Аннотации номера

ОБЗОРНАЯ СТАТЬЯ

387
В статье представлен аналитической обзор, охватывающий последние результаты, достигнутые в области аудиовизуального объединения (интеграции) многомодальной информации. Рассматриваются основные проблемы и обсуждаются методы их решения. Одной из важнейших задач аудиовизуальной интеграции является понимание того, как именно модальности взаимодействуют и влияют друг на друга. В данной работе этот вопрос рассматривается в контексте аудиовизуальной обработки речи, в особенности распознавания речи. В первой части обзора изложены базовые принципы аудиовизуального распознавания речи, приводится классификация типов аудио- и визуальных признаков речи. Отдельное внимание уделяется систематизации существующих способов и методов объединения аудиовизуальной информации. Во второй части, на основе проведенного анализа области исследований, приводится сводный список задач и приложений, использующих аудиовизуальное объединение с указанием методов, способов объединения информации и используемых аудио- и видеопризнаков. Предлагается структуризация методов аудиовизуальной интеграции по типам решаемых задач, а также обсуждаются преимущества и недостатки различных подходов. Приведены выводы, предложена оценка будущего развития области. В ходе дальнейших исследований планируется реализация системы аудиовизуального распознавания слитной русской речи с применением современных методов объединения многомодальной информации.

ФОТОНИКИ И ОПТОИНФОРМАТИКА

402
Рассмотрены вопросы поиска путей повышения быстродействия и точности преобразования современных аналого-цифровых преобразователей. Представлены основные недостатки, препятствующие решению данной задачи, в том числе и в области оптоэлектронных аналого-цифровых преобразователей. Предлагаемое в работе решение на основе принципов голографической интерферометрии дает возможность увеличить быстродействие аналого-цифровых преобразователей, не снижая их точности преобразования. Предоставлена оптическая схема интерференционно-голографического метода аналого-цифрового преобразования и результаты его математического моделирования. Формулируются некоторые рекомендации по аппаратной реализации данного аналого-цифрового преобразователя. Поясняются физические принципы и подходы к выбору структурных элементов преобразователя. Рассматривается пример формирования функциональной схемы дешифратора интенсивности светового потока в плоскости регистрации аналого-цифрового преобразователя. Практическая значимость представленного метода заключается в возможности создания аналого-цифровых преобразователей с быстродействием порядка 600 МГц и точностью преобразования до 12 бит.
409
Исследована электронная и пространственная структура элементарной ячейки иттрий-алюминиевого граната. Представлена квантово-механическая модель. Для расчета геометрии элементарной ячейки использованы полуэмпирические методы с параметризацией PM6 и PM7. Расчет зонной структуры выполнен в рамках теории функционала плотности с использованием обменно-корреляционного PBE-функционала. Построены гистограммы длин связей металл–кислород для оптимизированной геометрии элементарной ячейки кристалла. Проведен сравнительный анализ использованных методов, сформирована рекомендация об их применимости к решению задач подобного класса. Произведен расчет одноэлектронных волновых функций и энергии соответствующих состояний. Получена оценка ширины запрещенной зоны. Построены графики конфигурации валентной зоны. Показано, что предложенный алгоритм расчета корректно описывает пространственную и зонную структуру сцинтилляционного кристалла Y3Al5O12. Результаты работы могут быть использованы для улучшения характеристик сцинтилляционных кристаллов на основе гранатов.

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

416
Предмет исследования.Приведены результаты исследования распределения по толщине слоя красителя, нанесенного на поверхность стекла. Объектом исследования выбран краситель оранжевого цвета, который используется в качестве красящего пигмента в пишущем инструменте (текстовыделителе). Метод. Исследования выполнены методом спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения. В эксперименте использована установка, собранная на базе монохроматора МДР-204. Особенность измерительной схемы состоит в применении в качестве приемника излучения камеры высокого разрешения и сохранении информации в виде пакета изображений. Исследования позволили получить экспериментальные данные в виде массива спектров нарушенного полного внутреннего отражения красителя для изучаемой поверхности слоя в заданном спектральном диапазоне. Основные результаты. Выполнена оценка толщины слоя красителя, что позволило визуализировать ее распределение по поверхности, используя возможности трехмерного моделирования. Толщина слоя красителя не превышает 0,12 мкм, среднее арифметическое значение толщины составило 0,06 мкм. В распределении красителя наблюдаются локальные области, для которых толщина слоя максимальна (0,07–0,12 мкм), и участки, где толщина слоя не превышает 0,03 мкм. Изменение толщины слоя красителя между локальными участками происходит плавно. Практическая значимость. Предложенная измерительная схема, последовательность регистрации и обработки экспериментальных данных могут быть использованы для изучения распределения красящего вещества по толщине в пределах поверхностного слоя других материалов, например, для анализа надписей, выполненных чернилами на бумажных носителях, в целях их идентификации в таких областях науки, как криминалистика, искусствоведение.
422
Предмет исследования.Оксидные пленки на металлической поверхности могут быть получены при равномерном по площади радиационном нагреве, а также за счет локального воздействия. Такое воздействие может быть обеспечено в процессе сканирования поверхности последовательностью наносекундных лазерных импульсов. В образующихся пленках возникает интерференция света, приводящая к окрашиванию мест воздействия. В работе приведены результаты спектрофотометрических измерений образующихся пленок при вариации углов падения света (углов освещения) в диапазоне 10–60°. Метод. Пластины нержавеющей стали марки AISI 304 были окислены двумя методами: в муфельной печи ПМ-10 (Т = 500–600 °С, t = 5–7 мин) и при построчном сканировании поверхности серией лазерных импульсов (λ = 1,06 мкм, τ = 100 нс, r = 25 мкм, q = 2,91∙107 Вт/cм2, Nx = 30, Ny = 1). Исследование поверхности образцов в пределах оптического разрешения проводилось на микроскопе Carl Zeiss Axio Imager A1M. Спектры отражения образцов получены на спектрофотометре Lambda Perkin 1050 с интегрирующей сферой при различных фиксированных значениях углов падения света. Особенности рельефа исследуемых поверхностей выявлены методом сканирующей зондовой микроскопии на приборе NanoEducator. Основные результаты. Получены количественные параметры рельефа поверхности, сформированного после различных обработок поверхности образцов стали марки AISI 304. Показано, что при увеличении угла освещения вид зависимости коэффициента отражения от длины волны не меняется, но имеет место смещение экстремумов спектров в ультрафиолетовую область. Такое изменение более заметно в случае лазерной обработки поверхности по сравнению с термической обработкой. Наблюдаемый эффект может быть вызван особенностями поверхностного рельефа, формирующегося при локальном лазерном нагреве, и неоднородностью толщины получаемой оксидной пленки. Практическая значимость. Полученные в работе результаты могут быть использованы для реализации дополнительного элемента защиты от фальсификации при маркировке продукции.
ОСОБЕННОСТИ ЗАПИСИ НАЛОЖЕННЫХ ГОЛОГРАММ В ФОТО-ТЕРМО-РЕФРАКТИВНОМ СТЕКЛЕ Иванов С. А., Доан . В., Игнатьев А. И., Никоноров Н. В.
428
Проведен расчет условий записи наложенных голограмм в фото-термо-рефрактивном стекле. Расчет устанавливает связь параметров записи – углом сведения пучков, углом поворота образца относительно биссектриссы угла между записывающими лучами, – и параметрами считывания – углом падения считывающего излучения на элемент и углом первого порядка дифракции на выходе из элемента. Для исследования особенностей записи наложенных голограмм была произведена запись решеток в одном объеме стекла с различными экспозициями. Все образцы проходили термообработку при равных температурах в районе температуры стеклования. Продемонстрировано, что при записи нескольких решеток с суммарной экспозицией, превышающей оптимальное значение для данного материала, суммарное значение амплитуды модуляции первой гармоники показателя преломления соответствует максимально достижимой величине при записи одиночной голограммы. Установлено, что при записи наложенных голограмм с существенными различиями в экспозициях, динамический диапазон изменения показателя преломления распределяется между решетками в согласии с соотношением между временами экспозиций. В ходе работы записан мультиплексор на шесть каналов с рабочей длиной волны 632,8 нм (He-Ne-лазер). Углы дифракции для каждого канала соответствуют расчетным данным. Амплитуда модуляции первой гармоники показателя преломления в каждой голограмме составила значение, равное максимально достижимому значению величины амплитуды модуляции первой гармоники показателя преломления, деленной на общее число наложенных голограмм.
436
Предмет исследования. Предложен метод динамического определения полуволнового напряжения электрооптического модулятора в составе волоконно-оптического гироскопа. Исключение влияния действующего на прибор углового ускорения при измерении значения электрооптического коэффициента достигается за счет использования метода гомодинной демодуляции, позволяющего произвести разделение сигнала фазового сдвига Саньяка и вспомогательного сигнала для измерения электрооптического коэффициента фазового модулятора в частотной области. Метод. Сущность метода сводится к разбиению шага цифровой модуляции волоконно-оптического модулятора на две составляющие длительностью в половину шага цифровой серродинной модуляции каждая. Первая составляющая используется для квадратурной сдвигающей модуляции. Вторая составляющая содержит отсчеты вспомогательного сигнала, используемого для определения значения масштабного коэффициента модулятора. Моделирование выполнено как в самостоятельной обособленной модели, так и в составе общей модели гироскопа. Исследована применимость предлагаемого метода, его качественные и количественные характеристики – абсолютная и относительная точность определения электрооптического коэффициента. Исследована устойчивость метода к воздействию угловых скоростей и ускорений и воздействию шумов в реальных приборах. Основные результаты. Проведенное моделирование показало возможность измерения быстро изменяющейся угловой скорости и одновременного измерения электрооптического коэффициента фазового модулятора без взаимовлияния между этими процессами. Практическая значимость. Показаннаяв работевозможность исключения влияния углового ускорения на точность измерения электрооптического коэффициента фазового модулятора позволит реализовывать точные измерительные алгоритмы для волоконно-оптических гироскопов, устойчивые к значительным ускорениям, имеющим место в реальных приборах.
444
Предложена оптическая схема для исследования преобразования состояния поляризации на стыке анизотропных волноводов. Схема состоит из источника излучения, контроллера поляризации, многофункциональной интегрально-оптической схемы, одномодового волокна для ввода и вывода излучения из интегрально-оптической схемы и поля-ризационного сканирующего интерферометра Майкельсона. Излучение от источника вводится через контроллер поляризации в один из портов многофункциональной интегрально-оптической схемы. На выходном порту это излу-чение принимается различными волокнами, углы скоса которых составляют 19°30′, 10°30′ или 0°. Прошедшее излу-чение вводится в поляризационный интерферометр Майкельсона. При различном смещении одного из плеч происходит анализ картины видности, на основе которой определяется величина преобразования поляризации на стыке. В работе получено, что при отклонении угла скоса волновода от оптимального преобразование поляризации на стыке увеличивается. Стыковка анизотропных волноводов является одной из ключевых задач при изготовлении любого типа волоконно-оптических датчиков, которые включают в себя интегрально-оптические элементы. Результаты работы представляют практический интерес для широкого круга специалистов в области применения оптических волноводов.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РОБОТОТЕХНИКА

451
Предмет исследования. Представлены результаты исследования проблемы сигнальной неопределенности. Проблема естественным образом встает перед разработчиками следящих систем при аналитическом конструировании последовательных компенсаторов, доставляющих следящим системам требуемые показатели качества. Метод. Задача решена на основе использования инженерного подхода Бесекерского,сформулированного им в 1958 году. Это позволило снизить требования к сигнальному составу задающих воздействий следящих систем путем использования только двух их количественных характеристик – максимальных скорости и ускорения. Информация о максимальных скорости и ускорении задающего воздействия позволяет ввести в рассмотрение эквивалентное гармоническое воздействие с вычисляемыми амплитудой и частотой. В сочетании с требованиями к максимальной ошибке слежения амплитуда и частота эквивалентного гармонического воздействия позволяют оценить аналитически значения амплитудной характеристики системы по ошибке с последующим пересчетом ее к амплитудной характеристике передаточной функции разомкнутой системы. Если ранее подход Бесекерского в основном использовался применительно к аппарату логарифмических характеристик, авторами этот подход используется для аналитического конструирования последовательных компенсаторов. Основные результаты. Предложенный прием использован для конструирования аналитического представления полиномиальных динамических моделей «вход–выход» и «ошибка–выход» проектируемой системы. Желаемая модель проектируемой системы в форме аналитического представления передаточной функции «ошибка–выход» положена в основу аналитического конструирования последовательного компенсатора, доставляющего проектируемой системе желаемую структуру мод ее матрицы состояния и, как следствие, необходимый набор динамических показателей. Предложенная процедура аналитического конструирования последовательного компенсатора на основе инженерного подхода Бесекерского в условиях сигнальной неопределенности проиллюстрирована примером. Практическая значимость. Полученные теоретические результаты использованы в задаче разработки системы точного позиционирования с пьезоэлектрическим исполнительным устройством. Авторы полагают, что полученная в работе процедура аналитического синтеза последовательного компенсатора может быть также использована для проектирования следящих приводов произвольного назначения.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

460
Предмет исследования. Предложена модификация метода EA+RL, являющегося одним из методов повышения эффективности эволюционных алгоритмов при помощи вспомогательных критериев. Проведено сравнение предложенной модификации с существующими методами повышения эффективности эволюционных алгоритмов на примере задачи коммивояжера. Метод. В методе EA+RLобучение с подкреплением используется для выбора оптимизируемого критерия, целевого или одного из вспомогательных, на каждой итерации однокритериального эволюционного алгоритма. Предложенная модификация метода EA+RLпозволяет использовать данный подход в многокритериальных эволюционных алгоритмах. В отличие от метода EA+RL, в предложенной модификации на каждом шаге многокритериального эволюционного алгоритма оптимизируются целевой критерий и один из вспомогательных, выбираемый при помощи обучения с подкреплением. Основные результаты. Проведено сравнение предложенной модификации метода EA+RLcсуществующими методами повышения эффективности эволюционных алгоритмов с помощью вспомогательных критериев на примере задачи коммивояжера. В методах EA+RLи предлагаемой его модификации применялись алгоритмы обучения с подкреплением в стационарной и нестационарной средах. Показаны преимущества решения задачи с использованием предлагаемой модификации метода EA+RL, применяемой совместно с алгоритмом обучения с подкреплением в нестационарной среде, по сравнению с использованием ранее известных методов выбора вспомогательных критериев в эволюционных алгоритмах. Практическая значимость. Предложенный в работе подход позволяет повысить эффективность эволюционных алгоритмов, которые применяются для решения NP-трудных задач дискретной оптимизации. К таким задачам относятся, в частности, поиск оптимального маршрута и составление расписаний.
467
Рассмотрена беспроводная сеть, подвергающаяся атаке, направленной на организацию «широковещательного шторма», с целью определения доступности автономных узлов, способности выполнения возложенных на них функциональных задач при информационном воздействии. Определен ряд условий для организации атак данного типа со стороны потенциального нарушителя информационной безопасности. Проведен анализ доступности устройств систем, базирующихся на беспроводных технологиях. Рассмотрено удаленное устройство беспроводной самоорганизующейся сети как система массового обслуживания М/М/1/n. Показаны модельные зависимости функционирования системы в обычном состоянии и при осуществлении информационного воздействия на систему со стороны потенциального нарушителя. Проведено аналитическое моделирование функционирования беспроводной сети в обычном режиме и при проведении атаки, направленной на организацию «широковещательного шторма». Проведен эксперимент, обеспечивающий получение статистической информации о работе удаленных устройств беспроводной сети. Представлены результаты эксперимента проведения атаки типовой системы, осуществляющей передачу данных, с помощью широковещательного пакета сканирования сети при различных значениях интенсивностей шумовых сообщений со стороны нарушителя информационной безопасности. Предложенная модель может быть использована для определения технических характеристик устройств беспроводной самоорганизующейся сети и выработки рекомендаций по конфигурации узлов, направленных на противодействие «широковещательному шторму».
474
Предмет исследования.Рассматриваются алгоритмы оценки движения для анализа видеопоследовательностей в стандартах сжатия MPEG-4 Visual и Н.264. На основе анализа достоинств и недостатков существующих алгоритмов был предложен собственный алгоритм. Метод. Алгоритм, названный нами иерархическим адаптивным алгоритмом шаблонного поиска (иерархический ARPS, HierarchicalARPS), включает в себя классический адаптивный алгоритм шаблонного поискаARPSи иерархический поиск MP(HierarchicalsearchorMeanpyramid). Алгоритмы оценки движения реализованы с помощью пакета MATLABипротестированы на нескольких видеопоследовательностях. Основные результаты. В качестве критериев оценки алгоритмов использованы скорость работы, соотношение сигнал/шум, среднеквадратичная ошибка и среднее абсолютное отклонение. Предложенный метод показал гораздо большее быстродействие при сравнимой ошибке и отклонению. Соотношение сигнал/шум оказалось на разных видеопоследовательностях как больше, так и ниже показателей известных алгоритмов, что требует дальнейших исследований. Практическая значимость. При использовании взамен стандартного алгоритма в кодеках MPEG-4 и H.264 предложенный алгоритм позволяет значительно снизить время сжатия и может быть рекомендован для применения в телекоммуникационных системах для задач хранения, передачи и обработки мультимедиа данных.
АВТОМАТИЧЕСКАЯ СУММАРИЗАЦИЯ ВЕБ-ФОРУМОВ КАК ИСТОЧНИКОВ ПРОФЕССИОНАЛЬНО ЗНАЧИМОЙ ИНФОРМАЦИИ Бурая . К., Виноградов . ., Грозин . В., Гусарова Н. Ф., Добренко Н. В., Трофимов . .
482
 Предмет исследования. Конкурентным преимуществом современного специалиста является максимально широкий охват источников информации, полезных с точки зрения получения и освоения актуальной профессионально значимой информации. Среди таких источников значительное место занимают профессиональные веб-форумы. В статье рассматривается задача автоматической суммаризации текста форума, т.е. выделения тех его фрагментов, которые содержат профессионально значимую информацию. Метод. Исследование строится на базе статистического анализа текстов форумов посредством машинного обучения.Для исследований отобраны шесть веб-форумов, тематикой которых являются аспекты технологий различных предметных областей. Разметка форумов проводилась экспертным путем. С использованием различных методов машинного обучения построены модели, отражающие функциональную связь между оцениваемыми характеристиками качества извлечения профессионально значимой информации и признаками постов. Для оценки качества моделей использованы кумулятивная метрика NDCG и ее дисперсия. Основные результаты. Показано, что в оценке эффективности извлечения профессионально значимой информации важную роль играет контекст запроса. Отобраны характерные для извлечения профессионально значимой информацииконтексты запросов, отражающие различные трактовки информационной потребности пользователей, обозначенные терминами  релевантность  и информативность. Построены шкалы для их оценок, соответствующие общемировым подходам. Экспериментально подтверждено, что результаты суммаризации форумов, выполняемой экспертами вручную, существенно зависят от контекста запроса. Показано, что в общей оценке эффективности извлечения профессионально значимой информации релевантность достаточно хорошо описывается линейной комбинацией признаков, а для оценки информативности уже требуется их нелинейная комбинация. При этом при оценке релевантности ведущую роль играют признаки, связанные с ключевыми словами, а при оценке информативности на первый план выступают характеристики текста поста в целом, а также признаки, связанные со структурой треда как текста и как социального графа. Показано, что эффективность извлечения информативных постов слабо зависит от способа задания ключевых слов, в то время как для извлечения релевантных постов такая зависимость существенна. Выявлен способ выделения ключевых слов, наиболее эффективный для реальных приложений. Показано, что при выделении релевантных постов линейные методы выигрывают в эффективности по сравнению с нелинейными, а модель LDA занимает промежуточное положение; в то же время при выделении информативных постов линейные и нелинейные методы идентичны по эффективности, а модель LDA значительно уступает им обоим. Предложена содержательная модель, позволяющая объяснить полученные результаты. Практическая значимость. Полученные результаты могут служить основой для построения и новых и адекватного применения существующих алгоритмов суммаризации веб-форумов, что позволит существенно сократить временные и ресурсные затраты пользователя на получение и изучение максимально свежей профессионально значимой информации.
497
Предмет исследования. Рассмотрена проблема проверки подлинности всех компонентов информационного взаимодействия, задействованных в процессе загрузки операционной системы на тонкий клиент по сети с терминального сервера. Описание системы. Поскольку контроль целостности загружаемой операционной системы осуществляется аппаратно-программным модулем, в состав которого входит USB-токен для безопасного хранения криптографических ключей и загрузчика, то основной задачей является обеспечение взаимной аутентификации четырех сторон: терминального сервера, тонкого клиента, токена и пользователя. Для решения поставленной задачи было разработано два алгоритма. Первый основывается на сравнении результатов шифрования одноразового пароля с эталонным значением, хранящимся в памяти токена и обновляющимся при успешной аутентификации. Второй алгоритм предусматривает использование пар открытых и закрытых ключей токена и сервера, позволяющих путем криптографических преобразований аутентифицировать и сформировать защищенное информационное взаимодействие токена, тонкого клиента и терминального сервера. Основные результаты. В процессе апробации разработанные алгоритмы исследованы на выполнение предъявляемых к ним требований. Выполнено сравнение применяемых подходов по применимости в многопользовательской архитектуре системы терминального доступа, по возникающим угрозам и реализуемой степени защищенности. По итогам сравнительного анализа рекомендован к применению алгоритм на основе инфраструктуры открытых ключей в силу его хорошей масштабируемости, простоты использования. Подтвержден высокий уровень безопасности, основанный на том, что реализация методов асимметричной криптографии позволяет никогда не передавать закрытые ключи участников в процессе аутентификации. Практическая значимость. Предложенный алгоритм на основе инфраструктуры открытых ключей позволяет решить поставленную задачу с использованием криптографических алгоритмов в соответствии с государственным стандартом даже при отсутствии отечественного стандарта на асимметричную криптографию. Таким образом, предлагаемый алгоритм применим в государственных информационных системах с повышенными требованиями к защите информации.
506
Предложен метод проведения постинцидентного внутреннего аудита средств вычислительной техники на основе графов. Сущность предлагаемого решения заключается в установлении взаимосвязей между дампами (образами) жесткого диска, оперативной памяти, сети. Метод предназначен для описания свойств инцидента информационной безопасности при проведении внутреннего постинцидентного аудита средств вычислительной техники. На первом шаге происходит процесс получения и формирование дампов жесткого диска, оперативной памяти и сети. Далее происходит разбор этих дампов на набор составляющих. Набор составляющих включает в себя большой набор атрибутов, которые составляют основу для формирования графа. Разобранные данные записываются в нереляционную систему управления базами данных (NoSQL), адаптированную для хранения, быстрого доступа и обработки графов. На заключительном шаге происходит установление взаимосвязей между дампами. Представленный метод позволяет человеку-эксперту в области информационной безопасности или компьютерной криминалистики проводить более точный, информативный внутренний аудит средств вычислительной техники. Предложенный метод позволяет снизить временные затраты на проведение внутреннего аудита средств вычислительной техники, повысить точность и информативность такого аудита. Метод имеет потенциал к развитию и может применяться в задачах идентификации пользователей и компьютерной криминалистике.

ТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫЙ СПОСОБ СЖИГАНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА С ПРИМЕНЕНИЕМ КВАЗИОПТИЧЕСКОГО СВЧ-ПУЧКА Булат П. В., Булат . М., Есаков . И., Волобуев . И., Грачев . Л., Денисенко П. В.
513
Предмет исследования.Рассмотрена проблема разработки малоэмиссионных камер сгорания с уменьшенным выбросом окислов азота NOx, работающих на природном или сжиженном газе. Изучена возможность сжигания особо бедных топливных смесей. Для инициирования зажигания и стабилизации горения используется разряд, сгенерированный квазиоптическим СВЧ-излучением. Основные результаты. При инициировании зажигания стримерным разрядом получено увеличение скорости горения примерно в четыре раза по сравнению с обычным искровым зажиганием и существенное увеличение полноты сгорания. Продемонстрировано зажигание стримерным разрядом особо бедной топливно-воздушной смеси с коэффициентом избытка окислителя больше предела воспламенения при нормальных условиях. Судя по косвенным признакам, при инициировании горения СВЧ-разрядом, созданным квазиоптическим излучением, зажигание имеет нетепловой характер. СВЧ-разряд возбуждает атомы кислорода, в результате чего генерируется мощное ультрафиолетовое излучение, которое вызывает образование холодной неравновесной плазмы с лавинообразным нарастанием числа свободных электронов. Стримерный разряд распространяется со скоростью порядка 5 км/с, поэтому инициирование зажигания происходит сразу по всему объему. Температура топливной смеси в месте инициирования зажигания не превышает 400 К. За счет отсутствия при горении областей с высокой температурой, которые ответственны за термический механизм Зельдовича образования NOx, а также за счет высокой скорости горения, в результате чего не успевает развиться механизм Фенимора образования «быстрых NOx», судя по всему, исключается образование NOxв заметных количествах. Затраты энергии сравнимы с искровым зажиганием. Практическая значимость. Изучаемая технология предназначена для внедрения в области двигателей внутреннего сгорания, энергетических газовых турбин, газотурбинных газоперекачивающих агрегатов, работающих на природном газе.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

524
Предмет исследования. Исследованыпроблемы анализа возможностей использования аппарата конечных цепей Маркова для моделирования деятельности человека-оператора в квазистатической функциональной среде. Показано, что стохастическая природа функциональной среды порождается фактором интервальности свойств человека-оператора. Метод. Задача решена в классе регулярных (возвратных) конечных цепей Маркова с тремя состояниями человека-оператора: с благоприятным, медианным и неблагоприятным сочетанием значений параметров математической модели человека-оператора в квазистатической функциональной среде. Конечная цепь Маркова построена с учетом факторов уставания человека-оператора и интервальности параметров модельного представления его свойств. Аппарат базируется на использовании математической аппроксимации типовой кривой изменения производительности деятельности человека-оператора в течение рабочей смены. Типовая кривая изменения производительности деятельности человека-оператора основана на богатом опыте исследования функциональной деятельности человека-оператора с помощью процедур снятия фотографии рабочего дня, хронометража его деятельности и эргономических обобщений. Основные результаты. Аппарат регулярных конечных цепей Маркова позволил на основе использования основного информационного компонента этих цепей в виде вектора финальных вероятностей корректно оценить производительность деятельности человека-оператора в квазистатической функциональной среде. Дополнительно на основе анализа спектра собственных чисел матрицы переходных вероятностей регулярной (возвратной) конечной цепи Маркова удалось построить алгоритмическую основу для оценки времени стационаризации (оценка временных затрат на переход человека-оператора от произвольного начального функционального состояния в установившееся) используемой цепи по достижении финального состояния. Практическая значимость. Полученные теоретические результаты подтверждены иллюстративными примерами, которые демонстрируют их применимость для возможного использования при организации квазистатической функциональной среды и для решения проблем ее совершенствования. Результаты работы могут быть использованы для рациональной организации функциональной среды, в которой человек-оператор мог бы оптимально реализовать свои возможности.
533
Предмет исследования. Представлены результаты исследования и компьютерного моделирования погрешностей определения параметров гравитационного поля Земли для районов с сильной расчлененностью поля. Приведена оценка погрешностей определения параметров гравитационного поля Земли методом калмановской фильтрации. Метод. Предложена компьютерная модель для реализации инерциально-геодезического метода определения параметров гравитационного поля Земли с использованием комплексной системы, состоящей из высокоточной инерциальной навигационной системы на свободных гироскопах и спутниковой системы геодезического класса точности. Показана возможность нахождения соответствия между детерминированным и стохастическим подходами при моделировании потенциала силы тяжести на примере детерминированной модели точечных масс. Основные результаты. Методами компьютерного моделирования показано, что в рамках задачи определения параметров гравитационного поля Земли модель ухода свободного гироскопа может быть редуцирована до двух значимых коэффициентов, по одному коэффициенту на гироскопы с полярной и экваториальной ориентацией соответственно. Показано, что для районов с сильной расчлененностью гравитационного поля уместно использовать модель возмущающего потенциала, построенную в рамках детерминированного подхода моделью точечных масс. Такая модель представляет собой совокупность притягивающей и отталкивающей масс (гравитационный диполь). Практическая значимость. Редуцирование модели ухода свободного гироскопа позволяет значительно сократить размерность фильтра Калмана, используемого в данной комплексной системе, что уменьшает время вычислений и повышает наглядность вектора состояния. Нахождение соответствия между детерминированным и стохастическим подходами позволяет использовать в работе удобный математический аппарат и статистическую терминологию. Также детерминированный подход позволяет в условиях сильно расчлененного гравитационного поля Земли создать модель, наиболее точно соответствующую реальному полю.
541
Предмет исследования. Исследованы причины проявления субгармонических резонансов в выходном сигнале микромеханическом гироскопа RR-типа при воздействии поступательных вибраций. Приборы подобного типа в идеальном случае не должны быть чувствительны к поступательным вибрациям вследствие угловых первичных и вторичных колебаний. Однако в силу нелинейностей характеристик емкостных преобразователей плоского и гребенчатого типов при экспериментальных исследованиях выявлено существенное усиление амплитуды его выходного сигнала в полосе частот от 20 Гц до 2 кГц. При этом собственные частоты упругого подвеса превышают 3 кГц. Метод. Уточнена математическая модель емкостных преобразователей гребенчатого типа. Описаны электромеханические взаимодействия в указанных преобразователях с учетом внешнего вибрационного воздействия. Уточненная математическая модель исследована в среде Simulink. Моделирование вибрационного воздействия проведено методом «качающейся частоты» при задании постоянной амплитуды ускорения в диапазоне частот от 20 до 2000 Гц. Основные результаты. Получено качественное совпадение результатов моделирования и экспериментов в виде проявления субгармонических резонансов при воздействии поступательной вибрации в трех взаимно ортогональных направлениях. Предложенные математические модели позволили объяснить причины полученных эффектов. Сделано заключение о том, что основной причиной появления пиков в выходном сигнале микромеханического гироскопа на субкратных частотах является выход зубцов статора и инерционного тела из зацепления. Практическая значимость. Проведенное исследование позволяет определить алгоритмические и конструктивные методы компенсации изученных взаимодействий с целью повышения вибрационной устойчивости рассматриваемого микромеханического гироскопа RR-типа.
550
Рассмотрено численное моделирование рефракции ударной волны на плоском контактном разрыве, разделяющем газы с различными плотностями. Дискретизация уравнений Эйлера проведена при помощи метода конечных объемов и разностных схем WENO-типа, реализованных на неструктурированных сетках. Интегрирование по времени выполнено при помощи метода Рунге–Кутты третьего порядка. Для визуализации и интерпретации результатов численных расчетов применена процедура выделения и классификации газодинамических разрывов, основанная на использовании условий динамической совместности и методов цифровой обработки изображений. Определена структура течения и его количественные характеристики. Выполнено сравнение результатов численной и экспериментальной визуализации (теневые картины, шлирен-изображения, интероферограммы).
559
Рассмотрен процесс определения порядка соединения элементов как этап технологической подготовки производства для использования на этапе проектирования организационной структуры цеха. Исходными данными являются за-данный объект проектирования (цех), условия эксплуатации и характеристики оборудования. Рассмотрены обще-принятые подходы, предложен новый способ, отличающийся большей наглядностью. Сущность предлагаемого под-хода состоит в замене упрощенных контурных очертаний и условных обозначений на унифицированные трехмерные модели. Унифицированные трехмерные модели представляют собой трехмерные модели, созданные на основе ре-ального объекта-прототипа при помощи обобщающего абстрагирования. В качестве прототипа выбирается наиболее известный представитель группы. Предложена поэтапная методика создания унифицированных трехмерных моделей. Показаны результаты апробации способа для двух характерных групп технологического оборудования – токарно-винторезного оборудования и промышленных манипуляторов с антропоморфной рукой. Разработан оригинальный программный модуль, работающий совместно с дополнительными средствами повышения информативности согласно алгоритму построения многокомпонентных визуальных 3D-моделей. Предлагаемое решение предназначено для разработчиков систем автоматизированной технологической подготовки производства.

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

565
Представлен новый подход к идентификации неизвестных постоянных параметров для линейной регрессионной модели. Основная идея предлагаемого подхода заключается в преобразовании исходной модели к новому виду, для которого регрессор будет обладать идентифицирующими свойствами или для него будут выполнены условия незатухающего возбуждения. Для иллюстрации работоспособности предлагаемого подхода представлен пример идентификации двух неизвестных параметров для линейной регрессионной модели. При моделировании был взят регрессор, не обладающий свойствами незатухающего возбуждения, а следовательно, параметрическая идентификация не гарантируется.
Рассматривается задача вычисления оценки приращения координат цветности изображения, выводимого на средства индикации (жидкокристаллическая панель и пр.). Исходными данными для количественного расчета является профиль средства отображения информации, заданный матрицей весов для компонентов основных цветов. Результатом исследования являются математические выражения, позволяющие вычислять оценки приращений координат цветности изображения, индицируемого на средстве отображения и гистограммы распределения приращений.
573
Представлена методика применения кондуктометрического биотестирования к анализу про- и антибактериальной активности растворов католита и анолита. При этом тестируемые препараты были получены в результате электролизной обработки в течение 25 минут при силе тока 7 A и напряжении 28 В 1% водных растворов NaCl (в прикатодном пространстве) и Na2SO4 (в прианодном пространстве). Методика исследования этих препаратов была основана на анализе динамики изменения импедансной электропроводности исследуемых образцов, обусловленной процессами метаболизма, осуществляемыми тестовыми микроорганизмами в анализируемых образцах. Применение такой методики позволило показать, что свежеприготовленный раствор анолита, начиная с концентрации 1 об.%, оказывает бактериостатическое действие на жидкую питательную среду с кишечной палочкой (Escherichia coli) в количестве 104 живых клеток на 1 мл, а при концентрации раствора анолита больше 5 об.% его действие на те же микроорганизмы становится бактерицидным. В то же время свежеприготовленный раствор католита, уже начиная с концентрации 5 об.%, активирует жизнедеятельность микроорганизмов. Таким образом, продемонстрировано, что кондуктометрическое биотестирование является чувствительным лабораторным инструментом, предоставляющим исследователю доступный, удобный и информативный способ оценки свойств различных антисептических и пробиотических средств, а также иных физико-химических систем (в том числе и весьма сложных по своему составу и динамике его изменения), способных оказывать влияние на жизнедеятельность микроорганизмов.
О РАВНОМЕРНОСТИ ЗАСВЕТКИ РАСТРА ПРИ ЛАЗЕРНОМ СКАНИРОВАНИИ Алексеев С. А., Белов Н. П., Кашников А. С., Матвеев Н. В., Прокопенко В. Т.
577
Рассмотрена возможность создания плоского светового поля (светового растра) большого размера методом лазерного сканирования на расстоянии нескольких десятков метров с угловыми размерами 20°×4°. Показано, что заполнение светом растра подобных размеров возможно с использованием одного лазера. Однородность освещенности светового растра достигается выбором параметров коллимирующей и сканирующей оптических систем, скоростью перемещения светового пятна по строке и кадру, частотой сменяемости кадров, коэффициентом перекрытия светового пятна. Приведены результаты исследований, позволившие получить относительно равномерную освещенность растра при лазерном сканировании и заполнение растра больших размеров светом от маломощного лазерного источника излучения.
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика