Том 59 № 2 2023 (МАРТ – АПРЕЛЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ 

1. Сай С. В. Способ адаптивного квантования коэффициентов дискретного вейвлет-преобразования

Аннотация:
Предлагается метод адаптивного квантования коэффициентов дискретного вейвлет-преобразования в стандарте JPEG2000, основанный на алгоритме поиска и идентификации мелких структур изображения, которые различаются зрением человека. Описываются способ классификации блоков изображения по структурным признакам и алгоритм идентификации коэффициентов трансформации блоков в субдиапазонах дискретного вейвлет-преобразования. Приводятся описание алгоритма адаптивного квантования и рекомендации по настройке параметров квантователя на высокую чёткость изображения. Даны экспериментальные оценки эффективности сжатия фотореалистичных изображений с различной детальностью, в результате которых получены выводы о преимуществах нового способа перед с аналогами и рекомендации по его дальнейшему развитию в интеллектуальных видеосистемах.

Страницы: 6-16
DOI: 10.15372/AUT20230201

2. Иваненко Б. П., Клестов С. А., Сырямкин В. И. Сравнение нейросетевых методов предобработки данных при решении задач анализа, диагностики и классификации дефектов радиоэлектронной аппаратуры

Аннотация:
Рассматриваются вопросы предобработки данных, полученных с рентгеновского 3D-микротомографа, при решении задач анализа, диагностики и классификации дефектов радиоэлектронной аппаратуры. Предлагается при решении поставленной задачи использовать нейросетевые методы и регуляризирующие сплайны. Проводится сравнительный анализ нейросетевых и сплайн-методов при решении задач восстановления сильно зашумлённых сигналов. Эффективность предложенного подхода исследована методами численного моделирования и при обработке реальных данных.

Страницы: 17-24
DOI: 10.15372/AUT20230202

3. Михайленко Д. А.  Сравнительный анализ алгоритмов определения эталонного объекта на изображении

Аннотация:
Проведено сравнение максимальной дальности обнаружения внутренних углов квадратов шахматной доски различными алгоритмами поиска угловых пикселей. Определены требования к минимальному размеру стороны квадрата для обнаружения внутренних углов шахматной доски. Предложены формулы расчёта определения максимального расстояния до шахматной доски известного размера и наименьшего обнаруживаемого размера шахматной доски для заданного расстояния.

Страницы: 25-32
DOI: 10.15372/AUT20230203

4. Лапко А. В., Лапко В. А. Быстрый выбор коэффициентов размытости непараметрической оценки плотности вероятности двухмерной случайной величины с зависимыми компонентами

Аннотация:
Предложена методика быстрого выбора коэффициентов размытости ядерных функций в непараметрической оценке двухмерной случайной величины с зависимыми компонентами. Методика основана на результатах анализа асимптотических свойств ядерной оценки плотности вероятности Розенблатта — Парзена. Исследованы свойства быстрого алгоритма выбора коэффициентов размытости в рассматриваемой непараметрической оценке плотности вероятности.

Страницы: 33-40
DOI: 10.15372/AUT20230204

5. Шипко В. В. Алгоритм коррекции геометрических искажений гиперспектральных изображений, формируемых в условиях угловых колебаний беспилотного летательного аппарата

Аннотация:
Рассматривается модель формирования гиперспектрального изображения сканирующей по пространству системой за счёт поступательного движения беспилотного летательного аппарата, на котором она установлена. Определена связь углового отклонения летательного аппарата по крену с характером геометрических искажений формируемых строк гиперспектрального изображения. Представлен алгоритм коррекции вносимых искажений по данным инерциальной навигационной системы. Результаты моделирования и обработки реальных изображений показали приемлемое качество коррекции и вычислительную простоту разработанного алгоритма.

Страницы: 41-48
DOI: 10.15372/AUT20230205

УПРАВЛЯЮЩИЕ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ 

6. Соколов С. В., Погорелов В. А., Полякова М. В., Ломтатидзе К. Т. Робастное позиционирование подвижных объектов на аналитических траекториях с использованием спутниковых навигационных измерений

Аннотация:
Предложен новый метод высокоточного позиционирования подвижных объектов, движущихся по программным траекториям, на основе обработки спутниковых навигационных измерений с помощью алгоритмов робастной фильтрации. В основу метода положены как возможность аппроксимации (в частности, с помощью электронных карт) программной траектории объекта набором траекторных интервалов с известными аналитическими зависимостями навигационных параметров, так и применение методов робастной стохастической фильтрации, учитывающих характерную динамику объекта и неопределённый характер вида распределений помех доплеровских и кодовых спутниковых измерений.
Комплексирование информации электронных карт, обеспечивающей высокую точность привязки к траектории, и алгоритмов робастной нелинейной фильтрации спутниковых измерений, которые оптимальны по критерию минимума нелинейной функции от невязки измерений, определяемой классом распределений помех доплеровских и кодовых измерений, позволило существенно сократить вычислительные затраты при одновременном существенном повышении точности позиционирования объекта.
Эффективность предложенного метода проиллюстрирована численным примером.

Страницы: 49-61
DOI: 10.15372/AUT20230206

7. Прохоров М. Е., Захаров А. И., Кузнецова И. В. Симметрия между некоторыми методами автономной навигации космических аппаратов и методами определения их положения с Земли

Аннотация:
Обнаружено, что для некоторых неавтономных методов навигации в космосе существуют «симметричные» им автономные методы, в которых все измерения проводятся только с борта самого космического аппарата, положение которого определяется. При этом воспроизводятся результаты измерений, полученных в соответствующих неавтономных методах. С момента получения однотипных измерений обработка в обоих «симметричных» методах ведётся по единому алгоритму. Рассмотрены две пары подобных методов. Обсуждаются различие в степени «симметрии» и возможности использования промежуточных данных обработки наблюдений.

Страницы: 62-70
DOI: 10.15372/AUT20230207

8. Булычев Ю. Г. Однопозиционная пассивная локация движущейся цели с учётом эволюции периода и уровня импульсного радиосигнала

Аннотация:
Развит однопозиционный гибридный метод беспеленговой пассивной локации источника излучения импульсного периодического радиосигнала с учётом временных и энергетических измерений стационарного наблюдателя. Метод справедлив для любых направлений движения цели как для прямолинейных, так и криволинейных траекторий, не требует текущего оценивания частоты Доплера, а в качестве измеряемых параметров выступают временной набег и относительная мощность, обусловленные эволюцией периода и уровня сигнала в точке наблюдения. Рассмотрены вопросы, связанные с исследованием характера эволюции  временного  набега,  построением  алгоритмов  определения  дальности  и  других параметров движения, вычислительной корректностью и точностными характеристиками этих алгоритмов. Даны практические рекомендации и численный пример.

Страницы: 71-78
DOI: 10.15372/AUT20230208

9. Чостковский Б. К., Рагазин Д. А. Построение цифровых управляемых систем производства радиочастотных кабелей

Аннотация:
Разработанная ранее методология построения автоматизированных систем управления технологическими процессами производства коаксиальных кабелей связи распространяется на решение задач синтеза цифровых управляемых систем автоматизации технологических процессов изготовления радиочастотных кабелей, в том числе кабелей передачи данных, на которых строятся структурированные кабельные системы проводки для реализации локальных компьютерных систем. Описана методология нового подхода к оптимизации управления многоуровневых систем «снизу вверх», реализуемых на внутриконтурных и межконтурных цифровых регуляторах, обеспечивающих глобальную оптимизацию по обобщённым показателям качества управления, которые в отличие от типовых критериев оптимизации позволяют достигать наилучших эксплуатационных характеристик выпускаемой кабельной продукции, что обеспечивается оптимальной настройкой цифровых регуляторов по имитационной модели управляемой системы.

Страницы: 79-88
DOI: 10.15372/AUT20230209

ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИЗМЕРЕНИЙ

10. Лавринов В. В., Антошкин Л. В., Лавринова Л. Н., Селин А. А. О стабилизации оптического излучения в турбулентной атмосфере

Аннотация:
Для изучения особенностей стабилизации оптического излучения в турбулентной атмосфере создана модель дрожания изображения, формируемого излучением в фокальной плоскости. Изображение характеризуется наклонами волнового фронта. Обозначены подходы к моделированию наклонов волнового фронта и способы оценки изображения, сформированного излучением в фокальной плоскости регистрирующего устройства. Статистические исследования включают в себя вычисление координат энергетического центра тяжести фокального пятна разными алгоритмами в зависимости от параметров случайного фазового экрана, задающего турбулентные неоднородности, их интенсивности и расположения на трассе распространения излучения. Представлены результаты экспериментов по стабилизации оптического излучения на стенде адаптивной оптической системы.

Страницы: 89-102
DOI: 10.15372/AUT20230210

11. Насыров К. А. Особенности магнитооптических спектров флуоресценции при поглощении поляризованного излучения на переходе на второй резонансный уровень в атомах щелочных металлов

Аннотация:
Теоретически изучается роль дополнительных каналов распада возбуждённого уровня при формировании когерентных состояний основного уровня в атомах щелочных металлов при взаимодействии с поляризованным излучением. На примере атома ³⁹К расчётами показано, что эти когерентные состояния не могут быть полностью разрушены из-за дополнительных каналов распада.

Страницы: 103-109
DOI: 10.15372/AUT20230211

12. Васильев В. В., Вишняков А. В., Сидоров Г. Ю., Стучинский В. А. Использование частотно-контрастной характеристики инфракрасных КРТ-матриц для определения объёмной длины диффузии фотогенерированных носителей заряда в материале абсорбера

Аннотация:
Предложен способ оценки объёмной длины диффузии (L_dif) фотогенерированных носителей заряда в материале абсорбера фотоприёмных КРТ-матриц, основанный на анализе частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) фотоприёмных устройств в нормальном режиме их работы и в режиме работы с пониженным затворным напряжением входных пиксельных транзисторов, когда имеет место многократное переиспускание взаимно наведённых токов соседних фотодиодов (ФД) матрицы. Предложенная математическая модель для ЧКХ КРТ-матриц с перезахватом эмитированных электронов ближайшими пикселями хорошо описывает поведение ЧКХ при переходе ко второму режиму работы, что проиллюстрировано на примере матриц с периодом 30 мкм, размером диодов ~10×10 мкм и толщиной слоя абсорбера 6 мкм. Фигурирующий в модели коэффициент передачи тока инжекции прямосмещённого ФД на соседний пиксель зависит от геометрических параметров матрицы и L_dif и может быть использован для определения последней.

Страницы: 110-120
DOI: 10.15372/AUT20230212

13. Новоселов А. Р., Демьяненко М. А., Марчишин И. В., Гусаченко А. В., Морозов А. О., Рогова И. В., Новгородов Б. Н., Алдохин П. А., Чурилов С. М. Исследование систем дистанционного диагностирования температур промышленных электроустановок

Аннотация:
Представлены результаты исследования систем дистанционного измерения температур промышленных электроустановок на основе болометрических фотоприёмников. Рассмотрены фотоприёмные тепловизоры «смотрящего» типа и специализированный радиометрический тепловизор с внутренними датчиками температур и калибровочными шторками. Определено наилучшее покрытие для калибровочных шторок с минимальным уровнем отражения ИК-излучения от их поверхности (интегральный коэффициент отражения в спектральном диапазоне 8–14 мкм составляет не более 5,8 %). Дано математическое описание процесса калибровки тепловизора «смотрящего» типа в широкой области изменения температур его компонент и окружающей среды. Проанализированы требования к тепловизору для систем дистанционного диагностирования температур промышленных установок.

Страницы: 121-132
DOI: 10.15372/AUT20230213

Том 59 № 3 2023 (МАЙ – ИЮНЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИЗМЕРЕНИЙ

1. Адищев С. В., Зайцева И. В., Зыкова В. А., Малиновский В. К., Новиков В. Н. Определение среднеквадратичной амплитуды нанометровых флуктуаций сдвигового модуля в салоле методом неупругого рассеяния света

Аннотация:
Наличие среднего порядка в стеклообразных материалах, т. е. структурных корреляций на масштабах нанометра, приводит к флуктуациям упругих констант с таким же характерным радиусом корреляции. Вопрос о том, какова характерная амплитуда этих флуктуаций, представляет большой интерес как с прикладной точки зрения, так и с точки зрения фундаментального понимания структуры и динамики стеклообразных материалов. В данной работе находится величина среднеквадратичных флуктуаций сдвигового модуля на нанометровом масштабе в молекулярном стекле салоле (фенилсалицилате) и её зависимость от температуры при расплавлении стекла в переохлаждённую жидкость. Для этого используется теория упругости в среде с пространственными флуктуациями упругих констант при расчёте длины пробега фононов по теории возмущений. Кроме того, в переохлаждённом состоянии материала учитывается вклад релаксации структуры в затухание фононов. С использованием критерия Иоффе — Регеля для локализации поперечных фононов находится связь между величиной флуктуаций сдвигового модуля и частотой вызванного ими так называемого бозонного пика в спектре колебательных возбуждений стёкол. Эта частота определяется из экспериментальных данных по спектрам низкочастотного неупругого рассеяния света в салоле. Сравнение с теорией позволяет найти температурную зависимость величины среднеквадратичных флуктуаций сдвигового модуля на нанометровом масштабе. Кроме того, сравнивается эта зависимость с температурным поведением параметра Ландау — Плачека в салоле. Определяется также температурная зависимость радиуса структурных корреляций в салоле и глицерине и сравнивается с температурной зависимостью размера динамической неоднородности.

Страницы: 3-11
DOI: 10.15372/AUT20230301

2. Кирьянов В. П., Кирьянов А. В. О возможности полного подавления составляющей погрешности измерений от неточности изготовления дифракционной измерительной решётки

Аннотация:
Показана возможность полного подавления инструментальной погрешности, обусловленной неточностью изготовления углоизмерительной структуры, которая реализуется при произвольной форме поля взаимодействия светового излучения с топологией измерительной структуры. Данная возможность достигается выбором необходимой структуры преобразователя, для которой обеспечивается принцип когерентности комплементарных гребенчатых фильтров, формируемых в преобразователе.

Страницы: 12-18
DOI: 10.15372/AUT20230302

3. Соколов А. А., Иванов С. Д. Двумерные электромеханические волны в МЭМС-структурах с нанозазором

Аннотация:
Для создания микроэлектромеханических систем (МЭМС) большой удельной механической мощности используется система «подвижный электрод — нанометровый зазор — тонкая кристаллическая плёнка материала с большим значением диэлектрической проницаемости — неподвижный электрод». Показано, что в этой системе возникают двумерные электромеханические волны. Возникновение таких возбуждений ограничивает предельную удельную мощность электромеханических преобразователей-актуаторов, МЭМС-двигателей и генераторов. Однако это явление открывает широкие возможности применения подобных структур.

Страницы: 19-23
DOI: 10.15372/AUT20230303

4. Голышев Н. В., Моторин С. В., Голышев Д. Н. Пространственно-спектральное описание токового диполя как источника магнитного поля сердца

Аннотация:
В реальных условиях экспериментатор работает с входными сверхпроводниковыми преобразователями, конструкция которых в биомагнитных системах зависит от условий исследований, наличия магнитной экранировки, имеющегося криогенного обеспечения, требуемой чувствительности к индукции магнитного поля, технологических возможностей разработчиков. Сравнивать результаты исследований, полученных для разных биомагнитных систем, невозможно. Рассмотрены вопросы описания источника магнитного поля сердца на основе пространственно-частотных преобразований 2D-модели токового диполя. Исследовались: глубина залегания, местоположение и ориентация токового диполя на значение индукции магнитного поля и её спектр по пространству сетки измерения магнитного поля сердца.

Страницы: 24-32
DOI: 10.15372/AUT20230304

5. Федоринин В. Н., Бехер С. А., Выплавень В. С., Сидоров В. И., Байбаков А. Н., Плотников С. В. Оптическая тензометрия в задаче взаимодействия колесо—рельс

Аннотация:
Представлены результаты экспериментальных исследований деформации рельса, находящегося под силовым воздействием движущегося железнодорожного транспорта. Исследования выполнены с применением высокочувствительного датчика деформации с предельным уровнем относительной деформации 2 · 10⁻⁷. Анализируются возможности оптической тензометрии для решения задачи мониторинга технического состояния ходовых частей вагонов и верхнего строения пути.

Страницы: 33-42
DOI: 10.15372/AUT20230305

6. Полетаев С. Д. Численное и экспериментальное исследования фототермического эффекта в тонких плёнках оксида молибдена при лазерной абляции

Аннотация:
Проведено исследование фототермического эффекта при лазерной абляции плёнки оксида молибдена толщиной 45 нм. Представлена гипотеза о связи коэффициента теплопроводности диэлектрической плёнки с предельной величиной фототермического эффекта. Показано, что при коэффициенте теплопроводности более 5 Вт/(м · К) резко уменьшается скорость изменения температуры в начале нагрева плёнки, что вместе с особенностью распределения температуры может оказывать разнонаправленное влияние на ширину формируемого трека. Экспериментально установлено, что под действием непрерывного лазерного излучения в плёнке оксида молибдена толщиной 45 нм возможно формирование треков шириной, почти в 2 раза меньшей эффективного диаметра лазерного пучка.

Страницы: 43-51
DOI: 10.15372/AUT20230306

МЕТОДЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

7. Борзов С. М., Нежевенко Е. С. Нейросетевые технологии в задачах обнаружения и классификации объектов

Аннотация:
Выполнен обзор основных идей, использованных при решении задач обнаружения и классификации объектов по их изображениям с применением нейросетевых технологий. Рассмотрены ключевые публикации, посвящённые наиболее популярным способам повышения точности классификации. Показано, что в последнее десятилетие нейросетевые методы обнаружения объектов достигли существенных успехов за счёт использования свёрточных технологий и практической реализации идеи глубокого обучения с применением объёмных баз данных. Проанализированы основные недостатки, ограничения и возможные направления развития существующих подходов

Страницы: 52-71
DOI: 10.15372/AUT20230307

8. Ходашинский И. А., Шурыгин Ю. А., Сарин К. С., Бардамова М. Б., Слёзкин А. О., Светлаков М. О., Корышев Н. П. Нечёткие классификаторы для диагностики болезни Паркинсона на основе статических рукописных данных

Аннотация:
Диагностика болезни Паркинсона является дорогостоящей процедурой, включающей в себя транскраниальную сонографию и томографию головного мозга. В связи с этим актуальными являются простые и точные скрининговые методы диагностики. Рассматриваются вопросы анализа рукописных статичных рисунков спиралей и меандров методами машинного обучения для диагностики болезни Паркинсона на основе общедоступного набора данных HandPD. Построены нечёткие классификаторы с помощью оригинальных методов, способные по рисунку определять наличие или отсутствие болезни. Поскольку набор HandPD является несбалансированным, в работе применяются алгоритмы искусственной генерации выборок. Проведено статистическое сравнение точности применяемых моделей и методов, выполнено ранжирование признаков.

Страницы: 72-85
DOI: 10.15372/AUT20230308

9. Кузьмин Н. А., Арапов Ю. Д. Детектирование микрочастиц на восстановленных голографических изображениях объёмной среды с помощью нейронных сетей

Аннотация:
Представлены результаты исследования применения двух нейронных сетей для решения задач детектирования и классификации микрочастиц на изображениях, полученных при восстановлении модельных и экспериментальных голограмм аэрозольных сред с плотностью частиц 180 000 см⁻³. Одна нейронная сеть обучена на базе данных изображений частиц, размеченных вручную, вторая — на базе данных, созданной с использованием алгоритмов автоматического распределения определённых частей изображений по классам. Проведено сравнение результатов работы двух нейронных сетей, и представлены способы их дальнейшего улучшения.

Страницы: 86-92
DOI: 10.15372/AUT20230309

УПРАВЛЯЮЩИЕ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

10. Будников К. И., Сафенрейтер  Д. А. Модель и реализация сервиса аттестации сотрудников малых и средних предприятий на открытой платформе

Аннотация:
Современные малые и средние предприятия, такие как IT-компании, юридические, консультационные, логистические фирмы, в управленческих целях используют множество электронных инструментов для обеспечения внутреннего обмена информацией. Однако существует ряд задач (оформление отпусков, отчётность по проектам, выдача профессиональной литературы и др.), которые не укладываются в существующие модели решений. Некоторые IT-компании в подобных случаях создают собственные сервисы для автоматизации однотипных процедур, но многие фирмы не имеют программных решений для её автоматизации. В работе представлены модель и архитектура программного обеспечения на открытой программной платформе сервиса аттестации сотрудников — одной из вышеобозначенных нестандартных задач. Использование сервиса позволит малым и средним компаниям применить данное гибкое и простое решение для часто возникающих управленческих задач.

Страницы: 93-100
DOI: 10.15372/AUT20230310

11. Чехонадских А. В. Полиномиальный синтез регуляторов пониженного порядка для одноканальных дескрипторных систем

Аннотация:
Применяется полиномиальный подход к синтезу оптимальных регуляторов пониженного порядка для линейных стационарных одноканальных систем, описываемых системами дифференциально-алгебраических уравнений. Метод критических корневых диаграмм и корневых многочленов использовался для синтеза таких регуляторов в классических системах автоматического управления. В работе берётся неустойчивый объект управления, заданный неправильной передаточной дробью с числителем 6-й степени и знаменателем 4-й степени. Для него находятся настройки стабилизирующих ПИ₃-регуляторов, среди которых выделяется оптимальный по степени устойчивости; расчёт импульсной характеристики подтверждает его астатизм и безымпульсность. Схема метода остаётся той же, что и для классических систем управления, однако возникающие полиномиальные системы уравнений оказываются выше по степени и труднее для численного решения.

Страницы: 101-111
DOI: 10.15372/AUT20230311

12. Ющенко В. П., Литвиненко С. А., Гофман О. В., Дулуба Т. В. Экспериментальное подтверждение теоретических положений кругового апертурного синтеза

Аннотация:
Экспериментально проверяются возможности томографирования объектов в водной среде на акустических волнах посредством кругового апертурного синтеза. Создана экспериментальная установка для реализации метода реконструкции изображения объектов в сечении по траекторному доплеровскому сигналу. Реконструкция изображения осуществляется путём сканирования объекта, помещённого вовнутрь вращающегося цилиндрического резервуара с водой, управляемым фокусом круговой синтезированной апертуры. Приведены алгоритмы управления фокусом и построения изображения. Эксперимент проводился с простейшими тестовыми объектами: металлическим точечным объектом и металлическим стержнем диаметром 2 мм и длиной 10 см. Обсуждаются проблемы реализации кругового апертурного синтеза с использованием цилиндрического вращающегося резервуара с водой с прикреплёнными пьезодатчиками к внутренней стенке резервуара.

Страницы: 112-125
DOI: 10.15372/AUT20230312

Том 59 № 4 2023 (ИЮЛЬ – АВГУСТ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

1. Ланге М. М., Парамонов С. В. Схемы комплексирования разделяющих функций для повышения точности классификации данных от ансамбля источников

Аннотация:
Исследуется точность классификации данных в терминах соотношения вероятности ошибки и количества обрабатываемой информации для различных схем комплексирования. Рассматриваются схемы комплексирования слабых разделяющих функций на множестве данных одной модальности и на ансамбле данных от источников различной модальности. Для предлагаемых способов комплексирования оценивается избыточность вероятности ошибки относительно теоретико-информационной нижней границы в форме модифицированной функции «скорость—погрешность» с мерой погрешности Хэмминга. Экспериментальные оценки, полученные на множествах изображений лиц и подписей, демонстрируют уменьшение вероятности ошибки и её избыточности относительно нижней границы с увеличением количества обрабатываемой информации за счёт комплексирования слабых разделяющих функций.

Страницы: 3-10
DOI: 10.15372/AUT20230401

2. Абросимов В. К., Михайлова Е. С. Методы формирования пространственно-временных скоплений объектов в недружественной среде

Аннотация:
Рассматривается конфликтная ситуация, связанная с движением скоплений, включающих сотни объектов управления малых размеров в поле ответственности радиолокационной станции внешнего наблюдателя. Задача внешнего наблюдателя — следить и сопровождать движение скопления, а при возникновении угрожающей ситуации воздействовать на него. Задача скопления заключается в создании максимальной неопределённости принятия решения внешним наблюдателем. Модель движения скопления разработана как модель поведения роя К. Рейнольдса, дополненная специальными коэффициентами. Разработано три метода формирования различных скоплений, близких к геометрическим и изменяющимся в процессе движения формам. Сформулирована и математическим моделированием подтверждена гипотеза о том, что за счёт вариации геометрии, формы и количества объектов в роевом скоплении потенциально возможно создать ситуации, при которых рой будет восприниматься внешним наблюдателем как единый, отличающийся от исходного крупный объект. Показано, что если критерием принятия решения является значение эффективной поверхности рассеивания, то возможно создавать скопления, имитирующие опасные объекты.

Страницы: 11-19
DOI: 10.15372/AUT20230402

3. Исмагилова А. С., Лушников Н. Д. Программный модуль хэширования биометрических данных пользователя

Аннотация:
Рассмотрены особенности автоматизированной реализации хэширования биометрических персональных данных, информационных ресурсов пользователя, информационной системы в целом. Основой созданной математической модели является искусственная нейронная сеть, предназначенная для хэширования биометрических образов в папке администратора учётной записи с применением математических методов. Объект исследования — информационные системы. Предмет исследования — средства защиты информации с использованием биометрической многофакторной аутентификации.

Страницы: 20-28
DOI: 10.15372/AUT20230403

МЕТОДЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

4. Жданова А. Н., Куприянов А. В., Голова А. А., Булгаков А. С., Баканов Д. С. Исследование эффективности различных архитектур рекуррентных нейронных сетей для решения задачи анализа тональности русскоязычных комментариев пользователей социальных сетей

Аннотация:
Продемонстрировано применение методов машинного обучения для анализа тональности текстов и исследования эффективности различных архитектур нейронных сетей. Показано, что данное направление является актуальным в связи с развитием социальных сетей и онлайновых рекомендательных сервисов, где множество пользователей высказывает своё мнение о товарах и услугах. Представлены результаты прогноза и сравнения структур нейронных сетей на реальных данных из социальных сетей, что позволяет определить наиболее эффективную архитектуру для анализа тональности текстов. Исследование может быть полезным разработчикам социальных сетей для рекомендательных сервисов, а также исследователям, занимающимся обработкой естественного языка. Результаты могут помочь улучшить качество анализа мнений пользователей и повысить удовлетворённость пользователей услугами и продуктами. Таким образом, данное исследование вносит вклад в развитие области машинного обучения и анализа текстовых данных.

Страницы: 29-38
DOI: 10.15372/AUT20230404

УПРАВЛЯЮЩИЕ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

5. Воробейчиков С. Э., Пупков А. В. Неасимптотическое доверительное оценивание параметров авторегрессионного процесса в случае неизвестной дисперсии шума

Аннотация:
Рассматривается неасимптотическая процедура построения доверительной области параметра гауссовского процесса авторегрессии p-го порядка AR(p) в случае неизвестной дисперсии шума процесса. Процедура доверительного оценивания базируется на мартингальном свойстве числителя уклонения оценки метода наименьших квадратов. Приведены результаты численного моделирования.

Страницы: 39-48
DOI: 10.15372/AUT20230405

6. Рапопорт Э. Я., Плешивцева Ю. Э., Левин И. С. Энергосберегающее управление в системах с распределёнными параметрами при равномерных оценках целевых множеств

Аннотация:
Предложен метод синтеза оптимальных по энергопотреблению регуляторов в открытой и замкнутой областях определения пространственно-временных управляющих воздействий для линейных многомерных объектов с распределёнными параметрами параболического типа в условиях заданной точности равномерного приближения конечного состояния системы к требуемому пространственному распределению управляемой величины. Развиваемый подход базируется на разработанном ранее альтернансном методе построения параметризуемых алгоритмов оптимального программного управления, существенно использующем фундаментальные закономерности предметной области. Показано, что искомые уравнения регуляторов сводятся к линейным с ограничениями законам обратной связи по неполному наблюдению состояния объекта с нестационарными коэффициентами передачи, которые определяются предварительным расчётом программного управляющего воздействия.

Страницы: 49-60
DOI: 10.15372/AUT20230406

7. Жирабок А. Н., Зуев А. В., Шумский А. Е. Методы построения функциональных наблюдателей для нелинейных динамических систем

Аннотация:
Рассматривается задача построения функциональных наблюдателей для динамических систем, описываемых нелинейными дифференциальными уравнениями, которые подвержены внешним возмущениям. Приводятся соотношения, позволяющие построить наблюдатель пониженной размерности, нечувствительный к возмущениям, который оценивает заданную функцию вектора состояния. Теоретические результаты иллюстрируются примером.

Страницы: 61-70
DOI: 10.15372/AUT20230407

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

8. Рудометов С. В., Окольнишников В. В., Журавлев С. С. Реализация распределённого имитационного моделирования в системе MTSS

Аннотация:
В системе имитационного моделирования MTSS реализована возможность распределённого имитационного моделирования. Для реализации этой возможности применён стандарт HLA. В качестве примера использования распределённого имитационного моделирования представлена федерация, состоящая из двух федератов: имитационной модели очистного забоя угольной шахты и имитационной модели конвейерной сети угольной шахты.

Страницы: 71-77
DOI: 10.15372/AUT20230408

9. Антипина Е. В., Мустафина С. А., Антипин А. Ф. Поиск оптимальных начальных концентраций веществ каталитической реакции на основе кинетической модели

Аннотация:
Сформулирован численный алгоритм поиска оптимальных начальных концентраций веществ каталитической реакции, сочетающий принципы кинетического моделирования и эволюционных вычислений. Сформулирована задача оптимального управления каталитической реакцией, где управляющим параметром является вектор начальных концентраций исходных веществ. Описан пошаговый алгоритм решения поставленной задачи, в основу которого положен метод дифференциальной эволюции. Проведён вычислительный эксперимент для реакции аминометилирования тиолов с помощью тетраметилметандиамина. С использованием описанного алгоритма вычислены оптимальные концентрации исходных веществ, при которых достигается наибольшее значение концентрации продукта реакции. Показано, что вычисленные значения начальных концентраций веществ согласуются с результатами химического эксперимента.

Страницы: 78-87
DOI: 10.15372/AUT20230409

ОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ, СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

10. Котляр П. Е. Детекторы ИК- и ТГц-излучения на оптико-акустических преобразователях (Обзор)

Аннотация:
Классические оптико-акустические приёмники (ОАП) успешно используются для решения целого ряда научных и прикладных задач, таких как измерения слабых потоков оптического излучения ИК- и ТГц-диапазонов, количественного и качественного анализа газовых смесей, исследования спектров поглощения газов и паров. Рассмотрены назначение, конструкция и эволюция основных конструктивных элементов классических ОАП. Анализируется перспективность применения однослойного графена как наиболее перспективного материала для создания мембран. Значительное увеличение чувствительности связано с исключительно высокой эластичностью графена в сочетании с его высокой механической прочностью. Показано, что использование гибкой мембраны из однослойного графена обеспечивает снижение восприимчивости ОАП к акустическим и вибрационным шумам более чем на три порядка без применения каких-либо устройств виброзащиты. Благодаря сохранению графеновой мембраной высокой эластичности при гелиевых температурах рабочий диапазон ОАП может быть расширен от 320 К до гелиевых температур, чем обеспечивается достижение теоретически предельной пороговой чувствительности за счёт снижения шумов и открывается возможность широкого применения ОАП для решения научных задач астрофизики и космологии. Рассмотрены ёмкостный, оптический, туннельный и кантилеверный детекторы микродеформаций гибкой мембраны. Показано, что достижение предельных метрологических характеристик ОАП возможно за счёт совмещения уникальных возможностей двух разработок: мембраны из однослойного графена и туннельного детектора микродеформаций.

Страницы: 88-114
DOI: 10.15372/AUT20230410

11. Лукин В. П. Учёт влияния гистерезиса корректора на динамические характеристики систем адаптивной оптики

Аннотация:
Продолжен анализ динамических характеристик систем адаптивной оптики, работающих в турбулентной атмосфере, в частности, влияние такого важного фактора активного зеркала-корректора, как его гистерезис. Используется аналитический подход для расчёта требований к динамическим параметрам контура обратной связи адаптивной системы фокусировки лазерного излучения через турбулентную атмосферу. Рассматриваются возможности применения в системах адаптивной оптики алгоритмов управления на основе описания их работы как системы управления постоянного запаздывания. Используется модель зеркала-корректора, учитывающая временное запаздывание между подачей сигнала и его отработкой. Для оценки частоты работы системы адаптивной оптики применяется аналитическое выражение, связывающее предельно достижимый уровень коррекции по параметру Штреля с важнейшими параметрами системы: точностью и частотой работы датчика волнового фронта, размером апертуры оптической системы, а также с параметрами атмосферы (параметром Фрида и скоростью ветра). Анализируются различия между двумя типами контуров слежения: открытым и замкнутым контурами в системах адаптивной оптики.

Страницы: 115-124
DOI: 10.15372/AUT20230411

12. Новоселов А. Р., Хрящёв С. В., Алдохин П. А., Добровольский П. П., Шатунов К. П. Моделирование оптимальной конструкции охлаждаемой диафрагмы тепловизора

Аннотация:
Приведены результаты численного моделирования облучённости паразитным излучением охлаждаемого матричного фотоприёмника в криостате при разных формах и конструкциях холодной диафрагмы. Выяснено, что оптимальной формой холодной диафрагмы является цилиндр с двумя внутренними блендами (дополнительными диафрагмами). Уровень облучённости матричного фотоприёмника паразитным излучением составляет около 9,82 · 10⁻⁵ Вт/см² при неравномерности распределения по площади около 3 %.

Страницы: 125-134
DOI: 10.15372/AUT20230412

Том 59 № 5 2023 (СЕНТЯБРЬ – ОКТЯБРЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

1. Муравьева О. В., Тененев В. А., Брестер А. Ф., Белослудцев К. Ю. Метод главных компонент при обработке многопараметровых акустических сигналов зеркально-теневого метода контроля проката

Аннотация:
Приведено обоснование использования метода главных компонент для оценки обобщённой характеристики дефекта при обработке многопараметровых акустических сигналов многократного зеркально-теневого метода контроля пруткового проката. Метод позволил сократить количество параметров сигналов при формировании критериев браковки, разработать методику оценки обобщённой характеристики дефекта, сформировать комплексный критерий браковки на основе недопустимого значения обобщённой характеристики дефекта для объектов из любых марок стали и любых диаметров. Результаты апробации предложенного подхода для оценки обобщённой характеристики естественных дефектов с использованием полученной регрессионной зависимости удовлетворительно согласуются с результатами металлографических исследований.

Страницы: 3-14
DOI: 10.15372/AUT20230501

2. Лихачев А. В. Алгоритм поиска оптимальных значений параметров детекторов особых точек по локальным характеристикам изображения

Аннотация:
Предложен метод, позволяющий определять оптимальные значения параметров детекторов особых точек p по локальным характеристикам изображения µ. Метод основан на процедуре поиска экстремума аналитической зависимости δ = P (p, µ), где δ — критерий эффективности детектора, определяемый как взвешенная сумма ошибок первого и второго рода. Зависимость P (p, µ) интерполирует набор δ(p_i, µ_j), получаемый по выборке из множества однотипных изображений. Выполнен эксперимент с 40 рентгенограммами нижней части позвоночника человека, которые обрабатывались детекторами Харриса — Стефенса и SUSAN. Получено, что при выборе настраиваемых параметров детектора предложенным методом критерий δ оказался существенно ниже, чем для значений этих параметров на границах рекомендуемых интервалов.

Страницы: 15-24
DOI: 10.15372/AUT20230502

3. Макиенко Д. О. Построение профилей текстурных признаков по изображениям полноразмерного керна

Аннотация:
Исследование изображений полноразмерного керна (образца породы, извлекаемой из скважины) востребовано в современной геофизике. Предметная область определяет специфику процессов обработки изображений керна и форму представления результатов. Обычным способом представления скважинных данных являются упорядоченные по глубине значения измерений. Образцы керна также упорядочены по глубине, а изображения образцов представляют собой набор отдельных фотографий или томографических сканов часто с отсутствием данных на некоторых глубинах. Типичное изображение одного фрагмента керна содержит метровый участок породы. При этом на практике часто требуется оценивать характеристики сантиметровых интервалов. В работе предложен подход к созданию ансамбля текстурных признаков изображений керна, представленных как упорядоченные по глубине профили, что позволяет использовать полученные результаты совместно с другими геолого-геофизическими данными.

Страницы: 25-35
DOI: 10.15372/AUT20230503

4. Лапко А. В., Лапко В. А., Бахтина А. В. Сравнение методик проверки гипотезы о независимости случайных величин, основанных на непараметрическом классификаторе и критерии Пирсона

Аннотация:
Методика проверки гипотезы о независимости случайных величин, основанная на непараметрическом алгоритме распознавания образов, используется при анализе неоднозначных зависимостей. Алгоритм распознавания образов соответствует критерию максимального правдоподобия. Оценивание законов распределения в классах осуществляется по исходным статистическим данным в предположении о независимости и зависимости сравниваемых случайных величин. Для оценивания плотностей вероятностей в классах используются непараметрические статистики Розенблатта — Парзена. Коэффициенты размытости ядерных функций в непараметрических оценках плотностей вероятностей в классах определяются из условия минимума их средних квадратических отклонений. В этих условиях вычисляются оценки вероятностей ошибок распознавания образов в классах. По минимальному их значению принимается решение о независимости либо зависимости случайных величин. Проверяется гипотеза о достоверном отличии вероятностей ошибок распознавания образов в классах. Применение предлагаемой методики позволяет обойти проблему декомпозиции области значений случайных величин на интервалы, что свойственно критерию Пирсона. Сравнивается эффективность предлагаемой методики с критерием Пирсона. Приводятся результаты вычислительных экспериментов с применением исследуемых критериев при анализе неоднозначных зависимостей между случайными величинами.

Страницы: 36-46
DOI: 10.15372/AUT20230504

5. Вяткин С. И., Долговесов Б. С. Метод реконструкции 3D-объектов по данным одного ракурса изображения

Аннотация:
Предложен метод реконструкции по одному изображению криволинейных поверхностей. Для реконструкции поверхности используются данные силуэта объекта и многоуровневая карта высот. В отличие от известных подходов к реконструкции одного ракурса предлагаемый метод не имеет ограничения по глубине и требует на порядок меньше вычислений. 3D-модели с высоким разрешением могут быть сгенерированы в интерактивном режиме.

Страницы: 47-55
DOI: 10.15372/AUT20230505

МЕТОДЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

6. Белоконь С. А., Золотухин Ю. Н., Котов К. Ю., Мальцев А. С., Ян А. П. Управление продольным движением летательного аппарата на основе полной энергии

Аннотация:
Рассматривается создание системы управления продольным движением летательных аппаратов на основе принципа управления полной энергией. Представлена структура системы управления, включающая не зависящее от летательных аппаратов ядро, а также переход к командам отклонения руля высоты и тяги, полученным на основе принципа инверсных моделей. Система управления реализована для моделей трёх летательных аппаратов различной аэродинамической схемы. Исследование качества регулирования выполнено методом численного моделирования.

Страницы: 56-68
DOI: 10.15372/AUT20230506

7. Токарев М. П., Ничик М. Ю. Гобызов О. А., Федотов И. А., Дулин В. М. Оптимизация локального теплообмена в импактной струе с использованием активного управления и обратной связи

Аннотация:
Развитие методов управления потоком и теплообменом в затопленных турбулентных струях (импактных струях), натекающих на преграду, является важной задачей, поскольку такая конфигурация используется в различных технических приложениях. Технология активного управления потоком и оптимизация сигнала, управляющего внешним возмущением расхода в импактных струях, могут быть применены для эксплуатации присущих потоку свойств в целях дальнейшего улучшения теплообмена на стенке. Использована ИК-термография и проведены измерения методом PIV (Particle Image Velocimetry) для оптической диагностики температурных полей стенки и полей скорости в условиях управления возмущением расхода, в том числе с обратной связью от локального датчика скорости. Обнаружено, что низкоамплитудные синусоидальные возмущения увеличивают интегральную температуру на стенке за счёт интенсификации отрыва потока на стенке по сравнению с невозмущённой струёй. Также установлено, что высокоамплитудные возмущения в режиме пульсирующей струи позволяют снизить интегральную температуру за счёт увеличения средней скорости потока вблизи стенки и скомпенсировать нежелательный эффект отрыва потока. Алгоритм генетического программирования позволил найти автоколебательный режим при возмущении струи с обратной связью, который улучшает локальный теплообмен на стенке не хуже, чем в случае вынужденного периодического возмущения.

Страницы: 69-79
DOI: 10.15372/AUT20230507

8. Соколов С. В., Погорелов В. А., Охотников А. Л. Стохастическая оценка параметров угловой ориентации подвижного объекта по инерциально-спутниковым измерениям

Аннотация:
Решена задача угловой ориентации подвижного объекта с использованием измерений бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС) и спутниковой навигационной системы (СНС) при самых общих предположениях о характере углового движения объекта и вероятностных характеристиках помех инерциальных измерений. Решение получено в виде расширенного фильтра Калмана, использующего в качестве оцениваемых параметров ориентации направляющие косинусы поворота в инерциальной системе координат, а в качестве вектора наблюдения — вектор измерений СНС и акселерометров БИНС. Приведён пример, иллюстрирующий высокую устойчивость и скорость сходимости процесса оценивания выбранных параметров угловой ориентации подвижного объекта.

Страницы: 80-90
DOI: 10.15372/AUT20230508

ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИЗМЕРЕНИЙ

9. Тимофеев А. В., Мильштейн А. И., Григорьев Д. Н. Оптимизация толщины однослойного просветляющего покрытия из SiO₂ на кремниевом фотодиоде в зависимости от характеристик падающего света

Аннотация:
Проведены теоретические исследования зависимости оптимальной толщины однослойного просветляющего слоя SiO₂ на кремниевом фотодиоде от характеристик падающего на фотодиод света. Показано, что оптимальная толщина однослойного просветляющего SiO₂ для различных распределений интенсивности по углу увеличивает квантовую эффективность фотодиода до 1,1 раза по сравнению с классическим однослойным просветляющим покрытием толщиной λ/4n, которое является оптимальным при нормальном падении монохроматического света.

Страницы: 91-99
DOI: 10.15372/AUT20230509

10. Кирьянов В. П., Каракоцкий А. Г., Кирьянов А. В. Тестирование долговременной стабильности метрологических характеристик лазерного генератора изображений модели CLWS-300

Аннотация:
Проведены эксперименты по тестированию долговременной стабильности метрологических показателей лазерного генератора изображений модели CLWS-300, используемого в технологическом процессе выпуска оборудования гониометрического типа. Показано, что на временном интервале 18 лет лазерный генератор модели CLWS-300 сохранил способность воспроизводить свои показатели практически в неизменном виде.

Страницы: 100-106
DOI: 10.15372/AUT20230510

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

11. Варданян В. А. Влияние нелинейных фазовых шумов на амплитудно-фазовые канальные OFDM-сигналы в когерентных волоконно-оптических системах передачи

Аннотация:
Рассматривается когерентная волоконно-оптическая система передачи OFDM-сигналов. Каналы сформированы с помощью спектрально-эффективных форматов модуляции: QPSK, M-QAM. Исследуется влияние на канальные сигналы нелинейных фазовых шумов, возникающих в оптическом волокне. Показано, что появляющиеся в оптическом тракте нелинейные фазовые шумы преобразуются в амплитудные и, смешиваясь с шумами оптических усилителей, приводят к уменьшению показателя качества сигнала. Даны оценочные формулы для определения помехозащищённости канальных сигналов посредством расчёта Q-фактора.

Страницы: 107-118
DOI: 10.15372/AUT20230511

12. Чугуй Ю. В. Дифракционные явления Фраунгофера в когерентном свете на протяжённом асимметричном крае с отражающей (серой) внутренней гранью

Аннотация:
С использованием модели эквивалентных транспарантов исследованы дифракционные явления Фраунгофера в когерентном свете на протяжённом объекте постоянной толщины в виде объёмного асимметричного края со скосом и плоской отражающей (серой) внутренней поверхностью объекта, характеризуемой модулем амплитудного коэффициента отражения света и сдвигом фазы в отражённой волне. Показано, что поле в дальней зоне может быть представлено в виде двух компонент: проходящей и отражённой, первая из которых соответствует дифракции света на абсолютно поглощающем асимметричном крае, а вторая описывает дифракционные явления на объёмной структуре в виде бипланарной щели, освещённой плоской волной света. На основе конструктивной аппроксимации интегральной функции Френеля получено в аналитическом виде выражение для спектра объекта, исходя из которого можно исследовать поведение полей в дальней зоне. Показано, что в случае большого скоса объекта основной вклад в поле даёт отражённая компонента. Предложены способы определения геометрических параметров объекта путём измерения положения центрального максимума отражённой компоненты и его эффективной ширины.

Страницы: 119-131
DOI: 10.15372/AUT20230512