№ 4 (2023)

В современном мире медицинские информационные системы становятся наиболее
популярными инструментами для обработки, хранения, систематизации и передачи меди-
цинских данных пациентов. Медицинские обследования могут быть представлены в виде
файлов различных форматов и сильно варьироваться по размеру (от нескольких байт до
сотен гигабайт). Например, некоторые двоичные файлы имеют малый размер поскольку
содержат лишь заключения врачей в виде текстового описания, а файлы, записи ночного
видеомониторинга пациента или DICOM-файлы компьютерной томограммы органов чело-
века, содержащие несколько сотен слайсов могут достигать размера в сотни гигабайт.
Соответственно, большие файлы требуют значительных вычислительных ресурсов при
передаче с сервера на сервер. Кроме того, при использовании метода обеспечения безопас-
ности, который представляет собой алгоритм разделения секрета (файла с обследовани-
ем) по схеме Шамира операции, операции по разделению секрета на части и слиянию час-
тей воедино могут занимать больше времени при последовательном режиме работы, чем
при параллельном. Поэтому, видится возможность ускорить процесс обработки больших
данных без снижения уровня безопасности. Целью работы является подтверждение гипо-
тезы уменьшения времени на выполнения операцией разделения и слияния частей секрета с
использованием средств параллельных вычислений при реализации метода обеспечения
безопасности по схеме разделения секрета Шамира в медицинской информационной сис-
теме. Объектом исследования является метод обеспечения безопасности, который разра-
ботан авторами для внедрения в подсистемы защиты информации медицинской информа-
ционной системы. В рамках исследования проведен анализ наиболее эффективных средств
для распараллеливания процессов (MPI и OpenMP) и выбран инструмент, подходящий под
решение поставленной цели. Также проведены эксперименты (анализ времени в зависимо-
сти от количества параллельных потоков и количества символов, содержащихся в DICOM
файле), которые подтвердили концепцию возможности распараллелить алгоритм обмена
секретом на основе схемы Шамира, добившись почти линейного ускорения с помощью биб-
лиотеки MPI.

Цифровизация является ведущим трендом современности человечества. Она позво-
ляет решать многие бытовые задачи с помощью устройств со специализированными алго-
ритмами облегчая быт, а также решать ряд задач, для которых еще вчера требовались
квалифицированные специалисты. Одной из таких задач является самостоятельная пред-
варительная диагностика пациентов в медицине. Возможность выполнять такую диагно-
стику позволяет сократить время на выявление проблем при различных заболеваниях, в
частности неврологических, в том числе таких случаях, как дефект мелкой моторики, как
следствие такой вид диагностики позволяет уменьшить нагрузку на медицинских специа-
листов. Стоит отметить, что время играет решающую роль в процессе оказания меди-
цинской помощи, и своевременное оказание медицинской помощи может спасти жизнь
человека. Таким образом, разработка решения, позволяющего проводить самостоятельную
предварительную диагностику дефектов мелкой моторики используя технические средст-
ва, которые имеются почти у всех, является актуальной задачей на сегодняшний день.
Целью работы является расширение методов диагностики наличия дефектов мелкой мо-
торики. Для достижения данной цели были поставлены задачи по исследованию имеющих-
ся решений по теме и разработке специализированного алгоритма, предназначенного для
использования в смартфонах в рамках системы биомедицинского мониторинга. В статье
представлен алгоритм определения дефектов мелкой моторики человека по данным кине-
матического датчика смартфона – трехосевого акселерометра. Представленное решение
основано на анализе углов отклонений, получаемых от акселерометра смартфона при вы-
полнении пациентом поставленного задания (упражнения). Задание требует от пациента
принять исходное положение в течение трех секунд и, затем, удерживать смартфон на
вытянутой руке в течение 10 секунд, в течение которых выполняется измерение показаний
трехосевого акселерометра. Результаты испытаний разработанного решения показали
точность на уровне 0,05 для ошибок первого рода и 0,09 для ошибок второго рода. Полу-
ченные результаты свидетельствуют о возможности использования решения для предва-
рительной самодиагностики и может быть использовано как элемент модуля диагности-
ки в крупных системах биомедицинского мониторинга.

Гомоморфная криптография – это особый вид криптографии, который позволяет
выполнять операции над зашифрованными данными без их предварительной расшифровки.
Благодаря этим особенностям гомоморфная криптография может эффективно приме-
няться для выполнения безопасных облачных вычислений. Для решения различных приклад-
ных задач требуется поддержка всех математических операций, а также поддержка
рациональных чисел, чтобы эффективно реализовать операцию деления и снизить потери
точности во время округлений результата. Также для повышения точности вычислений
необходимо использовать числа в формате с плавающей точкой, однако эта тема недос-
таточно проработана. Поддержка всех арифметических и логических операций в рамках
одной схемы гомоморфного шифрования позволит выполнить гомоморфную реализацию
практически любого алгоритма обработки данных, а представление чисел в формате с
плавающей точкой позволит повысить точность вычислений и максимальную размерность
обрабатываемых данных при том же объеме потребляемой памяти, если сравнивать с
побитовым гомоморфным алгоритмом над целыми числами. К примеру, для решения СЛАУ
методом Гаусса необходима поддержка операций разности, умножения, деления и сравне-
ния чисел, а также необходимо представлять числа в формате с плавающей точкой, иначе
во время обратного хода после каждой операции деления будет возникать округление ре-
зультата, и ошибка будет накапливаться. В данной статье рассматривается возмож-
ность выполнения гомоморфных побитовых операций над числами в формате с плавающей
точкой. Рассматривается наиболее распространенный формат представление чисел в
формате с плавающей точкой – IEEE 754. Рассматриваются альтернативные решения
для гомоморфной обработки рациональных чисел. Выполнен анализ возможности реализа-
ции побитовых гомоморфных арифметических операций – сложения, разности, умножения
и деления, над зашифрованными гомоморфно числами в формате с плавающей точкой.
Анализируются сложности, возникающие при реализации гомоморфных арифметических
операций, рассматриваются способы их решения и приводятся результирующие алгорит-
мы над гомоморфно зашифрованными данными. Выполняется анализ полученных резуль-
татов и даются рекомендации касательно выбора способа представления гомоморфно
зашифрованных данных в зависимости от решаемой задачи.

