Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП)

Постановка задачи: оптимизация управления запасами играет ключевую роль в уменьшении издержек практи- чески любой современной компании. Обычно рассматривается ситуация, когда поставщик доставляет одному или нескольким ритейлерам товары различных видов за несколько партий. Целью работы является разработка метода ре- шения задачи управления запасами, позволяющего минимизировать суммарные затраты поставщика и ритейлеров. Результаты: для решения задачи управления запасами, описанной с помощью многопродуктовой модели, предложен новый эвристический метод. Новизна метода состоит в том, что рассматриваются все допустимые временные интер- валы между поставками. Для каждого варианта временного интервала определяются объемы товаров в одной партии и затем из всех допустимых вариантов временных интервалов между поставками выбирается тот, при котором сум- марные издержки поставщика и ритейлера будут минимальными. Проведен сравнительный анализ данного метода с двумя разработанными ранее эвристическими методами решения поставленной задачи. Показано, что предложен- ный эвристический метод в большинстве случаев дает лучшее решение, чем два других метода. Практическая зна- чимость: предложенный эвристический метод решения задачи управления запасами, описанной с помощью много- продуктовой модели, позволит разрабатывать новые методы и компьютерные программы для оптимизации складской работы многих компаний.

Постановка проблемы: современные суперкомпьютеры, используемые для решения сложных задач, обладают ря- дом недостатков как по технико-экономическим характеристикам (габариты, энергопотребление, стоимость), так и по сложности программирования реальных задач, требующих специальных приемов распараллеливания программ, в результате чего производительность суперкомпьютеров при решении реальных задач оказывается значительно ниже, чем их теоретическая производительность. Целью работы является разработка методов создания суперкомпьютеров и технологий программирования, основанных на теории динамических автоматных сетей, позволяющих существенно улучшить удельные характеристики суперкомпьютеров, а также упростить параллельное программирование для реше- ния соответствующих задач. Результаты: сформулированы базовые принципы создания суперкомпьютеров с динами- ческой архитектурой на основе динамических автоматных сетей, включая реализацию динамических автоматов с ис- пользованием либо интегральных микросхем с гибкой программируемой логикой, либо специально разрабатываемых отечественных больших интегральных схем. Это обеспечивает крайне высокую регулярность структуры микросхем, что существенно упрощает создание суперкомпьютеров с динамической архитектурой по сравнению с традиционными суперкомпьютерами. Предложены технологии решения сложных задач с использованием специально разработанного языка программирования, основанного на динамических автоматных сетях, а также метод «гибридного программи- рования», позволяющий сочетать различные аппаратные и программные средства для решения одной задачи. Прак- тическая значимость: предложенные методы дают возможность создавать суперкомпьютеры с динамической архи- тектурой, многократно (в десятки и сотни раз) превосходящие традиционные суперкомпьютеры по таким удельным (в расчете на единицу производительности) характеристикам, как габариты, энергопотребление и стоимость, при этом структура аппаратной реализации суперкомпьютера значительно упрощается. Предложенные технологии программи- рования для решения сложных задач, включая «гибридное программирование», упрощают сам процесс параллельного программирования и повышают эффективность решения сложных задач на суперкомпьютерах

Постановка проблемы: визуализация растительности в трехмерных ландшафтных сценах является нетривиальной задачей в силу сложной структуры ветвления у различных пород деревьев. Пакеты общего назначения не позволяют разрабатывать модели растительности без определенных навыков работы. Специальные пакеты, такие как геоинфор- мационные системы, используют укрупненные графические примитивы для описания формы крон деревьев. В связи с этим возникает задача разработки правил ветвления как для хвойных, так и для широколиственных пород деревьев. Результаты: описан процесс моделирования трехмерных сцен лесных участков по данным лазерного сканирования и аэрофотоснимкам, которые дают информацию о форме кроны дерева, высоте лесного полога и типе ландшафта с применением правил классификации лазерных данных. Правила построены на разбиении исходного облака точек на трехмерные кубы — вокселы. Разработаны правила ветвления для различных пород деревьев на основе L-систем, кото- рые используются для прорисовки базового каркаса модели дерева. Для детального построения кроны дерева исполь- зуется алгоритм Space Colonization. Практическая значимость: полученные правила классификации данных лазерного сканирования позволяют создавать высокоточные модели естественных ландшафтных сцен лесной растительности для визуализации данных.

Постановка проблемы: в настоящее время повсеместно повышаются требования к объектам проектирования в сочетании с сокращением сроков их разработки. Однако для проектирования электронных блоков командных при- боров применяется методика, основанная на последовательном маршруте проектирования, приводящая к дефектам, увеличению сроков и цены разработки, особенно на наиболее ответственном раннем этапе проектирования. В то же время все большее распространение получает подход модельного проектирования (model-based design), свободный от этих недостатков. Наиболее часто модельное проектирование применяется при создании встраиваемых систем реального времени, к которым относятся цифровые регуляторы командных приборов. Цель: разработка структуры, формирование аппаратных и программных блоков автоматизированного рабочего места проектировщика цифровых регуляторов командных приборов, позволяющего снизить количество дефектов, стоимость и сроки разработки за счет применения модельного проектирования. Результаты: разработана структура автоматизированного рабочего ме- ста проектировщика цифровых регуляторов командных приборов с применением программно-аппаратных средств National Instruments. Особенностью предложенного автоматизированного рабочего места является возможность его развертывания с минимальными затратами времени и трудовых ресурсов. Для рабочего места адаптированы мето- ды параллельной декомпозиции звеньев передаточных функций для реализации цифровых регуляторов на базовых матричных кристаллах и программируемых логических интегральных схемах, позволяющие реализовывать регуля- торы с параллельной архитектурой, а также алгоритмы построения цифровых регуляторов на базе дельта-оператора, которые обеспечивают возможность синтеза регуляторов при жестких ограничениях на разрядность вычислительного устройства и период дискретизации, производить параметрическую оптимизацию цифровых регуляторов командных приборов. Практическая значимость: разработанное автоматизированное рабочее место позволит повысить произ- водительность труда проектиро вщика цифровых регуляторов командных приборов, качество получаемых регуляторов и приборов в целом.

Введение: как правило, в реальных каналах связи присутствуют общие частотно-неселективные замирания, ко- торые традиционно описываются математическими моделями Райса, Релея, Накагами. Для уменьшения влияния за- мираний в канале связи широкое применение нашел разнесенный прием, заключающийся в объединении на при- еме сигналов, поступивших по L независимым каналам связи с замираниями. Цель: оценка помехоустойчивости в канале связи с замираниями при использовании разнесенного приема многопозиционных сигналов и выбор оп- тимального или рационального количества ветвей разнесения при различных видах разнесения. Результаты: пред- ставлена математическая модель канала связи с общими замираниями и аддитивным белым гауссовым шумом, предложены точные формулы для расчета вероятностей средней битовой ошибки при когерентном приеме сигналов квадратурной амплитудной модуляции и фазовой модуляции и использовании различных видов разнесенного прие- ма. Проведены расчет энергетического выигрыша от использования различных видов разнесенного приема сигналов квадратурной амплитудной модуляции для однородного канала связи и расчет вероятности средней битовой ошибки для неоднородного канала при пространственном разнесении по двум каналам. Показано, что при большом отноше- нии сигнал/шум bc ≫ 1 практически отсутствует зависимость энергетических потерь от коэффициента эффективности λ использования мощности передатчика и позиционности сигналов M. Практическая значимость: предложенные ме- тодики выбора оптимального и рационального количества ветвей при различных видах разнесенного приема много- позиционных сигналов по критерию минимума вероятности средней битовой ошибки при фиксированном отноше- нии сигнал/шум могут быть использованы при разработке аппаратуры автовыбора ветвей в системах связи с разне- сенным приемом.

Цель: обоснование эффективности использования электронных учебных курсов при изучении иностранного языка в высших учебных заведениях в целях ускорения закрепления и совершенствования навыков в области основ грамматики. Результаты: представлены общий подход к формированию структуры электронных учебных курсов по иностранному языку в виде взаимосвязанных функциональных подсистем и практические рекомендации по применению компьютерных обучающих программ при подготовке специалистов для осуществления переводческой деятельности в сфере профессиональной коммуникации. Структурно предложенные компьютерные обучающие программы содержат три функциональные подсистемы: информационно-навигационную, содержательную и диагностирующую. Практическая значимость: использование авторского электронного учебного курса «Грамматика английского языка» позволяет значительно ускорить процесс усвоения грамматики по сравнению с традиционной системой преподавания иностранного языка в высших учебных заведениях, основанной на преимущественном проведении групповых аудиторных занятий с преподавателем.

Цель: для конструирования системы управления шагающей машиной необходимо наличие кинематической и динамической моделей этой машины. Целью исследования является разработка кинематической модели для действующего макета шестиногого шагающего робота, позволяющей получить визуальное представление о его перемещении в пространстве при создании алгоритмов управления. Результаты: найдено математическое описание кинематической модели шестиногого шагающего робота в виде систем уравнений для определения положения узлов робота при заданных углах разворота звеньев конечностей. Получена система разностных уравнений, позволяющая провести моделирование движений робота при управлении по вектору скорости. На основании разработанной модели выполнена визуализация различных типов перемещения робота в пакете MatLab. Изменение углов расположения конечностей робота осуществля- ется с помощью гидроприводов, в связи с этим получены уравнения, определяющие связь величины выдвижения штоков гидроприводов и углов расположения конечностей. Для оценки возможностей перемещения робота построена область достижимости ступни и найдены аналитические границы этой области. Практическая значимость: разработанная модель может быть использована как основа построения динамической модели при разработке и апробации алгоритмов управления движением машины, а также для управления макетом машины в режиме следящего привода.

Постановка проблемы: при проведении сокращенной автономной подготовки к вылету самолета, оснащенного инерциальной навигационной системой на базе платформенной инерциальной курсовертикали, возникает проблема недостаточной точности определения начального азимута и, как следствие, курса объекта. Это обусловливает необходи- мость проведения дополнительной коррекции курса до взлета. В качестве варианта рассматривается возможность ис- пользования для коррекции курса информации, получаемой от спутниковой навигационной системы. Результаты: пред- ставлен метод коррекции курса до взлета самолета инерциальной навигационной системы по информации от спутниковой навигационной системы. Коррекция курса включает в себя определение расчетной курсовой ошибки на прямолинейных участках руления до взлета с последующим ее вводом в виде поправки в бортовую цифровую вычислительную машину для использования в текущем полете. Расчет курсовой ошибки осуществляется путем статистической оценки сравнения путе- вого угла, определяемого по информации спутниковой навигационной системы, с текущим курсом, измеренным инерци- альной навигационной системой. Сравнение производится по заданному количеству замеров на реализуемом интервале времени. Приведены результаты отработки метода на испытательном стенде c оценкой его точностных характеристик. Практическая значимость: коррекция курса по информации спутниковой навигационной системы до взлета может ис- пользоваться в целях повышения точностных характеристик определения курса самолета после проведения сокращенных видов подготовки бортовых инерциальных систем с неточной выставкой начального азимута.

Постановка проблемы: одной из главных задач обеспечения работы Международной космической станции является управление грузопотоком. Для планирования грузопотока требуется учитывать множество различных по своей природе факторов, критериев, правил, предпочтений и ограничений. Любое важное событие ведет к цепочке перепланирования многих других связанных действий. Целью работы является проведение исследования и анализа для классификации основных событий, возникновение которых приводит к согласованному изменению поблочного грузопотока. Методы: адаптивное перепланирование поблочного грузопотока российского сегмента Международной космической станции, которое инициируется событиями, с применением мультиагентных технологий и онтологий, где принимается во внима- ние динамический баланс интересов всех сторон с учетом основных ограничений и предпочтений участников процесса адаптивного планирования грузопотока в ответ на поступающие события в режиме реального времени. Результаты: выявлено, что возникновение любых важных событий приводит к перепланированию размещения грузов на транспорт- ных грузовых кораблях «Прогресс» и транспортных пилотируемых кораблях «Союз». Представлены сценарии обработки приведенных событий планировщиком поблочного грузопотока российского сегмента Международной космической станции. Практическая значимость: обработка приведенных событий реализована в интерактивной мультиагентной системе построения программы полета, грузопотока и расчета ресурсов российского сегмента Международной космической станции. Внедрение системы позволило повысить эффективность процесса планирования и снизить риски по управлению и обслуживанию российского сегмента Международной космической станции.

Постановка проблемы: как правило, мониторинг состояния дамб с использованием датчиков, установленных в дамбу, заключается в сравнении измерений датчиков с заранее определенными пороговыми значениями, получен- ными в результате анализа или моделирования структуры дамбы. Этот способ позволяет обнаружить лишь простые случаи разрушения дамбы, например переливание гребня дамбы. Более сложные случаи, вызванные процессами внутренней эрозии, такой способ обнаружить не позволяет. Цель: разработка и апробация алгоритма обнаружения аномального состояния дамбы, вызванного процессами внутренней эрозии. Результаты: предлагаемый алгоритм об- наружения аномального состояния основан на моделировании передаточной функции между измеряемыми сигналами уровня воды и пóрового давления внутри дамбы. Одноклассовый классификатор «нейронные облака» используется для оценки нелинейной, нечеткой функции принадлежности ошибки модели к области нормального состояния. Обучение классификатора «нейронные облака» производится на исторических данных о нормальном поведении дамбы, получен- ных с датчиков, установленных в дамбе. Нечеткий выход классификатора, изменяющийся от 0 до 1, позволяет давать оценку близости текущего состояния дамбы к аномальному. Апробация алгоритма проводилась на реальных данных, полученных в ходе натурного эксперимента. Практическая значимость: результаты исследований и алгоритмические решения использованы компанией «Сименс» в компоненте искусственного интеллекта при разработке системы мони- торинга состояния дамб.

Постановка проблемы: в настоящее время для определения координат человека на плоскости используется автономная навигационная система, куда входят трехосевой акселерометр и трехосевой гироскоп. Недостатком данной системы является накопление со временем ошибки информации, поступающей от составляющих системы за счет неучтенных систематических погрешностей. Эту ошибку невозможно компенсировать без дополнительного внешнего источника информации. Цель: исследовать возможность адаптации алгоритмов обработки инерциальной системы определения координат с использованием данных от внешнего источника и разработать алгоритм комплексирования информации в целях компенсации ошибок при позиционировании человека на местности. Результаты: показана возможность и предложен метод комплексирования информации от автономной инерциальной навигационной системы и внешнего независимого источника информации, в качестве которой выступает информационный сигнал от биомеханической модели движения пешехода. Метод представлен в виде двух алгоритмов. Первый алгоритм реализован в виде разомкнутой схемы, при котором структура инерциальной системы не меняется; второй — в виде замкнутой схемы с обратной связью, при этом структура инерциальной системы меняется, однако она более устойчива к изменению предположений, принятых при синтезе предложенных алгоритмов. Практическая значимость: высокоточное определение координат человека на местности необходимо во многих ситуациях, в частности, при проведении спасательных работ сотрудниками МЧС.

Постановка проблемы: для создания эффективной системы мониторинга состояния технических сооружений ин- женерной защиты территории от подтопления для топливно-энергетического комплекса необходима организация ал- горитмического обеспечения информационно-измерительных систем. Методы: геоинформационное моделирование, математические методы аппроксимации и методы метрологического анализа. Результаты: разработана структура пред- ставления инженерных сооружений защиты территории от подтопления в виде объектов геоинформационных систем, что позволяет реализовать анализ и обработку данных средствами геоинформационной системы, автоматизировать проведение мониторинга в рамках проекта геоинформационной системы оценки состояния инженерных сооружений защиты территории от подтопления для топливно-энергетического комплекса. Представлен алгоритм формирования простых и интегральных нормированных оценок состояния территорий и инженерных сооружений защиты террито- рии от подтопления по результатам информационно-измерительных систем мониторинга. Единство измерений дости- гается при организации множества оценок в виде нормированного параметрического пространства с обязательным формированием характеристик достоверности (неопределенности) для каждого значения контролируемых параметров. Практическая значимость: предложенные алгоритм и методика позволяют вести оперативный анализ характеристик по результатам контроля, принимать оперативное решение при проведении мероприятий технического обслуживания инженерных сооружений защиты территории от подтопления, решать задачи наиболее эффективного вложения средств на ремонт и реконструкцию инженерных сооружений.

Постановка проблемы: ПИД-регуляторы давно известны и широко используются в промышленности, к их достоин- ствам относится простота структуры и реализации. Однако для объектов со значительными нелинейностями использова- ние линейных ПИД-регуляторов может не обеспечивать приемлемое качество управления. Цель: построение нечетких регуляторов ПИД-типа, настраиваемых с помощью эволюционных алгоритмов и позволяющих улучшить качество рабо- ты обычных ПИД-регуляторов. Результаты: исследован нечеткий регулятор ПИД-типа с тремя независимыми базами правил. Предложена двухшаговая схема настройки регулятора для нелинейного динамического объекта. На первом шаге генетический алгоритм применяется для настройки линейного ПИД-регулятора, полученные коэффициенты исполь- зуются на выходе каждого канала нечеткого регулятора ПИД-типа. На втором шаге с помощью генетического алгоритма формируется нелинейная преобразующая функция для каждого канала, реализуемая на базе искусственной нейронной сети. Алгоритм управления отлажен и проверен с помощью системы MatLab. Полученные результаты показывают значи- тельное улучшение характеристик переходного процесса по сравнению с традиционными регуляторами. Практическая значимость: нечеткие регуляторы ПИД-типа могут эффективно использоваться при управлении нелинейными объекта- ми в промышленности, что подтверждают рассмотренные в статье примеры.

Цель: показать значение матриц начального приближения, задающих структуру в задачах поиска ортогональных многоуровневых матриц глобально го и локального максимумов детерминанта. Методы: поиск матриц глобального и локального максимумов детерминанта ведется итерационной вычислительной процедурой, ориентированной на ми- нимизацию максимального абсолютного значения элементов ортогональной матрицы с предвычислением ее началь- ного приближения в заданной априори структурированной форме. Результаты: предложенный подход, учитывающий на начальном этапе вычислений структуру и симметрию, существенно повышает эффективность поиска ортогональных по строкам (столбцам) обобщенных взвешенных матриц. Показана целесообразность учета как явной, так и неявных симметрий матриц. Приведены примеры скрытых симметрий матриц и указаны связанные с ними преобразования, эквивалентные по отношению к значению детерминанта матрицы. Практическая значимость: обобщенные взве- шенные матрицы глобального и локального максимумов детерминанта ортогональны и имеют практическое значение в решении задач помехоустойчивого кодирования, сжатия и маскирования видеоинформации

Введение: применение многопозиционных радиолокационных систем требует наилучшего, с точки зрения до- стижения заданных значений показателей качества, взаимного расположения их элементов. Для решения этой задачи необходимо оптимизировать пространственную структуру системы, предварительно определив и задав критерий оптимальности. Цель: поиск оптимального варианта размещения элементов многопозиционной радио- локационной системы с некооперируемым источником подсвета, который обладает наилучшим значением пока- зателя качества из заданного конечного количества вариантов пространственной структуры. Результаты: методом полного перебора получен алгоритм оптимизации пространственной структуры многопозиционной радиолокацион- ной станции. Определено количество вариантов и получены результаты оптимизации пространственной структуры многопозиционной радиолокационной системы с некооперируемым источником подсвета и двумя приемными по- зициями. При этом определены точки местоположения приемных пунктов, обеспечивающие максимальное значе- ние целевой функции — площади сечения рабочей зоны при заданных ограничениях и для различных высот полета целей. Эффективность использования алгоритма оценена значением коэффициента увеличения площади рабо- чей зоны.

Постановка проблемы: в ряде случаев обработка (маскирование) визуальных искажений, возникающих вслед- ствие потерь пакетов данных в сетях с негарантированной доставкой, осуществляется на приемной стороне. Данная задача решается с помощью алгоритмов восстановления изображений. Цель: классификация методов и принципов восстановления изображений, выделение достоинств и недостатков существующих подходов, а также актуальных про- блем и способов их решения. Результаты: рассмотренные подходы и принципы, положенные в основу работы алго- ритмов восстановления регионов изображений, разделены на следующие классы: структурные, текстурные и основан- ные на разреженном представлении данных. Представлены способы борьбы с высокой вычислительной сложностью рассмотренных методов с применением подоптимальных процедур. Отображена связь между текстурными методами восстановления и методами, основанными на разреженном представлении данных. Приведен анализ качества восста- новления различных типов регионов на изображениях. Практическая значимость: на базе рассмотренных подходов возможна разработка приложений, критичных к повторной передаче данных по сетям с негарантированной доставкой.

Цель: обобщение и развитие результатов по формированию статистической радиооптики — единой статистической теории лазерных информационных систем и радиооптических методов получения, преобразования, передачи и обра- ботки информации. Результаты: выделены основные трудности и показан противоречивый характер развития радиооп- тики. Предложена обобщенная модель радиооптической обработки информации и обоснован общий принцип построе- ния cтатистической радиооптики. Рассмотрены фундаментальные пределы точности, связанные с квантовыми эффекта- ми при регистрации оптических излучений; выполнен анализ особенностей влияния открытого атмосферного канала на работу лазерных систем информационного обмена; исследованы эффекты замираний при распространении лазерных излучений. Практическая значимость: формирование и развитие статистической теории лазерных информационных систем позволяет оптимизировать существующие и синтезировать качественно новые алгоритмы радиооптической об- работки информации для систем лазерной связи, локации, навигации и управления.

Постановка проблемы: рекомендующие системы широко используются в современных системах электронной коммерции, помогая пользователям ориентироваться в многообразии предлагаемых товаров и услуг. Наибольшее распространение получили централизованные архитектуры построения таких систем. Однако централизация влечет за собой ряд недостатков, среди которых — необходимость передачи пользователем сведений о предпочтениях стороне, осуществляющей эксплуатацию такой системы, и наличие единой точки отказа. Цель: построение децентрализованной рекомендующей системы, в которой для формирования рекомендаций используется сходство предпочтений пользовате- лей (коллаборативная фильтрация), но полные сведения о предпочтениях хранятся только на узле, контролируемом самим пользователем, и не передаются другим узлам. Результаты: предложена архитектура децентрализованной реко- мендующей системы, включающая структурированную одноранговую сеть, в которой каждый узел соответствует одному пользователю и хранит профиль его предпочтений, и специальный узел для информационного согласования участников сети. В качестве механизма, обеспечивающего, с одной стороны, поиск пользователей со схожими предпочтениями, а с другой стороны, ограниченное раскрытие информации о предпочтениях, используется локально-чувствительное хеши- рование. Для повышения уровня приватности пользователей в одноранговой сети применяется схема анонимизации. Практическая значимость: предложенный подход является достаточно универсальным и может быть использован для построения систем коллаборативной фильтрации в различных прикладных областях.

Постановка проблемы: разработка и внедрение информационно-управляющих систем многомерными техно- логическими объектами являются в настоящее время актуальными задачами, поскольку позволяют повысить каче- ство выпускаемой продукции, снизить затраты энергоресурсов, минимизировать материальные затраты, сократить уровень загрязнения окружающей среды и т. д. К наиболее наукоемким этапам разработки информационно-управ- ляющей системы относится создание ее алгоритмического и программного обеспечения, так как применяемый при этом математический аппарат зачастую является очень сложным. Один из эффективных путей решения данной пробле- мы — использование интеллектуальных баз знаний, обеспечивающих программную реализацию алгоритмов синтеза энергосберегающих управляющих воздействий. Методы: разработка структуры базы знаний с использованием фрей- мовой модели представления знаний. Реализация в базе знаний метода структурного синтеза алгоритма энергосбере- гающего управления, основанного на совместном применении принципа максимума Понтрягина и метода синтези- рующих переменных. Результаты: разработана структура фреймовой базы знаний информационно-управляющей си- стемы многомерным объектом. Фреймы базы знаний обеспечивают определение вида функции оптимального управ- ления и получение аналитических зависимостей для расчета ее параметров. Определение вида функции оптимального управления осуществляется с использованием иерархического графа переходов между видами функций оптимального управления с учетом возможных нарушений ограничений на управляющие воздействия. Параметры полученной функ- ции оптимального управления определяются в результате решения системы уравнений, которая составляется в авто- матическом режиме из «элементарных» функций, хранящихся в базе знаний. Практическая значимость: применение разработанной базы знаний в составе информационно-управляющей системы многомерным объектом обеспечивает решение задачи синтеза энергосберегающих управляющих воздействий с учетом накладываемых на них ограничений.

Введение: рассматривается многоуровневая блочная система хранения данных. Уровни отличаются типом памяти и скоростью работы с данными. Для каждого приложения, работающего с системой, задано требуемое качество обслу- живания, выражаемое в виде времени отклика системы на запрос. Распределение адресного пространства приложе- ний между уровнями памяти влияет на время отклика системы. Целью работы является автоматическое распределение областей памяти приложений в зависимости от входного потока заявок таким образом, чтобы требования на качество обслуживания были выполнены. Результаты: сформулирована оптимизационная задача расчета размеров памяти при- ложений на всех уровнях системы и предложен эвристический алгоритм ее решения. Используются такие характери- стики потока запросов, как среднее значение доли запросов, попадающих в кэш, и распределение частот запросов к блокам данных на дисках. Оценка работы алгоритма вычислена с помощью имитационного моделирования системы хранения, на которую подавался поток заявок, снятый ранее с реальных систем хранения. Результаты моделирования демонстрируют, что предложенный алгоритм в некоторых случаях позволяет повысить эффективность работы системы хранения до 10 %. Практическая значимость: предложенный алгоритм может улучшить качество обслуживания в много- уровневой системе хранения данных.

Цель: биометрическая идентификация на основе анализа движения глаз обладает высокой степенью защиты от подлога. Точность этого метода идентификации зависит от анализируемых параметров движения глаз, применяемых стимулов, а также частоты прибора регистрации траектории взгляда. Цель исследования заключается в определении параметров движения глаз, имеющих наиболее существенное значение для идентификации, а также стимулов, которые нужно использовать, чтобы выявить характерные особенности движения глаз конкретного человека на основе данных низкочастотного прибора регистрации траектории взгляда Tobii X2-30. Результаты: проведены экспериментальные исследования идентификации личности на основе анализа движения глаз, зафиксированного с помощью айтрекера Tobii X2-30, при воздействии двух различных стимулов. Данные, полученные с помощью систем регистрации траекто- рии взгляда, в том числе и низкочастотных, могут быть использованы для идентификации личности человека. Анализ данных двух экспериментов показал, что ошибка идентификации может варьироваться от 0 до 40 % в зависимости от рассматриваемого параметра движения. В ходе обработки результатов второго эксперимента было выявлено, что анализ саккад обеспечивает более точную идентификацию по сравнению с анализом параметров, рассчитанных для фиксаций, за счет снятия ограничения на скорости и амплитуды движений глаза. По результатам второго эксперимента определено, что значение ускорения взгляда при рассмотрении саккад может быть использовано для идентификации личности. Практическая значимость: полученные в ходе проведенного экспериментального исследования результаты подтверждают возможность использования низкочастотных систем регистрации траектории взгляда в целях идентифи- кации личности человека.

Постановка проблемы: известные методы, обеспечивающие качественную конвертацию 2D-изображений и ви- део в стереоскопический формат, имеют общий недостаток — ручную реализацию ряда этапов и, следовательно, яв- ляются дорогостоящими. Цель: разработка полуавтоматических и потому более экономичных методов конвертации 2D-изображений и видео в стереоскопический формат. Результаты: предложенные шесть методов конвертации осно- ваны, во-первых, на положениях выдвинутой ранее и экспериментально подтвержденной гипотезы, согласно которой ощущение глубины пространства при наблюдении 3D-сцен и стереоскопических изображений создается благодаря «конвергенционно-дивергенционным» движениям глаз, а во-вторых, на следующем из нее выводе, что при генерации стереоизображений важны лишь области карты глубины, примыкающие к резким световым границам. Первый метод заключается в аппроксимации поверхностей объектов, представленных на конвертируемом изображении, небольшим количеством плоскостей. Второй метод основан на синтезе карты глубины небольшим набором примитивных поверх- ностей. Особенностью третьего метода конвертации является синтез карты глубины из ахроматического компонента самого конвертируемого изображения. Четвертый метод конвертации отличается от предыдущего тем, что карта глуби- ны формируется из контуров ахроматического компонента конвертируемого изображения. В пятом и шестом методах при формировании карты глубины использован фактор движения объектов. Практическая значимость: разработанные методы обладают бóльшим быстродействием и требуют меньших затрат ручного труда, поэтому их можно эффективно применять на практике для конвертации как отдельных изображений, так и видео.

Постановка проблемы: в настоящее время возможности языка управления космическими аппаратами, эксплуатиру- емого на базе акционерного общества «Информационные спутниковые системы» им. академика М. Ф. Решетнёва», пере- стали соответствовать требованиям предметной области: язык не поддерживает новых возникающих функциональных задач и слишком сложен для быстрого освоения, что вызвало необходимость разработки нового языка управления. Результаты: на основании анализа ограничений применяемого языка управления, требований предметной области и существующих аналогов был спроектирован и разработан проблемно-ориентированный язык управления «Дельта», обладающий простым синтаксисом, с применением терминов предметной области в качестве ключевых слов, поддерживающий как русский, так и английский варианты написания операторов языка. В языке поддерживаются основные функции управления: выдача управляющих воздействий, анализ поступающей телеметрии, паузы, печать сообщений, условные операторы и др. Практиче- ская значимость: данная разработка предназначена для управления большинством космических аппаратов производства акционерного общества «Информационные спутниковые системы» как в отечественных, так и в международных проектах.

Постановка проблемы: нелинейные искажения группового сигнала в цифровых радиосистемах абонентского до- ступа с прямым расширением спектра, кодовым разделением каналов и квадратурно-амплитудной модуляцией приво- дят к увеличению вероятности цифровых ошибок и ухудшению качества индивидуальных абонентских каналов. Цель: установление количественной зависимости вероятности цифровых ошибок в абонентских каналах от степени нелиней- ных искажений групповых видео- и радиосигналов. Знание этой зависимости необходимо для обоснования требований к амплитудным характеристикам усилителей, входящих в состав многоканальных видео- и радиотрактов. Методы: ре- альный групповой сигнал представлен в виде суммы трех компонентов — неискаженной части сигнала, коррелирован- ной с ним мультипликативной и некоррелированной аддитивной помехи. Построена и применена компьютерная мо- дель передаваемого сигнала, учитывающая, в отличие от традиционных методов анализа, не только статистические, но и комбинаторные свойства сложного группового сигнала с кодовым разделением. Приемлемая погрешность оценки помехоустойчивости достигается путем аппроксимации реального распределения смеси сигнала с помехами при по- мощи полиномов Эрмита и рядов Грама — Шарлье. Результаты: показано, что обычное гауссово представление помех и линеаризация характеристик нелинейных элементов приводят к завышенным оценкам помехоустойчивости. Анализ комбинаторики группового сигнала позволил оценить как раздельное, так и совокупное влияние каждого из параме- тров нелинейных трактов на реальную помехоустойчивость системы. Законы распределения смеси канальных функций Радемахера — Уолша с шумом в нелинейном тракте, а также конкретные результаты расчета вероятности ошибок пред- ставлены в аналитической и графической форме. Практическая значимость: результаты исследования и вытекающие из них рекомендации по заданию технических требований к групповым трактам систем с кодовым разделением позволяют повысить помехоустойчивость абонентских каналов доступа и могут быть использованы в процессах теоретических ис- следований, технической разработки, производства и внедрения новых высокоскоростных цифровых систем передачи.

Постановка проблемы: в ряде прикладных задач, таких как задачи прогнозирования, выбора, назначения и рас- пределения, диагностики и многоагентного управления и др., иногда возникает проблема построения оптимального взаимодействия между агентами. Цель: построение нового алгоритма решения для теоретико-игровой модели мно- гоагентного взаимодействия конкурентного типа с использованием парето-оптимальности и компромиссного мно- жества, который позволит обрабатывать данные (проводить анализ данных) большого количества участников в каж- дом проекте с помощью построения несложного программного обеспечения. Результаты: построен алгоритм реше- ния статической конкурентной модели принятия решений, заключающийся в поиске парето-оптимального решения в бескоалиционных играх и компромиссного проекта. Статическая конкурентная модель принятия решений форма- лизуется в виде множества различных между собой бескоалиционных игр, каждая из которых задана для некоторо- го проекта. Для каждого проекта в качестве стратегий игроков выступают положительное и отрицательное решение по соответствующему проекту. Доходы игроков определяются как значения функций выигрыша на множестве ситу- аций, образованных принятыми решениями игроков по соответствующим проектам. Требуется решить каждую бес- коалиционную игру, а затем из множества полученных решений выделить компромиссное с помощью алгоритма нахождения компромиссного решения в целях выделения приоритетного проекта (одного или нескольких). Доказа- но существование решения статической конкурентной модели принятия решений, приведен численный пример ее реализации. Практическая значимость: предложенный алгоритм может быть рекомендован к использованию для экспертов как инструмент для уточнения или подтверждения оптимальности предполагаемого решения по участию в том или ином проекте.

Введение: важнейшей характеристикой систем межмашинного взаимодействия (Machine-to-Machine) является среднее количество активных абонентов в системе. Под «активным» понимают такого абонента, у которого в данный мо- мент есть готовый для передачи пакет. При большом количестве активных абонентов в сети в системе будет наблюдать- ся большая средняя задержка на передачу пакета. В 5-м поколении беспроводных сетей предлагаются решения, в кото- рых использование неортогональных ресурсов позволяет реализовать обслуживание большого количества абонентских устройств и обеспечить относительно небольшое количество активных абонентов в сети. При этом вероятность успеш- ной передачи в некотором ресурсе зависит от общего количества передаваемых пакетов в других ресурсах. Данная особенность усложняет необходимый анализ таких систем. Цель: разработка модели для анализа характеристик систем межмашинного взаимодействия, построенных на базе сетей 5-го поколения. Результаты: предложена новая модель случайного множественного доступа для анализа характеристик систем Machine-to-Machine на основе беспроводных сетей последнего поколения. Модель построена с учетом того, что вероятность успешного детектирования пакета от або- нентского устройства зависит от общего количества передающих абонентов в системе, даже если они передают в орто- гональных каналах. Для анализа таких систем использован метод жидкостной аппроксимации, позволяющий при низких вычислительных затратах оценить такие характеристики, как задержки на передачу пакета и среднее число абонентов, имеющих готовый для передачи пакет. Точность предложенного метода продемонстрирована на численном примере. Практическая значимость: предложенный метод и результаты исследования могут быть использованы разработчика- ми систем межмашинного взаимодействия для оценки среднего энергопотребления и задержек на передачу пакета, в том числе для оперативного перераспределения числа ресурсов, выделяемых для взаимодействия Machine-to-Machine систем и систем, ориентированных на передачу данных между людьми (Human-to-Human) в гибридных сотовых сетях.

Постановка проблемы: в настоящее время для идентификации симметричных преобразований цифровой визуаль- ной информации в целях ее сокрытия от несанкционированного ознакомления существует ряд терминов. Значительные расхождения в реализации преобразований, применение в них разных математических методов и связанных с этим требований к эффективности сокрытия приводят к необходимости уточнения соответствия терминов выполняемым про- цедурам. Ставится цель критически оценить термины «маскирование» и «демаскирование», рассмотреть альтернатив- ные варианты терминологического обозначения преобразований, выполняемых для защиты цифровых изображений с малым временем актуальности, и закрепить наиболее подходящий вариант. Результаты: сопоставительный анализ терминологии, близкой по значению к описанию содержания процедур преобразования цифровой визуальной инфор- мации, показал, что в настоящее время отсутствуют сколь-нибудь более близкие термины, чем «маскирование» и «дема- скирование», с определением, способным указать точное место рассматриваемых процедур среди способов защиты информации. Практическая значимость: показано, что термин «маскирование» и связанный с ним термин «демаски- рование» наиболее близки к описанию сути преобразований цифровой визуальной видеоинформации с малым време- нем актуальности в целях ее сокрытия от несанкционированного ознакомления. Сформулированы основные определе- ния применительно к матричным преобразованиям цифровой визуальной информации с использованием квазиортого- нальных базисов, приведены матричные соотношения для выполнения «маскирования» и «демаскирования».

Введение: FIFO-очередь является очень распространенной структурой данных: ее применяют во многих аппарат- ных и программных приложениях. При разработке различных сетевых устройств и встроенных операционных систем требуется работа с несколькими FIFO-очередями, расположенными в общем пространстве памяти. Также существуют архитектуры многоядерных процессоров, где каждому ядру выделено две FIFO-очереди. Целью исследования являет- ся построение и анализ математической модели процесса работы с двумя последовательными циклическими FIFO- очередями в общей памяти, когда на нечетном шаге происходят операции включения элементов в одну из очере- дей, а на четном шаге — исключения (возможно как последовательное, так и параллельное выполнение операций). Результаты: сформулирована задача оптимального разбиения общей памяти FIFO-очередей как задача целочисленного программирования, где функция критерия оптимальности задается алгоритмически. Построены математическая и ими- тационная модели этого процесса для двух очередей и проведены численные эксперименты, основывающиеся на тео- ретических данных. Математическая модель представлена в виде случайного блуждания по двухмерной целочисленной решетке, имеющей отражающие экраны, т. е. мы имеем дело с регулярной однородной марковской цепью. Критерием оптимальности является минимальная средняя доля потерянных при переполнении элементов очередей. Особенностью данного исследования является специфическое выполнение операций над очередями: включение и исключение элемен- тов происходит в зависимости от шага (сделаны поправки для сохранения качеств однородности и регулярности цепи) и выполнение операции возможно параллельно. Практическая значимость: с помощью разработанной модели можно найти оптимальное разделение ограниченной общей памяти для повышения стабильности работы системы. Предло- женные модели, алгоритмы и разработанный программный комплекс могут применяться при проектировании сетевых устройств, например маршрутизаторов, где потери пакетов являются допустимой, но нежелательной ситуацией. Разделяя общую память для очередей оптимально, мы теряем меньше пакетов, и, как следствие, данные доставляются быстрее.

Введение: в процессе опытной отработки систем управления перспективных объектов невозможно обеспечить полную идентичность условий испытаний отдельных образцов из-за проведения доработок, изменения граничных условий и т. д. Одним из путей устранения неоднородности информации, получаемой в процессе испытаний, является приведение резуль- татов испытаний отдельных образцов к некоторым заранее заданным условиям. Качество оценок характеристик системы управления, получаемых по объединенной таким образом выборке, существенно зависит от точности используемых опера- торов приведения. Цель: повышение точности определения операторов приведения по сравнению с известными метода- ми решения этой задачи. Результаты: предложен новый подход к объединению неоднородных опытных данных, позволив- ший повысить точность приведения результатов испытаний к единым условиям и качество оценок характеристик системы. В основу определения оператора приведения положены условия полного совпадения математических ожиданий и макси- мальной близости ковариационных матриц, характеризующих точность системы в различных условиях. Таким образом обе- спечен наиболее полный учет ограниченных опытных данных, полученных в процессе опытной отработки системы управ- ления. Приведен пример оценивания характеристик точности системы управления предложенным методом. Практическая значимость: применение полученных результатов позволяет повысить точность оценок характеристик системы управления

Purpose: In analogy with the ordinary and the periodic Golay pairs, we introduce also the negaperiodic Golay pairs. (They occurred first, under a different name, in a paper of Ito.) Methods: We investigate the construction of Hadamard (and weighing) matrices from two negacyclic blocks (2N-type). The Hadamard matrices of 2N-type are equivalent to negaperiodic Golay pairs. Results: If a Hadamard matrix is also a Toeplitz matrix, we show that it must be either cyclic or negacyclic. We show that the Turyn multiplication of Golay pairs extends to a more general multiplication: one can multiply Golay pairs of length g and negaperiodic Golay pairs of length v to obtain negaperiodic Golay pairs of length gv. We show that the Ito’s conjecture about Hadamard matrices is equivalent to the conjecture that negaperiodic Golay pairs exist for all even lengths. Practical relevance: Hadamard matrices have direct practical applications to the problems of noise-immune coding and compression and masking of video information.

Постановка проблемы: при решении задач идентификации сложных радиосигналов в реальном масштабе време- ни требуется большой ассортимент устройств, позволяющих определять их тонкую структуру как во временной, так и в частотной области. Целью работы является разработка и техническая реализация алгоритма обработки радиосигналов, позволяющего в реальном масштабе времени однозначно в широком диапазоне фазовых углов определять их фазовую структуру. Результаты: сформирован алгоритм обработки радиосигналов, на основе которого разработана структурная схема устройства и определены характеристики его основных функциональных узлов. Для снижения энергозависимо- сти устройства использовались современные достижения акустоэлектроники и ее элементной базы. Разработана новая топология элементов на поверхностных акустических волнах, обеспечивающих дифференцирование, интегрирование и преобразование по Гильберту входных радиосигналов во временной области. Реализовано устройство с относительной полосой пропускания 30 % и представлены результаты экспериментальных исследований, убедительно подтвердившие те- оретические выводы. Практическая значимость: разработанное устройство позволяет однозначно в широком диапазоне фазовых углов определять фазовую структуру радиосигналов с произвольным видом функции внутриимпульсной угловой модуляции. При этом результат обработки не зависит от случайной начальной фазы исследуемого радиосигнала.

Постановка проблемы: разнородность поступающей информации и отсутствие методов комплексирования различной информации при решении задачи выбора требуют разработки методологического аппарата для ее решения. Целью работы является разработка методов решения задачи выбора с учетом разнородности и ограниченности получаемой информации. Результаты: сформулирована математическая постановка задачи выбора. Задача сведена к проверке многомерной статисти- ческой гипотезы о том, что векторы селективных признаков равны эталонным значениям. Для решения этой задачи исполь- зуется критерий отношения правдоподобия, который является наиболее мощным. Вводится комбинированный показатель близости, который является мерой близости всей совокупности различных по физическому смыслу селективных признаков объекта, полученных на основе измерений, к эталонным значениям. Приведена методика решения задачи выбора при до- статочно большом объеме информации об объектах. В реальных условиях объем измерительной информации о характеристи- ках наблюдаемых объектов, как правило, ограничен. При ограниченном объеме измерительной информации распределение Пирсона 3-го типа достаточно хорошо аппроксимирует истинное распределение комбинированного показателя близости. Раз- работана методика решения задачи выбора при ограниченном объеме информации. Практическая значимость: примене- ние разработанных методов позволит повысить достоверность задачи выбора по сравнению с существующими методами.

Введение: существующие на сегодняшний день алгоритмы приема сверхширокополосных сигналов, как прави- ло, не учитывают наличие импульсных помех в канале. Это приводит к потере их работоспособности, что существен- но ограничивает область применения сверхширокополосных систем передачи данных на индустриальных объектах. Цель исследования: разработка и анализ эффективных алгоритмов приема сверхширокополосного сигнала на фоне импульсных помех. Результаты: предложена модель импульсной помехи, для которой была разработана оптимальная схема принятия решений о передаваемом сообщении. Несмотря на то, что данная схема является трудно реализу- емой, ее анализ позволил определить нижнюю границу для вероятности возникновения битовой ошибки. Проведен сравнительный анализ оптимального алгоритма и алгоритмов, наиболее часто используемых в современных трансиве- рах сверхширокополосных систем передачи данных: корреляционного приема и приема с двоичным квантованием. По результатам сравнения разработан перечень рекомендаций по областям применения рассмотренных алгоритмов: приемник с двоичным квантованием является эффективным в области низких значений отношения сигнал/помеха при большой скважности помеховых импульсов. Рекомендуемой областью применения корреляционного приемника явля- ются высокие значения отношения сигнал/помеха при их малой скважности. Практическая значимость: результаты ис- следования могут быть использованы разработчиками беспроводных решений по сбору и обработке данных, планиру- ющих применение сверхширокополосных систем передачи данных на предприятиях с высоким уровнем индустриаль- ных помех.

Цель: в теории динамических систем не сложилось характерное для теории сигналов разделение их частотных ха- рактеристик на непрерывные и дискретные. Цель исследования — устранить отмеченный недостаток введением в дис- кретные частотные характеристики линейных динамических систем финитного времени на примере элементарных звеньев первого и второго порядков. Результаты: показано различие между непрерывными на бесконечном времени и дискретными на ограниченном временном отрезке частотными характеристиками систем и сигналов. Приведено определение дискретных частотных характеристик линейных динамических систем финитного времени. Описаны чис- ленные и аналитические методы их нахождения, комментируется метод натурного эксперимента. Выведена передаточ- ная функция нестационарного линейного звена оператора флипа (реверса сигнала во времени). Даны характеристики элементарных звеньев первого и второго порядков, описываемых передаточными функциями интегратора, двойного интегратора, апериодического и консервативного звеньев. Показано, что точки их дискретных частотных характеристик располагаются на амплитудных частотных характеристиках звеньев. Практическая значимость: дискретные частотные характеристики дополняют классические непрерывные, согласуются с ними по амплитудам и выступают как уточняю- щие, учитывающие важный для практики фактор — конечное время протекания процессов. Разработано соответствую- щее программное обеспечение для математической сети Интернет.

Постановка проблемы: несовершенство существующих методов обнаружения вторжений, а также изменяющийся характер вредоносных действий со стороны атакующего приводят компьютерные системы в небезопасное состояние, поэтому важно идентифицировать новые типы атак и своевременно реагировать на них. Цель: разработка гибридной схемы обнаружения и классификации сетевых атак на основе комбинирования адаптивных классификаторов. Резуль- таты: предложена обобщенная схема комбинирования классификаторов для обнаружения сетевых атак. На ее основе разработано программное средство, которое позволяет анализировать сетевой трафик на наличие аномальной сете- вой активности. Для уменьшения числа используемых признаков предлагается применять метод главных компонент. Основными особенностями предлагаемого подхода является многоуровневый анализ сетевого трафика, а также ис- пользование различных адаптивных модулей в процессе обнаружения атак. Проведены вычислительные эксперименты на двух открытых наборах данных с использованием различных способов комбинирования классификаторов. Практи- ческая значимость: разработанные модули могут быть использованы для обработки данных, полученных от сенсоров системы управления информацией и событиями безопасности.

Введение: существующие системы очистки сточных вод активным илом используются для узкого диапазона кон- центраций загрязнений. Применение регулирования позволяет расширить диапазон, однако при изменении соста- ва воды на входе системы или условий внешней среды требуется постоянная перенастройка параметров регулято- ра. Цель исследования: синтез системы управления с логико-динамическим регулятором для удаления загрязнителей в широком диапазоне концентраций. Результаты: на основе математического описания модели ASM1 построена схема взаимодействия компонентов биохимических реакций. Представлена управляемая математическая модель удаления соединений азота в двухзонном биореакторе с рециклом нитратов, блоком ультрафильтрационных мем- бран и возвратным иловым потоком в первую зону. Введены показатели качества процессов для системы управле- ния биологической очисткой стоков. На их основе разработана методика параметрической настройки регулятора с логически перестраиваемой структурой. Введены понятия ведущего и ложного ведущего регуляторов. В соответ- ствии с разработанной моделью в среде MatLab/Simulink построена компьютерная модель. Результаты моделиро- вания демонстрируют возможность качественной очистки в условиях широкого изменения уровней входных много- компонентных загрязнений в заданном неизменном объеме биореактора. Практическая значимость: применение логико-динамического регулятора с оптимальными настройками параметров позволяет обеспечивать допустимые кон- центрации аммония, нитратов и химическое потребление кислорода на выходе на всех рабочих режимах системы управления.

Цель: разработка динамических математических моделей управляемых технологических процессов осушки природ- ного газа. Результаты: разработана концептуальная модель тепло- и массообменных процессов комплекса технологи- ческих систем «Абсорбция – Десорбция» как объекта управления, характеризующаяся взаимосвязью разнородных фи- зических процессов, структурой и обоснованным выбором входных, внутренних, измеряемых и управляемых величин. На основе концептуальной модели разработаны и исследованы математические модели управляемых массообменных процессов в абсорбере насадочного типа и теплообменных процессов в испарителе и аппарате воздушного охлажде- ния, отличающиеся обоснованным принятием допущений, пространственной распределенностью величин и учетом функциональной зависимости скорости газообразной фазы от внешних и внутренних возмущающих факторов, что по- зволяет адекватно управлять процессами в условиях изменения этих факторов. Предложено многорежимное регули- рование моделируемых процессов. Практическая значимость: разработанные математические модели управляемых массо- и теплообменных процессов абсорбционной осушки природного газа позволяют объяснять и прогнозировать по- ведение комплекса технологических систем типовых установок комплексной подготовки газа при различных режимах функционирования. Применение многорежимного регулирования обеспечивает поддержание заданного качества газа в широких интервалах изменения давления, температуры и расхода.

Постановка проблемы: основу современных авиационных средств отображения информации, работающих в жест- ких условиях эксплуатации, составляют жидкокристаллические панели. Температура окружающей среды оказывает су- щественное влияние на колориметрические характеристики цветопередачи панели, в связи с чем требуется термоста- билизация режима работы панели в составе изделия. Цель исследования заключается в решении задачи идентификации модели системы автоматического управления тепловым режимом работы жидкокристаллической панели. Методы: для решения задачи идентификации модели системы автоматического управления используются методы анализа систем автоматического управления. Для моделирования используется пакет Simulink в составе среды MathLab. Теоретическо- му анализу подлежит структура автоматической системы, заданная на уровне функциональных элементов автоматики. Результаты: предложен программный инструмент для моделирования системы автоматического управления тепловым режимом работы жидкокристаллической панели в составе бортового средства индикации. Получены теоретические и экспериментальные графические зависимости рабочей температуры жидкокристаллической панели от времени работы изделия в заданных условиях. Практическая значимость: результаты исследования получены при выполнении опытно- конструкторской работы и могут использоваться разработчиками бортовых средств отображения информации для вы- полнения схемотехнических расчетов и для оценки тепловых режимов жидкокристаллических панелей.

Цель: разработка высокоточных алгоритмов вычисления производной сигнала для уменьшения ошибок дифферен- цирования пространственного положения объекта. Методы: использование обратного преобразования Фурье приме- нительно к линейной частотной характеристике дифференцирующего фильтра в заданном диапазоне частот. Результаты: показано, что известные дифференцирующие устройства, выполненные на базе операционного усилителя с использо- ванием «C-R»-цепи, а также дискретные алгоритмы дифференцирования, основанные на разложении в степенной ряд частотной передаточной функции идеального дифференциатора, при ограниченном числе членов ряда не обеспечивают линейной частотной характеристики в широком диапазоне частот. Разработан дифференцирующий фильтр для высоко- точного вычисления производной сигнала в широком диапазоне частот от нуля до частоты Найквиста. Получена его им- пульсная характеристика, позволяющая с использованием интеграла Дюамеля сравнительно легко вычислить выходной сигнал дифференцирующего фильтра при заданном входном воздействии.

Цель: разработка метода синтеза цифровых автоматических систем, учитывающего сетевые задержки управляю- щих величин при их доставке в цифровой корректор, устойчивый к их пропажам из-за потери сетевых кадров и их несвоевременной доставки. Результаты: разработан метод синтеза цифровых автоматических систем с сетевым спо- собом доставки управляющих величин, для которых определена максимальная задержка кадров в конкретной сете- вой среде. Учет сетевых задержек дает возможность компенсировать их влияние на динамические свойства цифро- вой системы путем модификации располагаемой части и ее использования на следующем этапе синтеза. Благодаря этой процедуре удается избежать применения предикторов и компенсаторов различных типов для решения пробле- мы устойчивости. Предложенный в статье метод проектирования цифрового корректора позволяет обеспечить его невосприимчивость к пропажам определенного количества сетевых кадров. При программной реализации модели применен пакет Simulink с использованием инструмента Stateflow. Практическая значимость: полученные резуль- таты позволяют учитывать задержки и пропажи сетевых кадров при синтезе и проектировании цифровых автомати- ческих систем.

Постановка проблемы: одним из способов, повышающих эффективность и безопасность воздушного транспорта, является предсказание траекторий воздушных судов, позволяющее эффективно решать такие задачи автоматизиро- ванных систем управления воздушным движением, как обновление и коррекция плановой информации по результатам радионавигационного наблюдения, среднесрочное обнаружение потенциально опасных ситуаций, оптимизация очере- дей взлета и посадки воздушных судов, назначение воздушным судам кодов вторичной радиолокации. Цель исследова- ния: разработка и оценка точности средств предсказания для моделирования четырехмерных траекторий воздушных судов. Методы: имитация работы бортовой системы автопилотирования воздушного судна. При моделировании тра- ектории полета полагается, что воздушное судно выполняет полет строго по заданному маршруту, соблюдая при этом оптимальные для воздушного судна режимы полета во время взлета, движения по трассе и посадки. Предложенный под- ход основывается на рекомендациях, сформулированных в технических требованиях Европейской организации по без- опасности воздушной навигации. Результаты: описаны основные положения синтеза средств предсказания траекторий воздушных судов для задач управления воздушным движением. Построен высотно-скоростной профиль полета, который позволяет оценить параметры движения воздушного судна в любой точке маршрута. Работоспособность алгоритмов продемонстрирована на примере моделирования реального полета с последующей оценкой отклонения рассчитанного высотно-скоростного профиля полета от реального, а также сравнения расчетного и фактического времени прибытия в аэропорт назначения. Практическая значимость: полученные результаты могут быть использованы при разработке программного обеспечения современных автоматизированных систем управления воздушным движением для про- гнозирования четырехмерных траекторий воздушных судов.

Постановка проблемы: рост маневренных возможностей аэродинамических целей обусловил увеличение неопре- деленности их движения из-за недостаточной эффективности используемых кинематических моделей при решении за- дач текущей оценки параметров движения. Это определяет актуальность разработки динамических моделей маневриру- ющих целей при построении адаптивных фильтров сопровождения. Цель исследования: синтез фильтра сопровождения с разработанной по методологии объединенного принципа максимума динамической моделью движения. Результаты: разработан фильтр сопровождения маневрирующих объектов, отличающийся от известных новой нелинейной структу- рой модели движения, полученной как решение в текущем времени обратной задачи динамики на основе методологии объединенного принципа максимума. Использование новой модели обеспечивает повышение потенциальных точност- ных характеристик сопровождения, что подтверждается результатами математического моделирования. Повышение ка- чества сопровождения связано с изменением структуры традиционной модели, положенной в основу фильтра сопрово- ждения, что позволяет говорить об эффекте структурной адаптации разработанного фильтра. Практическая значимость: разработанный фильтр за счет эффекта структурной адаптации обеспечивает в сравнении с традиционными фильтрами выигрыш в эффективности сопровождения маневрирующей цели по критерию максимум точности — минимум вычис- лительных затрат

Введение: эксплуатация сложного технического изделия требует больших экономических затрат, поэтому, по возможно- сти, необходимо стремиться минимизировать затраты на обслуживание изделия и при этом поддерживать требуемый уро- вень надежности. Цель исследования: разработка нового подхода к управлению процессами технического обслуживания и ремонта изделий аэрокосмической промышленности. Методы: мультиагентные технологии, представление и обработка знаний на основе онтологий. Результаты: разработан подход к созданию интеллектуальной системы поддержки процессов технического обслуживания и ремонта для обеспечения показателей надежности и экономичности при эксплуатации сложных технических изделий. Подход включает разработку концептуальной модели изделия, отражающей его физическую и функци- ональную структуру; агентной модели, в которой каждому узлу объекта эксплуатации ставится в соответствие программный агент, реализующий внутренний цикл управления; киберфизической модели, визуализирующей всю необходимую информа- цию для пользователя. Приведены сценарии использования системы, наглядно отражающие основные принципы ее работы и практического применения. Практическая значимость: системы, разработанные на основе предлагаемого подхода, могут быть как полностью автономными, так и интегрированными в единый комплекс с существующими PLM-системами. Ис- пользование мультиагентных технологий позволит повысить уровень надежности сложного технического изделия на этапе экс- плуатации, а также минимизировать затраты на проведение операций по ремонту и техническому обслуживанию изделия.

Постановка проблемы: в системах радионавигации и радиосвязи широкое распространение получают сигналы на основе псевдослучайных последовательностей большой длины. При вхождении в связь приемное устройство рабо- тает как последовательный обнаружитель и осуществляет поиск и обнаружение псевдослучайных последовательностей по задержке. При наличии ограничений на время вхождения в связь для реализации ускоренного поиска могут быть использованы модулирующие псевдослучайные последовательности с трехуровневой периодической автокорреляци- онной функцией, к числу которых относятся нелинейные последовательности с локально оптимальными корреляцион- ными свойствами. Цель работы — исследование статистических вероятностно-временных характеристик ускоренно- го двухэтапного поиска по задержке последовательностей с локально оптимальными корреляционными свойствами. Результаты: обоснован принцип ускоренного поиска сигналов по задержке с использованием псевдослучайных после- довательностей, обладающих трехуровневой периодической автокорреляционной функцией, и построен направленный граф, описывающий процесс двухэтапного поиска таких последовательностей по задержке в пространстве состояний с верхним и нижним порогами обнаружения. Исследование вероятностно-временных характеристик процесса поис- ка — вероятности правильного обнаружения псевдослучайной последовательности по задержке и среднего времени поиска — показало, что при надежном обнаружении сигнала на нижнем пороге выигрыш в среднем времени поиска по сравнению с обычным последовательным поиском имеет порядок половины корня квадратного от числа символов в периоде псевдослучайной последовательности. Практическая значимость: показаны возможности существенного уменьшения среднего времени поиска псевдослучайных последовательностей по задержке по сравнению с обычным последовательным поиском и «компенсации» увеличения вероятностей ложного обнаруж

Постановка проблемы: при обнаружении групповых надводных и воздушных целей, прикрытых действующими в составе групп постановщиками активных помех, определение координат целей с помощью бортовых активных ра- диолокационных станций РЛС имеет недостаточную эффективность. Одним из путей решения задачи в этих условиях является использование в бортовых системах радиотехнического наблюдения отраженных сигналов РЛС противника, работающих в районе конфликта, в качестве источника электромагнитной энергии, подсвечивающей при своей работе в штатном режиме соседние цели. Цель исследования: количественное определение условий применения в пассив- ных бортовых системах радиотехнического наблюдения переотраженных сигналов конкретных типов РЛС корабельного и авиационного базирования, при которых обеспечивается определение координат целей, составляющих группу. Методы: получение соотношений, связывающих дальности между конфликтующими объектами с погрешностями опре- деления координат целей, техническими характеристиками излучателей, эффективных поверхностей рассеивания целей и приемным потенциалом бортовой системы радиотехнического наблюдения. Результаты: построены семейства кривых для оперативной оценки возможностей применения в станциях радиотехнического наблюдения режима приема переот- раженных сигналов, когда в условиях интенсивного применения противником средств радиоэлектронного подавления, при котором определение координат объектов затруднительно или вообще невыполнимо, возможно при использовании «посторонниx» РЛС скрытное определение дальностей до них с требуемой точностью в достаточно широком диапазоне условий. Выбор условий включает, прежде всего, определение приоритетного ряда подсвечивающих РЛС по параметрам обнаружения объектов, критерием выбора является максимум произведения дальностей Rd (от наблюдателя до РЛС «под- света» и от наблюдателя до объекта), когда обеспечивается прием сигналов с заданной вероятностью. Вторым условием выбора типа РЛС является вероятность получения информации о координатах объекта с заданной точностью. Приведены соотношения и примеры графиков, с помощью которых определяются величины сомножителей в произведении Rd.

Постановка проблемы: современные стандарты разработки программных средств требуют планировать сроки и ресурсы, необходимые для успешной реализации проектов. Важным аспектом проектов являются работы по обеспече- нию заданных показателей качества разрабатываемых программных средств. Моделирование процессов испытаний программных средств позволяет планировать ресурсы и финальное качество на ранних этапах реализации проектов. Известные модели испытаний программных средств не учитывают вероятностный характер нахождения и исправле- ния ошибок. Модели строятся на результате двоичной классификации модулей программных средств на потенциально приводящие к отказу с вероятностью, равной единице, и надежные. Цель исследования: усовершенствование суще- ствующих моделей испытаний программных средств с учетом вероятностного характера процессов поиска и устра- нения ошибок. Результаты: разработаны три динамические модели процессов (стратегий) испытаний программных средств, в которых предусматривается возможность использования вероятностей обнаружения ошибок для каждого программного модуля. Для всех стратегий испытаний построены модифицированные размеченные графы и системы дифференциальных уравнений. Найдены численные решения систем дифференциальных уравнений, вероятностные показатели процессов испытаний: вероятности пребывания системы во всех состояниях, функции распределения вре- мени обнаружения и устранения ошибок, математические ожидания случайных величин, количество обнаруженных и устраненных ошибок. Проведено сравнение стратегий по показателям качества. Разработаные модели позволяют использовать оценки надежности для каждого модуля в отдельности. Это повышает точность моделирования процессов отладки программ и позволяет учитывать состоятельность (мощность) тестов, искать пути повышения характеристик надежности программных средств путем формирования тестов, обнаруживающих ошибки с высокой вероятностью.

Виктор Антонович Бесекерский был основателем и первым начальником (с 1958 по 1972 год) кафедры бортовых информационных и измерительных комплексов Военно-космической академии имени А. Ф. Можайского.

Purpose: This work address and solve the problem of efficient broadcasting of resource allocations descriptors for VoIP traffic in mobile OFDMA-based wireless systems. Methods: We show that the mapping overhead is substantially reduced by using semi-persistent allocations and that by taking advantage of the periodicity of VoIP frames, generated by a multiphase vocoder. To handle the impact of mobility on the characteristics of the wireless channel we utilize a cross-layer decision approach to track the channel conditions and predict the expected mobile user behavior such that the system may under-react to channel changes in some cases. Results: The development efforts in this paper were directed towards developing efficient heuristic solutions since the problem is NP hard. Two heuristic algorithms with low computational complexity of O(n2) are presented and their performance gains are compared against a simple persistent allocation approach. Extensive simulations show that these mapping algorithms reduce the allocation overhead substantially in OFDMA-based systems such as WiMAX and LTE. The main advantage of the proposed algorithms is their ability to support multiple codecs, or a single codec with different operational modes, that result in different packet sizes and different periods. In addition, our proposed algorithms cluster the assignments together hence enabling the BS to allocate unused resources to other traffic types. Practical relevance: The proposed algorithmic solutions are simple enough to be implemented in practical OFDMA systems such as WiMAX and LTE to allow an efficient use of bandwidth for high quality VoIP sessions in of mobile users.

Purpose: The aim of the present study was to develop a simple and accurate way to measure vitamin D levels. Vitamin D nowadays is measured by a variety of methods which their common drawbacks are expensive equipment and the need for high trained technical staff. In this research we measured vitamin D levels by means of Fourier transform infra red method in conjugation with the evanescent wave spectroscopy technique, in order to develop a simpler vitamin D measurement method. Methods: Blood samples were collected from patients with vitamin D deficiency at five intervals before and up to 16 days after they took a dose of 200,000 IU vitamin D3. Samples were measured by the conventional bio-chemical method and by the evanescent wave spectroscopy means. Results: Correlation was found between the vitamin D levels measured by the traditional method and by the evanescent wave spectroscopy technique. The absorption lines occurred prominently in the IR spectral regions of the Amide I (≈1650 cm−1),Amide II (≈1530 cm−1) and the (≈3400 cm−1) absorption band which is attributed to the hydroxyl group indicated by the O-H stretch. In addition, the examination of the blood samples using the evanescent wave spectroscopy with clustering techniques facilitated the discrimination between vitamin D deficiency and normal vitamin D levels. Practical relevance: This study demonstrates the potential of using the Fourier transform infra red method in conjugation with the evanescent wave spectroscopy techniquecoupled with multivariate analysis as a nonexpensive, rapid and accurate alternative to the routine methodologies.

Цель: изучить конструкцию двуциклических матриц Адамара, систематически исследовать роль симметрии и кососимме- трии циклических блоков этой конструкции, классифицировать периодические пары Голея, вплоть до длины 40, тесно связан- ные с двуциклическими матрицами Адамара. Методы: вычислительные методы линейной алгебры, рекуррентные методы поиска оптимума, методы нахождения периодических пар Голея фиксированных размеров с использованием высокопроизво- дительных компьютеров. Результаты: рассмотрена проблема построения матриц Адамара двуциклического типа введением специальных мер симметрии (индекса симметрии, дефектов симметрии и кососимметрии), исследованы классы эквивалент- ности периодических пар Голея небольшой длины. Аналог гипотезы Райзера о несуществовании циклических матриц Адамара порядка большего, чем четыре, был предложен ранее первым автором. Его содержание состоит в утверждении того, что не существует симметричных двуциклических матриц Адамара порядка выше 32. Последняя гипотеза проверена в нескольких случаях с использованием компьютера. Каталог представителей классов эквивалентности двуциклических матриц Адамара представлен в форме списка периодических пар Голея длин вплоть до размера 26 (включительно). Приведены примеры почти симметричных двуциклических матриц Адамара относительно больших порядков. Практическая значимость: матрицы Ада- мара имеют непосредственное практическое значение для задач помехоустойчивого кодирования, сжатия и маскирования видеоинформации. Программное обеспечение нахождения двуциклических матриц Адамара и библиотека периодических пар Голея вместе с исполняемыми on line алгоритмами доступны в математической сети Интернет http://mathscinet.ru.