Аннотации номера

ОБЗОРНАЯ СТАТЬЯ

ПРИМЕНЕНИЕ РАДИОФОТОНИКИ В ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ 
Востриков Е. В., Литвинов Е. В., Волковский С. А., Алейник А. С., Польте Г. А.
1
Радиофотоника является новым научно-техническим направлением, которое образовалось в результате интенсивного развития таких областей, как волоконная, интегральная и нелинейная оптика, лазерная физика, опто- и микроэлектроника. В последние десятилетия наблюдается положительная динамика по созданию радиофотонных устройств, эта тенденция связана с возможностью создавать устройства ультравысоких и сверхвысоких частот с параметрами, недостижимыми обычными электронными устройствами. Характеристики радиофотонных измерительных систем сопоставимы с характеристиками традиционных волоконно-оптических датчиков, данная технология может быть использована как для создания новых измерительных приборов, так и для усовершенствования уже существующих измерительных систем других типов. В работе представлен аналитический обзор способов применения радиофотонных технологий в волоконно-оптических измерительных приборах. В первой части обзорной статьи рассмотрен общий принцип построения радиофотонных волоконно-оптических измерительных приборов. Представлены ключевые элементы подобного рода систем — радиофотонные фильтры. Описаны технологии их построения с указанием особенностей, преимуществ и недостатков. Рассмотрены способы создания радиофотонных фильтров с конечной импульсной характеристикой с положительными и отрицательными коэф- фициентами. Последующие разделы посвящены непосредственно анализу радиофотонных волоконно-оптиче- ских измерительных приборов и содержат классификацию таких устройств по их принципу работы. Предложена классификация спектральных и интерферометрических радиофотонных волоконно-оптических измерительных приборов с указанием их отличительных признаков. Представлены и проанализированы экспериментальные данные, основные характеристики и области практического применения наиболее распространенных датчи- ков. Рассмотрены новые подходы и методы по созданию радиофотонных измерительных систем и улучшению тактико-технических характеристик существующих приборов. Приведено сопоставление характеристик радио- фотонных волоконно-оптических измерительных приборов и традиционных волоконно-оптических датчиков, по результатам которого можно сделать вывод о применимости современного типа измерительных приборов, а также о преимуществах их использования по сравнению с другими волоконно-оптическими датчиками.

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ КОМПЛЕКС ДЕТАЛЬНОГО НАБЛЮДЕНИЯ 
Денисов А. В., Попов В. В., Логунов С. В., Карев П. В.
24
Предмет исследования. Представлены алгоритмы и методы работы оптико-электронного комплекса деталь- ного наблюдения в космосе с целью поиска, обнаружения и регистрации изображений космических аппаратов, выведенных из эксплуатации в связи с истечением срока эксплуатации, а также астероидов и космического мусора. Оптико-электронный комплекс состоит из блоков оптико-электронной аппаратуры, включающих в себя аппаратуру обзора космического пространства, аппаратуру визуальной идентификации космического мусора, аппаратуру стереоскопического детального наблюдения, а также телевизионную лазерную систему для построения трехмерного «облака точек» (карты глубины) идентифицированного объекта. Метод. На основе анализа известных общедоступных источников по космическим системам предложен новый метод, позволяю- щий увеличивать дальность до исследуемого объекта за счет сохранения энергии импульса. Метод позволяет концентрировать энергию в узком угле за счет использования в разработанном устройстве трех прецизионных двигателей, смещающих установленный на них излучатель. Предложенное решение предоставляет возможность управлять шириной и углом излучения лазера по трем плоскостям. Разработаны оригинальные алгоритмы работы оптико-электронного комплекса детального наблюдения для построения карты глубины исследуемого объекта. Основные результаты. Разработан проект оптико-электронного комплекса функционирующего на низких, средних и геостационарных орбитах с максимально относительной линейной скоростью от исследуемого объекта до 1,5 км/с на низких и средних орбитах, и до 6,15 км/с на геостационарных. Разработан оригинальный метод наведения луча освещения на объект наблюдения. Практическая значимость. За счет применения разра- ботанных алгоритмов оптико-электронный комплекс детального наблюдения позволяет на дистанции от 100 м строить трехмерное изображение объекта наблюдения с целью его идентификации и каталогизации. Результаты работы могут быть полезны при проектировании лазерных систем, систем управления сближения и стыковки космических аппаратов, а также для выполнения задач с системами орбитального обслуживания космических аппаратов в целях военной и гражданской отрасли.
32
Предмет исследования. Приведено теоретическое обоснование возможности перехода от органолептического анализа качества молока на соответствие требованиям государственного стандарта к объективному контролю на основании количественной оценки инструментальным методом. Предложена теоретическая модель изменения цвета редуктазной пробы молока в зависимости от его бактериальной обсемененности. Методы. Предлагаемая модель базируется на известных закономерностях протекания химического процесса взаимного превращения резазурина, резофурина и гидрорезофурина и влияния концентрации красящих веществ на цвет получаемого раствора для гомогенных и негомогенных сред. Для построения модели были измерены реальные спектры пропускания указанных веществ. С целью верификации теоретической модели методом редуктазной пробы проведены эксперименты по исследованию изменения качества образца молока, поставляемого в магазины, при его хранении. Продолжительность эксперимента составила три дня до момента скисания молока. Между измерениями молоко хранилось при температуре +4 °С. При экспериментальном исследовании построена теоретическая зависимость изменения цвета пробы с учетом реального спектра пропускания молока. Проведены измерения спектров пропускания редуктазной пробы. По полученным в результате моделирования и эксперимента спектрам пропускания рассчитаны координаты цветности (x, y) пробы. Для визуализации изменения цвета пробы рассчитаны координаты цвета в цветовом пространстве sRGB для случая источника типа D65, эквивалентного дневному освещению. Основные результаты. Установлено, что результаты моделирования полностью согласуются с проведенными экспериментальными исследованиями. Расхождение результатов теоретического моделирования с экспериментальными данными по значениям координат цветности не превышает в среднем 0,01. Показано, что предложенная модель позволяет рассчитать концентрацию ферментов редуктазной пробы с резазурином в любой момент времени, определить ее координаты цветности и цвет в соответствии со стандартами Международной комиссии по освещению для прозрачных и полупрозрачных сред. Практическая значимость. Полученная зависимость изменения во времени координат цветностей и цвета редуктазной пробы с резазурином может найти применение при контроле качества молока методами спектрофотометрии и технического зрения
39
Предмет исследования. Передающий канал лазерной локационной системы, составленный из лазера и телескопического расширителя его излучения, формирует на выходе из системы лазерный пучок с заданными геометрическими параметрами, в частности, он может формироваться квазипараллельным пучком или иметь перетяжку на заданном расстоянии. Метод. На основе методов геометрической оптики разработана высокоточная установка, позволяющая осуществлять формирование лазерного пучка с заданными геометрическими параметрами. Установка построена на базе зеркального параболического коллиматора и матричной пироэлектрической камеры, которая находится в его фокальной плоскости и имеет возможность перемещаться вдоль его оси. Плоские диагональные зеркала установлены таким образом, что делят пучок, выходящий из расширителя лазерного излучения, и направляют его на периферийные диаметрально противоположные световые зоны колли- матора. После отражения от параболы пучки сходятся под достаточно большим углом, величина которого удобна для дальнейшего анализа. Если лазерная локационная система юстируется с целью уменьшения расходимости, то матричную камеру располагают в фокальной плоскости коллиматора. Если юстировка имеет целью создать перетяжку лазерного излучения на заданном расстоянии, то тогда матричную камеру помещают на определенном расстоянии от фокальной плоскости. Процесс юстировки сводится к регистрации координат центров тяжести пучков, идущих от краев параболы при попеременном их перекрытии. Как только разница координат пучков становится соизмеримой с погрешностью измерений, процесс завершается. Основные результаты. Методика предполагает юстировку телескопического расширителя совместно с лазером, что устраняет ошибки, связанные с установкой этих двух компонентов друг относительно друга. При работе не требуется трудоемких перемещений фотоприемника в пространстве и последующих расчетов, и используется меньшее количество оптических элементов. Кроме того, исключается влияние флуктуаций мощности лазерного излучения. Используя эту технику юстировки, была настроена система, состоящая из СО2-лазера с расходимостью 7,5 мрад и телескопического расширителя с увеличением 10 крат. Полученная точность юстировки составила 10 % от значения расходимости излучения лазера. Показано, что основной вклад в точность юстировки вносит погрешность регистрации координат центров тяжести изображений, которая во многом зависит от флуктуаций мощности лазерного излучения. Практическая значимость. Предлагаемая методика обладает малой трудоемкостью, достаточной для практического применения, точностью и может быть реализована в условиях лабораторий предприятий, осуществляющих производство лазерных локационных систем.
МЕТОД ВЫЧИСЛЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ЛАМП
Киреев С. Г., Шашковский С. Г., Тумашевич К. А., Абакумов А. В.
45
Предмет исследования. Представлена методика, позволяющая проводить совместное измерение энерге- тического спектра излучения и электрических параметров сильноточного импульсного дугового разряда. Представленный подход позволяет вычислять энергетические и мощностные характеристики разряда, а также эффективность преобразования электрической энергии в излучательную в различных спектральных диапазонах. Метод. Вычисление энергоэффективности импульсных ламп проводится при помощи двух отдельных методик: измерение электрических параметров газового разряда и регистрация энергетического спектра излучения. Для регистрации электрических параметров была применена схема, использующая коаксиальный безындуктивный шунт для измерения импульсного тока и три объединенных своими земляными выводами делителя напряжения смешанного типа для измерения падений напряжений на лампе и конденсаторе. Объединение земляных выводов позволяет одновременно регистрировать падение напряжения в разных точках без риска преждевременного отка- за осциллографа. Математическими методами получены энергетические и мощностные характеристики контура и импульсного газового разряда. Измерение излучательных характеристик выполнено с помощью спектрометра и калиброванного фотодиодного приемника излучения. Получено спектральное распределение источника из- лучения, и найдена эффективность излучения в выбранных интервалах длин волн. Основные результаты. На примере импульсной газоразрядной лампы с ксеноновым наполнением, внутренним диаметром 5 мм и межэлек- тродным расстоянием 120 мм получены согласованные по времени осциллограммы тока и падения напряжений на конденсаторе и лампе. Вычисленные значения эффективности излучения в спектральных диапазонах 200–250, 200–300 и 200–400 нм составили соответственно 2,7, 9,3 и 28 %. Практическая значимость. Предложенный способ позволяет проводить одновременную регистрацию тока, падения напряжения на нескольких участках разрядной цепи и излучательных характеристик, что исключает необходимость учета изменения нестабильности указанных параметров от импульса к импульсу. Вычисление эффективности излучения в любом диапазоне длин волн, входящим в спектральный интервал чувствительности спектрометра, позволяет разработчикам систем с импульсными лампами оптимизировать разрядный контур, исходя из радиационных требований конкретных прикладных задач.

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

52
Предмет исследования. Изучено влияние режимов 3D-печати и термической обработки тонкостенных деталей, изготовленных из керамической пасты. Исследование выполнено на примере печати пластин с габаритами 20 × 5 × 40 мм. Определена связь режимов 3D-печати, термической обработки с процентом усадки и качеством поверхности получаемых керамических деталей. Метод. Керамические детали создавались с применением 3D-печати по методу лазерной стереолитографии. При термообработке детали были разделены на три группы. Каждая группа деталей располагалась в печи в одном из трех положений: в металлическом коробе под слоем кварца, под слоем циркониевых шариков, на поверхности циркониевых шариков. Основные результаты. Проведено сравнение качества поверхности и процента усадки образцов, толщиной напечатанного слоя 25, 50 и 100 мкм и термически обработанных в указанных условиях. Установлено, что при уменьшении толщины слоя и размера частиц пасты от 1–5 мкм до 0,01–1 мкм, а также при увеличении продолжительности термообра- ботки улучшается качество поверхности образцов, и приблизительно в два раза уменьшается процент усадки. Практическая значимость. Применение новых режимов и усовершенствованных условий термообработки дает возможность существенно уменьшить количество дефектов (трещин) и значительно уменьшить усадку образцов. Предлагаемый технологический процесс лазерной стереолитографии позволяет создавать тонкостенные керами- ческие изделия более высокого качества с высокой точностью геометрических размеров. Полученные результаты позволяют применять предложенную методику и режимы для создания керамических деталей в таких областях промышленности как авиастроение, радиоэлектроника, медицина и другие отрасли.
58
Предмет исследования. Проведены исследования энергетических характеристик углеродосодержащего компо- зитного материала теплоэлектронакопителя. Предложен состав и технология получения композитного материала теплоэлектронакопителя. Исходные компоненты накопителя включают микропорошок графита, жидкое стекло Na2O(SiO2)n и отвердитель — натрий кремнефтористый Na2SiF6. Рассмотрены перспективы использования разработанного теплоэлектронакопителя. Методы. Исследования состава образцов композитного материала проводились методами рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии. Характеристики материала определялись теплофизическим и электрофизическими методами. Основные результаты. Получены образцы углеродосодержащего композитного материала. Разработана технологическая оснастка теплоэлектронакопителя. Получены частотные зависимости импеданса опытных образцов теплоэлектронакопителя, их вольт-амперные характеристики. Исследованы температурные зависимости электроемкости и диэлектрической проницаемости опытных образцов теплоэлектронакопителя в диапазоне 20–60 °С. Получены температурные зависимости удель- ной теплоемкости и коэффициента теплопроводности при монотонном нагреве. Практическая значимость. Разработанный теплоэлектронакопитель может применяться в системах аварийного освещения и отопления, энергоснабжения при работе в режиме постоянного или компенсационного подзаряда (частное, административ- ное домостроение). Разработанный материал можно применять в датчиках температуры.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

66
Предмет исследования. Предложена методика дифференцированного наращивания емкости хранилища данных, построенная на прогнозной модели временных рядов с оценкой объема поступающего на хранение трафика. Рассмотрено влияние структуры входящего потока данных на выбор модели прогноза. Используемые подходы. Система хранения данных формализована в виде матрицы, устанавливающей количество уровней хранения и количество носителей/томов на каждом уровне. Элементами матрицы являются метаданные файлов, которые хранятся на соответствующих носителях/томах многоуровневой системы хранения данных. Матрица визуализирует состояние хранилища данных в виде паттернов. Построение паттернов выполняется с помощью система- тических срезов значений матрицы. Периодический анализ паттернов состояния хранилища данных позволяет оценить время достижения предельного значения емкости носителя. Прогнозная модель, положенная в основу методики дифференцированного наращивания емкости хранилища данных, учитывает структуру входящего потока данных. При наличии самоподобной структуры поступающего на хранение трафика реализуется прогнозная модель авторегрессии и проинтегрированного скользящего среднего. Для трафика без самоподобной структуры реализуется общая линейная модель прогноза временного ряда при известных прошлых значениях. Модель прогноза применяется отдельно для каждого носителя/тома уровня хранения. Основные результаты. Приведены особенности структуры трафика, поступающего на хранение. Проверены свойства самоподобия на примере LTE-трафика, демонстрирующие наличие распределений с «тяжелыми хвостами». С помощью модели авторегрессии и проинтегрированного скользящего среднего получены результаты прогноза объема поступающе- го на хранение трафика. Приведены прогнозные и реальные значения объема трафика, а также величина ошибки прогноза. Разработана методика дифференцированного наращивания емкости системы хранения данных, уста- навливающая последовательность шагов анализа паттернов и структуры трафика, поступающего на хранение. Практическая значимость. Методика наращивания емкости хранилища данных учитывает многоуровневую организацию хранения и структуру поступающего потока данных, позволяет организовать дифференцированное наращивание емкости хранилища в соответствии с характеристиками файлов и обеспечением требований к времени гарантированного хранения.
74
Предмет исследования. Рассмотрен процесс внутрикадрового кодирования в стандарте высокоэффективного кодирования видеоизображений. Проведен анализ вероятности выбора режимов, предложен алгоритм быстро- го выбора режима предсказания. Метод. Из 35 возможных режимов стандартного алгоритма «по умолчанию» предлагается выбирать набор из 11 режимов с наибольшей вероятностью выбора в качестве входных данных для дальнейшего уточненного выбора. В зависимости от полученных результатов добавляется еще один этап, где уменьшается выбор до четырех режимов. Выбранные режимы используются в двухэтапном процессе оптимиза- ции, в результате чего выбирается наилучший режим для текущего блока кодирования. Основные результаты. Предложенный алгоритм реализован в среде разработки С++. Для тестирования использован ряд стандартных видеопоследовательностей с четырьмя значениями параметра квантования (Quantization Parameter). Результаты проведенных экспериментов показали, что предложенный быстрый алгоритм сокращает время кодирования на 17,03 % по сравнению с эталонным программным обеспечением HM-16.20, с увеличением скорости передачи на 1,26 % и потерей качества всего на 0,033 дБ. Практическая значимость. Предложенный быстрый алгоритм обеспечивает снижение вычислительных затрат при крайне незначительной потере качества восстанавливае- мой видеопоследовательности. Он может быть использован в виде стандартного блока видеокодека стандарта Н.265 для замены существующего блока внутрикадрового предсказания в эталонной программе, чтобы ускорить процесс сжатия видео.
82
Предмет исследования. Определены причины перехода к цифровой энергетике и развития интеллектуальных электрических сетей. Проведено исследование влияния глобальных и локальных вызовов в рамках развития в России направлений цифровой энергетики и интеллектуальных электрических сетей на социально-эконо- мическую, а также технологическую сферы страны. Произведена оценка практик, применяемых в развитых и развивающихся странах, по поддержке и стимулированию инновационной деятельности в разрезе государственной инновационной политики и частных инвестиций. Метод. Проведен сравнительный анализ мероприятий поддержки и стимулирования инновационной деятельности топливно-энергетического комплекса в рамках концепции цифровой трансформации экономики в США, Европейском Союзе, Азии и России. Дана экспертная оценка влияния глобальных вызовов в рамках выбранного направления исследования на социальную и технологическую сторону жизни российского общества. Основные результаты. Разработана модель оценки влияния глобальных вызовов на технологическое развитие в области цифровых технологий и интеллектуальной энергетики. Проведен анализ внутренних и внешних причин перехода к цифровой энергетике и развития интеллектуальных электрических сетей. Сопоставлены существующие и перспективные технологии цифровой трансформации электросетевого комплекса на перспективу до 2030 года, выделены передовые технологии и технологии-аутсайдеры. Выделены потенциальные точки роста отечественных и зарубежных электросетевых компаний в ближайшей и долгосрочной перспективе. Сгруппированы ключевые инструменты и меры поддержки инновационного бизнеса по степени их влияния на результат освоения цифровых технологий и интеллектуаль- ных систем в энергетике. Практическая значимость. По итогам анализа лучших практик по внедрению цифровых технологий в энергетике, а также оценке результативности инструментов поддержки и стимулирования инновационной деятельности в отрасли, сформулированы рекомендации по проведению политики в области цифровой энергетики и интеллектуальных электрических сетей для Российской Федерации.
94
Предмет исследования. Рассмотрены вопросы проектирования средств диагностирования нарушений в адре- сации информационных обменов между программными модулями для потоковой вычислительной системы реального времени. Несмотря на декомпозицию процесса проектирования на основе иерархического подхода, он остается достаточно сложным, а значит, остается актуальной и проблема его автоматизации. Метод. Проблема автоматизации построения модели и тестов для потоковой вычислительной системы реального времени решается на основе декомпозиции и с привлечением дискретно-событийного моделирования. Основные результаты. Разработана инструментальная среда, автоматизирующая процедуру построения модели, генерации тестовых воз- действий и эталонных выходных последовательностей. Приведено ее краткое описание. В основу функционала среды положены алгоритмы синтеза динамической модели системы и формирования теста для диагностирова- ния нарушений обменов между программными модулями системы. Практическая значимость. Разработанная инструментальная среда позволяет существенно сокращать время проектирования средств диагностирования для потоковых вычислительных систем реального времени.
102
Предмет исследования. Исследованы техники эксплуатации уязвимостей в реализации алгоритмов распределе- ния динамической памяти – аллокаторе библиотеки glibc (Poisoned Null-byte, Overlapped Chunks, Fastbin Attack, Unsafe Unlink, House of Einherjar, House of Force, House of Spirit, House of Lore, Unsorted Bin Attack). Приведены примеры кода эксплуатации уязвимостей и классификация представленных техник в соответствии с общим пе- речнем Common Weakness Enumeration. Исследованы современные методы и средства обнаружения уязвимостей, показаны их достоинства и недостатки на примере работы фреймворка Heap Hopper. Рассмотрены современные подходы к верификации программного обеспечения. Метод. Предложенный метод верификации программного обеспечения совмещает подходы статического анализа и символьного выполнения при использовании точной модели алгоритмов выделения динамической памяти. В процессе компиляции проверяемой программы соз- дается структура Крипке. Уязвимости динамической памяти описываются формулами темпоральной логики. Полученная структура и формулы передаются на вход алгоритма проверки моделей. Осуществляется конкрет- но-символьное выполнение собранного бинарного файла. Для символьных путей выполнения проверяются условия уязвимостей, выраженные в виде формул пропозициональной логики. Основные результаты. Показана возможность практического применения предложенного подхода к обнаружению уязвимостей, возникающих при распределении динамической памяти в программных приложениях. Символьное выполнение реализовано в виде низкоуровневого отладчика, что позволяет снизить время работы алгоритмов за счет выполнения прове- ряемого приложения на реальном процессоре. Практическая значимость. Представлен комплексный подход для решения проблемы автоматического выявления уязвимостей на разных стадиях жизненного цикла разра- ботки программного обеспечения. Предложенный подход применим для верификации аналогичных реализаций аллокаторов динамической памяти, таких как ptmalloc, dlmalloc, tcmalloc, jemalloc, musl.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

110
Представлена математическая модель разницы углов направления зубьев в зоне зацепления при цилиндрических и конических передачах, широко применяемых в приводах различных машин и агрегатов, а также в измеритель- ных устройствах. На основе выполненного анализа рассмотрено частное решение — математическая модель разницы углов направления зубьев в зоне зацепления, охватывающая факторы, создаваемые только конструк- тивными элементами шпоночных соединений. В результате численного эксперимента выявлено количественное влияние угловых отклонений элементов шпоночных соединений на разницу углов направления зубьев в зоне зацепления. Разница углов направления зацепляемых зубьев оказывается основным источником, влияющим на полноту контакта зубьев, что является одним из показателей надежности и эксплуатационных качеств зубчатых передач. Рассмотрены элементы шпоночных соединений в сопряжении вал-колесо. На основе проведенного анализа выявлен механизм влияния отклонений конструктивных параметров элементов шпоночных соединений на характер и позиции контакта зацепляемых зубьев. Предложены конструктивные и технологические направле- ния, обусловливающие минимизацию влияния погрешностей шпоночного соединения на образование разницы в углах направления зацепляемых зубьев. Даны рекомендации по применению многоступенчатых редукторов типа AN, в которых шпоночное соединение используется в сопряжениях вал-колесо только в ведущем и ведо- мом валах, а также по применению новой конструкции шпонки и шпоночного соединения, обеспечивающих самоподнастройку одного из зубьев (зубчатого колеса) в ходе их зацепления. Предложен эффективный способ наладки технологической системы при нарезании шпоночной канавки на валу.
118
Предмет исследования. Выполнен сравнительный анализ методов прогнозирования реакции пользователей на сообщение, опубликованное в социальных сетях, средствами машинного обучения. Предпочтение отдано методу, обеспечивающему наибольшую точность. Метод. Применены методы машинного обучения: метод опорных векторов, метод градиентного бустинга, случайный лес и многослойный перцептрон. В качестве референтной методики предсказания использован статистический метод регрессионного анализа — линейная регрессия. Векторизация записей для получения количественных характеристик их содержимого проведена методами «Bag of Words», TF-IDF, Word2Vec. Качество прогноза оценивалось с помощью коэффициента детерминации R2. Основные результаты. Численный эксперимент выполнен с использованием набора данных, собранных в социальной сети «ВКонтакте». Набор содержал информацию о подписчиках сообщества, публикациях, отметках «мне нравится», «рассказать друзьям» и комментариях к публикациям. Прогнозировалось количество отметок и число комментариев под размещенной публикацией в зависимости от ее содержания. Наиболее точные ре- зультаты получены при прогнозировании числа комментариев. Качество прогнозов количества отметок «мне нравится» и «рассказать друзьям» оказалось более низким. Практическая значимость. Результаты работы могут найти применение при анализе влияния новостей разного характера, в том числе «фейковых» новостей, на пользователей социальных сетей. Развитие методов предсказания позволит проводить планирование мер для ускорения или сдерживания распространения сообщений.  
125
Предмет исследования. Представлена математическая модель силовых преобразователей электропривода, питающихся от общего звена постоянного тока, на примере тяговых электроприводов карьерного самосвала БЕЛАЗ-90 мощностью 280 кВт. Модель выполнена в пакете MATLAB/Simulink. Новизна предложенной модели заключается в применении новой топологии силовой схемы для исследования работы двух инверторов, под- ключенных к одному звену постоянного тока. Представлена возможность исследования переходных процессов в распределенном звене постоянного тока с целью уменьшения пульсаций тока, как в конденсаторной батарее инверторов, так и в общем звене постоянного тока. Метод. В целях снижения пульсаций на аппаратном уровне предложен метод введения дополнительной индуктивности между конденсаторами инверторов. С этой же целью при широтно-импульсной модуляции на алгоритмическом уровне предложено введение фазового сдвига опор- ных сигналов двух параллельно работающих инверторов. Разработана математическая модель, позволяющая оценивать пульсации тока между инвертором и конденсатором звена постоянного тока и между конденсатором и источником питания. Основные результаты. Показано, что алгоритмический метод вдвое снижает пульсации тока между инвертором и конденсатором звена постоянного тока и до 10 раз снижает ток между конденсатором инвертора и источником питания. Практическая значимость. Предложенная модель может быть использована при проверке токовой нагрузки элементов силового преобразователя в процессе проектирования систем мно- годвигательного электропривода (станочные приводы, гибридные транспортные средства).
