Аннотации номера

ФОТОНИКА И ОПТОИНФОРМАТИКА

Исследование дисперсионных свойств конгруэнтного кристалла ниобата лития терагерцовом диапазоне частот
Шумигай В. С., Опарин Е. Н., Набилкова А. О., Мельник М. В., Цыпкин А. Н., Козлов С. А.
635
Предмет исследования. В терагерцовом диапазоне частот рассмотрены дисперсионные кривые показателя конгруэнтного ниобата лития (cLN), срезанного перпендикулярно осям x и z. Метод. В исследовании применен метод терагецовой спектроскопии с разрешением во времени, основанный на измерении эллиптичности пробного пучка, прошедшего через изначально изотропный детектирующий кристалл, который при воздействии терагерцового поля становится двулучепреломляющим. Величина наведенного двулучепреломления пропорциональна амплитуде терагерцового поля. С помощью фурье-анализа терагерцового импульса, прошедшего через кристалл cLN, и опорного импульса, не взаимодействующего с объектом, построены частотные зависимости показателя преломления и коэффициента поглощения исследуемого объекта. Основные результаты. Представлены дисперсионные кривые показателя преломления для действительной части показателя преломления кристалла cLN, срезанного вдоль плоскостей (100) и (001), в диапазоне частот 0,25–1,25 ТГц. Выполнено моделирование распространения полуторапериодного импульса в средах с дисперсиями на основании данных научных работ других авторов. В результате найдены временные формы выходных сигналов. Сделан вывод о неточности дисперсионных кривых из выбранных работ. Выявлены параметры, оптимизация которых позволила устранить неточности отображения дисперсионной зависимости для высокочастотной области терагерцового спектра. Практическая значимость. Полученные результаты о дисперсии очень важны для проектирования устройств, основанных на нелинейно-оптических эффектах. Полученные результаты полезны для генерации разностных частот, оптического выпрямления и генерации терагерцового излучения, а также для областей, где требуются точные данные о терагерцовых дисперсионных свойствах нелинейных кристаллов, в том числе cLN.

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

643
Предмет исследования. В работе рассмотрено влияние наведенных механических напряжений, вызванных герметизацией стеклоприпоем пары оптических двулучепреломляющих волокон с эллиптической напрягающей оболочкой на величину коэффициента поляризационной экстинкции. Предложен вариант с размещением в области герметизации нерабочих волокон для создания симметрии наведенных механических напряжений. Выполнено экспериментальное исследование вклада наведенных механических напряжений на величину коэффициента поляризационной экстинкции. Проведена оценка влияния температуры на коэффициент поляризационной экстинкции в области герметизации оптических двулучепреломляющих волокон. Метод. Герметизация волокон в металлической трубке произведена путем плавления преформы стеклоприпоя индукционным нагревателем. Оценка коэффициента поляризационной экстинкции получена методом широкополосной интерферометрии с использованием сканирующего поляризационного интерферометра Майкельсона. Основные результаты. Измерена величина коэффициента поляризационной экстинкции в четырех образцах с длиной рабочих волокон 4 м. Эксперимент показал, что создание изометрии структуры в области герметизации с помощью добавления нерабочих волокон позволило уменьшить степень изменения коэффициента поляризационной экстинкции с 0,082 дБ/К до 0,035 дБ/К в температурном диапазоне от минус 15 °C до плюс 70 °C. Полученный результат позволил произвести герметизацию нескольких волокон в одной трубке для уменьшения габаритов устройств. Практическая значимость. Выполненное исследование может быть полезно в разработках оптоэлектронных устройств, где требуется герметизация выводов двулучепреломляющего оптического волокна в металлическом корпусе.
