Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП)

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 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.

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

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

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.

Постановка проблемы: прежде чем осуществлять вычисления градиента поверхности на основе ее снимков при различном положении источников света, необходимо исключить возможность ситуации, не соответствующей модели, используемой в методе вычисления. Наиболее эффективный путь, не требующий какой-либо предварительной обра- ботки объекта, заключается в сегментации исходных снимков. Целью работы является определение и систематизация признаков затенений, бликов и переотражений; разработка алгоритма сегментации исходных снимков с учетом спе- цифики фотометрического метода сканирования. Методы: экспериментальные данные получены при компьютерном моделировании исходных изображений с использованием модели отражения Фонга. Для сегментации изображений используются признаки бликов и затенений, основывающиеся на проверке линейной зависимости интенсивностей снимков, находящихся в одной плоскости, и минимизации функции отклонения исходных данных от данных, соответ- ствующих используемой модели. Результаты: определена конфигурация фотометрического трехмерного сканера из пяти фиксированных источников света, позволяющая использовать дополнительные признаки при сегментации зате- нений, бликов и переотражений. За счет избыточного количества снимков гарантируется наличие как минимум трех измерений яркости в каждой точке объекта, удовлетворяющих условиям проверки. Разработан алгоритм для проверки соответствия исходных данных и модели отражения света поверхностью, используемой для вычисления, в котором для большинства видимых точек задача минимизации функции от двух переменных не требует решения или была сведена к задаче минимизации функции от одной переменной. Представлен результат сегментации для двух фигур, на одной из которых смоделированы затенения, блики и разрыв поверхности, которые часто являются трудностями для вычисления ориентации поверхности. Практическая значимость: в сравнении с аналогами разработанный алгоритм сокращает время, необходимое для сегментации всей видимой области, а также осуществляет более детальную сегментацию ис- ходных снимков.

Введение: многие системы передачи информации, основанные на явлении хаотической синхронизации, имеют низкую устойчивость к шумам и искажениям сигнала в канале связи, ограничивающую их практическое применение. Цель: разработка и исследование схемы передачи информации с переключением хаотических режимов, обладающей высокой устойчивостью к шумам и амплитудным искажениям сигнала в канале связи. Результаты: предложена мо- дификация классической схемы связи с переключением хаотических режимов, существенно увеличивающая помехо- устойчивость системы. Передатчик и приемник схемы построены на основе систем с запаздывающей обратной свя- зью, демонстрирующих хаотическую динамику высокой размерности. Проведены численные исследования предло- женной системы передачи информации. Построены зависимости вероятности ошибки на бит при передаче бинарного информационного сигнала от отношения сигнал/шум, затухания сигнала в канале связи и длины интервала времени, в течение которого передается один бит. Показано, что предложенная система связи демонстрирует значительно более высокую устойчивость к шумам и амплитудным искажениям сигнала в канале связи, чем большинство других систем передачи информации, использующих хаотическую синхронизацию для передачи информационного сигнала через ана- логовый канал связи. Практическая значимость: предложенная система связи позволяет повысить устойчивость схем с переключением хаотических режимов к шумам и затуханию сигнала в канале связи, что открывает возможность их практического использования.

Постановка проблемы: функции по объединению и согласованию разнородных сетей в составе корпоративной сети выполняются в центрах сопряжения разного уровня — мостах, коммутаторах, маршрутизаторах и шлюзах. Центры сопряжения создаются на базе процессоров с типичными архитектурами I386, PowerPC, ARM, RISC и др. Такая жесткая привязка архитектуры к функциональности не позволяет гибко управлять ресурсами и распределять нагрузку, а произво- дительность центра сопряжения при выполнении фиксированных задач используется не полностью, а лишь на 10–20 %. Альтернативой является динамическая настройка структуры центра сопряжения в зависимости от решаемых задач и внешних условий. Цель работы состоит в разработке методики синтеза центров сопряжения разнородных информаци- онных сетей с заданным набором свойств. Результаты: предложена модель центра сопряжения корпоративных инфор- мационных сетей с выделением минимально полного набора структурных элементов, присущих всему многообразию вариантов центров сопряжения, что позволяет обеспечить универсальность данной модели в различных задачах син- теза структуры центра сопряжения. Разработана методика структурного синтеза центра сопряжения, которая отличает- ся от существующих комбинированным применением этапов автоматической генерации множества альтернативных структур центра сопряжения на основе генетического алгоритма и «ручного» выбора предпочтительного варианта для осуществления многокритериального синтеза структуры центра сопряжения в условиях, близких к реальным. Практи- ческая значимость: методика синтеза структуры центра сопряжения может найти применение при решении задач проектирования корпоративных информационных систем и выбора сетевого оборудования.

Постановка проблемы: одним из путей оповещения населения об угрозе чрезвычайных ситуаций является рассыл- ка сообщений с предупреждающей информацией на сотовые телефоны. Трудности реализации данного пути связаны с установлением рациональной частоты рассылки сообщений для различных категорий населения и видов чрезвычай- ных ситуаций, а также оценкой отдельных психологических аспектов обработки человеком предупреждающей инфор- мации. Целью работы является разработка модели информирования населения, позволяющей оценить соотношение различных психологических аспектов понимания и усвоения людьми информации о защите в чрезвычайных ситуациях, а также рациональную частоту доведения такой информации. Для достижения данной цели необходимо провести анализ результатов научных исследований в области информирования населения; определить методические основы для раз- работки модели, обосновать ее исходные положения, предпосылки и допущения; разработать структуру и содержание модели и установить аналитические зависимости между частотой доведения информации и результатами действий на- селения. Результаты: разработана модель информирования населения при химической аварии. В связи с наличием нелинейных и обратных связей между количеством сообщений и результативностью действий населения при хими- ческой аварии в основу модели положен метод системной динамики. В соответствии с данным методом население в зоне химической аварии представлено в виде потоков людей, переходящих в состояния «население в опасной зоне», «население поражено», «население не поражено», «погибло» и «спасено». Темпы таких потоков регулируются скоростью распространения опасности и вероятностью правильных действий населения. Скорость распространения опасности определяется скоростью движения облака зараженного воздуха, концентрацией опасного вещества и временем его воздействия на население. Вероятность правильных действий зависит от правильности понимания, степени усвоения предупреждающей информации, затрат времени на ее обработку, а также успешности защиты после информирования. Процесс информирования населения в условиях химической аварии представлен в виде потока сообщений, связан- ного с потоком людей через вероятность правильных действий. Изменяя темпы потока сообщений, можно определить такую частоту информирования, при которой поражение и гибель населения будут минимальны. Практическая значи- мость: результаты моделирования будут положены в основу рекомендаций по информированию различных категорий населения в условиях чрезвычайных ситуаций природного, техногенного и биолого-социального характера. Ключевые слова — системная динамика, авария, химически опасный объект, вероятность поражения,

Постановка проблемы: обеспечение конкурентоспособности бизнеса в условиях стагнации рынка, отягощенной высоким уровнем конкуренции, является непростой управленческой задачей, которая не может быть решена традиционными способами. Фундаментальный вопрос современного менеджмента промышленного предприятия состоит в том, как достигнуть конкурентного преимущества и удержать его. Целью исследования является систематизация современных моделей ресурсного менеджмента промышленного предприятия, выявление их влияния на достижение предприятиями устойчивых конкурентных преимуществ. Результаты: проведена систематизация школ ресурсного менеджмента — бережливого производства, теории ограничений, ресурсной теории. Сравнительный анализ их целей показал, что схожие цели — оптимизация затрат и максимизация прибыли — достигаются принципиально по-разному: в бережливом производстве — путем сокращения производственных потерь, в теории ограничений — увеличением пропускной производственной способности, в ресурсной теории — созданием ключевых конкурентных преимуществ. Выявлено, что возможными результатами применения проанализированных школ ресурсного менеджмента на практике может быть повышение качества готовой продукции, снижение уровня операционных затрат, максимизация прибыли, достижение конкурентных преимуществ деятельности. Показано, что организационные построения компаний в зависимости от выбранной модели ресурсного управления принципиально отличаются подходом к удержанию или делегированию основных функциональных областей деятельности. Практическая значимость: предложенная систематизация современных моделей ресурсного менеджмента позволит обоснованно выбирать модель, максимально соответствующую сложившейся рыночной конъюнктуре, что в свою очередь даст промышленному предприятию возможность достичь устойчивых конкурентных преимуществ. doi:10.15217/issn1684-8853.2015.1.105

Введение: увеличение эффективности современных систем невозможно без совершенствования бинарных кодов и сигналов на их основе. Часто применяемые N-элементные бинарные коды не позволяют достигать желаемого низкого уровня боковых пиков автокорреляционной функции при вариации N в достаточно широком диапазоне. К бинарным кодам для разнообразных систем могут предъявляться дополнительные требования по чередованию знаков коэффи- циентов и наличию аналитической системы нумерации. Это важно при построении и генерации множества кодов объ- емных ансамблей, когда хранятся не коэффициенты кодов, а их номера в определенной системе исчисления. Целью работы является аналитический синтез N-элементных бинарных кодов с заданным уровнем R боковых пиков автокор- реляционной функции (R-кодов) при наличии определенных требований к чередованию коэффициентов кодов, а также разработка системы их учета. Результаты: изложена в общем виде методика решения задачи синтеза с ограничения- ми, указаны ее особенности (например, возможность преобразования совокупности неравенств в систему уравнений, причем ее первая половина используется для нахождения кодов-кандидатов на решение, а вторая — для выявления искомых решений). Даны соотношения, позволяющие найти значения кодовых последовательностей. Предложен спо- соб нумерации синтезированных кодов, базирующийся на системе полных кодов. Введено понятие авторского кода, определяющего правило чередования знаков некоторых коэффициентов R-кодов. Дана методика нахождения списков кодов с такими свойствами в предложенной системе нумерации. Представлены примеры синтеза авторских кодов с R = 3, N = 32, 33. Практическая значимость: предложенная методика и результаты синтеза могут найти приложение при построении бинарных кодов и сигналов на их основе для систем управления, связи, радиолокации, вычислительных систем и сетей. doi:10.15217/issn1684-8853.2015.1.59