Предмет исследования. Исследованы структура, оптические и эксплуатационные свойства силиконовой пленки, нанесенной на поверхность кварцевого стекла в результате действия лазерного излучения на летучие компоненты, которые выделяются из образца силиконовой резины в замкнутом объеме. Метод. Исследование выполнено в рамках лазерного многопараметрического метода с помощью оригинальной установки, в состав которой входит твердотельный неодимовый лазер с длиной волны 1064 нм и параметрами лазерного импульса: энергией — 105 мДж, длительностью 11–14 нс и частотой следования 10 Гц. В эксперименте на выходе лазерного излучателя расположена герметичная тест-кювета, внутри которой размещен образец силиконовой резины. При прохождении лазерного излучения через внутренний объем тест-кюветы происходит взаимодействие летучих компонентов, выделенных из образца, с лазерным излучением. В результате процесса лазерно-индуцированного осаждения на оптических элементах тест-кюветы образуются зоны осаждения. Топология зон осаждения определена с помощью профилометра. Сравнение структурного состава исходного образца с продуктами осаждения выполнено с использованием сканирующего электронного микроскопа. Основные результаты. Получены зависимости коэффициентов площади зоны осаждения и ослабления от температуры и количества лазерных импульсов. Исследованы элементный состав, цвет, устойчивость к действию растворителя и толщина зон осаждения. Установлено, что с ростом температуры и количества лазерных импульсов коэффициенты площади и ослабления зон осаждения увеличиваются, цвет не изменяется, а устойчивость к действию растворителя возрастает. С ростом температуры зона осаждения, первоначально состоящая из микрофрагментов, становится сплошной, а с ростом количества лазерных импульсов ее толщина увеличивается. Толщина зоны осаждения неравномерно распределена относительно центра. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть применены при разработке содержащих силикон биочипов для диагностики и терапии состояния здоровья человека.

Предмет исследования. Представлены результаты разработки оптических органо-неорганических композиционных материалов, которые обладают высоким поглощением света в видимой части спектра и высоким отражением в ближней инфракрасной области спектра. Такие оптические материалы используются в качестве покрытий в промышленности и строительстве. Метод. Для создания оптических композитов использованы эпоксидные и эпоксидно-полиуретановые полимерные матрицы, содержащие неорганические полупроводниковые частицы (CuS, PbS, Fe3O4). При получении однородных композиционных материалов применены высокодисперсные порошки неорганических пигментов. Синтез дисперсных порошков сульфидов меди (CuS) и свинца (PbS) осуществлен методом химического осаждения из растворов в присутствии органического стабилизатора. Исследования кристаллической структуры и морфологии порошков неорганических пигментов выполнены методами оптической микроскопии и рентгенофазового анализа. Микротвердость по Виккерсу полученных композитов определена с помощью прибора ПМТ-3. Основные результаты. На основании данных рентгенофазового анализа выполнен расчет среднего размера кристаллитов по формуле Шеррера. Установлено, что свежеосажденные порошки CuS и PbS состоят из нанокристаллов, имеющих размер 11–20 нм. Данные оптической микроскопии свидетельствуют о формировании в порошках агрегатов полупроводниковых нанокристаллов. Эксперименты продемонстрировали, что все синтезированные композиты обладают низким коэффициентом отражения (менее 0,06) в видимой части спектра и повышенным коэффициентом отражения в ближней инфракрасной области спектра (0,13–0,15 и более). Результаты исследования показали, что применение эпоксидно-полиуретановых полимерных матриц обеспечивает большую микротвердость композиционных материалов, по сравнению с композитами на основе эпоксидных полимеров. Наибольшие значения микротвердости наблюдались в композиционных материалах на основе эпоксидно-полиуретановых полимеров, содержащих высокодисперсные частицы Fe3O4. Практическая значимость. Полученные в работе органо-неорганические композиты могут быть использованы в промышленности и строительстве в качестве материала черных светопоглощающих покрытий, которые характеризуются повышенным коэффициентом отражения света в ближней инфракрасной области спектра и высокой микротвердостью.

Предмет исследования. Рассмотрено решение проблемы идентификации частоты синусоидального сигнала с постоянными паратметрами. Данная задача актуальна при компенсации возмущений, управлении динамическими объектами и в ряде других задач. Предложен метод улучшения качества оценивания частоты синусоидального сигнала и обеспечения экспоненциальной сходимости к нулю ошибок оценивания. Метод. На первом этапе синусоидальный сигнал представлен как выходной сигнал линейного генератора конечной размерности. Параметры сигнала (амплитуда, фаза и частота) неизвестны. На втором этапе применены Жорданова форма матрицы и оператор запаздывания для параметризации синусоидального сигнала. После ряда специальных преобразований получено простейшее уравнение, содержащее произведение одного зависящего от частоты неизвестного параметра и известной функции времени. Для поиска неизвестного параметра использованы методы градиентного спуска и наименьших квадратов. Основные результаты. Представлен новый алгоритм параметризации синусоидального сигнала. Решение задачи основано на преобразовании модели сигнала к линейному регрессионному уравнению. Задача решена с использованием методов градиентного спуска и наименьших квадратов настройки на базе линейного регрессионного уравнения, полученного путем параметризации синусоидального сигнала. Выполнен анализ возможностей предложенного метода оценивания с использованием компьютерного моделирования в среде MATLAB (Simulink). Результаты моделирования подтвердили сходимость ошибок оценивания частоты к истинным значениям. Практическая значимость. Разработанный метод может быть эффективно применен для широкого класса прикладных задач, связанных с компенсацией или подавлением возмущений, описываемых синусоидальным или мультисинусоидальным сигналами, в частности в задачах управления надводным судном с компенсацией синусоидальных возмущений.