650
Предмет исследования. Существующие международные юридические акты, инструменты и процедуры не гарантируют обеспечения паритетных условий для освоения и использования космического пространства. Необходимы средства объективного контроля космических аппаратов, на борту которых могут находиться изделия с делящимися материалами. Инспекция таких объектов может проводиться методами рентгенофлуоресценции. Однако в рассматриваемой предметной области применение подобных методов мало изучено. В данной работе предложен метод получения спектров рентгенофлуоресцентного излучения материалов, исследуемого объекта на основе расчета пространственно-энергетических характеристик рентгеновского излучения. Метод. Спектры рентгенофлуоресцентного исследования объектов получены на основе расчета пространственно-энергетических характеристик рентгеновского излучения по разработанным авторами оригинальным геометрической (математической) и имитационным моделям. При расчетах учтена сложная слоистая система объекта с учетом долей высокоэнергетического флуоресцентного излучения вышележащих слоев. Предложен численный эксперимент с использованием программы, которая позволяет выбрать проекции объекта, подвергаемого рентгеновскому облучению, длину волны и интенсивность параметров излучателя. С помощью полученного пространственно-энергетического распределения квантов излучения и физических свойств среды прохождения излучения решена задача поиска координат и углов пересечения треков пучков квантов в каждой области объекта. Результат программной обработки отображен в виде результирующего спектра. Полученный спектр позволил сделать вывод о химическом составе материалов инспектируемого объекта. Пучок рентгеновского излучения, достигающий объекта, смоделирован в виде пятна площадью, соизмеримой с сечением аппарата в виде выбранного геометрического примитива — квадрата. Площадь пятна падающих фотонов рассчитана по заранее задаваемому углу расхождения. Основные результаты. На основе открытых научных работ выбрана физическая модель объекта с ядерными делящими материалами W88 (США). Приняты следующие характеристики рентгеновских пучков (подпучков): когерентный пучок фотонов с длиной волны 0,005 нм; угол рассеяния пучка 1°, число квантов от 1·1015 (для дистанции облучения 10 м) до 1·1021 (для дистанции 10 км); площадь детектора излучателя 4 м2. Получен результирующий спектр рентгеновской флуоресценции, представляющий химический состав узлов и блоков аппарата и объекта, находящегося внутри. Наличие на борту объекта специфических изделий подтверждается характеристическими линиями с нормированными длинами волн, которые демонстрируют присутствие химических элементов радиоактивного ряда. Практическая значимость. Полученные результаты могут найти применение при разработке оборудования и программного обеспечения устройств космических аппаратов, при контроле наличия распадающихся материалов на борту инспектируемого аппарата.
Волоконно-оптический амплитудный датчик направления и величины изгиба
Дмитриев А. А., Гребнев К. В., Смирнов Д. С., Варжель С. В.
659
Предмет исследования. Предложен вариант реализации волоконно-оптического датчика направления и величины изгиба. В отличие от известных спектральных измерительных комплексов, рассматриваемое решение предполагает использование амплитудной методики опроса, позволяющей увеличить быстродействие сенсора, применив более простые и доступные компоненты. Метод. Исследован чувствительный элемент на основе специальных дифракционных структур, который состоит из пар чирпированных волоконных брэгговских решеток. Чувствительные элементы закреплены на оснастке в виде стального стержня, подверженного изгибному воздействию. Основные результаты. Продемонстрирована способность датчика определять величину и направление изгиба в диапазоне отклонения от 0 до 30 мм со среднеквадратичным отклонением измеренных значений от реальных в 0,536 мм. Данный результат измерений достигнут с помощью обработки данных, полученных с трех измерительных устройств, нейронной сетью, скрытый слой которой составил 10 нейронов, при этом функцией активации установлена сигмоида. Практическая значимость. Результаты исследований имеют существенное значение для современных систем мониторинга. Реализация датчика направления и величины изгиба в формате волоконно-оптического устройства способна преодолеть ограничения пьезоэлектрических сенсоров, благодаря высокой помехозащищенности и стойкости к воздействию внешних сред. Предложенное технологическое решение позволяет отойти от спектральной методики проведения измерений, получившей широкое распространение в волоконно-оптических сенсорных системах. Применение амплитудного датчика величины и направления изгиба дает возможность его использования в составе устройств, где существует необходимость в точном позиционировании управляющих элементов или структурных компонент, подвергаемых изгибному воздействию. Благодаря измерению воздействия при помощи оценки оптической мощности сигнала, конструкция датчика не предполагает наличие сложного измерительного устройства. Работоспособность сенсора может быть обеспечена при помощи каскада недорогих, но при этом высокоскоростных и долговечных фотоприемных устройств.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РОБОТОТЕХНИКА

666
Предмет исследования. Проблема компенсации внешних возмущающих воздействий для линейных многоканальных объектов с запаздыванием на входе является важной и актуальной. Предложено решение данной проблемы в задачах управления динамическими объектами и в ряде других задач. Метод. Предлагаемый метод основан на принципе внутренней модели, где необходима идентификация параметров возмущения. На первом этапе описана схема выделения возмущения, которое представлено как синусоидальный сигнал с неизвестной частотой, амплитудой и фазой. На втором этапе решена задача идентификации частот синусоидального и мультисинусоидального сигналов. На последнем этапе разработан алгоритм стабилизации и приведения состояния объекта к нулю, осуществленный с помощью обратной связи. Основные результаты. Представлена новая схема компенсации внешних возмущений для линейных многоканальных объектов с запаздыванием на входе. Предложен новый алгоритм идентификации частот мультисинусоидального сигнала. Выполнен анализ возможностей предложенного метода оценивания с использованием компьютерного моделирования в среде MATLAB Simulink. Практическая значимость. Разработанный метод может быть эффективно применен для широкого класса прикладных задач, связанных с управлением роботами, манипуляторами различного назначения.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

674
Предмет исследования. Исследована возможность использования в криптографических схемах эллиптических кривых над полем рациональных чисел ненулевого ранга. Метод. Впервые предложено построение криптосистем, безопасность которых основана на сложности решения математической задачи о рюкзаке на эллиптических кривых над рациональными числами ненулевых рангов. Основные результаты. Описан новый подход использования эллиптических кривых для криптографических схем. Выполнен ряд экспериментов для оценки поведения высот точек эллиптических кривых бесконечного порядка. Представлена модель криптосистемы, стойкой к вычислениям на квантовом компьютере и основанной на использовании рациональных точек кривой бесконечного порядка. Проведено исследование криптографической стойкости и эффективности предлагаемой схемы. Реализована атака на поиск секрета в криптосистеме, показано, что сложность атаки экспоненциальна. Практическая значимость. Рассмотренное решение может быть применено при построении реальных криптографических схем и протоколов.
681
Предмет исследования. Интеграция автоматизированных систем на предприятиях обеспечивает информационную поддержку этапов жизненного цикла изделия и электронное взаимодействие между сотрудниками в процессе выполнения работ. При выполнении проектно-производственных процедур сотрудники предприятий решают различные проектные задачи. Задачи связаны с анализом большого объема информации об изделии, представляемой в виде онтологии. Для решения таких задач требуется разработка алгоритма для извлечения информации из онтологии на основе заданных требований. Метод. Разработанный алгоритм состоит из пяти этапов. На первом этапе формируется пространство поиска проектных решений. Далее для каждого варианта проектного решения рассчитаны значения целевой функции и выбрано лучшее проектное решение (выполняется условие минимизации значения целевой функции). Третий этап связан с выбором проектных решений, близких к найденному лучшему решению (определяется по вычисляемому расстоянию Хэмминга). Следующие этапы характеризуются анализом элементов множества вариантов проектных решений и формированием искомого проектного решения. Основные результаты. Предложены последовательности действий, выполняемые на этапах алгоритма генерации проектных решений. Практическая значимость. Алгоритм может быть реализован на предприятиях для обеспечения процедуры решения проектных задач, что позволит разработать сигнатуры и семантики унифицированных сервисов для применения цифрового паспорта.
691
Предмет исследования. Предложен способ повышения эффективности функционирования системы комплексной обработки данных дистанционного зондирования Земли в условиях ресурсной ограниченности при решении задач мониторинга пространственных объектов. Методы. Эффективность функционирования системы увеличена с помощью рационального распределения ее ресурсов по решаемым задачам. Сделан акцент на обеспечении приоритетного решения задач, которые имеют большее значение коэффициента относительной важности. Отмечена тенденция увеличения оперативности получения решения каждой из задач за счет исключения из рабочих планов решений тех ресурсов, которые перегружены другими задачами, но при этом вносят незначительный вклад в формирование интегрального результата. Основные результаты. Определены пути повышения эффективности функционирования системы комплексной обработки данных дистанционного зондирования Земли в условиях ресурсной ограниченности при решении задач мониторинга пространственных объектов. Рассмотрены варианты управления системой в указанных условиях и приведены их краткие характеристики. Представлены результаты имитационного моделирования процессов комплексной обработки данных на основе предложенных вариантов управления. Практическая значимость. Результаты имитационного моделирования показали, что использование описанного способа повышения эффективности зондирования Земли в условиях ресурсной ограниченности позволяет обеспечить требуемое качество принимаемых управленческих решений, особенно в условиях высокой динамичности изменения характеристик объектов мониторинга.
699
Предмет исследования. Мобильные самоорганизующиеся сети — одно из перспективных направлений технологии граничных вычислений. Такие сети применяются в различных областях деятельности, в частности при разработке интеллектуальных транспортных систем. Особенность мобильных самоорганизующихся сетей заключается в постоянно изменяющейся их динамической топологии. В результате таких изменений необходимо использовать реактивные протоколы маршрутизации при передаче пакетов между узлами. Данные сети уязвимы к кибератакам, поэтому возникает необходимость разработки мер по идентификации сетевых угроз и разработке правил реагирования на них на основе моделей машинного обучения. Цель работы — разработка динамической модели обнаружения сетевых аномалий трафика в беспроводных распределенных самоорганизующихся сетях. Метод. Применены методы и алгоритмы интеллектуального анализа данных и машинного обучения. Предлагаемый подход к мониторингу трафика в беспроводных распределенных самоорганизующихся сетях состоит в реализации двух этапов: первоначального анализа трафика для выявления аномальных событий и последующего глубокого изучения инцидентов кибербезопасности для классификации типа атакующего воздействия. В рамках подхода построены модели на основе ансамблевых методов машинного обучения. Выполнен сравнительный анализ и выбор наиболее эффективных алгоритмов машинного обучения и их оптимальных гиперпараметров. Основные результаты. Проведена формализация модели обнаружения аномалий трафика в беспроводных распределенных самоорганизующихся сетях, и выделены основные количественные метрики производительности сети. Представлен обобщенный алгоритм обнаружения аномалий трафика в мобильных самоорганизующихся сетях. Выполнено экспериментальное исследование симуляции сегмента сети с позиции снижения производительности в условиях реализации различных сценариев возникновения сетевых атак. Показано, что сетевая распределенная атака вида «отказ в обслуживании» и кооперативная атака вида «Blackhole» оказывают наибольшее негативное влияние на производительность сегмента мобильной самоорганизующейся сети. Результаты моделирования сети применены для построения модели машинного обучения выявления аномалий и классификации типов атак. Результаты сравнительного анализа алгоритмов машинного обучения показали, что метод LightGBM наиболее эффективен для выявления аномалий сетевого трафика, при использовании которого доля правильных ответов составила 91 %. Тип проводимой атаки определен с долей правильных ответов 90 %. Практическая значимость. Предложенный подход к обнаружению сетевых аномалий за счет применения обученных моделей анализа трафика позволяет своевременно идентифицировать рассмотренные типы атак. Будущее направление развития данного исследования — рассмотрение новых сценариев возникновения сетевых атак и дополнительное онлайнобучение построенных моделей идентификации. Разработанное программное средство обнаружения сетевых аномалий трафика в распределенных мобильных самоорганизующихся сетях может найти применение для любых типов беспроводных самоорганизующихся сетей. 
708
Предмет исследования. Рассмотрена проблема классификации акустических событий, активно применяемых в решениях задач безопасного города, умного дома, IoT устройств, а также для детектирования опасных ситуаций на производстве. Предложено решение повышения точности классификаторов без изменения их структуры и сбора дополнительных данных. Основным источником данных для экспериментов выбран открытый набор данных TUT Urban Acoustic Scenes 2018, Development Dataset. Метод. Предложен способ увеличения точности классификации аудиособытий с помощью использования FN-корректора. FN-корректор представляет собой линейный классификатор и работает в два этапа: преобразование пространства признаков в линейно-разделимое пространство и линейное отделение одного класса от другого. В случае применения корректора классы — типы ответов исходного классификатора: положительный (P), отрицательный (N), ложноположительный (FP) и ложноотрицательный (FN). В результате возможно обучить два типа корректоров FP и FN, которые работают как бинарные линейные классификаторы и разделяют ответы на положительные/ ложноположительные и отрицательные/ложноотрицательные соответственно. Выполнены эксперименты, где в качестве исходного классификатора использована сверточная нейронная сеть VGGish. Аудиосигнал преобразован в спектрограмму и передан на вход нейронной сети, которая формирует признаковое описание спектрограммы и производит классификацию. Основные результаты. В качестве примера демонстрации повышения точности классификации выбраны два «спутанных» класса. С помощью признакового описания аудиозаписей этих классов построен, обучен FN-корректор и подключен к исходному классификатору. Ответ от классификатора, а также признаковое описание передано на вход корректора. Далее корректор переводит пространство признаков в новый базис (в линейно разделимое пространство) и классифицирует ответ классификатора, таким образом «отвечает» на вопрос, ошибается ли исходный классификатор на таком векторе признаков или нет. Если исходный классификатор ошибся, то его ответ изменяется корректором на противоположный. Если нет — ответ остается тем же самым. Результаты экспериментов продемонстрировали снижение уровня спутывания классов и, соответственно, увеличение точности исходного классификатора без изменения его структуры и без сбора дополнительного набора данных. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы на устройствах IoT, имеющих существенные ограничения по размеру используемых моделей, а также при решении проблем доменной адаптации, актуальной в задачах аудиоаналитики.
716
Предмет исследования. Растущее разнообразие вычислительных систем, стремительное увеличение их сложности, интеграции в объекты и процессы физического мира требуют резкого повышения производительности труда их создателей. Отмечено, что качество, сроки и степень повторного использования результатов проектирования в области информационных технологий сильно зависят от методологий и маршрутов проектирования на этапах выбора и/или создания стеков платформ, технологий и инструментов. Важнейшую роль в этом играют способы описания организации вычислительной системы на различных уровнях и применяемые системы абстракций. Проблема заполнения семантического разрыва между концептуальным (архитектурным) уровнем и уровнями реализации по-прежнему стоит очень остро. Следовательно, требуется создание промышленных методик и инструментов проектирования на «промежуточных» уровнях. Метод. В работе предложены способы представления проектных решений, которые направлены на целостное, сквозное описание как логики организации вычислительного процесса, так и шагов, технологий и инструментов процесса проектирования. Основные результаты. Подробно объяснено наполнение и обоснована необходимость этапов микроархитектурного проектирования вычислительных систем. Введена классификация проектов в области информационных технологий по степени вариативности проектной платформы. Предложен ряд понятий для представления набора абстракций микроархитектурного проектирования в рамках проектов с большой внутренней вариативностью. Подробно описаны следующие абстракции: проектное и аспектное пространства, проектные платформы и кросс-уровневые механизмы. Практическая значимость. Рассмотрены примеры представления ряда предложенных абстракций (рабочих инструментов документирования) микроархитектурных этапов проектирования, которые наиболее актуальны в проектировании вычислительных систем в модели «ограниченных ресурсов»: встраиваемые, киберфизические системы, «граничные» и «туманные» уровни систем интернета вещей.
Многомерный двоичный классификатор дерева решений на основе неглубокой нейронной сети
Марахимов А. Р., Кудайбергенов Ж. К., Худайбергенов К. К., Охундадаев У. Р.
725
Предложен новый классификатор дерева решений, основанный на неглубоких нейронных сетях с кусочными и нелинейными функциями активации преобразования. Данная сеть рекурсивно используется в методах линейного и нелинейного многомерного бинарного дерева решений, которые генерируют узлы разделения и классификатора. Представлено линейное многомерное бинарное дерево решений с неглубокой нейронной сетью, в которой использована выпрямленная линейная единичная функция. Описана новая функция активации с нелинейным свойством, с помощью которой в процессе обучения нейронных сетей получается оптимальная обобщающая способность. Рассмотренный метод продемонстрировал высокую способность к обобщению для моделей линейного и нелинейного многомерного бинарного дерева решений. Предложенные модели обеспечивают точность и производительность классификации. Представлен новый критерий разделения для генерации узлов, который может быть использован в новых моделях дерева решений нейронной сети для большинства классов объектов в текущем узле. Также эти модели могут быть преобразованы в линейные и нелинейные многомерные деревья решений на основе гиперплоскости, и имеют высокую скорость при обработке решений классификации. Численные эксперименты на общедоступных наборах данных показали, что представленные методы превосходят существующие алгоритмы дерева решений и другие методы классификации
734
Предмет исследования. Современные информационные системы сложно представить без использования многопоточности. Многопоточность может как повышать производительность системы в целом, так и замедлять выполнение приложений за счет возникновения ошибок многопоточного программирования. Для нахождения таких ошибок на языках С/C++ существует модуль компилятора Google Thread Sanitizer. Но порядок выполнения потоков может каждый раз меняться при запуске программы на выполнение и влиять на появление подобных ошибок. Для многократного изменения порядка выполнения потоков за время работы программы в Google Thread Sanitizer применен модуль фаззинг-тестирования, который повысил вероятность нахождения ошибок. Все алгоритмы планирования потоков в фаззинг-модуле предназначены для последовательного выполнения потоков, что приводит к значительному замедлению работы Google Thread Sanitizer. Также происходит влияние на тестирование приложений, которое зависит от асинхронных взаимодействий (ожидания сетевых событий, ограничения времени выполнения операций). Метод. Для ускорения работы фаззингпланировщиков предложен метод распараллеливания независимых переходов. Ошибки многопоточного программирования возникают при изменении разделяемого состояния между потоками, при этом локальные вычисления не влияют на воспроизведение многопоточных ошибок. Изменение разделяемых состояний происходит в точках синхронизаций, где выполняется переключение потоков по принципу кооперативной многозадачности. Предложено осуществлять управление последовательностями выполнения потоков только при изменении разделяемых состояний в точках синхронизаций, а локальные вычисления выполнять параллельно. Данное условие позволило сократить время тестирования без снижения результативности обнаружения ошибок многопоточного программирования. Для анализа теоретической сложности алгоритма планирования применен метод комбинаторного подсчета. Основные результаты. Предложен новый подход организации фаззинг-тестирования на основе метода распараллеливания независимых переходов, реализация которого по теоретическим и практическим оценкам показывает заметное ускорение работы фаззинг-планировщиков. Результаты эксперимента показали, что для алгоритма перебора всех вариантов выполнения приложения ускорение выполнения достигает 1,25 раза для двух потоков. Представлено соотношение для оценки ускорения в случае произвольного числа потоков. Практическая значимость. Предложенный подход позволяет покрывать фаззинг-тестами многопоточные приложения, для которых важно время выполнения — приложения с привязкой к асинхронным взаимодействиям
742
Предмет исследования. Современные технологии разработки и эксплуатации нейронных сетей уязвимы для компьютерных атак с внедрением программных закладок (бэкдор). Программные закладки могут оставаться скрытыми неопределенное время, пока не будут активированы вводом модифицированных данных, содержащих триггеры. Такие закладки представляют непосредственную угрозу безопасности информации для всех компонентов системы искусственного интеллекта. Такие воздействия злоумышленников приводят к ухудшению качества или полному прекращению функционирования систем искусственного интеллекта. В работе предложен оригинальный метод защиты нейронных сетей, сущность которого состоит в создании базы ранжированных синтезированных триггеров закладок целевого класса бэкдор-атак. Метод. Предложенный метод защиты нейронных сетей реализован путем последовательности защитных действий: выявлении закладки, идентификации триггера и нейтрализации закладки. Основные результаты. На основе представленного метода разработано программно-алгоритмическое обеспечение испытаний нейронных сетей, позволяющее выявить и нейтрализовать закладки для осуществления компьютерных бэкдор-атак. Экспериментальные исследования проведены на различных архитектурах сверточных нейронных сетей, обученных на наборах данных, для таких объектов, как аэрофотоснимки (DOTA), рукописные цифры (MNIST) и фотографии лиц людей (LFW). Снижение эффективности бэкдор-атак (не более 3 %) и малые потери качества функционирования нейронных сетей (на 8–10 % от качества функционирования нейронной сети без закладки) показало успешность разработанного метода. Практическая значимость. Применение предложенного метода защиты нейронных сетей позволит специалистам по информационной безопасности целенаправленно противодействовать компьютерным бэкдор-атакам на системы искусственного интеллекта и создать новые автоматизированные средства защиты информации
751
Предмет исследования. Для повышения эффективности работы инженера-конструктора требуется использование систем автоматизации проектирования. В настоящее время средства автоматизированного проектирования являются многофункциональными и имеют расширенный пользовательский интерфейс. В зависимости от объема решаемой задачи и уровня подготовки инженеру-конструктору необходимы не все средства систем автоматизированного проектирования. В этом случае средством повышения производительности труда может служить адаптивный интерфейс, который может настраиваться под конкретного пользователя с учетом его опыта и физиологических особенностей (системный опыт, компьютерная грамотность, опыт работы с подобными программами, машинопись, дальтонизм, память, моторика рук). Метод. Характеристики, по которым система оценивает пользователя, имеют разные степени неопределенности, неоднозначности, внутренней противоречивости. Данные характеристики трудно формализуются и очень специфичны. Для выполнения оценки целесообразно использование интеллектуальных систем, базирующихся на нечеткой логике и нечетких множествах. Наиболее приемлемый в данном случае — метод Мамдани, в котором используется минимаксная композиция нечетких множеств. Предложенный механизм включает в себя последовательность действий: фаззификация, нечеткий вывод, композиция, дефаззификация. Основные результаты. Разработана программная инструментальная система, которая позволяет формировать интерфейсную часть программного обеспечения с учетом возможностей конкретного пользователя. Практическая значимость. Внедрение разработанной программной инструментальной системы позволяет выбрать набор элементов индивидуально для каждого инженера-конструктора и сформировать адаптивный прототип интерфейса прикладной программы. В этом случае появляется возможность улучшить взаимодействие человека и компьютера, сделать его более комфортным, уменьшить время на поиск необходимых функций и количество ошибочный действий, повысить качество выполненной работы.
760
Предмет исследования. В настоящее время значительный объем атак на информационные системы составляют многоэтапные целевые атаки. Зачастую ключевыми субъектами атаки становятся внутренние нарушители — инсайдеры. Действия инсайдера отличаются от активности легитимного пользователя. Тогда возможно формирование модели поведения пользователя, отличия от которой могут быть классифицированы как события или инциденты информационной безопасности. Существующие подходы к обнаружению аномалий в активности пользователя предполагают использование отдельных характеристик его поведения, без учета их взаимозависимостей и зависимостей от различных факторов. Задача исследования состоит в формировании комплексной характеристики поведения пользователя при использовании компьютера — «цифровой метрики», для обнаружения событий и инцидентов информационной безопасности. Метод. Предложен метод обнаружения инцидентов информационной безопасности посредством формирования цифровой метрики пользователя за счет анализа его поведенческих характеристик и их зависимостей, выбранных в качестве предикторов. Разработанный метод предполагает формирование модели посредством машинного обучения без учителя. Рассмотрены алгоритмы: опорных векторов для одного класса, изолирующего леса и эллипсоидальной аппроксимации данных. Основной метрикой качества моделей выбран коэффициент корреляции Мэтьюса, однако были рассмотрены и другие показатели. Выполнен сравнительный анализ моделей, обученных выбранными алгоритмами с различными параметрами по метрикам качества. Основные результаты. Выполнен эксперимент с целью получения оценки разработанного метода и сравнения его эффективности с ближайшим аналогом. Для обучения и оценки моделей в рамках исследуемых методов использованы реальные данные о поведении 138 пользователей. По результатам сравнительного анализа, разработанный метод продемонстрировал отличные показатели по всем рассмотренным метрикам, в том числе повышение коэффициента корреляции Мэтьюса на 0,6125. Практическая значимость. Разработанный метод может быть использован для непрерывной аутентификации пользователя в средствах защиты информации от несанкционированного доступа и выявления инцидентов информационной безопасности, связанных с действиями инсайдеров.
769
Платформы социальных сетей, такие как Twitter, Instagram и Facebook, способствуют массовому общению и установлению связей. Развитие и продвижение социальных платформ приводит к увеличению распространения фейковых новостей. В настоящее время проведено большое количество исследований для обнаружения фейковых новостей с помощью алгоритмов машинного обучения. Существующие методы определения фейков имеют ряд трудностей: быстрое распространение фейков; различные методы доступа и незначительный выбор признаков, приводящие к невысокой точности классификации текста. Для преодоления данных трудностей предложена Light weight recommendation system for social networking analysis using a hybrid BERT-SVM classifier algorithm Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2022, том 22, № 4 770 Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2022, vol. 22, no 4 гибридная модель представления двунаправленного кодировщика трансформаторов – метод опорных векторов (BERT-SVM) с системой рекомендаций, которая используется для прогнозирования, является ли информация поддельной или реальной. Предложенная модель включает в себя три этапа: предварительная обработка, выбор признаков и классификация. Набор данных собран из социальных сетей Twitter, связанных с данными о COVID-19 в режиме реального времени. Этап предварительной обработки включает в себя разделение, удаление стоп-слов, лемматизацию и исправление орфографии. Преобразователь обратной частоты документа (TFIDF) использован для извлечения признаков и преобразования текста в двоичные векторы. Гибридная модель классификации BERT-SVM применена для прогнозирования данных, которые сопоставлены с предварительно обработанными данными. Представленная модель реализована в программном пакете MATLAB. Рассчитанные показатели точности продемонстрировали следующие результаты: доля правильных ответов 98 %, ошибка 2 %, точность 99 %, специфичность 99 %, чувствительность 98 %. Полученные результаты показали эффективность предложенной модели по сравнению с существующими подходами. Возможность анализа социальных сетей обеспечивает эффективное предсказание фейковых новостей, которое можно использовать для идентификации комментариев в Twitter, как настоящих, так и поддельных

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

779
Рассмотрена задача цифрового моделирования случайных процессов с заданной корреляционной функцией или спектральной плотностью процесса. Обе эти функции связаны между собой теоремой Винера–Хинчина, так что знание одной функции может быть использовано для нахождения другой. Выполнена разработка математического представления стационарного случайного процесса с заданной корреляционной функцией на основе преобразования Карунена–Лоэва, которое чаще всего применяется для декорреляции исходного процесса с целью более лаконичного его описания (задача сжатия данных). Предложено использование преобразования Карунена–Лоэва для придания требуемых корреляционных свойств исходному некоррелированному случайному процессу с помощью обращения (инвертирования) данного преобразования. Обоснован вид требуемого преобразования при дискретном (во времени) представлении входных и выходных процессов различной длины и методики обеспечения требуемой точности моделирования. Представлена цифровая процедура получения корреляционной функции по заданной спектральной плотности моделируемого случайного процесса. Экспериментальное исследование предлагаемого метода проведено в ходе компьютерного моделирования в пакете Mathcad, что упростило решение требуемых расчетных задач. Исходный случайный процесс получен в виде последовательности независимых (и, следовательно, некоррелированных) случайных чисел, а выходной — как результат полученного в работе преобразования. Выполнено сравнение вычисленной приближенной корреляционной функции с заданной, и определена дисперсия погрешности. Приведены результаты моделирования случайных процессов с заданными корреляционными функциями и однородного марковского процесса с заданной переходной вероятностью, а также пример перехода от заданной спектральной плотности случайного процесса к его корреляционной функции. Полученные результаты подтверждают эффективность и реализуемость разработанных методов моделирования, что позволит использовать их при компьютерном исследовании и проектировании различных систем. 
785
 Предмет исследования. Современные тенденции развития численных схем связаны с уменьшением диссипативных и дисперсионных ошибок, а также улучшением сеточной сходимости решения. Достижение этих вычислительных свойств — непростая проблема, так как уменьшение схемной вязкости часто сопряжено с возрастанием осцилляций газодинамических параметров. В работе представлено исследование вопросов управления численной диссипацией в задачах газовой динамики с целью повышения разрешающей способности при численном воспроизведении вихревой неустойчивости на контактных границах. Метод. Для решения поставленной задачи использован гибридный метод крупных частиц второго порядка аппроксимации по пространству и времени на гладких решениях. Метод построен с расщеплением по физическим процессам в два этапа: градиентное ускорение и деформирование конечного объема среды; конвективный перенос среды через его грани. Повышение порядка аппроксимации по времени достигается корректирующим шагом по времени. Регуляризация численного решения задач на первом этапе метода заключается в нелинейной коррекции искусственной вязкости, которая независимо от разрешения сетки стремится к нулю в областях гладкости решения. На этапе конвективного переноса выполнена реконструкция потоков путем аддитивной комбинации центральной и противопоточной аппроксимаций. Основные результаты. Предложен механизм регулирования численной диссипации метода, основанный на новом параметрическом ограничителе искусственной вязкости. Оптимальная настройка метода по соотношению диссипативных и дисперсионных свойств численного решения достигнута заданием параметра ограничительной функции. Проверка эффективности метода проведена на двумерных показательных задачах. В одной из них контактные поверхности закручены в спираль, на которых возникает вихревая неустойчивость Кельвина–Гельмгольца. Другая задача — классический тест с двойным маховским отражением сильной ударной волны. Сравнение с современными численными методами показало, что предложенный вариант гибридного метода крупных частиц обладает высокой конкурентоспособностью. Например, в задаче с двойным маховским отражением рассматриваемый вариант метода превосходит по вихреразрешающей способности популярную схему WENO (Weighted Essentially Non-Oscillatory) пятого порядка и сопоставим с численным решением WENO девятого порядка аппроксимации. Практическая значимость. Предложенный метод может быть основой конвективного блока численной схемы при построении вычислительной технологии моделирования турбулентности.
792
Предмет исследования. Разработана и верифицирована приближенная модель, предназначенная для оценки плазменного нагрева и конверсии топливных смесей при помощи подкритического стримерного сверхвысокочастотного разряда. Поджиг топливной смеси происходит в среде с давлением 13 кПа и температурой 150 К при наличии внешнего потока воздуха со скоростью до 500 м/с. Для фокусировки электромагнитного излучения использованы антенна-инициатор и плоское зеркало. Стехиометрическая смесь пропана и воздуха или чистый пропан подаются через полость в антенне. Мощность излучения составила 3 кВт. Метод. Модель реализована на основе схемы расщепления по физическим процессам, что позволило снизить требования к вычислительным ресурсам. Область, занятая плазмой, и ее проводимость заданы исходя из выбранного набора экспериментальных данных. Расчет плазменного поджига состоял из трех этапов. На первом этапе решены уравнения Больцмана для электронного газа в среде в нульмерной постановке для заданных параметров внешнего электрического поля. В результате получены функции распределения электронной энергии и коэффициентов реакций. На втором этапе рассчитаны уравнения Гельмгольца для распределения напряженности электромагнитного поля вблизи антенны-инициатора с учетом заданной проводящей области. По полученным распределениям электрического поля вычислены мощности джоулева нагрева и значения коэффициентов реакций. На третьем этапе получены решения уравнений: Навье-Стокса и переноса различных сортов частиц для сжимаемой среды с учетом процессов горения при заданных источниках локального нагрева и плазменных реакций. Основные результаты. Получены распределения температуры, состава среды, скорости движения среды при заданных локальной мощности нагрева и дополнительных реакций в области, занятой плазмой. Стехиометрическая смесь пропана с воздухом или чистый пропан, подаваемые через антенну, подожжены плазмой: смесь горит в небольшой области, а пропан окисляется в тонком слое смешения с воздухом. Выполнены сравнения результатов расчетов с данными физического эксперимента: и полей температур, и состава среды с фотографиями пламени из эксперимента. Численное исследование показало, что во всех рассмотренных условиях модель дает близкие к эксперименту результаты, но имеется завышение требуемой для поджига мощности излучения практические в два раза. Практическая значимость. Изучение процессов поджига газообразных смесей подкритическим сверхвысокочастотным разрядом представляет интерес для проектирования двигательных установок с повышенной надежностью и возможностью использования трудновоспламенимых смесей. Предлагаемая модель дает приближенные оценки, позволяя снизить требования к вычислительным ресурсам и времени счета по сравнению с традиционными моделями. 
804
Выполнено численное исследование прямых, спиральных и винтовых капиллярных трубок с хладагентом CO2 и проведено сравнение их характеристик. Численные модели разработаны на основе фундаментальных принципов сохранения массы, импульса и энергии. Решены обыкновенные дифференциальные уравнения во  внешнем контуре от входа до выхода капиллярной трубки. Проведены расчеты массового расхода капиллярной трубки и хладагента методом деления отрезка пополам, где масса итеративно рассчитана при заданной длине капилляра или наоборот. Использовано собственное программирование численным методом конечных разностей. Определение характеристик капиллярной трубки выполнено путем расчета ее длины для заданной массы или расчета массы для заданной длины. Выполнено сравнение прямой капиллярной трубки с винтовой (внутренний диаметр 50 мм) и спиральной (шаг 50 мм). Для изменения диаметра трубки, шероховатости поверхности и длины рассчитан процент снижения массового расхода в прямых, винтовых и спиральных капиллярных трубках. В результате сравнения с прямой капиллярной трубкой получено процентное уменьшение массы трубок: для винтовой трубки — 7–9 %, для спиральной — 23–26 %. Для спиральной трубки также получено процентное уменьшение показателей: массы по сравнению с винтовой трубкой — 17–19 %; длины по сравнению с прямой трубкой — 37–43 % и винтовой — 25–32 %.

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

812
Техника фантомной визуализации позволяет получать информацию об объекте в условиях зашумленности каналов передачи, соизмеримой с интенсивностью задействованных в восстановлении спекл-структур. Одним из основных недостатков данной методики является сравнительно низкая скорость работы, что ограничивает ее применимость при работе с быстро протекающими процессами или движущимися объектами. Предложена модификация техники вычислительной фантомной визуализации, позволяющая снять это ограничение. Продемонстрировано, что спектральное мультиплексирование спекл-структур дает возможность ускорить процесс восстановления изображения. Например, при увеличении числа спектральных каналов с 4 до 10, происходит увеличение отношения сигнал-шум в шесть раз. В то же время использование классической монохромной фантомной визуализации не позволяет восстановить изображение в тех же условиях и с тем же количеством измерений. Предложенная методика привлекательна для таких требовательных к быстродействию приложений, как передача данных и дистанционное зондирование.
Информация 2001-2022 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика