№ 7 (2019)

Информационные измерения языка необходимы для построения моделей языка, ис-пользующихся в системах оптического распознавания символов, распознавания речи, ком-прессии текстовых данных, для обнаружения ошибок в текстах и построения методов автоматической коррекции текста. Поскольку качество работы автоматического кор-ректора должно быть максимально приближенным к качеству работы квалифицирован-ного специалиста, углубленное изучение возможностей работы экспертов-лингвистов с искаженным текстом, поиск объективных закономерностей их работы при коррекции ошибок является актуальной задачей. Для объективизации экспертных оценок информаци-онных характеристик языка в задаче коррекции искаженных текстов разработана про-граммная система лингвистической оценки читаемости искаженных текстов. Программ-ная система представляет собой веб-приложение, состоящее из серверной и клиентской частей. Клиентская часть выполняется непосредственно в браузере пользователя, а сер-верная - на удаленном сервере. Клиентская часть служит для отображения результатов. Разработанный текстовый редактор в зависимости от языка учитывает направление текста и предоставляет возможности по его разметке. При коррекции искаженного тек-ста эксперт выставляет оценку читаемости и отмечает разными цветами фрагменты текста, которые: 1 – исправляются без существенных усилий, 2 – требуют значительных усилий, 3 – не удается однозначно скорректировать. На качество коррекции искаженных текстов экспертами-лингвистами влияют такие факторы, как степень искажения текста, уровень владения экспертом выбранным языком, уровень сложности текста (грам-матика, лексика, стиль), степень знания экспертом тематики текста, а также различных реалий (местных топонимов, персоналий, названий СМИ, конкретных событий и т.п.), которые могут в нем упоминаться. С помощью созданной программной системы проведе-но экспериментальное сравнение результатов ручной коррекции искаженных новостных текстов на арабском языке экспертами и программной автоматической коррекции. Рассматривалось два варианта условий, в которых производится ручная коррекция: 1 – эксперт не ограничен по времени, 2 – время коррекции ограничено 30-ю минутами на каждый корректируемый текст. Точность коррекции оценивалась с помощью F1-меры. Продемон-стрирована эффективность разработанной системы для сравнения результатов ручной и автоматической коррекции искаженных текстов. Выявлено существенное влияние квали-фикации эксперта-лингвиста на качество коррекции.

Рассмотрена задача выбора наиболее целесообразной архитектуры мультиагентной системы управления автономного необитаемого подводного аппарата, так как от выбора архитектуры системы управления во многом зависит эффективность функционирования всего аппарата в целом. Системы управления современных сложных многофункциональных автономных необитаемых подводных аппаратов представляют собой, в подавляющем большинстве, мультиагентные системы, в результате чего возникает задача выбора наи-более подходящей архитектуры мультиагентной системы управления из широко многооб-разия разработанных к настоящему времени разновидностей архитектур, преимущест-венно в экономической сфере и сфере производства. Целью работы явилось обоснование выбора из широкого многообразия имеющихся мультиагентных архитектур такой разно-видности мультиагентной архитектуры, которая в наибольшей степени обеспечивала бы эффективное функционирование автономного необитаемого подводного аппарата. Для этого в работе рассмотрены отличительные черты мультиагентых систем от систем с акторами и объектами. Рассмотрены различные архитектуры мультиагентных систем, проанализированы особенности морской робототехники и приведен пример применения мультиагентной архитектуры в системе управления зарубежного сложного многотонного автономного необитаемого подводного аппарата ZT-AUV. В результате проведенного анализа выявлено, что выбор наиболее подходящей архитектуры системы управления оп-ределяется конкретными задачами, для решения которых предназначен проектируемый автономный необитаемый подводный аппарат. Необходимость успешного решения задач, стоящих перед автономным необитаемым подводным аппаратом, позволила сформиро-вать критерии для выбора наиболее подходящей разновидности архитектуры автономно-го необитаемого подводного аппарата. В качестве таких критериев в работе предложено использовать нефункциональные требования (non-functional requirement - NFR) в виде сле-дующих критериев: работа мультиагентной системы в режиме реального времени, коор-динация функционирования агентов, предсказуемость их поведения, коммуникации агентов между собой, адаптация поведения агентов к изменению внешней и внутренней обстанов-ки, отказоустойчивость и масштабируемость мультиагентной системы. Кроме того, определен математический аппарат, позволяющий получить единую качественную и коли-чественную оценку по результатам обработки результатов выполнения критериев выбо-ра. Единые оценки используются затем для проведения сравнительного анализа при выборе наиболее подходящей архитектуры мультиагентной системы. Для формирования единой оценки предложено использовать алгоритм распространения меток (the Label Propagation algorithm – LPA). Описано, как для его использования необходимо сформировать граф целей и подцелей, и затем по определенным правилам произвести последовательно оценку рас-сматриваемых альтернативных разновидностей архитектур мультиагентных систем. В качестве примера приведены результаты сравнительного анализа различных разновид-ностей архитектур мультиагентных систем управления автономного необитаемого под-водного аппарата на основе их качественных оценок. Разработаны рекомендации по ис-пользованию предложенного в работе подхода к выбору наиболее подходящей архитекту-ры для рассматриваемого аппарата.

Рассматривается относительная алгоритмическая сложность расчета точных распределений вероятностей значений статистик и их точных приближений. В качестве точных приближений распределений вероятностей значений статистик рассматривают-ся их Δточные распределения, отличающиеся от точных распределений не более чем на заранее заданную, сколь угодно малую величину Δ. Показывается, что основой метода рас-чета точных распределений вероятностей значений статистик является перечисление элементов области поиска решений линейного уравнения, составляемого из векторов кратности типов, каждый элемент которого представляет число вхождения элементов определенного типа в рассматриваемую выборку. Одновременно показывается, что длярасчета точных приближений распределения вероятностей значений статистик применя-ется метод ограничения области поиска решений. Приводится разбиение области пара-метров, представляемых объемом выборок и мощностью алфавита, для которых рас-сматриваются распределения вероятностей значений статистик, на непересекающиеся области предельных и точных распределений. Оценка относительной алгоритмической сложности расчета точных распределений вероятностей значений статистик и их точ-ных приближений проводится для параметров расположенных на верхней границе области точных распределений, определяемой соотношением Фишера. Для оценки алгоритмической сложности расчета точных приближений распределения вероятностей значений стати-стик в качестве параметра ограничения области поиска решений линейного уравнения, составленного из векторов кратности типов, используется значение статистики макси-мальной частоты, вероятность превышение которого меньше заранее заданной, сколь угодно малой величины Δ. Приводятся примеры расчета значений параметра ограничения области поиска решений линейного уравнения кратности типов для значений параметров объема выборки и мощности алфавита, связанных соотношением Фишера, определяющим границу раздела областей параметров применения точных и предельных распределений. Приводится наглядная иллюстрация ограничение области поиска решения линейного урав-нения кратности типов для мощности алфавита равной трем. Приведены значения отно-шения алгоритмической сложности расчетов точных распределений вероятностей значе-ний статистик к алгоритмической сложности расчета их точных приближений для мощ-ностей алфавита от 2 до 256 и объемов выборок, соответствующих соотношению Фишера. Показано, что алгоритмическая сложность расчета точных распределений вероятно-стей значений статистик на много порядков превосходит сложность расчета их точных приближений и это отношение увеличивается с увеличением мощности алфавита.

Предлагается технология повышения робастности акустической модели в задаче распознавания речи с применением глубокого машинного обучения. Данная технология ос-нована на использовании информативных акустических признаков, извлечённых из иерархи-ческих нейросетевых моделей, а также на гибридных акустических моделях, обученных на основе машинного глубокого обучения с применением дискриминативного подхода. Условия, в которых проходит эксплуатация систем автоматического распознавания речи, практи-чески никогда не совпадают с условиями, в которых проходило обучение акустических мо-делей. Следствием этого является то, что построенные модели не являются оптималь-ными для данных условий. На речевой сигнал влияние оказывают следующие факторы: ад-дитивный шум; голосовой тракт и манера произнесения диктора; реверберация; ампли-тудно-частотная характеристика микрофона и канала передачи; преобразование сигнала фильтром Найквиста и шум квантования. Предложенная технология направлена на повы-шение устойчивости модели к вышеуказанным факторам. Одним из способов повышения робастности модели является извлечение информативных акустических признаков из фо-нограммы, полученных с применением нейронных сетей. В качестве акустических призна-ков используются мел-кепстральные коэффициенты, их первые и вторые производные, а также коэффициенты перцептивного линейного предсказания. Предлагается схема извле-чения информативных признаков, состоящая из трёх связанных блоков нейронных сетей с узким горлом (с контекстами в 2, 5 и 10 кадров), а также из блока ResBlock, основанного на архитектуре ResNet-50. Дополнительная трансформация при помощи ResBlock позволяет опре-делять шаблоны, оказывающие большое влияние на модель, т. е. являющиеся ключевыми при-знаками. Представленная нейросетевая архитектура для классификации фонем состоит из слоёв нейронной сети с временными задержками, двухнаправленной нейросети с долгой крат-ковременной памятью, использующей механизм внимания. Входными признаками для данной нейронной сети являются преобразованные при помощи линейного дискриминативного анализа фильтры банков и признаки, извлечённые из нейросети. Особенность данного подхода состоит в том, что высокая точность модели (обеспечение хорошей разделимости классов) достигает-ся, в отличии от end-to-end систем, без использования объёмного обучающего набора аудиодан-ных. Помимо этого данная модель инвариантна к изменениям входных признаков. Была прове-дена серия численных экспериментов для задачи распознавания русской речи, используя речевые корпусы VoxForge и SpokenCorpora. Результаты экспериментов демонстрируют высокую точ-ность распознавания русской речи.

Выявлены основные тенденции и игроки на рынке сельскохозяйственной робототехники для сбора плодоовощной продукции на открытом грунте. В рамках исследования отмечен рост объемов инвестиций в аграрный сектор на поздних стадиях инновационных проектов, выявлены мотивации венчурного инвестирования фирм с наибольшим уровнем вложений, определена пер-спективность капиталовложений в роботизацию аграрного сектора экономики. Рассматри-ваются социальные и экономические эффекты роботизации в сельскохозяйственной отрасли. Проведенное исследование выявило неоспоримость эффективности применения робототехни-ческих комплексов вследствие сопровождающего роботизацию существенного повышения темпов экономического роста в аграрном секторе, снижения издержек производства, улучше-ния качества продукции и повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Фундамен-тальной основой подобных эффектов является смена парадигмы массового воздействия на режимы и условия вегетационного процесса жизнедеятельности растений на парадигму пер-сонификации ухода за каждым растением. В статье также рассматриваются примеры изме-нения рынка труда в странах с передовыми технологиями производства сельскохозяйственной продукции. Приводятся результаты анализа возможностей фирм-конкурентов, разрабаты-вающих роботизированную уборочную технику для сбора плодоовощной продукции. По резуль-татам анализа выявлены, также, общемировые тенденции развития робототехники в аграр-ной сфере. Проведенный анализ позволяет конкретизировать области опытно-конструкторских разработок актуальной и перспективной сельскохозяйственной робототех-ники и механизмы их инвестирования. Помимо положительных эффектов внедрения робото-техники в производства сельскохозяйственной продукции рассмотрены и негативные последствия. В том числе, возможное снижение занятости населения сельскохозяйственных терри-торий и связанные с этим социальные и демографические явления. Данное исследование позво-ляет оценить реальный уровень роботизации сельского хозяйства и прогнозируемые показате-ли развития этого направления. Также, в работе приведены прогнозы экспертов в области аграрной робототехники, предсказывающих рост потребности в использования промышленных роботов традиционных конфигураций, и оценки будущих потребностей в применении мультиагентных робототехнических комплексов с автономными мобильными модулями. Показано, что основным фактором, сдерживающим сквозную роботизацию производственных процессов в аграрном секторе экономики, является недостаточный уровень развития систем искусствен-ного интеллекта.

Рассматривается задача определения программных режимов движения шагающих движителей подводных мобильных роботов на этапе их переноса в новое положение и при преодолении препятствий. Препятствия рассматриваются в форме выступа, известной высоты, бесконечно малой длины и расположенного на определенном расстоянии от места отрыва стопы от грунта. Идентификация препятствий осуществляется информационно-измерительной системой. Анализируются методы формирования программного режима движения переносимой стопы и ставится задача его определения на основе инфор-мации о профиле грунта. Обсуждаются методы, позволяющие исключить ударное взаимо-действие и проскальзывание стоп на грунте. Составляются дифференциальные уравнения движения переносимой стопы, учитывающие силы сопротивления среды. Силы сопротив-ления принимаются линейно зависящими от скорости, физико-механические свойства сре-ды при отрыве от него стопы не учитываются. Движение корпуса рассматривается как поступательное с прямолинейным и равномерным движением центра масс. Формируется критерий оптимальности движения переносимой стопы как материальной точки, со-стоящий из нескольких интегральных показателей качества движения (уровень тепловых потерь в приводных двигателях, среднеквадратичные горизонтальное и вертикальное ус-корения стопы движителя и др.). Решается вариационная задача на двух этапах движе-ния. Первый этап – до достижения препятствия, второй этап – после преодоления пре-пятствия до постановки на грунт. Обосновывается расширение вариационной задачи оп-ределения минимума показателей качества как функций, зависящих от параметров движения: времени достижения препятствия и скорости переноса стопы через препятствие. Поставлена и решена модельная задача и проанализированы результаты. Установлены закономерности влияния скорости и режимов движения стопы на показатели качества движения. Определение программного режима основывается на выборе критерия оптимальности, составленного из различных интегральных показателей качества движения. Представлены графики изменения показателей качества, зависящие от скорости движения. Их характерной особенностью является – снижение эффективности движения с ростом скорости. Поэтому режим движения следует выбирать на основе компромисса между скоростью и учитываемыми показателями.

Применение скоординированных групп автономных транспортных средств пред-ставляется наиболее перспективной и многообещающей технологией, позволяющей обес-печивать оперативное освещение труднодоступных регионов с высоким разрешением как по времени, так и в пространстве. При этом неизбежно возникают задачи коллективного распределения заданий и планирования индивидуальных маршрутов, когда каждому транс-портному средству в группе должен быть поставлен в соответствие ряд обследователь-ских работ в разных областях региона. Построение допустимого и эффективного группо-вого маршрута является задачей высокой вычислительной сложности даже в наиболее простых классических постановках с одним типом ограничений. В работе рассматривает-ся задача динамической маршрутизации группы автономных транспортных средств при выполнении комплексного мультиобъектного мониторинга. Задача группы в этом случае заключается в своевременном обследовании заданного множества объектов с установлен-ной периодичностью и в соответствии с требованиями, поставленными в соответствие каждому такому объекту. В качестве требований могут выступать в различном сочета-нии ограничения пространственного, временного или функционального характера. Такие задачи маршрутизации, объединяющие в себе целый спектр ограничений и требований различной природы, в современной литературе принято относить к классу комплексных или мульти-атрибутных задач маршрутизации. Подобные расширенные постановки, наце-ленные на более точное моделирование реальных задач, на данный момент являются недостаточно изученными и, в то же время, представляют большой научно-исследовательский интерес. Для эффективной генерации допустимых маршрутов предлагается использование децентрализованного гибридного эволюционного подхода с примене-нием специализированных эвристик, продвинутых схем локального поиска и дополнитель-ных процедур улучшения решений. Динамическая корректировка внутренних параметров алгоритма в реальном времени обеспечивает максимальную эффективность вычислитель-ной процедуры для каждого конкретного набора условий и на каждом этапе вычислений.Предложенная схема эволюционного алгоритма демонстрирует высокое качество результатов на большом наборе тестовых задач, в том числе на задачах с высокой степенью гетерогенности множества обследуемых объектов.

Рассмотрена концепция трансформируемой сборочной системы с применением коллабо-ративной робототехники. Дано описание парадигмы трансформируемых сборочных систем, направленной на создание основы автономных контекстно-зависимых и адаптируемых сбороч-ных систем, способных развиваться вместе с продуктами, процессами, а также с деловой и социальной средой. В трансформируемых сборочных системах данное свойство достигается за счет контекстной адаптации актуаторов с децентрализованной мультиагентной системой управления. Одной из ключевых технологий при разработке исследуемой трансформируемой сборочной системы предложено применение коллаборативных робототехнических комплексов. Показаны особенности формирования принципов коллаборативных робототехнических систем с мультиагентной структурой управления. Свойство коллаборативности рассмотрено в смыс-ле взаимодействия детерминированных агентов – роботов и недетерминированных агентов-людей в рамках описанной среды, где агенты разделяют единое пространство и объекты при выполнении совместных задач. В рамках исследуемой системы предложена концепция частич-ной оперативной автоматизации сборки корпусных конструкций летательных аппаратов. Суть данного решения заключается в совместной работе человека и коллаборативного робота в рамках одного технологического процесса - сверлильно-клепальных работ. Решены такие задачи, как первичный анализ и детализация концепции, разработка аппарата имитационного моделирования на основе игровой модели, формирование выводов о полученных результатов и их интерпретация для определения направления дальнейших исследований. Подобное сочетание позволило снизить суммарное время на операции и понизить их общую трудоемкость при ми-нимальном вмешательстве в существующий технологический процесс.

Стайная парадигма – это один из подходов к задаче группового управления робота-ми. Его идея состоит в том, что вместо выделения одного управляющего центра группа рассматривается как множество равноправных агентов, каждый из которых выбирает свое поведение самостоятельно, подчиняясь ряду относительно несложных правил; но в результате для группы в целом синтезируется желаемое поведение. Данная работа по-священа применению этого подхода к моделированию транспортного потока автомобилей на дорожной сети; таким образом, построенная система относится к классу микромоде-лей. В первой части работы описана используемая математическая модель, правила пове-дения для каждого автомобиля в потоке – правила выбора скоростей движения и правила перестроений с учетом окружающих автомобилей, исходя из правил дорожного движения и желаемой цели, разной у разных участников движения – автомобили въезжают на моде-лируемую развязку по разным дорогам и хотят проехать ее в различных направлениях. При этом логика правил одинакова для всех автомобилей, но конкретные численные значения параметров генерируются случайно для каждого автомобиля, реализуя различное поведе-ние («характер») различных агентов и различный стиль их вождения, от «чрезвычайно тихого вождения» до «агрессивного вождения». Во второй части работы представлен разработанный авторами с использованием этой модели программный симулятор. В за-ключительной части приведены результаты численных экспериментов с применением это-го симулятора для условного городского перекрестка и реальной московской транспортной развязки на пересечении Третьего транспортного кольца и Звенигородского шоссе. Иссле-дована зависимость фактической пропускной способности транспортного узла от интен-сивности транспортного потока и соотношения долей поворачивающих автомобилей и проезжающих перекресток прямо. В результате моделирования получены реалистичные зависимости между показателями – в частности, с ростом транспортной нагрузки поток сначала растет, но затем сокращается в связи с возникновением заторов и пробок, которые симулятор позволяет оценить наглядно.

Разработка систем электронного голосования является сложной задачей. К систе-мам электронного голосования предъявляется ряд требований безопасности. Основными требованиями являются право на избирание, честность, индивидуальная и универсальная проверяемость, секретность голоса, свобода от полученных данных, сопротивление при-нуждению. Наиболее сложно реализуемым требованием безопасности является сопротив-ление принуждению. Целью работы является разработка подхода для обеспечения требо-вания сопротивление принуждению. Задачами работы являются разработка и реализация подхода, который позволит обеспечить выполнение требования сопротивление принужде-нию, доработка текущего протокола электронного голосования для использования пред-ложенного подхода, верификация безопасности криптографического протокола электрон-ного голосования. Приведен классический подход переголосования для обеспечения требо-вания сопротивления принуждению. В работе был предложен подход в виде обманного голосования для удовлетворения требования сопротивления принуждению. Он основан на том, что пользователь может задать диапазон времени, в течение которого он может подвергаться принуждению со стороны злоумышленника и любые голоса, поданные в это время, в итоговом подсчете результатов учитываться не будут. Разработан протокол задания диапазонов времени обманного голосования. Доработан протокол электронного голосования для возможности использования обманного голосования, а также добавлена синхронизация компонентов для усиления надежности системы при обрыве соединения в процессе исполнения протокола голосования. Проведено описание протоколов задания диа-пазонов времени и голосования на языке спецификации CAS+ для последующей верификации безопасности с помощью инструмента Avispa. Произведена верификация протоколов, по-казана схема взаимодействия сторон в ходе исполнения протоколов.

