параметры обучения модели классификации. Проведен эксперимент по идентификации исполняемых файлов с использованием десяти различных признаков формирования сигнатур программ.Полученные результаты сравниваются с результатами ранее разработанного авторами метода идентификации, основанного на применении статистического критерия однородности хи-квадрат при уровне значимости 0,01. Практическая значимость. Результаты работы могут быть рекомендованы специалистам по информационной безопасности для проведения аудита электронных носителей информации. Разработанный подход позволяет выявить нарушения установленной политики безопасности при обработке конфиденциальной информации.
1023
Рассмотрены открытые вычислительные системы, позволяющие по мере необходимости путем механического добавления новых конструктивных единиц наращивать производительность и память, не затрагивая существующей программной среды. Такие системы основаны на применении специальной функционально полной элементной базы (планировщик, функтор, коммуникатор и др.), реализующей параллельную обработку с использованием управляющих потоков данных (dataflow), когда вместе с данными переносятся и необходимые фрагменты программы. Для этого при обнаружении готовности к запуску определенной процедуры (в планировщике есть все необходимые для нее данные) в планировщике раскрывается соответствующий фрагмент программы – оператор, который затем передается вместе с данными в свободное исполнительное устройство – функтор. Результат всегда возвращается по тому же маршруту, по которому происходила активация процедуры. Рассмотрены варианты компоновки открытых систем с использованием двух конструктивных единиц – ячеек на приведенной элементной базе, и серверов, собранных из этих ячеек. Использована двухуровневая распределенная коммутационная среда. На уровне ячеек она обеспечивается транзитными свойствами планировщиков и функторов, а на уровне серверов – коммуникаторами, входящими в состав ячеек. Выделены три типа ячеек, позволяющих наращивать функции вычислительных систем: ячейки для увеличения числа шлюзов, используемых для обмена с внешней средой; ячейки для расширения управляющей и оперативной памяти; ячейки для повышения производительности. Отказ от сосредоточенной коммутационной среды позволил наращивать вычислительные системы независимо и без ограничения на их размеры. Описана трехмерная структура открытой системы, которая может быть использована для построения суперкомпьютеров.
1034
Предмет исследования. Рассмотрена распределенная терминальная система как основа интеллектуальной инфокоммуникационной системы, ориентированной на анализ поведения пользователей информационного пространства и их комфортное обслуживание. Представлены варианты реализации инфокоммуникационных технологий на основе различных комбинаций модальностей.Метод. Для синтеза структуры распределенной терминальной системы использована альтернативно-графовая формализация, в рамках которой различные варианты построения элементов системы задаются в виде вершин альтернативного графа, а дуги отражают характер взаимосвязей между ними. Для определения вариантов построения узлов системы и их взаимосвязей, минимизации затрат на оснащение узлов распределенной терминальной системы аппаратурой предложено использовать алгоритм, основанный на схеме «ветвей» и «границ» и локальной оптимизации.Основные результаты. Разработана структурно-функциональная модель распределенной терминальной системы. Представлены теоретические положения для синтеза интеллектуальных инфокоммуникационных систем. Практическая значимость. Реализация интеллектуальных инфокоммуникационных систем является перспективным научно-техническим направлением развития национальной информационной инфраструктуры.
1047
Предмет исследования.Построена и исследована имитационная модель компьютерной сети и случайным доступом к каналам и возможностью предоставления резервирования передач. Выявлена эффективность использования модели на сетях с разным коэффициентом резервирования. Проанализирована эффективность резервирования передач в компьютерных сетях, построенных на базе общей шины. Метод. Эффективность использования резервирования передач проанализирована с помощью имитационного моделирования компьютерных сетей. Показателем эффективности служит мультипликативный критерий, учитывающий средний запас времени на передачу пакетов и безошибочность доставки. Основные результаты. Разработана модель компьютерной сети на общей шине, позволяющая выполнять резервирование передач путем отправки копий пакетов по нескольким каналам связи. При выполнении экспериментов варьировались кратность резервирования и интенсивность поступления пакетов в систему. Разработана имитационная модель компьютерной сети, обеспечивающая возможность резервирования передач. На основе полученных в имитационных экспериментах результатов выделена область эффективности применения резервированных передач в сетях, основанных на случайном доступе и имеющих ограничения на среднее время доставки. Практическая значимость. Представленные результаты могут быть использованы при проектировании надежных компьютерных систем, в том числе систем реального времени.
АНАЛИЗ ЭНТРОПИИ ПОКАЗАНИЙ ИНЕРЦИАЛЬНОГО МОДУЛЯ КИБЕРФИЗИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ОТСУТСТВИИ ВНЕШНИХ ВОЗМУЩЕНИЙ Авдонин . И., Будько М. Б., Будько М. Ю., Гирик А. В., Грозов . В., Ярошевский Д. С.
1054
Предмет исследования. Исследованы киберфизические системы, находящие широкое применение в различных сферах человеческой деятельности. Проанализирована информационная безопасность каналов связи, используемых такими системами. Общепринятый метод решения этой задачи – криптографическая защита данных, основанная на использовании случайных последовательностей. Надежность подобных криптосистем определяется качеством используемых случайных последовательностей. По этой причине предпочтительно применять истинно случайные последовательности. Получение истинно случайных последовательностей требует наличия источников энтропии физической природы. Целью настоящей работы является исследование методов получения случайных чисел в киберфизических системах с использованием инерциальных датчиков, находящихся в составе киберфизических систем. Метод. Проведена оценка качества битовой последовательности, сформированной из показаний датчиков, путем определения статистических свойств случайной последовательности. Основные результаты. Согласно результатам исследования, показания датчиков пространственного положения, использующихся в инерциальных измерительных модулях киберфизических систем, в состоянии покоя обладают невысокой энтропией, и для их применения в качестве источника для генерации случайных последовательностей необходима дополнительная постобработка. Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы для получения киберфизическими системами случайных последовательностей без применения дополнительных устройств при наличии в их составе датчиков инерциальных систем. В дальнейшем планируется считывание показаний с датчиков во время перемещения, в частности беспилотного летательного аппарата, применение экстракторов и методов, которые позволят улучшить характеристики битовой последовательности.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

1060
Предмет исследования. Исследованы особенности применения схемы с настраиваемыми диссипативными свойствами для описания течения сжимаемых многокомпонентных газов на примере задачи взаимодействия ударной волны с гелиевым пузырем. Метод.Схема реализует двухшаговый по времени TVD-метод Рунге–Кутта. На каждом временном шаге производится расщепление по физическим процессам пространственного разностного оператора сиспользованием адаптивной искусственной вязкости типа Христенсена. TVD-реконструкция потоков выполняется с использованием взвешенной линейной комбинации противопоточной и центральной аппроксимаций конвективных членов с ограничителем потоков. Для подавления осцилляций на контактном разрыве использовано неконсервативное уравнение переноса Абгралла. Основные результаты. На примере одномерной тестовой задачи Карни и Кёрка показана численная сходимость решения. Выполнено сравнение предлагаемой схемы и метода конечного объема WENOтипа Коралика и Колониуса на сетках одинакового разрешения и с одинаковым числом Куранта. Представленная схема требует существенно меньших вычислительных затрат при разрешении деталей ударно-волновой картины и вихреобразования. Практическая значимость. Схема с настраиваемыми диссипативными свойствами может быть рекомендована для практических расчетов взаимодействия ударных волн с границами раздела газов и различными физическими постоянными, интерференции волн и вихреобразования.
1066
Описаны методы QTL-анализа в исследовании влияния генотипа на фенотип. QTL-анализ основан на внутривидовой изменчивости, которая приводит к количественным изменениям исследуемого признака. С его помощью можно выявлять участки хромосом, где расположены гены или группы тесно сцепленных генов, обнаруживающих значительное количественное влияние на признак, и оценить такое влияние. Необходимым условием проведения QTL-анализа является построение карты сцепления. Карты сцепления (молекулярно-генетические карты, linkage-карты) отражают позицию маркеров и относительные генетические расстояния между маркерами вдоль хромосом. Исходные данные для исследования получены лабораторией молекулярной генетики врожденного иммунитета Петрозаводского государственного университета. Суть проекта, проводимого совместно с лабораторией, заключалась в исследовании массивов данных генетической информации для выявления и моделирования взаимосвязей между генотипом и фенотипом биологических организмов. В эксперименте использованы гибриды мышей второго поколения линий C57BL/6 и MOLF. Генотипирование и фенотипирование проводилось на основе данных секвенирования (определение аминокислотной и нуклеотидной последовательности) матричной РНК. Практическим результатом работы является выявление цепочек активированных генов, под влиянием которых происходит отмирание клеток исследуемых тканей и органов (апоптоз). Для поиска таких генов использован метод генетического анализа, т.е. скрещивались особи противоположного фенотипа и анализировалось получаемое потомство. Использованы методы прикладной и математической статистики. Результатом исследования стала разработанная методика анализа связи фенотипа и генотипа, с помощью которой выявлены группы значимых фенотипов.
1074
Предмет исследования.Разработан метод синтеза алфавитов ортогональных сигнальных широкополосных сообщений. Приведен пример программной реализации. Выполнен анализ некоторых частных и общих свойств синтезированных взаимно ортогональных сигнальных широкополосных символов и образованных на их основе алфавитов. Метод. Выполнена генерация псевдослучайных N-мерных векторов их ортогонализации методом Грама–Шмидта, последующей трансформацией полученных ортонормированных векторов, по заранее определенным правилам, в соответствующие частотные спектры, которые являются образами искомых ортонормированных широкополосных сигналов в частотном пространстве. Результат окончательного синтеза получен в ходе обратного преобразования Фурье. Основные результаты. Приведен пример возможной программной реализации метода в среде MatLab. Показано, что полученные алфавиты ортогональных сигнальных широкополосных сообщений обладают хорошими корреляционными качествами и могут быть применены в системах связи, в которых необходимо устойчивое распознавание сигнальных сообщений при малых значениях отношения сигнал/шум. Синтез сигнальных символов в частотной области позволяет эффективно контролировать спектр сигнала, производить перенос частоты, реализовывать системы с перестройкой частоты, в том числе псевдослучайной перестройкой, применяемой для организации защищенных каналов связи. Практическая значимость. Высокие корреляционные качества позволяют применять полученные сигнальные символы в системах: множественного доступа с параллельным использованием общего ресурса частота–время; реализующих стеганографические каналы связи за счет сокрытия полезного сигнала в шуме радиоэфира; ограниченной мощности передающих устройств.
1084
Предмет исследования. Исследованы современные модели глубокого обучения для генерации целевых малых органических молекулярных структур. Исследования проводились на двух выборках размером в 250 000 лекарственно-подобных молекулярных соединений из базы ZINCи 23 000 активных ингибиторов киназ, собранных вручную из открытой базы ChemBL. Метод. Предложена модель глубокой нейронной сети, основанная на концепциях конкурентного обучения и обучения с учителем. Модель контролирует молекулярную восстанавливаемость генерируемых структур за счет использования конкурентный seq2seqавтоэнкодера и внешнего генератора. Наличие внешнего генератора обеспечивает гибкость модели в выборе архитектуры, а также позволяет подавать на вход условия для генерации. Основные результаты.  Сравнительные эксперименты показали, что предложенная модель превзошла ближайших конкурентов в экспериментах с предобучением и дообучением с точки зрения генерации валидных и уникальных молекулярных структур. Дополнительный химический анализ генерируемых структур демонстрирует лучшее качество генерации предлагаемой модели в сравнении с другими моделями конкурентами. Практическая значимость. Предложенная модель может быть использована для разработки новых лекарственных препаратов медицинскими химиками в качестве умного помощника.
1091
Предмет исследования. Рассмотрен кварцевый маятниковый акселерометр компенсационного типа с цифровым усилителем обратной связи. Исследованы шумовые составляющие выходного сигнала акселерометра. Метод. По серии экспериментальных данных проанализированы шумовые составляющие и погрешности исследуемого прибора согласно методике, принятой на ряде отечественных промышленных предприятий и соответствующей российскому стандарту, а также согласно методике, соответствующей международному стандарту с использованием метода вариаций Аллана. Основные результаты. Проведена оценка уровня шумовых составляющих с использованием спектральной плотности распределения мощности шума. Решена задача построения дискретного фильтра выходного сигнала, реализуемого в цифровом усилителе обратной связи прибора на базе встроенного микроконтроллера. Осуществлен выбор фильтра в соответствии с двумя критериями качества, согласно которым: 1) среднеквадратическаяошибка стремится к минимуму; 2) исследуемый прибор рассмотрен как замкнутая система автоматического управления, при этом полоса пропускания такой системы должна стремиться к требуемому значению, а время регулирования – к минимуму. Для определения параметров, соответствующих комплексному критерию качества, в программном комплексе MATLABпроведено математическое моделирование работы акселерометра с цифровым усилителем обратной связи и фильтром. Практическая значимость. Показано, что применение фильтра Баттерворта 2-го порядка позволяет снизить шумовую составляющую выходного сигнала акселерометра примерно в 2,5 раза и соответствует обоим критериям качества.
1099
Предмет исследования. Рассмотрена имитационная модель электрогенерирующей установки на базе фотоэлектрических преобразователей. Поскольку фотоэлектрические модули имеют относительно низкую эффективность преобразования энергии, улучшение характеристик соответствующей энергосистемы может быть частично достигнуто при помощи управляемых промежуточных преобразователей. Цель работы – построение модели фотоэлектрической системы, а также сравнительный анализ алгоритмов управления силовым преобразователем для получения максимальной доступной мощности от солнечной фотоэлектрической панели. Метод. Исследуемые алгоритмы основаны на поиске экстремума на мощностной характеристике фотоэлектрического преобразователя. Рассмотрена реализация алгоритмов поиска точки максимальной мощности «Возмущение и наблюдение» и «Возрастающая проводимость». Для повышения эффективности фотоэлектрических преобразователей в качестве альтернативы традиционным алгоритмам предложено использовать алгоритм поиска на основе теории нечеткой логики. Основные результаты. Построена модель системы управления солнечной панелью в MATLAB/Simulink. Рассмотрены и реализованы три метода поиска точки максимальной мощности для этой фотоэлектрической системы. Проведен сравнительный анализ работы рассматриваемых алгоритмов при различной интенсивности солнечного света. Практическая значимость. Приведенные алгоритмы могут быть реализованы в реальных энергетических системах в целях повышения эффективности их работы.
1108
Предмет исследования.При работе с алгебраическими байесовскими сетями необходимо обеспечивать непротиворечивость оценок вероятностей составляющих такие сети элементов. Существует несколько подходов к автоматизации поддержания непротиворечивости, различающихся вычислительной сложностью (временем исполнения). Эта сложность зависит от структуры сети и от выбранного вида непротиворечивости. Выполнено основанное на статистических оценках сравнение времени поддержания интернальной непротиворечивости в алгебраических байесовских сетях с линейной и звездчатой структурой и времени поддержания непротиворечивости фрагмента знаний, покрывающих такие сети. Методоснован на сокращении числа переменных и условий в задачах линейного программирования, решение которых обеспечивает поддержание интернальной непротиворечивости. Проведен эксперимент, демонстрирующий различия между временем поддержания непротиворечивости для различных по глобальной структуре представлений алгебраических байесовских сетей. Основные результаты. Представлена улучшенная версия алгоритма поддержания интернальной непротиворечивости. Упрощены решаемые задачи линейного программирования в сравнении с предыдущей версией алгоритма. Сформулированы и доказаны две теоремы, уточняющие оценки числа переменных и условий в решаемых задачах линейного программирования, а также количества самих задач. Выполнен эксперимент, показавший, что предложенная программная реализация превосходит по скорости работы программную реализацию для полного фрагмента знаний. Практическая значимость. Полученные результаты могут найти применение в машинном обучении алгебраических байесовских сетей (в том числе синтезе их глобальных структур). Предложенный метод позволяет при обучении и дальнейшей обработке сети оптимально синтезировать глобальные ее структуры, для которых достаточно использовать поддержание интернальной непротиворечивости. Благодаря использованию метода эти процессы будут иметь приемлемую вычислительную сложность.
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика