МГТУ им. Н.Э. Баумана (статьи)

Предложен способ кластеризации параметров трафика сети с пакетной коммутацией, позволяющий упростить задачу разделения трафика по числу абонентов для осуществления контроля на коммутационном узле. Решена задача статистического временного демультиплексирования.

Рассмотрено регрессионное тестирование, которое является специализированным видом тестирования, для проверки изменений, сделанных в коде программы в связи с устранением ошибок и консолидацией вносимых изменений

Одной из основных проблем разработки многопоточного программного обеспечения является взаимная блокировка потоков, которую чрезвычайно трудно выявить. Введена математическая модель взаимных блокировок.

Одной из основных проблем разработки многопоточного программного обеспечения являются взаимные блокировки потоков. Взаимные блокировки потоков чрезвычайно трудно выявить, поскольку их возникновение напрямую связано с относительной динамикой выполнения потоков в программном обеспечении, которая зависит от множества трудно учитываемых факторов. Представлена система правил разработки многопоточной структуры программного обеспечения, направленная на уменьшение числа вносимых на этапе разработки ситуаций взаимной блокировки. Преимущество данной системы перед эмпирически выведенными аналогами заключается в том, что она выведена в процессе разработки математической модели взаимных блокировок.

Рассмотрена задача поиска потенциальных взаимных блокировок в многопоточном программном обеспечении. Предложен подход к выявлению потенциальных взаимных блокировок в многопоточных программных комплексах на основе метода Model Checking. Описано, каким образом основные примитивы синхронизации могут быть представлены на входном языке верификатора SPIN. Приведен пример моделирования и выявления взаимной блокировки в многопоточной программе.

Рассмотрены вопросы создания Национальной российской программной платформы, которые широко дискутировались в российском ИТ-сообществе после обращения участников круглого стола “Национальная безопасность информационных технологий” к Президенту Российской Федерации. Проанализированы возможные направления и пути их решения, определены место и роль ВНИИНСа, как головной организации по разработке базовых защищенных компьютерных технологий — программных и программно-технических средств, в создании защищенных автоматизированных систем всех уровней государственного и военного управления.

Важность повышения надежности программного обеспечения обусловлена тем, что оно выполняет основные функции системного управления обработкой данных, и его отказы в работе могут существенно влиять на функционирование систем обработки данных в целом. Исследованы и разработаны подходы к математическому моделированию надежности программного обеспечения компьютерных систем и сетей, рассмотрены прогнозирование надежности, оценочные модели и измерение надежности программно-математического обеспечения. Для построения моделей надежности программного обеспечения использованы результаты теории мартингалов. Благодаря полученным условным распределениям (посредством решения задач фильтрации) можно охарактеризовать критерии надежности программного обеспечения.

Рассмотрена задача построения алгоритма верификации систем реального времени. Предложен подход к проверке таких систем на основе метода Model Checking. Описаны основные шаги верификации, области применения разработанного подхода и приведены примеры проверки различных моделей.

Проблема моделирования надежности аппаратных и программных средств компьютерных систем и сетей обострилась в связи с расширением их функций и ростом объема их программного обеспечения. Математическое моделирование надежности компьютерных систем и сетей предназначено для оценки зависимости их характеристик надежности от других параметров, значения которых могут быть известны либо измерены в процессе функционирования компьютерных систем и сетей. С помощью математических моделей возможна оценка параметров, косвенно влияющих на надежность программного обеспечения, таких как число ошибок, оставшихся в программе, или интенсивность обнаружения ошибок.

Рассмотрена актуальная задача навигации автономных роботизированных транспортных средств и мобильных роботов. Предложен подход к решению задачи поиска и распознавания дороги методом комплексирования данных лазерного сканера и системы видеокамер. Описаны устройство и алгоритмическое обеспечение системы технического зрения. Приведены результаты тестовых испытаний предложенного подхода.

Приведены результаты разработки и испытания в составе роботизированного танка Т-72Б созданных к настоящему времени программно-аппаратных средств управления движением. Основные принципы построения системы управления, обеспечивающей различные варианты и режимы движения мобильных робото-технических комплексов, ее обобщенный аппаратный и алгоритмический состав приведены в работе.

Рассмотрена задача редукции нелинейных систем. Отмечена определенная преемственность в подходах к решению задач редукции линейных и нелинейных систем. Дана классификация методов редукции нелинейных систем. Приведено решение задачи редукции модели движения объекта в нелинейной постановке.

Рассмотрена актуальная задача обеспечения автономного полета беспилотного летательного аппарата в неизвестном заранее пространстве в условиях плотной городской застройки или внутри зданий. Проанализирована специфика его использования, сформулированы требования к летательному аппарату, к его системам управления, навигации и сбора разведывательной информации, определены их облик и конструктивные решения. Предложен подход к решению навигационной задачи с использованием данных объемного зрения.

В рамках исследований, проводимых в МГТУ им. Н.Э. Баумана, рассмотрены проблемы роботизации, в частности, влияние внешней среды на возможные схемы трансмиссии мобильных роботов, а также методы повышения подвижности за счет применения гибридных силовых установок и предлагаются некоторые пути их решения.

Рассмотрен вопрос взаимодействия движителя мобильных роботов с опорным основанием с точки зрения управления движением машины. Сформулированы задачи, которые должна решать система автоматического управления движением. Для реализации одной из задач рассмотрены способы определения параметров опорного основания в полевых условиях. Предложена новая методика определения типа грунта в полевых условиях, основанная на определении динамических воздействий со стороны опорного основания на ходовую систему.

Разработана математическая модель, позволяющая промоделировать работу цифрового преобразователя угла (ЦПУ) с произвольной структурой и параметрами (что снижает временные и материальные затраты на разработку), выполнить сравнительный анализ различных структур построения и выбрать оптимальный вариант ЦПУ с учетом точностных характеристик и аппаратной реализации.

Описывается использование алгоритмов машинного зрения применительно к задаче идентификации личности человека по изображению лица. Описаны алгоритмы идентификации по количественным и качественным признакам, приведены результаты экспериментов.

Приведена информационно-управляющая система малогабаритного телеуправляемого подводного аппарата разработки НИИ СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана. Рассмотрены особенности построения контуров управления, информационно-измерительного комплекса аппарата, вычислительных аппаратных и программных архитектур борта аппарата и пульта оператора.

Приведена математическая модель, описывающая совместную динамику корпуса машины, ходовой части, включая систему подрессоривания и деформируемую шину, при прямолинейном движении колесной многоосной машины по деформируемому грунту с учетом колееобразования, цикличности нагружения грунта колесом, радиальной деформации, жесткости и демпфирования шин, а также колебательных процессов, характерных для неустановившихся режимов движения.

Приведены результаты разработки алгоритмов автоматического режима движения телеуправляемого подводного аппарата по траектории, заданной относительно неподвижного репера. Траектория задана набором точек, и организовано последовательное движение аппарата от точки к точке с выходом в конечную точку и удержанием аппарата в ее окрестности. Исследовано движение аппарата в плоскости горизонта при разных возмущающих факторах и неидеальностях авигационной системы аппарата.

Рассмотрена возможность применения вейвлетов Хаара для сжатия изображений. Предложен алгоритм видеосклейки для изображений, разложенных в вейвлет-ряд. Рассмотрены достоинства и недостатки использования вейвлет-преобразований для сжатия и обработки изображений в видеоинформационных системах мобильных роботов.

Рассмотрены особенности сетевого взаимодействия в компьютерном тренажере, разработанном в НИИ СМ МГТУ им. Н.Э. Баумана и предназначенном для подготовки операторов телеуправляемого подводного аппарата.

Рассмотрены особенности проектирования кабельных линий для телеуправляемых подводных систем. Обоснована возможность использования упрощенных математических моделей для анализа динамических характеристик кабельной линии переменной длины. Приведено описание одного из возможных подходов к построению такой модели.

Рассмотрены вопросы организации автономных и встроенных программно-аппаратных средств для подготовки операторов телеуправляемых необитаемых подводных аппаратов. Приведены практические разработки МГТУ им. Н.Э. Баумана в области тренажеров для подготовки операторов подводных аппаратов.

Рассмотрен мехатронный модуль привода телескопа, к которому предъявлены повышенные требования в отношении плавности управления при требуемом большом моменте, развиваемом двигателем, и ограничениях по его массе и объему конструкции. Особенность предлагаемого модуля — использование двигателя большого момента (собственной разработки) и специальных алгоритмов управления двигателем, обеспечивающих требования к плавности.

Описаны методы построения современных систем охраны и обороны с применением роботизированных технологий, позволяющих обеспечить работу системы как в режиме дистанционного управления, так и в автономном режиме.

Рассмотрены вопросы, связанные с математическим моделированием поведения локальных экосистем на основе данных с космических средств наблюдения на примере сельскохозяйственных угодий. Основное внимание уделено построению аппроксимирующих математических моделей динамики изменения вегетационного индекса NDVI с учетом климатических воздействий на исследуемый объект и верификации моделей.

Разработан и программно реализован набор средств для моделирования и визуализации околоземного пространства в целях использования в составе стенда полунатурного моделирования системы ориентации и стабилизации космического аппарата. Разработаны модели звездного неба, Солнца, Луны, Земли, геогравитационного и геомагнитного полей. Разработан удобный пользовательский интерфейс. Создан полнофункциональный прототип стенда.

Одним из возможных путей улучшения энергетических характеристик современных ракет-носителей тяжелого класса, является повышение весовой эффективности конструкции за счет перераспределения части топлива из баков одной ступени в другую и обеспечения более полной заправки к моменту отделения предшествующей ступени. Рассмотрена проблема влияния перераспределения топлива на динамику конструкции разрабатываемой ракеты.

Рассмотрены группы симметрии структуры анизотропных материалов, группы симметрии упругих и пластических свойств. Показано, что в общем случае группа симметрии упругих свойств выше группы симметрии пластических свойств.

На основе численных расчетов ячеек композиционного материала структуры армирования 4DL определен представительный объем материала для состояния растяжения (сжатия), установлена степень влияния несовершенства формы поперечного сечения армирующего волокна. Расчетным путем и экспериментально на образцах мелкоячеистого материала нового поколения показано нарушение трансверсальной изотропии материалов со структурой армирования 4DL, приведены рекомендации по измерению линейных деформаций на образцах таких материалов

Приведены особенности выбора варьируемых параметров, формулировки критериев качества и отбора расчетных и оптимизационных алгоритмов для задач оптимизации структуры и состава пространственно армированных углерод-углеродных и углекерамических композитных конструкций ракетной техники. На конкретном примере показаны возможности оптимизации структуры и состава композиционного материала боковой поверхности неуправляемого спускаемого аппарата при поиске оптимального распределения плотностей и оптимальной толщины силицированного слоя.

Представлены технические особенности проведения испытаний по определению комплекса характеристик жесткости и прочности композитных материалов, в том числе трехслойных с легким (сотовым) заполнителем и тонкими обшивками из высокопрочных композитов. Даны методические особенности анализа экспериментальных данных, в том числе с использованием идентификации характеристик однонаправленного слоя, позволяющие обеспечить максимально достоверное прогнозирование жесткости и прочности при расчете и проектировании несущих конструкций ракетносителей

Приведены методика и результаты экспериментальных исследований, позволяющие оценить работоспособность несущих конструкций ракет-носителей в условиях нестационарного температурного и силового воздействий. Материал образцов для исследований имеет те же структурные параметры, что и реальные конструкции. Единственным отличием от них является отсутствие кривизны: образцы представляют собой плоские прямоугольные пластины с подкреплением нагруженных торцов. Работоспособность образцов оценивается в условиях одностороннего нагрева с одновременным нагружением на сжатие. Законы изменения нагрузки и температуры нагреваемой обшивки соответствуют законам изменения этих величин в наиболее опасной зоне при штатной эксплуатации. Объектами исследований могут быть образцы — элементы любых несущих конструкций. Чаще всего испытания проводятся для трехслойных образцов с сотовым заполнителем и обшивками из углепластика. В настоящей работе представлен пример таких испытаний.

Приведен расчет напряженно-деформированного состояния тонкой пластины из слоистого углерод-карбидного композиционного материала с ортогональным 2D армированием, позволяющий достаточно быстро предсказать механизм разрушения и рассчитать разрушающую нагрузку. Предложен вариант аналитического решения задачи. Показано, что решение, найденное с помощью метода конечных элементов, хорошо согласуется с аналитическим решением. Рассмотрен численный пример. Отмечено, что вследствие низкой прочности углерод-карбидного композита на межслойный сдвиг для тонкостенной пластины возможен механизм разрушения, обусловленный расслоением.

Рассмотрены вопросы, связанные с математическим моделированием формы и радиационных характеристик отражающей поверхности крупногабаритной зеркальной концентрирующей системы, работающей в составе высокотемпературной солнечной энергоустановки космического назначения. Основное внимание уделено определению энергетических характеристик таких систем с учетом дефектов отражающей поверхности.

Рассмотрено моделирование процесса развертывания многозвенных замкнутых космических конструкций с применением программных комплексов EULER и Adams на примере складного антенного контура и фрагмента космического отражателя. Приведены общие подходы к построению моделей таких конструкций.

Предложен подход к рациональному выбору энергетических характеристик амортизатора трансформируемого механического посадочного устройства возвращаемого космического аппарата в рамках конструктивных ограничений, а также ограничений по перегрузкам, клиренсу, устойчивости. Разработана модель динамики движения такого аппарата с момента контакта с посадочной поверхностью. Корпус возвращаемого космического аппарата и элементы его посадочного устройства рассматриваются как структурно сложная механическая система с внутренними связями.

Приведены результаты экспериментального и теоретического моделирования динамики раскрытия солнечных батарей различных кинематических схем, схемы экспериментальных установок. Выполнено сравнение результатов расчетов с экспериментально зафиксированными параметрами процесса. Отмечена хорошая сходимость, позволяющая сделать вывод о достоверности метода расчета.

Дано краткое описание проекта и участия кафедры СМ-1 в проекте “Радиоастрон”. Представлены расчетные модели и краткий обзор результатов теплового анализа и моделирования отклонений отражающей поверхности. Проведено сравнение результатов моделирования с результатами наземных испытаний.

Рассмотрена задача пространственного движения космической тросовой связки. Связка моделируется цепочкой материальных точек (трос) и твердых тел (концевые объекты). Математическая модель включает в себя уравнения движения материальных точек и центров масс тел в геоцентрической инерциальной системе координат и уравнения вращения твердых тел относительно центра масс. Для описания ориентации твердого тела в пространстве использованы кватернионные параметры Родрига–Гамильтона, исключающие случаи вырождения системы кинематических уравнений.

Рассмотрено развертывание на орбите космической тросовой связки путем отделения привязного спутника (зонда) от базового космического аппарата. Проанализирована возможность получения минимальной амплитуды маятниковых колебаний (либраций) связки по окончании переходного процесса.

Рассмотрены возможности применения газоразрядных трубчатых водоохлаждаемых источников излучения для моделирования тепловых режимов космических конструкций. В целях наиболее полного воспроизведения спектра излучения Солнца предложено использование водоохлаждаемой кварцевой оболочки излучателя как фильтра излучения. Показано, что возникающие при этом изменения в коэффициенте поглощения не приводят к критическим изменениям в температурном состоянии оболочки-фильтра.

Предложен эффективный метод учета затенения стержней раскрываемого рефлектора, находящегося в космосе. Основанный на простых геометрических представлениях, метод позволяет автоматизировать процесс определения температурного состояния стержней, включая их взаимную затененность.

Рассмотрены особенности построения математической модели крупногабаритных космических конструкций ферменного типа. Показана целесообразность использования возможностей современных программных комплексов моделирования динамики механических систем для конструкций данного типа. Приведены примеры расчета раскрытия подобных конструкций.

Исследован переход порядок — беспорядок в двумерной решетке атомов, взаимодействие между которыми описывается потенциалом Леннард-Джонса. Вычислительные эксперименты проводились методом молекулярной динамики. Показано, что функции парного распределения могут быть построены при помощи приближенного метода s-функций. Установлено, что в области перехода порядок — беспорядок температурная зависимость неупорядоченности структур не имеет скачка, в отличии от трехмерного случая.

Рассматрено применение кватернионов для описания квантовых систем с дискретными переменными с помощью спиновых томограмм. Представлено определение спиновой томограммы при помощи кватерниона.

Рассмотрено влияние слабого электрического поля на профиль кноидальных и уединенных волн на поверхности неглубокой проводящей тяжелой жидкости. Найдены решения для уединенных волн. Показано, что слабое электрическое поле существенно влияет на вид солитонного решения и может привести к изменению типа уравнения, описывающего нелинейную волну.

Рассмотрена задача развертки фазы интерферограмм, возникающая при реконструкции рельефа Земли по данным интерферометрической съемки радиолокатором из космоса. На основе байесовского подхода разработана математическая модель градиента абсолютной фазы на радиолокационной топографической интерферограмме. Практическая значимость полученных результатов подтверждена вычислительным экспериментом.

Проанализированы условия распространения электро-магнитных волн в искусственных опалах, заполненных сегнетоэлектриком. Установлен закон дисперсии света в кристаллах вдоль направления. Определена зонная структура образцов. Рассчитаны спектры отражения с учетом неидеальности кристаллической решетки. Обнаружено согласие теоретических результатов с экспериментальными данными по спектрам отражения. Проанализированы электро- и термооптические эффекты в опалах с титанатом бария. Предложено применение фотонных кристаллов в качестве управляемых оптических вентилей.