Повышение эффективности и сокращение расхода кремния при производстве солнечных элементов являются актуальными проблемами. Один из путей их решения — создание двух- и трехлицевых солнечных элементов. Выходная мощность солнечного элемента при двухстороннем освещении в 1,72 раза и при трехстороннем освещении в 2,81 раза превышает мощность односторонне освещенного (обычного) солнечного элемента. При освещении солнечного элемента светом высокой интенсивности актуальным становится учет температуры его нагрева. В работе исследовано влияние температуры на свойства многосторонне освещаемого солнечного элемента. Определен характер изменения температурных коэффициентов основных фотоэлектрических параметров кремниевых солнечных элементов при различных условиях (одно-, двух- и трехстороннего) освещения. Температурный коэффициент трехсторонне освещаемых солнечных элементов для напряжения холостого хода составил величину 2,52·10–3 В/К, коэффициент заполнения вольтамперной характеристики 1,8·10–3 К–1. При изменении температуры солнечного элемента от 300 до 350 К плотность тока короткого замыкания уменьшается всего на 4 %.

Предмет исследования. Среди факторов, потенциально являющихся причиной возникновения дорожно-транспортных происшествий, является усталость водителя, накапливающаяся во время поездки или присутствующая еще до ее начала. Распространенный признак усталости или утомления у водителя транспортного средства — зевота. Выявление признаков зевоты у человека способно охарактеризовать состояние усталости. Методы компьютерной обработки изображений активно применяются в задачах детектирования открытости рта и определения зевоты у человека. Однако такой подход обладает перечнем недостатков, к которым относятся различные окружающие условия работы и множество ситуационных вариантов зевоты для разных людей. Представлена схема детектора выявления признаков зевоты, заключающаяся в обработке изображений лица водителя с использованием методов анализа данных, компьютерной обработки изображений и сверточной модели нейронной сети. Метод. Сущность предложенного метода заключается в детектировании признаков состояния зевоты в поведении водителя в кабине транспортного средства на основе анализа последовательности изображений, полученных с видеокамеры. Показано, что возникновение состояния зевоты водителя сопровождается широким и продолжительным открытием рта. Длительная открытость рта сигнализирует о возникновении признаков зевоты у человека. Представлена концептуальная модель обнаружения открытости рта у человека, и разработана схема обработки и полуавтоматической разметки наборов данных YawDD и Kaggle Drowsiness Dataset. Разработанная модель сверточной нейронной сети показала точность равную 0,992 и полноту — 0,871 на тестовом 10 % наборе данных. Основные результаты. Предложенная схема детектора выявления призраков зевоты апробирована на тестовой выборке видео, сформированной набором данных YawDD: Yawning Detection Dataset. Данная схема детектирования успешно обнаружила 124 зевка среди всех видеофайлов из тестового набора данных. Доля правильно классифицированных объектов составила 98,2 %, точность — 96,1 %, полнота — 98,4 %, а F-мера — 97,3 % при определении признаков зевоты у водителя транспортного средства. Практическая значимость. Детектирование признаков зевоты в поведении водителя позволяет уточнить о нем информацию, и тем самым повысить эффективность существующих систем мониторинга водителя в кабине транспортного средства, ориентированных на предотвращение и снижение риска возникновения дорожно-транспортных происшествий. Предлагаемый подход может быть использован совместно с другими технологиями мониторинга поведения водителя при построении интеллектуальной системы поддержки водителя.

Предмет исследования. Обеспечение безопасности и надежности киберфизических систем является сложной исследовательской проблемой для разработки концепции «умного города». Технические неполадки или злонамеренные атаки на коммуникации между элементами системы могут поставить под угрозу всю систему и ее пользователей. Реализация репутационных систем — эффективная мера для обнаружения таких вредоносных агентов. Каждый агент в группе имеет свой показатель, который отражает, насколько он заслуживает доверия других агентов. Вместе с тем в сценарии, когда невозможно рассчитать показатель репутации на основе объективных характеристик, вредоносные или дефектные агенты негативно влияют на работу системы. Метод. Предложен подход, основанный на теории игр, для решения проблемы расчета начальных значений репутации и доверия. Введены концепция игры со смешанными стратегиями и индикатор вероятности. Возможные результаты использования различных стратегий агентами системы представлены с помощью матрицы выплат. Основные результаты. Для оценки эффективности подхода выполнено эмпирическое исследование с использованием программной среды моделирования. В качестве сценария реализации киберфизической системы рассмотрена система управления перекрестком с группой беспилотных автономных транспортных средств, цель которой бесконфликтное оптимальное прохождение перекрестка. Для имитации сценария атаки часть транспортных средств может передавать неверные данные другим участникам движения. Полученные результаты показали, что подход теории игр позволил увеличить количество обнаруживаемых нарушителей по сравнению с необработанной моделью репутации и доверия.

Предмет исследования. Представлена модель оценки состояния транспортных узлов движения общественного рельсового транспорта. Исследована зависимость скорости движения рельсового городского транспорта от влияния внешних случайных факторов, зависящих от человека (human factors). Учтены такие факторы, как движение других транспортных средств и пешеходов, ремонтные работы на участках дорог, а также плотность потока транспортных средств и пешеходов. Предложенная модель оценки транспортного узла содержит множество перекрестков, линий движения рельсового транспорта и полос смешенного движения в рамках правил дорожного движения. Метод. Решение задачи построено на методологии мультиагентных систем. Основа предложенного подхода — определение архитектуры отдельных агентов, входных параметров предполагаемых откликов системы. Для построения модели движения транспортных потоков с различными видами транспортных средств использована программная платформа PTV Vissim. Основные результаты. В ходе симуляции мультиагентной системы выявлена значительная зависимость скорости движения городского рельсового транспорта от плотности потока движения и наличия ремонтных работ. Отличительная особенность предложенного подхода — учет влияния человеческого фактора. Практическая значимость. Полученный подход может быть использован при проектировании транспортных узлов беспрепятственного движения беспилотного рельсового городского транспорта.

Предмет исследования. При расширении применения RFID (Radio Frequency Identification)-технологии в качестве способа маркировки импортируемых товаров все более актуальной становится проблема использования злоумышленниками дубликатов RFID-меток. На дубликат может быть записана информация о товаре, которая отличается от его фактических характеристик. В работе предложен алгоритм обнаружения RFID-дубликатов как метод достижения целостности сведений, которые поступают в информационные системы международной транспортировки товаров. Актуальность создания алгоритма определена потребностью снижения риска создания и использования импортерами RFID-дубликатов при трансграничном перемещении маркируемых товаров. Существующие алгоритмы обнаружения дубликатов не подходят для применения в системе RFID-маркировки импортируемых в Россию товаров. Предложенный алгоритм ограничивает возможности злоумышленника считывать с оригинальной RFID-метки сведения, необходимые для создания RFID-дубликата. Метод. Алгоритм основан на разделении Electronic Product Code (EPC)-области памяти RFID-метки на части и применении команды самоуничтожения метки (kill) для предотвращения несанкционированных считываний. Рассмотрены сценарии реализации алгоритма и определены риски его использования. Алгоритм представлен в виде графической модели на основе нотации Business Process Model and Notation (BPMN). Основные результаты. Оценка эффективности предлагаемого алгоритма проведена с использованием формулы гипергеометрической вероятности. В качестве исходных данных приняты результаты проведения выборочной проверки RFID-меток таможенными органами. Показано, что в сравнении с существующим подходом реализация алгоритма в программно-аппаратном комплексе создает условия повышения вероятности обнаружения RFID-дубликатов при условии проведения контроля только в отношении высокорисковых декларантов. Практическая значимость. Применение алгоритма снижает риск поступления искаженной или недостоверной информации в информационные системы международной транспортировки товаров и повышает обоснованность принимаемых юридических и экономических решений в информационных системах таможенных органов.

Предмет исследования. Предложено решение задачи сокращения набора стеганоаналитических методов определения размера вложения в пространственную область изображения, на примере количественных детекторов Least Significant Bits (LSB) стеганографии. Предположено, что методы могут отслеживать одни и те же закономерности в контейнерах, вследствие чего результаты их работы могут коррелировать. Представлены результаты разработки и тестирования методики редукции набора методов с учетом точности и достоверности для снижения вычислительной сложности стеганоаналитической экспертизы. Метод. Теоретическая база предложенного решения — приближение регрессии первого рода линейной регрессией второго рода для многомерных случайных величин. Для верификации результатов выполнен численный эксперимент. В качестве источника контейнеров применена коллекция BOSSbase. Вложения реализованы с шагом 10 % путем автоматизации стеганографических программ freeware-сегмента CryptArkan и The Third Eye c помощью AutoIt. Использованы стеганоаналитические методы Weighted Stego, Sample Pairs, Triples analysis, Asymptotically Uniformly Most Powerful detection, Pair of Values. Датасеты получены в среде MATLAB, программа реализована на языке Python. Для обеспечения воспроизводимости эксперимента датасеты и программный код представлены в Kaggle. Основные результаты. На основе экспериментальных данных рассчитаны интервальные оценки коррелированности методов для различных размеров стегановложения. Разработана методика в составе математической модели, алгоритма реализации модели и компьютерной программы. Практическая значимость. Предложенную методику целесообразно применять в задачах, где необходимо учитывать точность и достоверность. Такие оценки востребованы при осуществлении экспертно-криминалистической деятельности по вопросам, допускающим вероятностные выводы. С помощью данных оценок аналитик может варьировать количество методов в зависимости от доступных вычислительных мощностей и временных рамок исследования.

Предмет исследования. Предложен метод автоматической классификации пространственных объектов на изображениях в условиях ограниченного набора данных. Исследована устойчивость метода к искажениям, которые часто возникают на изображениях в силу природных явлений и частичном перекрытии объектов городской инфраструктуры. Для получения высокой точности классификации с помощью существующих подходов требуется большая обучающая выборка, включая наборы данных с искажениями, что значительно увеличивает вычислительную сложность. Метод. Предложен метод двухэтапного топологического анализа изображений. Топологические признаки первоначально извлекаются при анализе изображения в диапазоне яркостей от 0 до 255, а затем от 255 до 0. Эти признаки дополняют друг друга и отражают топологическую структуру объекта. При определенных деформациях и искажениях структура объекта в виде извлеченных признаков сохраняется. Преимущество метода — небольшое количество эталонов, что снижает вычислительную нагрузку при обучении по сравнению с нейросетевым подходом. Основные результаты. Выполнено исследование и сравнение предложенного метода с современным нейросетевым подходом. Исследование проведено на наборе данных DOTA (Dataset for Object deTection in Aerial images), содержащем снимки пространственных объектов нескольких классов. При отсутствии искажений на изображении нейросетевой подход показал точность классификации свыше 98 %, а при использовании предложенного метода около 82 %. Также в работе применены искажения изображений: поворот на 90°, сужение и обрезание края на 50 %, а также их комбинации. Предложенный метод показал свою устойчивость и превзошел нейросетевой подход. В самой сложной комбинации теста снижение точности классификации нейросетевого подхода составило 46 %, в то время как для предложенного метода только 12 %. Практическая значимость. Предложенный метод целесообразно использовать при большой вероятности появления искажений на изображениях. Такие искажения возникают в сфере геоинформатики при анализе объектов разных масштабов, при различных погодных условиях, частичном перекрытии одного объекта другим, при наличии тени и других факторов. Возможно использование предложенного метода в системах технического зрения промышленных предприятий при автоматической классификации типа деталей наложенных объектов.

Исследования кибербезопасности больших данных в последние годы стали привлекать большое внимание благодаря разработке передовых классификаторов машинного и глубокого обучения. Новые алгоритмы классификаторов значительно улучшили системы обнаружения вторжений. На производительность классификаторов положительно влияют наиболее релевантные функции, в то время как наличие менее релевантных функций отрицательно влияет на их производительность. Учет всех атрибутов, особенно атрибутов высокой размерности, увеличивает вычислительную сложность. По этой причине, важно уменьшить размерность атрибутов для повышения производительности классификатора. Для достижения этой цели представлен эффективный подход к снижению размерности атрибутов посредством разработки метода нечеткого оптимизированного анализа независимых компонентов (Fuzzy Optimized Independent Component Analysis, FOICA). Стандартный независимый компонентный анализ (Independent Component Analysis, ICA) сочетается с нечеткой энтропией для преобразования атрибутов высокой размерности в атрибуты низкой размерности и помогает в выборе высокоинформативных атрибутов низкой размерности. Выбранные функции передаются в эффективные гибридные классификаторы, а именно в гиперэвристические машины опорных векторов (Hyper-heuristic Support Vector Machines, HH-SVM), гиперэвристические машины опорных векторов с улучшенной оптимизацией роя частиц (Hyper-Heuristic Improved Particle Swarm Optimization based Support Vector Machines, HHIPSO-SVM) и сверточные нейронные сети на основе гиперэвристического алгоритма светлячков (Hyper-Heuristic Firefly Algorithm based Convolutional Neural Networks, HHFA-CNN) для классификации данных кибербезопасности и выявления вторжений. Проведены эксперименты с использованием двух наборов данных о кибербезопасности и лабораторных данных в реальном времени. Полученные результаты подтвердили превосходство предложенной модели Intrusion Detection Systems на основе уменьшения размерности FOICA.

Защищенная передача данных между пользователями важна для систем связи. Большое распространение получили криптографические схемы для защищенной и скрытой передач информации в облачной среде между пользователями. В данной среде возникает множество проблем с безопасностью, такие как взлом учетных записей, утечка данных, нарушение аутентификации, скомпрометированные учетные данные и др. Применение принципов квантовой механики в криптографии повысило ее эффективность для решения проблем безопасности данных, передаваемых на аутсорсинг в облачной среде. В работе предложено решение обеспечения повышенной безопасности для пользователей облачных сервисов за счет применения модели быстрой генерации ключей для криптографии Quantum Key Distribution (QKD). Квантовое распределение ключей представляет собой безопасную схему, известную как Cloud QKDP. Для синхронизации канала генерируется случайная битовая последовательность при этом злоумышленник не может синхронизировать параметры между каналами. В методе согласования ключей случайная битовая последовательность объединена с состоянием поляризации фотона. Первый протокол квантового распределения ключей BB84 улучшен за счет оптимизации его битового размера с помощью FireFly Optimization в состоянии совместимости. В следующем состоянии передатчик и приемник генерируют необработанный ключ. Далее с помощью ключа выполняется передача сообщений между пользователями облака. Для реализации предложенной архитектуры использована среда Python. Точность представленной модели достигает 98 %, а уровень ошибок не превышает 2 %. Выполненные эксперименты показали, что модель генерации ключей Swift на основе алгоритма оптимизации Firefly для QKD работает эффективнее, чем известные алгоритмы.

Предмет исследования. Повсеместное увеличение объемов обрабатываемой информации на объектах критической информационной инфраструктуры, представленной в текстовой форме на естественном языке, создает проблему ее классификации по степени конфиденциальности. Успех решения данной задачи зависит как от самой модели-классификатора, так и от выбранного способа извлечения признаков (векторизации). Требуется максимально полно передать модели-классификатору свойства исходного текста, содержащие всю совокупность демаркационных признаков. В работе представлена эмпирическая оценка эффективности алгоритмов линейной классификации, основанная на выбранном способе векторизации, а также значении количества настраиваемых параметров в случае применения векторизатора хеширования (Hash Vectorizer). Метод. В качестве датасета для обучения и тестирования алгоритмов классификации использованы государственные текстовые документы, условно выступающие в роли конфиденциальных. Выбор подобного текстового массива обусловлен наличием специфической терминологии, повсеместно встречающейся в рассекреченных документах. Терминированность, являясь примитивной демаркационной границей и выступая в роли классификационного признака, облегчает работу алгоритмов классификации, что в свою очередь позволяет сконцентрировать внимание на той доли вклада, которую вносит выбранный способ векторизации. Метрикой оценки качества работы алгоритмов выступает величина ошибки классификации. За величину ошибки принята величина, обратная доле правильных ответов алгоритма (accuracy). Проведена оценка алгоритмов по времени обучения. Основные результаты. Полученные гистограммы отражают величину ошибки алгоритмов и время обучения. Выделены наиболее и наименее эффективные алгоритмы для конкретно заданного способа векторизации. Практическая значимость. Результаты работы позволяют повысить эффективность решения реальных практических классификационных задач текстовых документов небольшого объема со свойственной специфической терминологией.

Предмет исследования. Предложено новое решение распознавания эмоционального состояния человека (радость, удивление, грусть, гнев, отвращение, страх и нейтральное состояние) по выражению лица. Наряду с традиционной вербальной коммуникацией эмоции играют значительную роль при определении истинных намерений для реализации коммуникативного акта в различных практических сферах деятельности. Существует большое количество моделей и алгоритмов распознавания эмоций человека по классам и их применения для сопровождения коммуникативного акта. Известные модели дают невысокую точность распознавания эмоциональных состояний. Методы. Для классификации выражений лиц построены два классификатора, реализованные в библиотеке Keras: ResNet50, MobileNet, и предложена новая архитектура классификатора сверточной нейронной сети. Обучение классификаторов осуществлено на наборе данных FER 2013. Основные результаты. Сравнение результатов работы выбранных классификаторов показало, что предложенная модель имеет наилучший результат по точности валидации (60,13 %) и размеру (15,49 МБ), при этом функция потерь составляет 0,079 для точности и 2,80 — для валидации. Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы для распознавания признаков стресса и агрессивного поведения человека в системах обслуживания населения и в сферах, при наличии общения с большим количеством людей.

Предмет исследования. Предложен подход к управлению развитием персонала сервис-ориентированных ИТ-компаний. Подход основан на параметрической модели обучения высококвалифицированного персонала и реализован с использованием интеллектуальных алгоритмов. Метод. Параметризация модели обучения выполнена на основе теории грубых множеств. Для реализации интеллектуальных алгоритмов применены технологии тематического моделирования с аддитивной регуляризацией (Additive Regularization Thematic Model), использования специальной среды для текущей разработки конфигурации информационных систем и анализа формальных концептов (Formal Concept Analysis). Основные результаты. Для разработанного подхода создан набор методик, который реализован в виде библиотеки программных средств. Оценка эффективности предложенного решения реализована на наборе данных, содержащих результаты обработки 2948 заявок на обслуживание, обработанных сотрудниками сервис-ориентированной ИТ-компанией в течение четырех месяцев. Результаты экспериментальной оценки показали, что использование предложенного набора методик и библиотеки программных средств увеличило от 31 до 54 % эффективность работы сервис-инженеров по ключевым показателям. Практическая значимость. Применение разработанного подхода позволит оперативно адаптировать квалификацию персонала сервис-ориентированных ИТ-компаний в условиях быстрой смены производственных задач и рабочего окружения без отрыва от рабочего процесса.

Предмет исследования. В условиях плавания судна при воздействии качки появляются динамические погрешности компаса, обусловленные влиянием перераспределенных магнитных масс судна, а также воздействием центростремительного и тангенциального ускорений. Влияние этих погрешностей может быть скомпенсировано введением в измерительную схему компаса системы коррекции, в которой используется один гироскопический датчик угловой скорости. Метод. Метод коррекции основан на применении в схеме гироскопического датчика угловой скорости с вертикально расположенной осью чувствительности. Формируемый сигнал представляет собой разность выходного показания магнитного компаса и проинтегрированного сигнала датчика угловой скорости, который не чувствителен к действию переносного ускорения и перераспределенных магнитных масс при крене судна. Полученная разность будет содержать погрешность компаса от воздействия качки, которая в дальнейшем компенсируется в выходном сигнале компаса. Выбор параметров динамических звеньев схемы для реализации системы коррекции и исследования ее работы выполнен методом имитационного моделирования с использованием предложенного аналитического выражения для погрешности магнитного компаса от воздействия качки. Выполнено сравнение результатов моделирования с результатами экспериментальных исследований компаса, проведенных с использованием специализированного стенда, который имитирует рыскание судна и позволяет изменять значение вектора напряженности магнитного поля Земли при воздействии на магнитную систему компаса. Основные результаты. Экспериментальные исследования компаса показали, что коэффициент коррекции погрешности от качки при изменении периодов угловых колебаний объекта от 6 до 28 с, который характеризует степень подавления качки, находится в диапазоне 0,16–0,48 (среднее значение 0,35), а при проведении моделирования среднее значение коэффициента — 0,21. Заниженная оценка коэффициента коррекции при моделировании обусловлена отсутствием учета динамических свойств картушки компаса и зависит от соотношения периодов собственных колебаний картушки и периодов возмущающих воздействий. Практическая значимость. Полученные результаты подтвердили высокую эффективность рассматриваемой системы коррекции компаса, а также требуемое качество разработанного специализированного стенда для оценки его работы. Результаты исследования могут найти применение при разработке современных магнитных компасов, для обеспечения высокой точности указания курса за счет использования предлагаемой системы коррекции.

Предложена новая аналитическая модель тока стока в устройствах AlGaN-GaN транзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT) на основе полиномиального выражения для уровня Ферми как функции концентрации носителей заряда. В ходе исследования изучено влияние паразитных сопротивлений (стороны истока и стока), высокоскоростного насыщения, количества алюминия в барьере AlGaN и низкой подвижности поля. Для выделения выходных характеристик, частоты среза и крутизны разработаны параметры гиперчастотного сигнала. Сравнение аналитических расчетов с экспериментальными измерениями подтвердило справедливость предложенной модели.

Предмет исследования. Исследована возможность корректной замены недостающих значений в наборах кислотно-основного состояния в артерии и вене в разных группах пациентов с различными исходами заболевания: «выписан», «умер», «переведен в другое медицинское учреждение». Рассмотрены перспективы применения индивидуальных оптимизационных многомерных оценок данных биомедицинских параметров в виде проекций на одномерное пространство. Решение поставленных задач необходимо для полноценного использования медицинских данных при анализе больших хранилищ информации медицинских организаций и предоставления врачам из большого круга показателей о здоровье пациентов верифицированных многомерных оценок биомедицинских систем. Методы. Применен статистический метод для проверки корректности в наборах данных вменения с использованием процедур дискриминантного анализа. Выполнена оценка импутированного набора данных для получения оптимизированной симметричной корреляционной матрицы и сопутствующих логарифмов критериальных функций. Получены индивидуальные системные оценки состояния каждого пациента в разных группах пациентов в определенный момент исследования. Применен метод вычисления многомерной статистики Хотеллинга T2 для выявления различий в логарифмах критериальных функций параметров кислотно-основного состояния между группами пациентов с различными исходами. Результаты. Показана корректность применения процедур дискриминантного анализа для проверки вменения наборов данных. Выявлены статистически значимые отличия логарифмов критериальных функций показателей кислотно-основного состояния между венозной и артериальной кровью и биохимических параметров крови на основе многомерной статистики Хотеллинга T2 между группами пациентов с различными исходами. Практическая значимость. Доказано, что импутация данных значительно увеличивает объем и представительность исследуемой выборки. Продемонстрировано, что замещенные данные позволяют проводить системную статистическую оценку совокупности параметров организма на основе расчета логарифмов критериальных функций кислотно-основного состояния. Такие логарифмы позволяют точно различать пациентов по исходам в трех группах: «выписанные», «умершие», «переведенные в другое медицинское учреждение». Показаны 100 % различия биохимических показателей по многомерной статистике Хотеллинга T2 между указанными тремя группами пациентов с COVID-19. Результаты исследования могут быть применены при разработке информационных систем отдельных медицинских биохимических и гематологических приборов и анализаторов и в перспективе соответствующих систем искусственного интеллекта.

Предмет исследования. Рассмотрен основанный на решении задачи машины Дубинса подход к формированию опорных траекторий движения подвижных объектов (судов, беспилотников) из начальной в заданную конечную конфигурацию. Движение происходит за минимальное время с учетом ограниченной управляемости объектов по угловым скоростям и действия на них постоянных по величине и направлению внешних возмущений. Метод. Предложено вместо аналитического исследования прямой и сопряженной систем, вытекающих из принципа максимума Понтрягина, и оставаясь в парадигме задачи машины Дубинса, воспользоваться простым перебором возможных типов траекторий с целью определения среди них наилучшей по быстродействию. Для каждой траектории расчет точек переключения управления на траектории производится на основе минимизации разности расстояния между координатами конечной заданной точки и точки, в которую траектория приходит в зависимости от выбора параметров двух промежуточных точек переключения управления. Основные результаты. Решена задача поиска наилучшей по быстродействию траектории движения объекта из одной точки в другую с использованием подхода Дубинса, причем для обеих точек заданы их координаты и курсовые углы. Все расчеты произведены с учетом искажающих траекторию постоянных по величине и направлению внешних воздействий. Задача поиска кривых Дубинса сводится к поиску параметров двух промежуточных точек, в которых происходит смена управления. Рассмотрены возможные варианты смены управлений с учетом имеющихся ограничений. Вычислены длины траекторий движения и выбрана наилучшая по времени прохождения. Предложенный метод рассматривает нескольких допустимых по ограничениям траекторий, учитывающих влияние внешнего воздействия, из которых перебором выбирается оптимальная. Наличие нескольких допустимых траекторий дает преимущества при выборе траектории в зависимости от окружающей обстановки. Практическая значимость. Вместо решения задачи нелинейной оптимизации принципа максимума Понтрягина использован простой перебор возможных типов траекторий с целью определения среди них наилучшей по быстродействию. Поиск каждой из возможных траекторий выполняется из условия минимизации невязки аналитического решения и краевого условия на конце траектории. При поиске возможных траекторий учтены ограничения на управление, влияние постоянных по величине и направлению внешних воздействий и постоянство значения управления на каждом участке траектории. Выполнение данных ограничений позволяет правильно моделировать движение судна. Физически ограничения на управление (радиус поворота) связаны с тем, что не все значения угла поворота руля реализуемы на практике. Ограничения могут быть связаны не только с величиной радиуса поворота, но и с географическими особенностями конкретной местности: для беспилотных летательных аппаратов — здания и рельеф, а для судов — береговая линия, мели, острова и другие. В связи с этим может оказаться, что найденное оптимальное по быстродействию решение не может быть реализуемым на практике. Тогда предложенный в работе метод предоставляет возможность выбора другой траектории среди менее оптимальных по быстродействию.

Предмет исследования. В работе предложена математическая модель процесса эпидемии, учитывающая зависимость интенсивностей излечения и потери иммунитета от времени. На сегодняшний день большое распространение получили математические модели эпидемий, основанные на базовой модели Кермака–Маккендрика. Среди них наиболее известны модели «Восприимчивые–инфицированные–выздоровевшие» (Susceptible-Infected-Recovered, SIR) и «Восприимчивые–контактные–инфицированные–выздоровевшие» (Susceptible-Exposed-Infected-Recovered, SEIR). Основу данных моделей составляет разбиение населения на отдельные группы, находящиеся в разных эпидемических состояниях. В основу описания моделей положены дифференциальные уравнения, аналогичные уравнениям рождения и гибели в процессе радиоактивных превращений элементов в радиоактивной цепочке. Однако подобный подход не учитывает зависимость вероятностей перехода населения из группы в группу от времени пребывания в процессе лечения и в процессе утрачивания приобретенного иммунитета. Известные модели не предусматривают анализ характера протекания эпидемии для больших промежутков времени, когда процесс может войти в стационарное состояние. Метод. В работе предложена математическая модель, которая основана на разбиении населения на отдельные группы. Первую группу составляют здоровые люди, подверженные инфицированию вследствие контакта с членами второй группы, в которую включается инфицированное население. Члены третьей группы находятся на лечении, к четвертой группе относятся переболевшие члены общества с антителами и привитые. Пятую группу составляют умершие члены общества. В отличие от SIR и SEIR моделей в предложенном подходе учтено, что с течением времени иммунитет утрачивается, и выжившие люди снова переходят в группу подверженных инфицированию. Учтены зависимости вероятностей перехода населения из группы в группу от времени пребывания как в процессе лечения, так и в процессе утрачивания приобретенного иммунитета. Таким образом, предложенная математическая модель основана на пяти интегро-дифференциальных уравнениях, два из которых являются уравнениями в частных производных. Основные результаты. Сформулирована новая математическая модель, позволяющая учитывать зависимость интенсивности излечения и вероятности перехода из вакцинированного состояния в исходное от времени нахождения в соответствующем состоянии. Показано, что предложенная модель носит автокаталитический характер. При увеличении времени наблюдается состояние бистабильности, когда при одних и тех же граничных условиях сосуществуют два стабильных состояния. Переключение между состояниями определяется найденным в работе управляющим параметром распространения эпидемии. Одно из стабильных состояний — стационарное и приводит к окончанию эпидемии, второе — к вымиранию популяции. Показано, что для стационарного режима вид функции распределения по времени лечения и времени выдержки в вакцинированном состоянии никак не сказывается на окончательном результате. Сформулированы условия подавления эпидемии для управления процессом ее развития. Проведены численные эксперименты по симуляции процесса распространения эпидемии с учетом постоянства всех переходных вероятностей. Интегрирование исходной системы уравнений осуществлено с использованием алгоритма Radaus для жестких дифференциальных уравнений. Результаты численного моделирования подтвердили соответствие экспериментальных данных теории управляющего параметра. Практическая значимость. Результаты работы могут применяться для организации управления процессом распространения эпидемии с целью ее скорейшего подавления за счет изменения значения управляющего параметра.

Предмет исследования. Рассмотрены закономерности импульсного истечения смеси воздуха и мелкодисперсного порошка, который частично заполняет выбросной цилиндрический канал в одномерном и двумерном случаях. Метод. Динамика газодисперсной среды описана в рамках эйлерового континуального подхода с различными скоростями и температурами газа и частиц порошка. В равновесном приближении построены аналитические автомодельные решения. Для численного решения задачи использован гибридный метод крупных частиц второго порядка точности по пространству и времени. Сопоставление точных автомодельных и численных решений подтвердили достоверность метода. Основные результаты. Истечение смеси газа высокого давления и частиц порошка носит ярко выраженный волновой характер, который связан с распадом начального разрыва, движением и преломлением волн на границе раздела сред внутри канала, а также отражением волн от его дна. Установлены характерные временные интервалы волнового процесса и соответствующие им распределения газодинамических величин. В зависимости от обобщенной автомодельной переменной давление, плотность и скорость смеси являются монотонными функциями, а профиль удельного (на единицу поперечного сечения) массового расхода имеет максимум в выходном сечении. Определены безразмерные параметры и удельный массовый расход двухфазной среды в выходном сечении выбросного канала. В случае ограниченного размером камеры высокого давления канала изучена двумерная физическая картина формирования и эволюции газодисперсной смеси. На начальном этапе истечения наблюдается «аномальная» группировка частиц порошка с образованием ударно-волновой структуры на дозвуковом режиме течения несущего газа. После выхода слоя порошка за пределы канала, истекающий из него чистый газ ускоряется до сверхзвуковой скорости, и развивается интенсивное вихревое движение в следе газодисперсной струи. Практическая значимость. Расчетные значения параметров позволяют обосновать достижимый уровень технических характеристик (скорости, массового расхода) потока рабочей газодисперсной среды импульсных порошковых устройств. Предложенная методика и полученные результаты являются основой принятия рациональных решений на ранних этапах проектирования и подготовки исходных данных по конструктивным и режимным параметрам для проведения испытаний прототипов импульсных порошковых технических устройств.

Предмет исследования. В работе выполнено исследование возможностей, предоставляемых новыми информационными технологиями, средствами объектно-ориентированного программирования и современными операционными системами, для решения краевых задач механики сплошной среды, описываемых дифференциальными уравнениями в частных производных. Для дискретизации основных уравнений применены методы конечных разностей и конечных объемов. Рассмотрена реализация данных методов с векторизованными сеточными структурами, включая обращение к внутренним и граничным ячейкам сетки, а также особенности реализации алгоритмов в особых точках расчетной области. Метод. Для решения краевых задач, описываемых дифференциальными уравнениями в частных производных, разработан подход к построению векторизованных алгоритмов и рассмотрены особенности их программной реализации в пакете MATLAB с использованием средств пользовательского программирования. Векторизация в таких задачах, для исключения вложенных циклов, обеспечена за счет организации данных и использования векторизованных операций обращения к сеточным узлам. Разработанные алгоритмы, с одной стороны, широко используют функции MATLAB, предназначенные для обработки векторов и разреженных матриц, а с другой, отличаются высокой эффективностью и скоростью счета. Основные результаты. Проведено численное решение ряда задач механики сплошной среды, связанных с расчетами напряжений в твердом теле, а также поля скорости и температуры в потоке вязкой несжимаемой жидкости. Показаны особенности дискретизации основных уравнений и реализации конечно-разностных и конечно-объемных алгоритмов. Практическая значимость. Применение системы MATLAB открыло широкие возможности по формализации и реализации конечно-разностных и конечно-объемных методов численного решения краевых задач механики сплошной среды. Несмотря на то, что возможности разработанных алгоритмов иллюстрируются на примере решения достаточно простых задач, они допускают сравнительно простое обобщение на более сложные задачи, например решение уравнений Эйлера и Навье–Стокса. В рамках работы подготовлены расчетные модули, реализованные при помощи средств пользовательского программирования, которые расширяют возможности пакета MATLAB и ориентированы на решение задач механики сплошной среды.

Выполнение моделирования и точной оценки канала беспроводной связи в стандарте Long-Term Evolution (LTE) необходимо для работы многочисленных приложений, таких как потоковое видео, а также для эффективного использования полосы пропускания и энергии. Это связано с постоянным увеличением трафика данных и развитием интернета вещей. Существующие исследования в основном направлены на изучение моделей оценки канала с использованием традиционных алгоритмов вычисления минимальной среднеквадратичной ошибки Minimum Mean Square Error (MMSE) и наименьших квадратов Least Square (LS). Предложенная модель позволяет улучшить оценку канала в мобильных сетях стандарта LTE. Модель основана на объединении методов наименьших квадратов и наименьшей среднеквадратической ошибки с применением Тагучи-генетического алгоритма и алгоритма оптимизации роя частиц Particle Swarm Intelligence (PSO). Приведен пример сети LTE, работающей в диапазоне 5,8 ГГц. Случайные пилотные сигналы следуют вместе с данными для получения сведений о канале, помогают декодировать сигнал в приемнике и оценивать LS и MMSE за счет сочетания Тагучи-генетического алгоритма и PSO соответственно. Выполнена оценка эффективности модели по частоте битовых ошибок Bit Error Rate (BER), отношению сигнал/шум и среднеквадратической ошибки. С учетом величины BER представленная модель на основе искусственного интеллекта обеспечивает лучшие результаты по сравнению с MMSE на 2,4 дБ и с LS – на 5,4 дБ.

Цифровизация здравоохранения во многом опирается на аналитику данных, большинство которых содержится в медицинских информационных системах. Такие системы собирают информацию из разнородных источников, в том числе из электронных медицинских карт. Повышение качества данных электронных медицинских карт — современный вызов разработчикам информационных систем для медицинских учреждений. На пути к преодолению проблем человеко-машинного взаимодействия, повышения полноты и достоверности медицинской информации разработана система поддержки принятия решений с расширенным набором вспомогательных функций. В работе исследована применимость существующей системы принятия решений на примере медицинских данных пациентов с артериальной гипертензией. Проведено тестирование системы поддержки принятия решений среди врачей-специалистов. Выполнена оценка влияния предложенной системы на количество ошибок при заполнении электронной медицинской карты. Создан отдельный программный модуль, интегрированный в рабочую версию медицинской информационной системы «qMS» в ФГБУ «НМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России. Тестовое внедрение системы позволило снизить количество ошибок и повысить удовлетворенность представленной информацией у пациентов с артериальной гипертензией.