Современные реалии ставят человечеству задачи по цифровизации в различных об-
ластях работы и быта, ускоряя срок выполнения задач и облегчая их. Современная техни-
ка, оснащенная датчиками, которые можно использовать для предварительной диагно-
стики, позволяет выявлять различные симптомы, которые могут являться причиной по-
сещения медицинских учреждений. Это позволяет выиграть время – очень ценный ресурс,
когда речь идет о жизни человека. Поэтому возможность выполнять такую диагностику,
в частности, определение частоты дыхания, является актуальной задачей на сегодняшний
день. В статье представлен метод определения частоты дыхания с использованием трех-
осевого акселерометра на мобильном устройстве. Данный метод может быть использо-
ван в приложении мониторинга состояния здоровья пользователя при отсутствии смарт-
часов. Метод позволяет пользователю измерять частоту дыхания человека только при
условии того, что пользователь находится в сидячем положении и мобильное устройство,
оснащенное необходимым датчиком, расположено в верхней передней области бедра (об-
ласть кармана). Алгоритм по определению частоты дыхания реализован на двух языках
программирования: Python и MatLab. В алгоритме используется стабилизатор частоты
дыхания, т.к. с мобильного устройства на базе Android частота дискретизации акселеро-
метра не постоянна. Далее сигнал нормируется методом z-нормирования. Для выделения
частотного промежутка, в котором вычисляется частота дыхания, используется фильтр
Баттерворта 1-ого порядка. Анализ независимых компонент позволяет получить из смеси
сигналов его независимые компоненты. Были протестированы несколько реализаций дан-
ного метода на языке Python и Matlab. Наилучшие по качеству результаты показал алго-
ритм, реализованный на языке MatLab с использованием встроенного восстановительного
анализа независимых компонент (RICA) из набора инструментов статистики и машинно-
го обучения. По скорости работы лучшие результаты показала реализация алгоритма на
языке Python с методом быстрого анализа независимых компонент (FastICA). Среднеквад-
ратичная ошибка для диапазона 10–20 вдоха в мин составила 2,14 вдоха в мин. Средне-
квадратичная ошибка для 20–30 вдоха в мин составила 3,46 вдоха в мин.

Рассматривается тема мультипроцессорных систем высокой готовности, применяю-
щихся в таких задачах, как геолокация, прицеливание, атомные системы, прогнозирование на-
блюдение, слежение и другие. При возникновении таких внештатных ситуаций, как неисправ-
ность или отказ отдельных процессорных модулей системы, а также ситуаций, связанных с
оперативным воздействием на мультипроцессорную систему, возникает необходимость срочного реагирования. Мультипроцессорная система может реагировать на внештатные ситуа-
ции определенным способом, который заключается в планировании размещения или переразме-
щения параллельных задач. Задача планирования размещения формально определяется как про-
цесс отображения вершин и дуг взвешенного орграфа, описывающего выполняемые задачи, на
нерегулярный граф, который в свою очередь представляет физическую структуру мультипро-
цессорной системы. При выборе оптимального преобразования особое внимание направлено на
минимизацию общего веса дуг, которые отражают связи между завершенными задачами.
Этот процесс, по сути, представляет собой более сложную версию задачи поиска на графе.
Важно подчеркнуть, что такой вид поиска является классической NP-полной задачей в теории
графов. Алгоритмы пчелиного улья, генетическая эволюция, муравьиные колонии и метод гиль-
отинного разреза – все эти популярные методы поиска оптимального размещения не подходят
для данной задачи, так как основном выполняют поиск на уровне программного обеспечения.
Для того чтобы система оперативно реагировала на внештатные ситуации, она должна бы-
стро выполнять вычисления, чего данные методы позволить не могут. Следовательно, акту-
альной задачей является разработка метода и алгоритма планирования размещения задач в
матричных гиперкубических мультипроцессорных системах высокой готовности. Эта работа
продолжает идеи, представленные в ранее опубликованных работах по данному направлению в
части совмещения поисковых и расчетных шагов для проверки промежуточных вариантов.
Дополнительная информация в виде отношений расстояний между элементами графа позволя-
ет сократить перебор, что подтверждается проверкой на типовых графах.

Целью исследования является исследование проблем, возникающих в процессе цифро-
вой обработки изображений, в системах получения текстовых характеристик объектов
продукции. Таких как выделение объектов, попадающих в кадры видеопотока и распознава-
ние текстовой маркировки, без использования специализированного аппаратного обеспече-
ния. В частности, проблемы, возникающие при работе с изображениями, содержащими
различный уровень шумов и искажений. В задачи исследования входит сравнение и анализ
методов и алгоритмов, используемых для цифровой обработки изображений, с целью поис-
ка объектов в видеопотоке, выделения и сегментации участков, содержащих текст, рас-
познавания текста и классификации полученных данных. Построение математической
модели обработки изображений, с целью получения текстовой информации о продукции в
кадрах видеопотока, с возможностью работы с различными объектами. Оценить точ-
ность распознавания при различном уровне шума и провести сравнительный анализ с аль-
тернативными решениями на основе полученных данных. В результате работы проведен
анализ методов, используемых для работы с кадрами видеопотока с целью выделения оп-
ределенных объектов. Проведен анализ методов, используемых для цифровой обработки
изображения, в частности для выделения текстовой информации. Разработан алгоритм
классификации частей текстовой информации на основе эталонных признаков. Представ-
лена математическая модель обработки изображений для выделения искомого объекта в
кадре, получения текстовой информации и классификации характеристик продукции. Про-
ведено тестирование данных методов и алгоритмов в различных условиях. Проведено
сравнение реализации классификатора символов с альтернативным вариантом. Наглядно
представлены примеры и результаты работы разработанной системы.

Достижения в машиностроении позволяют создавать более совершенное и эффек-
тивное оборудование, однако при этом повышается его сложность и требования к управ-
лению его жизненным циклом, техническим обслуживанием. К этому прибавляются тре-
бования по надежности и доступности, которые также создают дополнительные испы-
тания при управлении жизненным циклом. Существуют различные стратегии планирова-
ния технического обслуживания. Среди них наиболее перспективной является предиктив-
ная стратегия, основанная на прогнозировании остаточного ресурса оборудования. Суще-
ствующие методы прогнозирования остаточного ресурса оборудования фокусируются на применении исторических данных, агрегированных по рабочим циклам, при этом отсутст-
вуют широко распространенные методы для прогнозирования по непрерывным данным, в
том числе высокочастотным, получаемым с оборудования и содержащим рабочие циклы
различной длительности и данные, записанные во время простоя оборудования. Для реше-
ния этой проблемы предлагается метод прогнозирования остаточного ресурса с выделе-
нием в исходных данных рабочих циклов и агрегированием их значений в одномерные векто-
ры с целью дальнейшего использования для обучения модели прогнозирования. Результаты
демонстрируют успешную применимость предложенного метода – в комбинации с моде-
лью прогнозирования XGBoost удается достичь точности на данных, полученных с газо-
турбинного двигателя, со значением средней квадратической ошибки 14.02 и средней
ошибкой 10.71.

Рассматриваются подходы и методы управления группировкой подвижных объек-
тов, отличающихся возможностью автономного принятия решений о своем статусе в
составе группировки. Другая проблема управления такой группировкой – слабые прогноз-
ные решения связности пар элементов, их зависимость от единого центра управления.
В качестве таких объектов рассматриваются наноспутники, функционирующие в условиях
неопределённости внутренней и внешней среды. Цель – обеспечение связности аппаратов
группировки за счет децентрализованного изменения структуры. Показано, что методы и
алгоритмы динамической реконфигурации группировки подвижных объектов преимущест-
венно используют централизованный подход и единый наземный центр управления, что
для малой космонавтики нецелесообразно. Рассматривается класс методов управления с
использованием методов и технологии обработки знаний (технологии искусственного ин-
теллекта), позволяющих выделить и использовать дополнительную информацию о конфи-
гурации группировки. Под конфигурацией понимается система-двойка, описывающая со-
став и связи между соседними элементами с некоторой количественной оценкой. В ста-
тье рассматривается конфигурация связности элементов для обеспечения непрерывной
передачи данных между парой произвольных элементов группировки. Предлагаемый метод
реконфигурации является иерархическим: на верхнем уровне реконфигурация основана на
принципах самоорганизации, на нижнем уровне группировка понимается как адаптивная
система, изменяющая свое состояние на основе обученной нейронной сети по историче-
ским данным – временным рядам параметров аппаратов и их местоположения. Метод
представляет собой двухуровневый цикл опроса каждым элементом группировки своих
соседей и составлении карты сети. Эта карта сети отражает имеющиеся связи с уче-
том текущих паромеров каждого аппарата. Второй (вложенный) цикл опроса использует
управляющую информацию о будущем состоянии аппарата и связности группировки, в
целом. Внесение изменений в экземпляры карты сети каждым аппаратом и обновление
экземпляров карты сети позволяет по завершении циклов опроса получить конфигурацию
работоспособных аппаратов. Результаты сравнительного анализа показали, что методы
управления на принципах самоорганизации и адаптивного изменения структуры являются
наиболее подходящими для динамической реконфигурации группировки за счет поддержки
шагов прогнозирования.

Скорость изменений в инновационном развитии экономики постоянно возрастает,
особенно в высокотехнологичных областях. В этой связи задача проведения постоянного
динамического мониторинга, выделение значимых технологий и стратегического анализа
направлений развития науки и технологий приобретает исключительно важное значение.
В настоящее время данная работа не автоматизирована и требует значительных финан-
совых и временных затрат. В работе проведен анализ основных проблем построения про-
цедур мониторинга и выявления зарождающихся технологий, формирования и развития
технологических трендов. Решение задач автоматизации процесса определения трендов
связано с разработкой и использованием формализованных процедур и статистических
методов исследования текстов научных публикаций, патентов и коллекций научно-
технологических документов. Однако, в связи с высокой динамикой изменений, библиомет-
рического и лингвистического анализа недостаточно для формирования трендов развития.
Осуществление новой технологической разработки может занимать несколько лет.
В этой связи необходимо, чтобы к моменту завершения разработки цель проекта остава-
лась по-прежнему актуальной, а достигнутые параметры имели конкурентные преимущества. Достижение поставленных задач невозможно без понимания эволюции технологий и
технических решений во времени и прогнозирования их новых параметров качества.
Имеющиеся методики оценки и прогнозирования уровня развития технологий не учитыва-
ют, как правило, высокую динамику формирования новых траекторий развития техноло-
гий и их взаимосвязей в технологических трендах. Необходимо создание информационно-
аналитических систем обработки данных, которые позволят из открытых или закрытых
источников выделять технологии, и интерпретировать их. В настоящей работе рассмат-
ривается методика выявления зарождающихся технологий и формирования технологиче-
ских трендов. Методика учитывает наличие характеристик трендов, взаимосвязей от-
дельных технологий и тип тренда. Определены основные этапы формирования новых тех-
нологий. Выделены характеристики и основные критерии нового тренда. Предложена
классификация типов новых трендов. Для заданных предметных областей предложен ал-
горитм формирования и анализа характеристик технологического тренда.

Рассматривается одна из наиболее часто встречаемых и значимых проблем быстро
развивающихся населенных пунктов – несогласованное регулирование дорожно-
транспортных потоков при помощи оптических средств управления на нескольких участ-
ках пересечения проезжих частей. Подобная проблема наиболее актуальна в населенных
пунктах, с высоким уровнем неконтролируемого прироста населения, использующего в ка-
честве основного средства передвижения – личные транспортные средства. Актуаль-
ность сформированной проблемы обосновывается резким увеличением количества участ-
ников дорожного движения, влекущего за собой риски возникновения дорожно-
транспортных происшествий, а также усложнение логистического проектирования, со-
пряженного с увеличением финансовых затрат транспортно-логистических компаний.
Для решения выявленной проблемы, в рамках представленной работы приведен краткий
обзор литературных источников, позволяющий оценить современный уровень развития
систем подобного назначения. В результате выполнения данного обзора установлено, что
наиболее эффективными методами решения поставленной проблемы, является применение
методов нечетких графов. В связи с этим принято решение о проведении исследования
указанных методов, в рамках решения выявленной проблематики на примере дорожных
участков города Таганрог. В качестве основного подхода применяемого при регулировании
дорожно-транспортного движения предлагается использование периодических темпо-
ральных нечетких графов. Данная работа выступает базисом для дальнейших исследова-
ний и позволяет сформировать целостное представление об особенностях вышеуказанных
графов. Новизна данной работы определяется исходя из применения периодических темпо-
ральных нечетких графов в рамках решения задачи регулирования транспортных потоков
на последовательных участках пересечения проезжих частей.

Объектом исследования является задача прямоугольной упаковки в полубесконечную
полосу. Задан набор прямоугольников. Дан один большой объект (называемый полосой), чья
ширина D задана, а HP высота – искомое значение переменной. Цель состоит в том, что-
бы минимизировать высоту HP полосы, содержащей прямоугольники, помещенные в поло-
су без их взаимного перекрытия. Для решения задачи упаковки предложен новый гибридный
подход на основе декомпозиции общей задачи упаковки и гибридизации биоиспирированных
методов, а также новый гибридный подход к декомпозиции общей задачи упаковки. Разра-
ботаны новые архитектура и методы решения задачи упаковки, построенные на основе
декомпозиции и гибридизации разработанных авторами роевых методов, использующие
различные стратегии поиска, функционирующие параллельно-последовательно и реали-
зующие более широкий обзор пространства решений, что позволяет обеспечить более
высокую вероятность локализации глобального экстремума за приемлемое время. Разра-
ботана методология нового направления поиска решений задач ортогональной упаковки на
основе моделей адаптивного поведения биологических систем. Разработан высокоэффек-
тивный гибридный биоинспирированный метод решения задач одномерной и прямоугольной
упаковки, основанный на декомпозиции задачи на множество подзадач и интеграции ме-
тодов поисковой оптимизации. Предложены новые механизмы решения задачи упаковки,
использующие математические методы, в которых заложены принципы природных меха-
низмов принятия решений. В отличие от канонической парадигмы муравьиного алгоритма
агентом на графе поиска решений в качестве решения формируется разбиение множества
прямоугольных элементов A на подмножества Ak
i, где Ak
j ‒ подмножество элементов, на-
значенных агентом в блок. Разработаны поисковые методы для решения задач гильотин-
ного и не гильотинного прямоугольного раскроя. Для проведения объективных эксперимен-
тов были использованы известные тестовые задачи, представленные в литературе и Ин-
тернет. Получены лучшие результаты по сравнению с тестируемыми методами. Пред-
ложенные в работе теоретические положения для решения задач упаковки и раскроя про-
мышленных объектов в условиях единичного производства реализованы в виде методик,
алгоритмов и прикладного программного обеспечения. По сравнению с существующими
алгоритмами достигнуто улучшение результатов на 3–5%. Временная сложность алго-
ритма, полученная экспериментальным путем, практически совпадает с теоретическими
исследованиями и для рассмотренных тестовых задач составляет О(n2).

Разрабатывается подход к анализу устойчивости по Ляпунову систем нелинейных
обыкновенных дифференциальных уравнений. Подход основан на векторных мультиплика-
тивных преобразованиях разностных схем численного интегрирования при ограничениях
общего вида. В ходе преобразований величина возмущения решения определяется в виде
бесконечного векторного произведения умноженного на возмущение начальных данных.
Следовательно, бесконечное векторное произведение определяет характер устойчивости
системы. Отсюда следуют критерии устойчивости и асимптотической устойчивости
нелинейной системы обыкновенных дифференциальных уравнений в мультипликативной
форме. Математическая конструкция критериев влечет возможность их программной
реализации, что служит основой компьютеризации анализа устойчивости по Ляпунову.
Необходимая в процессе программной реализации замена бесконечного векторного произ-
ведения на конечное произведение, сохраняет достоверность анализа устойчивости по
предложенным критериям. Далее конструируются разновидности критериев устойчиво-
сти в аддитивной и логарифмической форме эквивалентные ранее полученным критериям.
При дополнительных ограничениях строятся критерии устойчивости по характеру пове-
дения правой части нелинейной системы ОДУ и ее производных. Представлен программ-
ный и численный эксперимент по анализу устойчивости систем нелинейных ОДУ на основе
полученных критериев. Эксперимент сводится к оценке величины из левой части критери-
ев. Ее ограниченное изменение соответствует устойчивости, монотонное стремление к
нулю характеризует асимптотическую устойчивость, неограниченный рост является
признаком неустойчивости. По результатам эксперимента однозначно установлен харак-
тер устойчивости исследуемых систем. Предложенный подход дает возможность на
практике выполнить анализ устойчивости по Ляпунову нелинейной системы обыкновенных
дифференциальных уравнений в режиме реального времени.

Применяемые программы и САПР по раскрою различных материалов эффективны в
условиях единичного и многономенклатурного мелкосерийного производства с применением
группового метода раскроя на заготовки произвольной геометрической формы. При рас-
крое листового и рулонного металлопроката в условиях крупносерийного и массового про-
изводства, характеризующегося индивидуальным раскроем на одноименные заготовки,
созданные программы имеют ограниченное применение. Для автоматизированного раскроя
в условиях такого производства необходима адаптация применяемых или создание новых
систем и программ с применением современных подходов и новой схемы проектирования
раскроя на основе использования нового показателя эффективности раскроя с минимиза-
цией себестоимости выпускаемой продукции, ведения расчета для деталей одной группы
(по марке и толщине), что позволит рационально подбирать отходы на другие детали
данной группы. Для решения поставленной задачи предложена и рассмотрена в статье
новая модель оптимизации гильотинного раскроя с минимизацией затрат на металл и
снижением себестоимости раскройных изделий. Для реализации автоматизированного
проектирования раскроя в зависимости от нового ресурс-стоимостного показателя (РСП)
и управления информацией о подетальном раскрое металла в ходе проведенных авторами
исследований разработана база данных «Кластер деталей «ПРОМ-2013»» и программа
«ПРОМ-2013», позволяющая произвести оценку эффективности раскроя по РСП и вы-
брать оптимальный вариант. На примере детали «Панель боковины» показаны эффек-
тивность разработанного алгоритма и этапы автоматизированного проектирования
оптимального раскроя на основе показателя РСП с формированием выходных документов
«карт раскроя материалов».

На сегодняшний день причиной большого количества утечек информации является
компрометация данных учетных записей. В связи с этим все более актуальной задачей
становится внедрение дополнительных средств идентификации и аутентификации.
В данной работе на основе методов машинного обучения предложена технология исполь-
зования динамики нажатия клавиш для идентификации авторизированных пользователей.
Для анализа динамики нажатия применяется аппарат глубоких нейронных сетей. В рабо-
те проанализированы такие поведенческие характеристики, как время нажатия клавиши,
время между нажатиями клавиш, время между отпусканием первой клавиши и нажатием
второй. В процессе исследований было предложено использовать следующие архитектуры
глубоких нейронных сетей: сверточные и рекуррентные нейронные сети. Первичную обработку входных данных осуществляет скользящее окно, которое формирует блоки данных
определенного размера. Для дальнейшего анализа уже структурированного массива данных
была выбрана одномерная сверточная нейронная сеть, так как она хорошо справляется с
задачами обработки данных, представленных в виде последовательности. Для анализа вре-
менных зависимостей используется рекуррентная нейронная сеть, а именно архитектура
LSTM, лучше всего показавшая себя при обработке последовательностей переменной длины и
меньше других подверженная затуханию и взрыву градиента. В процессе экспериментальной
проверки эффективности предложенной в работе методики поведенческого анализа пользо-
вателей на основе динамики нажатия клавиш были реализованы следующие архитектуры:
2xLSTM, 1D СНС + LSTM, 1D СНС + 2xLSTM. По результатам обучения моделей было выяв-
лено, что лучшей точностью обладает система, основанная на архитектуре 1D СНС +
2xLSTM с размером скользящего окна равном 50. Валидационная точность данной архитек-
туры составила 98,29%. Были построены ROC-кривые, которые подтвердили эффектив-
ность данной архитектуры, а также рассчитана F-мера, показавшая, что наибольшая про-
изводительность бинарной классификации достигается при использовании архитектуры
1D СНС + 2xLSTM с размером скользящего окна равном 50 и равна 99,39%.

В последние годы квантовые информационные системы привлекают все большее
внимание исследователей в области информатики и физики. Однако, внедрение и практи-
ческое применение квантовых вычислений ограничено влиянием шумов и ошибок, которые
возникают в квантовых системах. Для реализации эффективного управления и повышения
надежности квантовых информационных систем необходимо разработать методы, спо-
собные подавлять и корректировать ошибки в процессе квантовых вычислений. Цель дан-
ной работы состоит в разработке и исследовании модели управления, основанной на поме-
хоустойчивых квантовых вычислениях, а также методов подавления и коррекции ошибок в
квантовых вычислениях. В работе предлагается комбинация различных подходов, вклю-
чающих использование кодов коррекции ошибок, алгоритмов подавления шумов и методов
оптимального управления квантовыми информационными системами. В ходе исследования была разработана модель управления, которая позволяет эффективно обрабатывать ин-
формацию в квантовых системах, учитывая наличие шумов и ошибок. Были проведены
эксперименты с использованием реальных квантовых устройств, чтобы оценить эффек-
тивность предложенной модели. Результаты экспериментов показывают, что разрабо-
танный метод способен значительно улучшить надежность и точность квантовых вы-
числений. Предложенная модель управления на основе помехоустойчивых квантовых вы-
числений и методы подавления и коррекции ошибок представляют собой значимый вклад в
развитие квантовых информационных систем. Дальнейшее развитие и оптимизация пред-
ложенного подхода могут привести к созданию более надежных и эффективных кванто-
вых систем, способных к решению сложных вычислительных задач.

По сравнению с традиционной спутниковой радиосвязью методы лазерной связи де-
монстрируют более высокую производительность с точки зрения доступных скоростей
передачи данных, а также гарантируют снижение массогабаритных показателей, умень-
шение веса и мощности аппаратуры на летательном аппарате. В системе спутниковой
связи лазерный передатчик генерирует узкий пучок модулированного излучения. Лазерный
луч, распространяющийся в атмосфере по направлению к оптическому приемнику, может
испытывать значительные случайные флуктуации оптической интенсивности из-за тур-
булентности, что приводит к потере мощности и ухудшению характеристик системы.
В системе с мультиплексированием поднесущих (SCM) несколько несущих информацию
радиосигналов электрически модулируются на разных поднесущих радиочастотах. Анало-
говые или цифровые сигналы, несущие информацию, могут иметь различные форматы
модуляции. Высокая устойчивость к воздействию турбулентности атмосферы достига-
ется с помощью однополосной модуляции. Оптическое излучение с одной боковой полосой
(OSSB) обычно генерируется с использованием модулятора Маха-Цендера (MZM) с двумя плечами. В статье проанализирован канала спутниковой связи в условиях атмосферной тур-
булентности, где однополосное оптическое излучение с модулировано радиосигналом на под-
несущей частоте с квадратурной фазовой манипуляцией. Разработана модель канала связи,
учитывающая как атмосферную турбулентность, так и основные параметры передающей и
приёмной станций. Численные результаты, представленные в исследовании лазерной спут-
никовой связи, основаны на атмосферной высотной модели структурной характеристики
флуктуаций показателя преломления Хафнагеля-Валли. Проведенный анализ позволяет оце-
нить влияние на принимаемую мощность оптического излучения атмосферной турбулентно-
сти, ошибки наведения и диаметра приёмной апертуры телескопов при передаче лазерного
сигнала между наземной станцией и спутником для системы лазерной связи.

В данной работе рассмотрено 3D-проектирование литий-ионных аккумуляторных
батарей для различных систем накопления энергии, в частности для средств индивидуаль-
ной мобильности. Актуальность разработки обоснована стремительно растущим рынком
накопителей энергии на основе лития. Целью работы является сокращение времени проек-
тирования индивидуальной литиевой батареи. Задача – создание информационной систе-
мы с автоматизированным проектированием батареи на основе заданных ограничений.
Проведен обзор программных решений для создания 3D-моделей. Были использованы сле-
дующие программные технологии: программное обеспечение для создания трёхмерной
компьютерной графики Blender, программная библиотека для создания и использования
3D-моделей ThreeJS. Разработан программный комплекс для проектирования литиевых
аккумуляторов в 3D на основе клиент-серверной архитектуры. Разработанное решение
позволяет формировать корпус и холдер автоматически с возможностью выгрузки файлов
и печати на 3D принтере, а также прозволяет сократить процесс сборки аккумулятора
благодаря автоматизированному проектированию и моделированию литиевой аккумуля-
торной батареи. Данная система проектирования способна находить решения на основе
нечетких правил, благодаря чему у оператора есть возможность выбирать из множества
решений, удовлетворяющих заданныз ограничениям. Разработанное решение позволило
сократить время сборки батареи в среднем на 40–50%, время проектирования до 1 секун-
ды. Это дало возможность сократить стоимость изготовления батареи на 5–20%.

Жидкие включения мигрируют в твёрдых телах в направлении градиента темпера-
туры. Это даёт уникальную возможность формировать в пластинах кремния кристалли-
чески совершенные структуры со сквозными легированными эпитаксиальными каналами
или замкнутыми ячейками, представляющими интерес при конструировании силовых полу-
проводниковых приборов и фотоэлектрических преобразователей. Причем конкурентных
методов изготовления таких структур нет, поскольку скорость термомиграции на четы-
ре порядка превышает скорость твердотельной диффузии. Однако практическое приме-
нение метода термомиграции (ТМ) в полупроводниковой электронике сдерживается нерешённой проблемой создания необходимого однородного поля градиента температуры в пла-
стине кремния. Нарушение однородности градиента температуры приводит к отклонению
траекторий движения дискретных жидких включений от нормали, искажает заданную топо-
логию включений на стартовой поверхности пластины и делает невозможным применение
групповой технологии для последующих операций изготовления приборов. В настоящей работе
выполнено компьютерное моделирование процессов теплообмена в нагревательном устройстве
с целью достижения в пластине кремния однородного поля градиента температуры, создавае-
мого плоским резистивным нагревательным элементом в виде спирали. Выявлены причины воз-
никновения периодических и монотонных радиальных неоднородностей поля градиента темпе-
ратуры, искажающих траектории движения жидких включений и форму получаемых каналов.
Предложены способы уменьшения и устранения этих искажений. Основными элементами
управления конфигурацией поля градиента температуры в пластине кремния оказались кассе-
та, удерживающая пластину на определённом расстоянии от нагревательного элемента и
фронтальные экраны с отверстиями, соосными пластине кремния. Определены и эксперимен-
тально подтверждены размеры, взаимное расположение элементов нагревательного устрой-
ства, обеспечивающего требуемую однородность поля градиента температуры для промыш-
ленного применения термомиграции системы линейных включений (зон) на пластинах кремния
диаметром 100 мм.

Иппотерапия является уникальным методом для восстановления и активного психо-
физического и психомоторного развития. Однако эффективность метода иппотерапии не
доказана научно. Вследствие отсутствия объективных доказательств эффективности
иппотерапии, данный метод вызывает сомнения у врачей; родителей детей с ограничен-
ными возможностями здоровья (ОВЗ) из-за риска негативного влияния данного метода на
организм человека, связанного с возможной травмой физического и психологического характера. Поэтому во время занятия иппотерапией важно вести непрерывную оценку
функциональной готовности всадника и лошади участвовать в занятии иппотерапии, фик-
сируя скрытые психофизиологические (ПФ) реакции. Для того, чтобы сеанс иппотерапии
имел лечебный эффект с точки зрения биомеханического фактора, важно чтобы всадник и
лошадь двигались синхронно. В качестве инструмента для объективной оценки показате-
лей функционального состояния всадника и лошади, и для оценки взаимовлияния локомоций
всадника и лошади во время занятия иппотерапией было принято решение разработать
аппаратно-программный комплекс (АПК) Данное устройство позволит специалистам по
иппотерапии оценивать индивидуальные особенности всадника и подобрать оптимальный
уровень нагрузки в соответствии с психофизиологическим состоянием. С помощью аппа-
ратно-программного комплекса тренер по иппотерапии сможет отслеживать сохранение
правильного положения всадника на протяжении всего занятия, оценивать синхронность
изменения кинетических параметров лошади и всадника во время движения. Аппаратно-
программный комплекс позволит провести ряд исследований, направленных на оценку эф-
фективности метода иппотерапии для людей с ограниченными возможностями здоровья и
собрать научно-доказательную базу для подтверждения эффективности работы метода
иппотерапии.

В связи с активным развитием технологий автоматизации и их широким внедрением
в логистику, торговлю, промышленность, строительство и другие отрасли экономики все
большее распространение за счет своего удобства и доступности получают беспроводные
системы. Чаще всего в них используются миниатюрные устройства, способные выполнять
операции по идентификации, измерению параметров внешней среды, приему и передаче
сигналов. В свою очередь, существует ряд областей, в которых использование батарейных
микроустройств ограничено, поскольку замена разрядившейся батареи не всегда осущест-
вима и целесообразна, к тому же стоимость активных устройств относительно высока.
В таких приложениях могут применяться пассивные устройства, получающие энергию для
работы посредством принимаемого антенной радиочастотного излучения из окружающе-
го пространства. Для массового производства подобных недорогих устройств требуется
интегральное исполнение микросхемы, ключевым модулем источника питания которой
является выпрямитель напряжения с функцией умножения. В работе представлены ре-
зультаты разработки интегральных выпрямителей-умножителей напряжения по типо-
вым КМОП-технологиям CM018G 180 нм и HCMOS8D 180 нм в САПР Cadence IC. Рас-
смотрена степень влияния порогового напряжения и числа каскадов на выходные характе-
ристики умножителей. Показано, что в восьмикаскадном умножителе, построенном по
технологии HCMOS8D, уровень выходного напряжения 2 В, необходимый для питания мик-
росхемы беспроводного устройства, достигается при амплитуде входного напряжения
375 мВ, а в умножителе на шестнадцати каскадах - при амплитуде 300 мВ. Предлагаемые
выпрямители-умножители могут быть использованы при построении источников пита-
ния беспроводных пассивных устройств.

Рассмотрены операционные усилители с разным количеством усилительных каска-
дов, реализованные на комплементарных биполярных транзисторах и входных полевых
транзисторах, с управляющим p-n-переходом. Для элементов базового матричного кри-
сталла МН2ХА031 приведены оригинальные электрические схемы трех вариантов усили-
телей (OAmp11.3, OAmp12, OAmp14), содержащих одинаковый блок смещения статическо-
го режима и выходной каскад. Схема OApm11.3 содержит входной дифференциальный
каскад в виде «перегнутого» каскода на p-JFET и промежуточный усилительный каскад на
биполярных транзисторах. Операционный усилитель OAmp12 включает входной сдвоенный
истоковый повторитель на p-JFET и «перегнутый» каскод на комплементарных биполяр-
ных транзисторах. Схема ОAmp14 реализована на основе сдвоенных истоковых повтори-
телях на p-JFET и высокоточном преобразователе напряжение-ток на комплементарных
биполярных транзисторах в промежуточных каскадах. Представленные электрические
схемы характеризуются малым напряжением смещения нуля, сравнительно большим ко-
эффициентом усиления по напряжению и могут использоваться для применения в аппара-
туре специального и двойного назначения. При проектировании ОУ на базовом матричном
кристалле МН2ХА031 проводился поиск компромиссного сочетания входного тока, уровня
шумов и коэффициента усиления по напряжению, причем особое внимание уделялось выбо-
ру режима работы входных JFET. Исследованы возможности создания схем с одним уси-
лительным каскадом, которые обычно обеспечивают меньший уровень шумов, простую
частотную коррекцию и большую полосу пропускания. Для адекватного сравнения разра-
ботанных усилителей выполнено моделирование их статических и динамических парамет-
ров при одинаковом рабочем режиме идентичных по назначению схемных элементов, что
позволило сформулировать рекомендации по схемотехническому синтезу операционных
усилителей в зависимости от требуемого сочетания параметров. При оптимизации ре-
жима работы транзисторов «перегнутого» каскода с входными JFET были использованы
рекомендации, заключающиеся в необходимости увеличения крутизны входных JFET тран-
зисторов и падения напряжения на эмиттерных резисторах источников опорного тока.

Представлен аналитический обзор перспективных технологических процессов для
высокотемпературных аналоговых микросхем, востребованных в космическом, авиацион-
ном и автомобильном приборостроении, нефтехимической промышленности, электроэнер-
гетики, электроники военного назначения, медицине и др. Рассмотрены проблемы проек-
тирования микросхем данного класса на широкозонных полупроводниках (карбид-кремний
(SiC), нитрид-галлий (GaN), арсенид-галлий (GaAs)), обеспечивающих широкий диапазон
рабочих температур (-200°С…+500°С). В настоящее время «слаботочная» схемотехника
на SiC, GaN, GaAs шикорозонных полупроводниках для работы при высоких температурах
крайне не развита, что не позволяет проектировать аналоговые изделия нового поколения
в интересах российских предприятий. Сегодня многие актуальные вопросы SiC, GaN, GaAs
высокотемпературной схемотехники и динамики не решены. Необходимы исследования
конструктивно-технологических решений, а также отвода тепла. В этой связи в статье
проведен анализ проблем проектирования микросхем данных классов. При этом следует
учитывать ограничения технологических процессов, которые, во многих случаях, позволя-
ют создавать только однотипные активные элементы, что затрудняет построение мик-
росхем. Актуальность вышеназванных исследований связана с проблемами импортозаме-
щения в условиях санкций, когда закупка электронной компонентной базы ответственного
применения у зарубежных фирм становится недоступной. Нужны российские рекоменда-
ции по разработки правил проектирования аналоговых интерфейсных микросхем (операци-
онных и мультидифференциальных операционных усилителей, трансимпедансных и заря-
дочувствительных усилителей, компенсационных стабилизаторов напряжения и буферных
усилителей, токовых конвейеров и т.п.) под задачи обработки сигналов датчиков физиче-
ских величин в диапазоне высоких температур (+150°С … +500°С).

Неинвазивный мониторинг является перспективной направлением в медицине для оп-
ределения биометрических показателей. Целью предлагаемого исследования являет обзор
современных неинвазивных методов определения биометрического показателя, такого как
частота сердечных сокращений. Рассмотрены проблемные вопросы имеющихся решений,
связанные с методами проведения расчетов и методиками проведения испытаний. В на-
стоящее время смартфон является неотъемлемой частью жизни любого человека. С по-
мощью этих устройств пользователи могут выполнять практически любые действия, не
выходя из дома, например, делать покупки, смотреть фильмы и развлекаться, что делает
их жизнь гораздо проще, удобнее и эффективнее. Кроме того, современные смартфоны
имеют широкие возможности в сфере телекоммуникаций, позволяя группам людей часто
общаться в режиме реального времени. В связи с пандемией COVID-19 актуальной стала
необходимость мониторинга состояния здоровья, а также постоянного контроля биоме-
дицинских показателей сотрудников, которые находятся на рабочем месте. Одним из
важнейших показателей является частота сердечных сокращений, анализ этого показа-
теля позволяет характеризовать работу важнейшей сердечно-сосудистой системы.
В настоящем обзоре рассматриваются методики контроля частоты сердечных сокраще-
ний на основе методов, которые могут быть использованы на базе смартфонов, с исполь-
зованием датчиков, которыми оснащаются все современные смартфоны. Основным под-
ходом, который может быть применен в смартфонах для определения частоты сердеч-
ных сокращений является использование источника света и светочувствительного уст-
ройства, которое принимает свет, проходящий через капилляры, чаще всего пальца, чело-
века у которого измеряется частота сердечных сокращений. Отличие подходов заключа-
ется в аппаратной части – какой источник света используется и что используется в каче-
стве приемника отраженного света. В качестве источника света может использоваться
светодиод, в смартфонах это мощные светодиоды, которые используются в фотовспыш-
ке, в качестве приемника либо фотодиод, либо видеокамера. В части обработки получае-
мого сигнал существует несколько подходов в настоящем обзоре они рассмотрены.