В последние годы наблюдается интеграция технологий распределенных и облачных вычислений при решении комплексных прикладных задач. Гибридная среда сочетает на-дежность и доступность работающего на локальных компьютерах программного обеспе-чения с возможностями масштабирования вычислений в облачную среду при возникновении пиковых нагрузок. Сложность трудных переборных задач, обладающих свойствами круп-номасштабности, открытости, непредсказуемой динамики, мобильности компонент обу-славливает актуальность разработки ориентированных на микросервисы программных средств для их решения в гибридной среде. Целью исследований является дальнейшее раз-витие разработанных ранее инструментальных средств, автоматизирующих создание и использование пакета прикладных микросервисов, для организации управления научными вычислениями в такой среде. Распределенная микросервисная модель представлена набо-ром небольших, слабо связанных, заменяемых, взаимодействующих с использованием легко-весных механизмов коммуникации автономных вычислительных микросервисов. Децентра-лизованное управление взаимодействием микросервисов осуществляется самоорганизую-щейся мультиагентной системой, агентам которой делегируются права на их запуск. Ре-шаются задачи адаптации поведенческой модели агентов для работы в гибридной среде. Рассматриваются особенности архитектуры агентов и модели их функционирования, которая обеспечивает возможность организации параллельных и конвейерно-параллельных многовариантных расчетов в гибридной среде. Приводится пример применения созданного и функционирующего с использованием разработанных средств пакета прикладных микро-сервисов для решения задач качественного исследования двоичных динамических систем на основе метода булевых ограничений, в соответствии с которым проверка выполнимости в системе требуемого динамического свойства сводится к выполнимости некоторой совокупности ограничений на характер поведения траекторий системы. Для двоичных динами-ческих систем, функционирование которых рассматривается на конечном интервале времени, такие ограничения записываются на языке булевых уравнений или булевых формул с кванторами. Подход к решению рассматриваемых задач на основе этого метода обеспечи-вает возможность параллелизма по данным и существенное повышение размерности решаемых задач при их решении в гибридной среде.

В настоящее время одной из проблем, возникающих при решении прикладных задач на программируемых логических интегральных схемах, является необходимость выравнивания (синхронизации) цифровых сигналов по фронтам для устойчивой (стабильной) работы вычислительной схемы. Существующие подходы к решению данной проблемы имеют ряд недостатков – требуют большего количества аппаратного ресурса или значительно уве-личивают время разработки. Для эффективного решения этой проблемы необходимо объе-динить в одном методе преимущества существующих систем (получить гарантированное решение в сжатые временные сроки) и при этом избавиться от их недостатков. В данной работе рассматривается возможность реализации такого метода – метода автомати-ческой расстановки триггеров синхронизации. В основе предложенного метода лежит учет коэффициента максимального ветвления при расстановке триггеров синхронизации, так как существующие средства автоматизированного проектирования не могут спра-виться с синтезом задач, имеющих высокий коэффициент ветвления элементов, при за-полнении кристалла, близком к максимальному (80–90 %). Основной задачей разработанно-го метода является соблюдение баланса между устойчивой работой схемы и оптимизаци-ей занимаемого аппаратного ресурса, требующегося для синхронизации сигналов. Предла-гаемый метод был реализован в многокристальном синтезаторе схемотехнических реше-ний Fire!Constructor, который является частью среды проектирования COLAMO, позво-ляющей создавать эффективные параллельные программы с производительностью, близ-кой к производительности решений, полученных при программировании с использованием языков описания аппаратуры. Оценка эффективности полученного решения проводилась на задачах из области линейной алгебры, цифровой обработки сигналов, а также символь-ной обработки данных. Применение предложенного метода позволило получить решения, которые были успешно синтезированы с помощью средств автоматизированного проек-тирования Xilinx Vivado 2018.2 на частотах в диапазоне от 250 до 400 МГц. В результате проведенных исследований было выявлено, что применение разработанного метода приво-дит к сокращению времени на разработку и тестирование программ для РВС при решении прикладных задач от нескольких дней (2–3) при ручной расстановке триггеров (из-за необ-ходимости перетрансляции решений средствами САПР), до нескольких (1–2) минут. При этом суммарный аппаратный ресурс не более чем на 5 % превышает ресурс, получаемый при ручной (условно оптимальной) расстановке.

Поиск максимальных клик графа является одной из фундаментальных проблем тео-рии графов и играет важную роль во многих приложениях. Задача о клике решается при анализе социальных сетей для обнаружения некоторого сообщества, в биоинформатике – для структурного выравнивания белка в трех измерениях, в САПР электрических схем – для размещения элементов и оптимизации. При этом данная задача является NP-полной, а это значит, что из-за ее высокой трудоемкости не всегда можно найти решение за приемле-мое время. Целью работы, описанной в статье, является минимизация времени решения задачи поиска максимальных клик графа с использованием реконфигурируемых вычисли-тельных систем (РВС). Предложен новый способ структурной реализации алгоритма Бро-на-Кербоша на РВС с применением оптимизации, помогающей в балансировке рабочей на-грузки между вычислительными ядрами и основанной на сортировке вершин по порядку вырождения. При реализации был выбран битовый способ представления множеств, когда позиция бита соответствует номеру элемента множества, а его значение является признаком присутствия либо отсутствия элемента во множестве. Выполнен анализ информационного графа одной итерации алгоритма и полного информационного графа всей задачи. Предложена вычислительная структура, реализующая информационный граф задачи на РВС с типом вычислений вложенный конвейер. Оценка скорости решения задачи на РВС выполнена на имитационной модели, которая моделирует выполнениеалгоритма так, как он будет исполняться на РВС. Результат работы модели представ-лен в том числе и в виде функций регрессии, которые отражают зависимость ускорения вычисления алгоритма от количества вычислительных узлов. Показано, что при решении задачи на многопроцессорной вычислительной системе при превышении определенного количества используемых процессорных ядер рост производительности практически не наблюдается, и дальнейшее уменьшение времени решения задачи становится невозможным. Однако при решении задачи на тех же графах на РВС рост производительности близок к линейному и, таким образом, увеличение аппаратных затрат приводит к почти линейному уменьшению времени решения задачи.

В настоящее время адаптивные фильтры широко применяются в различных областях техники: системы управления, мобильная связь, радиолокация и т.д. Основным свойством адаптивной системы является изменяющееся во времени функционирование с саморегулирова-нием. Преимуществом такого функционирования является возможность своевременной под-стройки системы под изменения как входящих сигналов, так и условий среды передачи в про-цессе функционирования устройства. В случае, если при реализации адаптивных систем исполь-зуются рекурсивные фильтры, эти системы получают дополнительные преимущества: они требуют меньших затрат оборудования, позволяют добиваться выигрыша в быстродействии относительно нерекурсивных, добиваться характеристик фильтра с достаточно резкими переходами и т.д. Однако использование рекурсивных адаптивных фильтров сопряжено с рис-ком потери устойчивости при изменении их характеристик в результате адаптации. Сегодня цифровая обработка сигналов в реальном масштабе времени требует постоянного увеличения скорости вычислений, что приводит к необходимости применения параллельных вычислений. Наиболее эффективным методом распараллеливания является конвейеризация вычислений. Введение конвейерных регистров в рекурсивные фильтры, может приводить к нарушению ал-горитма работы фильтра. Эту проблему можно решить с помощью автоподстановки и ре-синхронизации. Предлагается метод определения устойчивости рекурсивного адаптивного конвейеризованного фильтра. Он заключается в том, что мы определяем диапазон, в котором изменяются параметры адаптивного фильтра, и для каждого значения в этом диапазоне нахо-дим степень конвейеризации, при которой все полюса передаточной функции этого фильтра лежат внутри единичной окружности. Таким образом конвейеризация служит не только для достижения высокой вычислительной производительности фильтра, но и для корректировки его устойчивости. Это особенно актуально для случая адаптивных фильтров, которые могут потерять устойчивость в результате изменения их параметров в процессе адаптации

Работа посвящена проблеме моделирования автотранспортных потоков в рамках макроскопического подхода. В этом подходе используется приближение сплошной среды, то есть движение транспорта представляется как движение сжимаемой жидкости; основными исследуемыми характеристиками потока являются плотность и средняя скорость автомобилей. В работе предложена модель, основанная на квазигазодинамиче-ской (КГД) системе уравнений. Одномерная КГД-модель потоков автотранспорта опи-сывается системой из двух уравнений: уравнения неразрывности относительно плотно-сти и уравнения сохранения импульса для определения средней скорости потока. В урав-нения входят члены, отвечающие за «человеческий фактор» – возможность водителей ускоряться и замедляться в зависимости от условий движения, в частности, от плот-ности потока впереди. В правой части уравнений стоят члены, описывающие возмож-ные источники – в случае наличия въездов или съездов или в случае изменения числа полос. Также уравнения содержат диффузионные члены в правой части, обеспечивающие сглаживание решения на расстояниях порядка характерных масштабов среды. Вводится малый параметр, имеющий смысл характерного времени, то есть времени, за котороеРабота посвящена проблеме моделирования автотранспортных потоков в рамках макроскопического подхода. В этом подходе используется приближение сплошной среды, то есть движение транспорта представляется как движение сжимаемой жидкости; основными исследуемыми характеристиками потока являются плотность и средняя скорость автомобилей. В работе предложена модель, основанная на квазигазодинамиче-ской (КГД) системе уравнений. Одномерная КГД-модель потоков автотранспорта опи-сывается системой из двух уравнений: уравнения неразрывности относительно плотно-сти и уравнения сохранения импульса для определения средней скорости потока. В урав-нения входят члены, отвечающие за «человеческий фактор» – возможность водителей ускоряться и замедляться в зависимости от условий движения, в частности, от плот-ности потока впереди. В правой части уравнений стоят члены, описывающие возмож-ные источники – в случае наличия въездов или съездов или в случае изменения числа полос. Также уравнения содержат диффузионные члены в правой части, обеспечивающие сглаживание решения на расстояниях порядка характерных масштабов среды. Вводится малый параметр, имеющий смысл характерного времени, то есть времени, за котороенесколько автомобилей пересекают заданную точку на дороге. Несмотря на одномер-ность, модель позволяет качественно верно описывать трафик на многополосных доро-гах и сложных развязках, при этом процесс вычислений значительно упрощается, эконо-мя вычислительные ресурсы. Для аппроксимации дифференциальных уравнений использо-вались явные двухслойные разностные схемы второго порядка по пространству. Пред-ложен алгоритм параллельных вычислений, основанный на принципе геометрического параллелизма, получены высокие значения ускорений. Для верификации модели был вы-полнен ряд тестовых расчетов, результаты согласуются с данными, полученными дру-гими исследователями. В одномерной постановке были решены задачи о движении по трассе с боковым въездом в часы пик, о движении на развязке клеверного типа, о влиянии длительности фаз работы светофора на возникновение и динамику скачков плотности в окрестности светофора. Также было проведено моделирование трафика на реальном уча-стке улично-дорожной сети города Москвы.

Отечественные разработки беспилотных летательных аппаратов (БЛА) в значи-тельной степени сфокусированы на объектах класса «Микро», «Мини», «Ближнего», «Ма-лого» и «Среднего» радиусов действия. Характерной особенностью данных объектов явля-ется использование в первичной системе управления электромеханических рулевых серво-приводов (СП) с полосой пропускания не менее fср.=0,7 Гц. Подобные СП широко применя-ются в авиамодельном спорте, тем не менее, в области БЛА их использование ограничено требованиями к качеству регулирования, полезной мощности и надежности. АО «КБПА» разработало и изготовило опытный образец рулевого СП для БЛА среднего радиуса дейст-вия взлетным весом 400 кг. Для оценки соответствия техническим требованиям были про-ведены экспериментальные исследования образцов СП. На основании проектных характе-ристик компонентов и по результатам испытаний СП в среде Simulink разработана его математическая модель, которую предполагается использовать для моделирования дина-мики замкнутого контура «БЛА - система управления – рулевой СП». Верификация модели проводилась на основании статических и динамических характеристик натурного образца. Детализация созданной модели в дальнейшем позволит внедрить алгоритмы ранней диаг-ностики неисправностей СП, которые разрабатываются в настоящее время в ЦАГИ и ИПУ РАН. Энергетическая эффективность СП является основой для построения подоб-ных алгоритмов. Изменение энергоэффективности является недетерминированным пара-метром, существенно зависящим от режима функционирования привода и факторов внешнего воздействия и влияет в том числе и на тепловые потери СП. Поэтому представ-ляется целесообразным проведение комплексного анализа в том числе и с использованием алгоритмов интеллектуального анализа данных. Особым целевым свойством разрабатываемой системы диагностики является ее способность определять техническое состояние СП на недетерминированных режимах.

Применение режимов сверхманевренности предъявляет определенные требования к бортовому информационному обеспечению, системе управления и эргономическому обеспе-чению. Эксплуатация современных высокоманевренных самолетов, обладающих режимом сверхманевренности, показывает, что применение данного режима при решении целевых задач без «поддержки летчика» оказывается малоэффективным. Следует также отме-тить то обстоятельство, что в условиях современного быстротечного воздушного боя летчику достаточно сложно определить необходимость и своевременность использования режима сверхманевренности. В статье рассматриваются задачи, которые должна ре-шать бортовая система информационно-интеллектуальной поддержки летчика (СИИПЛ) на режимах сверхманевренности с целью формирования и выдачи рекомендаций в процессе ведения воздушного боя. Для решения задач бортовая система должна располагать теку-щей информацией о положении и параметрах движения участников воздушного боя («сво-их» и «чужих»), что должно обеспечиваться как бортовыми, так и внешними средствами. На основе этой информации решается задача прогноза развития ситуации. На основе этих данных решается задача по оценке наиболее уязвимого противника и рекомендуется противник для «атаки» или «обороны» от него. В соответствии со сложившейся ситуа-цией рекомендуется применение режима сверхманевренности и вырабатываются реко-мендации по предварительному снижению скорости до значений, при которых этот ма-невр может быть выполнен, рекомендации по изменению дальности до цели за счет сме-щения центра виража. После выполнения этих рекомендаций, в соответствии со вторым пунктом, при совпадении параметров относительного движения противников с областью эффективного применения режимов сверхманевренности бортовая СИИПЛ выдает сигнал на выполнение режима сверхманевренности и атаку цели. Приводятся результаты иссле-дований по отработке принципов формирования бортовой системы информационноинтеллектуальной поддержки летчика Рассмотрены задачи, которые должна решать данная система и представлены возможные варианты реализации данной системы в бор-товом комплексе современных истребителей.

Рассмотрена система управления свободнолетающим космическим манипуляционным роботом с силомоментным очувствлением и представлены методы повышения эффективно-сти управления. В рамках данной работы предлагается схема контура управления системы дистанционного управления свободнолетающим роботом при переменных задержках в канале передачи данных. Для обеспечения устойчивости системы управления применен метод пасси-фикации канала связи TDPA (Time Domain Passivity Approach). Метод TDPA является доста-точно гибким и удобным подходом для обеспечения пассивности системы дистанционного управления космическим манипуляционным роботом, однако в результате его использования возникает дрейф положения исполнительного устройства. Для устранения данного недостат-ка и повышения точности позиционирования исполнительного устройства был применен метод компенсации дрейфа положения исполнительного устройства. Локальная прямая связь по уси-лию широко используется для снижения ощущаемого веса тактильных интерфейсов. Это обеспечивает человека-оператора кажущимся более легким тактильным устройством, что снижает физическое усилие, требуемое от него при дистанционном управлении исполнитель-ным устройством в реальной или виртуальной среде. Несмотря на то, что локальная обратная связь по усилию уменьшает ощущаемый вес задающего устройства при свободном движении исполнительного устройства, она также снижает воспринимаемую контактную жесткость, ощущаемую оператором при взаимодействии исполнительного устройства с удаленной средой, что снижает прозрачность системы. В данной статье предлагается непрерывный нелинейный локальный закон управления с обратной связью по усилию, который обеспечивает уменьшенный вес тактильного интерфейса при свободном движении исполнительного устройства, а также высокую степень прозрачности при взаимодействии исполнительного устройства со средой, посредством изменения коэффициента, зависящего от измеренных сил взаимодействия испол-нительного устройства со средой. Устойчивость системы обеспечивается за счет введение демпфера, основанного на методе пассификации. Для тестирования предложенных алгоритмов управления был создан «виртуальный» стенд и осуществлено моделирование системы дистан-ционного управления свободнолетающим космическим манипуляционным роботом с силомо-ментным очувствлением при переменных задержках.

Целью исследования является повышение безопасности полета воздушных судов на этапе захода на посадку. Для автоматизации принятия решения о продолжении посадки предложена адаптивная экспертная система нечеткой логики. Система позволяет опре-делять коэффициент уверенности обеспечения требуемой безопасности посадки при одновременном учете множества негативных факторов различной физической природы. В ка-честве таких факторов в работе рассмотрены: возможное сближение воздушных судов при заходе на посадку вблизи аэропорта; малый запас топлива; сложные метеоусловия в планируемом месте посадки; отказы бортового оборудования. Принято, что доминирую-щим опасным фактором является появление отказов бортового оборудования в полете, а наиболее критичным в смысле возможности их устранения является отказ рулевых приво-дов или рулевых органов. При этом под реконфигурацией понимается компенсация отказов рулевых поверхностей летательного аппарата путем изменения алгоритмов системы управления, приводящего к перераспределению управляющих сигналов с отказавших рулевых приводов на работоспособные с целью сохранения динамики летательного аппарата неиз-менной. Кроме того, при неуклонном уплотнении транспортных потоков в воздушном про-странстве аэропортов вероятно сближение двух воздушных судов, летящих на одной вы-соте, когда основное судно летит к аэродрому, а другое судно-нарушитель летит попереч-ным курсом, производя при заходе на посадку облет вокруг аэропорта для выбора другой взлетно-посадочной полосы, например, при внезапном изменении направления ветра. С учетом этих разнородных факторов необходимо дать единую оценку опасности полета и определить коэффициент уверенности в продолжении посадки или уходе на повторный круг. Учитывая значительную неопределенность в количественной оценке перечисленных факторов, задача решается методом, основанным на использовании функций принадлеж-ности и базы нечетких правил. Предложенная экспертная система является адаптивной. Используемые функции принадлежности имеют граничные интервальные точки, завися-щие от трех изменяющихся в полете параметров: скорости сближения с другими воздуш-ными судами; оставшегося времени до посадки; метеоусловий в намеченном месте посад-ки. На выходе экспертной системы сформируется сигнал в виде убывающей оценки коэф-фициента уверенности в продолжении посадки, при достижении которым заданного поро-га должно быть принято решение об экстренной аварийной посадке на запасной аэродром.

Рассмотрена задача обеспечения безопасности посадки при попадании самолёта в вихревой воздушный поток. При этом малоизученным является попадание самолёта в вих-ревой воздушный поток уже при снижении по глиссаде, когда вначале на самолет действу-ет попутный либо встречный ветер, а затем самолёт попадает в «воздушную яму», из которой иногда не удаётся выбраться вблизи земли, если не предпринимать дополнитель-ных усилий. При ручном управлении обычно меняют тягу двигателя пропорционально воз-душной скорости, либо путевой скорости. Однако соблюдение этого принципа чревато опасными последствиями ввиду значительной инерционности возрастания тяги, так как при попадании в «воздушную яму» самолет не справится с задачей снижения по глиссаде. Отсюда можно сделать вывод о необходимости в различных полетных ситуациях полного исключения процесса снижения тяги по сравнению со штатным режимом посадки, для чего необходимо сформировать особый закон управления тягой двигателя. Формирование этого закона учитывает заданные дифференциальные уравнения продольного и попутного движения при посадке и структуру контура автоматического управления тягой двигателя для формирования необходимой скорости полета при посадке. Предложен специальный способ регулирования воздушной скорости с помощью сформированного блока задающих воздействий для автомата управления тягой двигателя, когда учитывается разница пове-дения в чередующихся направлениях ветра. Предложено использовать идентификатор определения направления и силы попутного (встречного) ветра при попадании в вихревой поток, а затем при попутном ветре управление тягой осуществляется путём стабилиза-ции воздушной скорости, при встречном ветре значение тяги не меняется. Для успешного действия автомата управления тягой сформирован специальный блок формирования раз-личных задающих воздействий, использующий сигналы различения альтернативных ситуа-ций вхождения в вихревой поток с выхода идентификатора попутного, встречного и вер-тикального ветра. Сформирован алгоритм оценки коэффициента опасности продолжения посадки при действии микропорывов ветра, что позволит использовать полученный сигнал тревоги для своевременного прекращения этой посадки в экстремальных ситуациях. Ком-пьютерное моделирование подтвердило эффективность предложенного подхода.