Институт в фотографиях

2023

Том 59 № 1 2023 (ЯНВАРЬ – ФЕВРАЛЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

ФОТОНИКА: МЕТОДЫ, КОМПОНЕНТЫ, СИСТЕМЫ 

 

1. Вахрушев А. С., Алышев С. В., Хегай А. М., Фирстова Е. Г., Харахордин А. В., Рюмкин К. Е., Мелькумов М. А., Умников А. А., Афанасьев Ф. В., Гурьянов А. Н., Фирстов С. В. Непрерывные висмутовые волоконные лазеры с многомодовой диодной накачкой

Аннотация:
Представлены результаты в области создания непрерывных висмутовых лазеров в интервале длин волн 1,3–1,5 мкм с диодной накачкой (с помощью многомодовых полупроводниковых лазерных диодов). Рассматривается концепция разработки таких устройств на примере лазерной схемы. Обсуждаются вопросы, касающиеся особенностей работы висмутовых лазеров с накачкой в оболочку, их основных параметров (эффективности, мощности генерации, стабильности). Также рассматриваются возможности оптимизации параметров таких устройств путём изменения геометрии внутренней оболочки и использования двухволновой накачки.

Страницы: 5-14
DOI: 10.15372/AUT20230101

2. Гладышев А. В., Дубровский Д. С., Журавлева Е. Е., Косолапов А. Ф., Яценко Ю. П., Буфетов И. А. Рамановская генерация пикосекундных импульсов на длине волны 3,9 мкм в револьверном световоде

Аннотация:
Исследованы возможности генерации пикосекундных импульсов среднего инфракрасного диапазона в рамановских газовых волоконных лазерах. С использованием в качестве активной среды револьверного световода, заполненного смесью молекулярных дейтерия и водорода, впервые реализована эффективная рамановская генерация на длине волны 3,9 мкм, при этом длительность импульсов составила 4,6 пс, а энергия в импульсе достигала 10 мкДж.

Страницы: 15-23
DOI: 10.15372/AUT20230102

3. Taylor J. R. Fiber laser driven three-micron source development based on difference frequency generation

Аннотация:
We review our development of wavelength tuneable, high average power, picosecond-pulse, mid- infrared sources in the three micron widow for proposed application in tissue ablation studies and with the objective of source simplification and exploring the potential of all-fiber integration. Initial systems were based on difference frequency generation (DFG) of two synchronous master oscillator power fiber amplifier (MOPFA) schemes. The generated idler was tuneable over the range 3.28–3.45 µm, delivering greater than 3 W of average power, with a maximum pump to total DFG power conversion efficiency of 78 %. By simplifying the seed sources through synchronised in-line modulation of cw diode laser sources, more than 6 W was generated 3.31–3.48 µm with similar efficiency and with near diffraction limited beam quality (M2 = 1.4). In an improved and significantly simplified experimental configuration a source emitting around 3 µm was developed employing a novel χ(3)(2) cascaded nonlinear conversion architecture. Picosecond pulses from a 1.064 µm mode-locked Yb:fiber pump laser were used to generate 1.65 µm signal pulses through χ(3) based four-wave mixing in a polarisation preserving photonic crystal fiber (PCF). The output of the PCF was then directly focused into a periodically poled lithium niobate crystal, generating idler radiation around 3 µm, with peak powers of ~0.5 kW, via χ(2)-based three-wave mixing between the pump and signal pulses.

Страницы: 24-33
DOI: 10.15372/AUT20230103

4. Андрианов А. В., Калинин Н. А., Сорокин А. А., Анашкина Е. А., Лойхс Г. Волоконно-оптические источники квантового сжатого света

Аннотация:
Квантовые сжатые состояния света, характеризующиеся уменьшенной квантовой неопределённостью по одной из квадратурных переменных ниже неопределённости вакуумного состояния (стандартного квантового предела), играют большую роль в современных фундаментальных и прикладных исследованиях. Приведены основные сведения о свойствах и проявлениях сжатых состояний. Дан краткий обзор методов получения и детектирования квантового сжатого света, при этом особое внимание уделено волоконным схемам. Подробно рассмотрен керровский механизм генерации сжатых состояний, реализующийся в различных вариантах волоконных систем. Представлена экспериментальная схема генерации поляризационно-сжатых состояний на основе нелинейного волокна с сохранением поляризации. Рассмотрены различные факторы, ограничивающие сжатие.

Страницы: 34-45
DOI: 10.15372/AUT20230104

5. Rehan M., Chowdhury R., Varshney S. K. Nonlinear dynamics in multimode optical fibers: recent advances

Аннотация:
Nonlinear optics in multimode fibers (MMFs) has had a renaissance over the past two decades, driven by both basic and applied research. MMFs provide an ideal setting for studying multidimensional systems with their complicated collective dynamics. The uniqueness of MMF including the spatial degree of freedom, spatiotemporal dynamics and inherent disorder make them an ideal tool for exploring novel physics beyond communication. Here, we briefly discuss an overview of nonlinear dynamics in MMFs by focusing their applications in spatiotemporal pulse shaping, self-beam cleaning, and broadband continuum generation. The nonlinearities in MMFs can be useful in linear and nonlinear imaging in microscopy and endoscopy configurations. The growing interest among researchers for nonlinearity in MMFs fibers is pretty evident, indicating a growth in the value of MMFs.

Страницы: 46-57
DOI: 10.15372/AUT20230105

6. Gervaziev M., Ferraro M. , Podivilov E. V., Mangini F., Sidelnikov O.S., Kharenko D.S., Zitelli M., Fedoruk M.P., Babin S.A., Wabnitz S. Mode decomposition method for investigating the nonlinear dynamics of a multimode beam

 Аннотация:
We overview our recent experimental studies on the nonlinear spatial reshaping of multimode beams at the output of multimode optical fibers. We use a holographic mode decomposition technique, which permits to reveal the variation of the spatial mode composition at the fiber output, as determined by either conservative (the Kerr effect) or dissipative (Raman scattering) nonlinear processes. For the first case, we consider the effect of spatial beam self-cleaning, and we compare experimental mode decompositions with predictions based on the thermodynamic theory, including the case of beams carrying nozero orbital angular momentum. For the second case, we analyze the beam mode content at the output of a Raman laser based on a graded index multimode fiber.

Страницы: 58-69
DOI: 10.15372/AUT20230106

7. Zitteli M., Ferraro M., Mangini F., Wabnitz S. Multimode soliton channels in space division multiplexed transmission systems

Аннотация:
We experimentally and numerically demonstrate the inability for picosecond telecom pulses to form a single multimode soliton in a graded-index fiber. This property is useful in space-division multiplexed systems, to transmit independent soliton channels which do not merge into a single multimode soliton.

Страницы: 70-73
DOI: 10.15372/AUT20230107

ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИЗМЕРЕНИЙ

8. Фотиади А. А., Коробко Д. А., Золотовский И. О. Бриллюэновские лазеры и сенсоры: тенденции и перспективы

Аннотация:
Приведён обзор новых средств фотоники, основанных на использовании вынужденного рассеяния Мандельштама — Бриллюэна (ВРМБ) в оптических световодах. Основное внимание уделено оригинальным схемам узкополосных малошумящих лазеров и их возможным применениям для распределённых волоконных измерений.

Страницы: 74-86
DOI: 10.15372/AUT20230108

9. Фомиряков Э. А., Бенгальский Д. М., Харасов Д. Р., Наний О. Е., Никитин С. П., Трещиков В. Н. Влияние фазовых шумов лазера на работу когерентного рефлектометра при использовании волокон с массивами искусственных отражателей

Аннотация:
Представлен обзор основных шумовых процессов, влияющих на работу фазочувствительных когерентных рефлектометров. Изложенный материал может использоваться в образовательных целях. Приведены результаты измерений с применением искусственно модифицированных одномодовых волокон с массивами искусственных рассеивателей, распределённых вдоль длины волокна. Продемонстрированы и проанализированы их преимущества по сравнению с обычными волокнами. Показана связь фазовых шумов зондирующего лазера с фазовыми шумами в сигнале рефлектометра.

Страницы: 87-114
DOI: 10.15372/AUT20230109

10. Дробышев Р. В., Лобач И. А., Каблуков С. И. Спектральные свойства динамических решёток населённости в волокнах, легированных ионами иттербия

Аннотация:
Исследованы спектральные и фазовые свойства динамических решёток населённости в различных образцах иттербиевых волокон при различных мощностях записывающего и накачивающего излучений. Оказалось, что, несмотря на различия между образцами, мощностные зависимости имеют схожий характер, который определяется коэффициентом усиления в волокне и мощностью насыщения в нём. Показано, что фаза динамической решётки принимает постоянное значение, меняя его только в момент перехода решётки поглощения в решётку усиления. Экспериментально проиллюстрировано существенное влияние фазовой составляющей в динамических решётках населённости на ионах иттербия.

Страницы: 115-125
DOI: 10.15372/AUT20230110

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО/НАНОТЕХНОЛОГИЙ И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

11. Черных Е. А., Харинцев С. С. Локализованное зондирование фазовых переходов в наноразмерных полимерах с помощью термоплазмонной метаповерхности

Аннотация:
Под действием света в условиях плазмонного резонанса металлические наночастицы индуцируют тепло в наномасштабе. Этот эффект формирует основу для термоплазмонного зондирования фазовых изменений, происходящих в наноразмерных системах, исследование которых является ключевой задачей в современном материаловедении. Несмотря на очевидную простоту такого подхода, усиленное поглощение света резонансными наноструктурами не гарантирует желаемого оптического нагрева в случаях, когда теплопроводность среды значительно превышает теплопроводность плазмонной наноструктуры. Предлагается подход к созданию управляемого нагрева плазмонных наноструктур путём наноструктурирования поверхности термостата, что демонстрируется с помощью термоплазмонной метаповерхности, представляющей собой массив вокселей TiN:Si — вертикальную систему наноструктур из нитрида титана (TiN) и кремния (Si) на кремниевой подложке. Плазмонные наноструктуры TiN играют роль нанонагревателей, а варьирование высоты кремниевых тепловодов позволяет осуществлять управление температурой нагрева вокселей при фиксированном значении интенсивности накачки за счёт контроля локализации тепла. Продемонстрирована возможность зондирования фазовых переходов в наноразмерных системах на примере тонких полимерных плёнок с использованием термоплазмонной метаповерхности и спектроскопии комбинационного рассеяния света.

Страницы: 126-132
DOI:  10.15372/AUT20230111

12. Харитонов А. В., Черных Е. А., Харинцев С. С. Настраиваемые плазмонные материалы для приложений в термофотонике

Аннотация:
Локальный оптический нагрев и управление тепловыми потоками в наноразмерных масштабах посредством света играют ключевую роль во многих приложениях. К ним относятся фототермическая терапия, фотокатализ, термофотовольтаика и др. Управление температурой фотонагрева может достаточно просто осуществляться путём изменения интенсивности падающего света. Однако задача точной настройки температуры наноструктур при неизменной интенсивности накачки до сих пор остаётся нерешённой. Разработан настраиваемый наноразмерный источник тепла, состоящий из плазмонной антенны из оксинитрида титана (TiON), помещённой на вершину кремниевого цилиндра. Экспериментально показано, что изменение температуры нагрева может достигать 100 C при фиксированной интенсивности падающего излучения 5 МВт/см2. Предложенный подход основан на контролируемом окислении TiON. Данный эффект позволил гибким образом настраивать диэлектрическую проницаемость материала плазмонной наноструктуры. Таким способом можно управлять сечением поглощения и, как следствие, температурой фотонагрева.

Страницы: 133-140
DOI: 10.15372/AUT20230112

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 (Ldif) 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 Ldif 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