132
Рассмотрен выбор параметров периферийного стыковочного агрегата космического аппарата. В основе кине- матической схемы его стыковочного механизма лежит платформа Гью–Стюарта, конструктивная реализация линейных звеньев которой в работе называется штангами, а управляемого звена — стыковочным кольцом. Стыковочный механизм отличается способностью накопления, а не демпфирования кинетической энергии сбли- жения космических аппаратов. Для этого в каждой штанге размещено устройство накопления энергии, имеющее в своем составе нелинейный спиральный пружинный механизм. Устройство накопления энергии поглощает кинетическую энергию сближения космических аппаратов и не допускает ее возврата после достижения сцепки. Спиральный пружинный механизм реализует заданную диаграмму сжатия штанги и обеспечивает необходимую силу сопротивления сближению кораблей при стыковке. В работе приведены общий вид диаграммы сжатия штанги и ограничения, накладываемые на нее. Приведена методика выбора параметров и модель диаграммы сжатия штанги, отличающаяся введением переменного коэффициента жесткости. Приведена методика выбора параметров нелинейного спирального пружинного механизма по габаритам при заданных для них ограничениях. Предложенная методика находит применение при оптимизации устройств накопления энергии периферийного стыковочного агрегата.
141
Предмет исследования. Предложен метод осреднения уравнений движения. В различных разделах физики (ме- ханика, электродинамика и др.), а также при рассмотрении вибрационных процессов возникает необходимость осреднения имеющихся уравнений движения по некоторому масштабу времени. Чаще всего требуется рассмо- треть процессы в масштабе реального времени и исключить высокочастотные колебания. При этом процедура осреднения приводит к тому, что уравнения движения для «медленного» времени существенно меняют свой вид. Использование обычного среднего арифметического – в равной степени всех значений времени в заданном интервале — не позволяет решить задачу определения явного вида новых уравнений движения в масштабе «медленного» времени. Метод. Для процедуры осреднения предложено использовать интегральное преобразование с гладким нормированным ядром. В качестве ядра выбрана функция Гаусса, позволяющая эффективно «обрезать» высокие частоты и обладающая удобными алгебраическими свойствами. Построенный на этих свойствах алгебраический подход позволяет эффективно решать задачу осреднения — построение системы осредненных по некоторому масштабу уравнений. Основные результаты. Показано, что в результате осреднения по неко- торому малому масштабу времени появляются дополнительные слагаемые, зависящие от этого масштаба. Если в исходной системе уравнений движения отсутствуют скорости, то в новой осредненной системе появляются дополнительные слагаемые, зависящие не только от координат, но и от скоростей. Это позволяет объяснить природу диссипативных сил. При этом в построенном алгебраическом решении осреднения уравнения сохраняют первоначальный вид. Практическая значимость. Предлагаемый метод может быть применен к любой системе дифференциальных уравнений, в которой необходимо получить сглаженные решения. В частности, областью применения предложенного метода является механика деформируемого твердого тела и вибрационная механика.
147
Предмет исследования. Рассмотрены пространственные и частотные характеристики микрофонных решеток с продольной и поперечной архитектурой с двумя всенаправленными микрофонами и различными алгоритмами обработки. Методы. Исследование алгоритмов задержки и суммирования и дифференциальных алгоритмов выполнено с использованием и известных, и полученных аналитических выражений для передаточных функций и коэффициентов направленности. Основные результаты. Показано существенное преимущество дифферен- циальных алгоритмов по сравнению с алгоритмами задержки и суммирования при выделении целевых сигналов как в изотропном поле шума, так и в присутствии когерентных помех точечных источников. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при разработке компактных микрофонных решеток, а также микрофонных решеток с большим числом элементов.
МОДЕЛИРОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТИ МЕМБРАНЫ ПРИ ТОЧЕЧНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ 
Коробейников А. Г., Калинкина М. Е., Ткалич В. Л., Пирожникова О. И., Гришенцев А. Ю.
155
Предмет исследования. Рассмотрена задача нахождения аналитического решения математической модели и компьютерного моделирования процесса влияния сосредоточенного механического воздействия в заданной точке нагружаемого упругого тела. Предложены адекватные математическая модель и метод, обеспечивающие минимальное время решения на компьютере. В качестве объекта исследования выбрана абстрагированная прямо- угольная однородная пластина-полоса с закрепленными краями, нагружаемая сосредоточенным воздействием и имеющая пренебрежимо малую жесткость на изгиб. Абстракция заключается в концентрации основных свойств мембраны в одном параметре — скорости распространения упругих волн с отсутствием учета их затухания. Математическая модель объекта включает в себя однородное двумерное волновое уравнение с неоднородными начальными и однородными граничными условиями. Сосредоточенное воздействие задавалось в начальных условиях при помощи дельта-функции Дирака. Метод. Представленное математическое решение выполнено с применением метода Фурье и учитывает ортогональность в пространстве l2 синусоидальных функций, свойств дельта-функций Дирака и нулевые граничные условия. Решение обеспечивает минимальное время вычисления с применением компьютерных программ. Основные результаты. Представлен процесс вывода аналитического решения для выбранной математической модели сосредоточенного воздействия в конкретной точке прямо- угольной однородной пластины-полосы с закрепленными краями. Представленное решение легко реализуется на программном уровне. Модель позволяет исследовать поведение объекта при различных входных данных. Компьютерное моделирование выполнено с применением системы компьютерной алгебры Maple. Результаты моделирования влияния заданного точечного воздействия на конкретную однородную мембрану-полосу пред- ставлены в графическом виде. Показано изменение состояний поверхности мембраны в течение времени в случае нахождения точки воздействия не в центре мембраны. Практическая значимость. Представленное аналитическое решение позволяет фактически в режиме реального времени исследовать динамику состояний поверхности мембраны под воздействием известной нагрузки в зависимости от входных данных. В процессе моделирования отсутствует необходимость поиска решения двумерного волнового уравнения.

ОТ РЕДАКЦИИ

162
Ушел из жизни Юрий Григорьевич Якушенков, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой оптико-электронных приборов Московского государственного университета геодезии и картографии (МИИГАиК), член редколлегии журнала «Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики». Юрий Григорьевич окончил оптико-механический факультет МИИГАиК в 1960 году и посвятил всю свою жизнь работе в этом вузе. Занимал последовательно должности заведующего лабораторией, ас- систента, доцента и профессора кафедры. Здесь же защитил кандидатскую (1963 г.) и докторскую (1968 г.) диссертации. С 1972 года после образования кафедры оптико-электронных приборов был избран ее заведующим и возглавлял кафедру до последних дней жизни. В течение пятнадцати лет возглавлял факультет оптического приборостроения (позднее факультет оптико-информационных систем и технологий). Якушенков Ю.Г. был одним из первых организаторов подготовки инженеров-разработчиков оптико-электронных приборов в нашей стране. Его научные труды представлены 30 книгами, более 170 научными статьями, 27 авторскими свидетельствами на изобретение и патентами. Им впервые разработаны теоретические и методологические основы энергетических и точностных расчетов оптико-электронных систем различного назначения. Его учебник для оптических специальностей вузов «Теория и расчет оптико-электронных приборов» выдержал шесть изданий, переведен на английский язык, а в 2002 году удостоен премии Правительства РФ в области науки и техники. Среди учеников профессора Якушенкова Ю.Г. летчик-космонавт, дважды Герой Советского Союза Савиных В.П., руководители и ведущие специалисты предприятий оптической промышленности, лауреаты Государственных премий СССР и Российской Федерации. За научный труд «Разработка и внедрение образовательной системы подготовки высококвалифицированных кадров по оптоэлектронике» Юрий Григорьевич награжден премией Правительства РФ в области образования. Юрий Григорьевич награжден орденом Дружбы, медалью ордена «За заслуги перед отечеством II степени», медалью «За трудовое отличие» и другими государственными наградами. Ему присвоено звание «Почетный работник высшего профессионального образования Российской Федерации». С 2008 года и до последних дней жизни Юрий Григорьевич Якушенков входил в состав редакционной коллегии нашего журнала. Добрая память о нем навсегда останется в сердцах его коллег, учеников, последователей и друзей.  
Информация 2001-2020 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика