№ 5 (2023)

Одной из основных проблем, с которой сталкиваются исследователи в области
квантовых вычислений, является проблема шума в квантовых системах. Шум может су-
щественно ограничивать производительность квантовых алгоритмов. Именно в этом
контексте актуализируется наше исследование, направленное на разработку и оптимиза-
цию квантовых алгоритмов с фокусом на глубине. Глубина квантовых цепей – это один из
критически важных параметров в разработке квантовых алгоритмов. Оптимизированные
схемы с улучшенной глубиной имеют потенциал существенно снизить влияние шума, что, в
свою очередь, должно привести к повышению эффективности. Мы стремимся предло-
жить решения, которые не только учитывают технические ограничения, но и предостав-
ляют практически применимые результаты для квантовых вычислений в контексте оп-
тимизационных задач. В рамках данного исследования проводится анализ применения
квантового алгоритма приближенной оптимизации для решения сложных задач комбина-
торной оптимизации. Однако в процессе использования данного алгоритма сталкиваемся с
серьезным ограничением – шумом в квантовой системе, что существенно снижает его
эффективность. Для преодоления влияния шума и повышения эффективности квантовых
алгоритмов, было предложено несколько методов. В данной статье представлен жадный
эвристический алгоритм, направленный на уменьшение воздействия шума. Основная цель
этого алгоритма заключается в поиске остовного дерева минимальной высоты. Это, в
свою очередь, приводит к сокращению общей глубины квантовых схем и минимизации коли-
чества вентилей CNOT, что является ключевым моментом в оптимизации квантовых вы-
числений. Через проведение численного анализа было продемонстрировано, что предло-
женный жадный эвристический алгоритм способен существенно увеличить вероятность
успешного завершения каждой итерации в задаче поиска максимального разреза в графе в
10 раз. Кроме того, исследование подтверждает, что средняя глубина квантовой схемы,
созданной предложенным эвристическим алгоритмом, все еще линейно зависит от разме-
ра входных данных, но угол наклона этой линейной зависимости снижается с 1 до 0,11
благодаря использованию предложенного метода.

Использование устройств с беспроводной передачей данных в современном мире дав-
но стало обыденностью. К подобным устройствам относятся смарт-часы, беспроводные
наушники и гарнитуры. Такие устройства обеспечивают мобильность и удобство отсут-
ствием проводов и высокой функциональностью. Одним из существенных недостатков
использования беспородных устройств является снижение эффективности восприятия
окружающего мира человеком, в частности это касается слухового канала информации.
Особенно остро такая проблема возникает при переходе железнодорожных путей пеше-
ходами в наушниках. В данной работе предлагается решение такой проблемы, рассматри-
вается система избирательного подавления беспроводной связи, а именно сигналов
Bluethooth и Wi-Fi. Такая система на базе уникальных алгоритмов имеет возможность
обнаружения приближения пешеходов к железнодорожным переходам с помощью видео-
камер, а также на основе сканирования и анализа эфира окружающих беспроводных сетей
может избирательно подавлять сигналы Bluetooth и Wi-Fi в зоне действия установки. Та-
ким образом, система отключает беспроводные устройства пешеходов вблизи железнодо-
рожных переходов, тем самым привлекает их внимание к запрещающему сигналу светофо-
ра, светошумовой сигнализации и приближающемуся поезду. Система работает на основе
главного управляющего микроконтроллера, который с помощью реле контролирует подачу
электропитания на включение подавителя только при обнаружении в радиусе досягаемо-
сти беспроводных сигналов, которые необходимо подавить, или при наличии пешеходов в
поле зрения видеокамер. Кроме того, система подразумевает метод оценки паттернов
поведения пешеходов при подавлении беспроводной связи на основе нейросетей по распо-
знаванию образов с последующей интерпретацией полученных данных. Это позволит со-
брать статистическую информацию с целью анализа реакции людей на работу системы
вблизи железнодорожных переходов.

Актуальной проблемой, возникающей при разработке алгоритмов автоматического
планирования пути, является рост вычислительных затрат при увеличении сложности
среды функционирования. Не лишены этого недостатка графовые методы планирования, в
частности, метод диаграмм видимости. Он позволяет сформировать в качестве узлов
графа вершины полигональных границ каждого препятствия, а ребрами графа являются
все те отрезки, соединяющие эти вершины, которые не имеют пересечений с препятст-
виями. При увеличении количества препятствий возрастает сложность такого графа,
причем этот рост очень быстрый. Поэтому наиболее важной задачей становятся приемы
сокращения сложности графа видимости. В данной статье предлагается гибридный алго-
ритм, строящийся на методе диаграмм видимости и семействе Bug-алгоритмов.
Bug-алгоритм относится к классу локальных, поскольку каждый раз имеет дело с огибани-
ем одного препятствия, появляющегося на пути следования робота, и этот алгоритм не
может предсказать заранее, какое следующее препятствие придется обходить. Предла-
гаемый в данной статье метод планирования траектории движения сочетает графовый
алгоритм с Bug-алгоритмами, что позволяет построить специальный граф с узлами в виде
характерных точек препятствий. При этом Bug-алгоритм является шагом итерационного
процесса оптимизации на графе, позволяющего за конечное число шагов прийти к опти-
мальному решению на классе кусочно-ломаных кривых. Предлагаемый метод решает зада-
чу глобального поиска пути на классе кусочно-линейных траекторий с полигональными
препятствиями; а в отличие от классического методов диаграмм прямой видимости, су-
щественно снижает размерность графа за счет специального выбора ограниченного коли-
чества характерных точек соответствующих препятствий. В статье проводится разра-
ботка и теоретическое обоснование предлагаемого метода. Приводятся расчетные соот-
ношения алгоритма, обосновывается оптимальность получаемой траектории. Аналити-
ческие соотношения подтверждаются результатами численного моделирования в различ-
ных средах, заполненных полигональными препятствиями. При этом эффективность пред-
лагаемых алгоритмов подтверждается на примерах среды, заполненной препятствиями
до 70–80%. Показано, что для прокладывания пути на сценах лабиринтного типа с одним
распространенным видом препятствий рассматриваемый алгоритм на 10% превосходит
оптимальный алгоритм Дейкстры.

Иерархические программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) состоят
из множества логических блоков, объединенных в группы. Для успешной трассировки необ-
ходимо оптимальное размещение элементов в пределах групп с учётом особенностей ар-
хитектуры локальных связей. Классические алгоритмы не способны обеспечить учёт раз-
личных особенностей архитектуры. Решение данной проблемы возможно только путем
разработки специализированных алгоритмов. В данной работе представлен алгоритм де-
тального размещения, в котором для вычисления оптимальных позиций элементов в группе
была разработана новая метрика, позволяющая оценить количество доступных локальных
связей между элементами в группах логических блоков с учётом особенностей архитекту-
ры связей между ними. Алгоритм детального размещения состоит из нескольких этапов.
На первом этапе группа логических элементов представляется в виде ориентированного
графа. На втором этапе определяется порядок размещения логических элементов в группе
с помощью алгоритма поиска в ширину. На финальном этапе для каждого элемента, со-
гласно полученному порядку, определяется оптимальное размещение в группе с учётом
разработанной метрики. Если среди свободных позиций для размещения в группе нет оп-
тимальной, то проверяются занятые позиции. Текущий элемент назначается на занятую
позицию, а для замененного элемента выполняется поиск новой. Такая замена может про-
водиться многократно, увеличивая вероятность нахождения оптимальной конфигурации.
Предложенный алгоритм был реализован и протестирован на наборах тестовых схем.
На основе результатов тестирования выполнено сравнение представленного алгоритма с
алгоритмом последовательного размещения. Сравнение алгоритмов показало, что применение разработанного алгоритма в маршруте проектирования в базисе специализированной ПЛИС позволяет сократить в среднем на 10% количество задействованных в трасси-
ровке глобальных коммутационных шин и увеличить количество используемых локальных
трассировочных ресурсов в среднем на 30%. Полученные результаты подтверждают работоспособность алгоритма и доказывают, что внедрение учета архитектуры внутренних связей ПЛИС повышает эффективность использования доступных трассировочных
ресурсов.

Рассмотрена одна из важных комбинаторных задач оптимизации – задача двумер-
ной упаковки геометрических фигур сложных форм. Она относится к классу NP- сложных
и трудных оптимизационных задач. В работе приведена и описана постановка задачи дву-
мерной упаковки, введена комбинированная целевая функция, учитывающая все ограниче-
ния. В связи со сложностью данной задачи предлагается многоуровневый подход, заклю-
чающийся в разделение задачи двумерной упаковки на 4 подзадачb и решения каждой под-
задачи последовательно в строгом порядке. При этом для каждой из подзадач определен
уникальный набор объектов, не повторяющихся в остальных подзадачах. Для реализации
многоуровневого подхода авторами разработан комбинированный биоинспирированный
алгоритм, основанный методах генетического поиска и биоинспирированной оптимизации.
Такой подход позволяет значительно сократить время получения результата, частично
решить проблему предварительной сходимости алгоритмов и получить наборы квазиоти-
мальных решений за полиномиальное время. Разработан программный комплекс и реализо-
ваны на ЭВМ алгоритмы автоматизированной двухмерной упаковки на основе комбиниро-
ванного биоинспирированного алгоритма. Проведен вычислительный эксперимент на тес-
товых примерах (бенчмарках). Качество упаковки, полученное, на основе разработанного
комбинированного биоинспирированного алгоритма, в среднем на 2 % превосходит резуль-
таты упаковки, полученные с использованием известных алгоритмов при сопоставимом
времени решения, что говорит об эффективности предложенного подхода. Проведенные
серии тестов и экспериментов позволили уточнить теоретические оценки временной
сложности алгоритмов упаковки. В лучшем случае временная сложность алгоритмов
O(n2), в худшем случае - O(n3).

Для динамически изменяющихся объектов управления в задаче управления информа-
ционной безопасностью возникают новые задачи, такие как изменение подходов к сбору и
анализу данных, разработка динамических сценариев реагирования на угрозы безопасности
информации. Они должны быть решены через создание применимых в указанной задаче
алгоритмов, моделей, методик и подходов управления безопасностью, в том числе на уров-
не организации процессов, работы с данными и формирования архитектуры информацион-
ной безопасности организации. Кроме того, для разработки и формирования инструмен-
тов непрерывного детектирования и реагирования необходимо предложить новые способы
интеграции указанных алгоритмов в структуру объекта управления. При этом создание
систем реагирования на базе новой концепции предполагает и изменение алгоритмов
управления безопасностью таких систем в особых случаях, таких как децентрализованное управление, тестирование на устойчивость, облачные сервисы безопасности и других,
требующих отдельного исследования. При этом реагирование на инциденты информаци-
онной безопасности должно предполагать учет непрерывно меняющегося ландшафта уг-
роз и реконфигурации инфраструктуры организации. Также на развитие представленной в
статье новой концепции повлияла концепция объектно-ориентированного программирова-
ния в части основных положений. Настоящая работа содержит описание концепции
управления на основе цикла непрерывного детектирования и реагирования, приводит неко-
торые алгоритмы и процессы, отличающие реализацию показанной концепции, а также
примеры их реализации. Приведенные в статье практические примеры касаются таких
вопросов, как формирование окрестности инцидента, и позволяют формировать кон-
текст управления информационной безопасностью. Кроме того, показан подход к авто-
матизации процессов управления информационной безопасностью. Результаты работы
могут быть использованы как для имитационных моделей, так и для реализации в виде
набора процессов управления информационной безопасностью в практических задачах.
Кроме того, полученные результаты могут быть интегрированы в средства оркестрации
для систем защиты информации, что повышает эффективность реагирования на инци-
денты информационной безопасности.

Одним из важных достижений теории помехоустойчивого кодирования является
открытие кодов на графах и их важного подмножества низкоплотностных кодов
(LDPC-кодов). Используя проверочную матрицу кода на графе, можно получить марков-
ское случайное поле. LDPC-код может быть вложен в модель Изинга (разновидность мар-
ковского случайного поля) путем использования топологии тора с отрицательной
кривизной. При этом кодовые слова соответствуют седловым точкам (экстремумам) в
модели, а треппин-сеты соответствуют локальным минимумам. Использование
LDPC-кодов с увеличенным кодовым расстоянием позволяет максимально разнести седло-
вые точки, и таким образом повысить устойчивость нейронной сети к шуму и мощность
представления. При этом блочная и разряженная структура, характерная для тора отри-
цательной кривизны, упрощает мультиплексирование и снижает число обучаемых пара-
метров нейронной сети. Целью исследования являются снижение вычислительной сложно-
сти и увеличение точности нейронных сетей за счёт применения априорных структурных
(квазициклических) разряженных графов для широкого класса задач машинного обучения на
марковских случайных полях. В работе представлен новый подход, позволяющий осуществлять синтез архитектур нейронных сетей на основе кодов на графах. Предложенный под-
ход осуществляет эффективное представление марковских случайных полей за счёт при-
менения разряженных блочных (квазициклических) матриц (тензоров). Предложенный под-
ход позволяет снизить число обучаемых параметров и логарифмически снизить слож-
ность мультиплексирования тензора. Полученная на основе предложенного подхода архи-
тектура трансформера в задаче поиска пути (pathfinder) с конкурса трансформеров (long
range arena) заняла пятое место по точности классификации изображений 94.95% (1.72%
от первого места) при значительно меньшей сложности (число параметров (умножений)
синтезированной сети меньше в более чем 5 раз). Применение предложенного подхода к
задачам факторизации на плотных графах, сетевых задачах, поверхностных сетках, кова-
риационных матрицах позволило увеличить точность реконструкции по метрике Фробе-
ниуса (на отдельных задачах на 8 порядков) в сочетание с упрощением структуры мульти-
плексора в сравнение с методами усеченного сингулярного разложения TSVD и хордовой
разряженной факторизации.

В настоящее время практически во всех сферах деятельности интенсивно применя-
ются диалоговые системы (чат-боты), при этом стоит обратить внимание, что данные
механизмы начали использовать не только в сфере развлечений, но и в более важных сфе-
рах – бизнес или даже медицина. В связи с этим появляется необходимость развития и
совершенствования системы общения таких роботов на естественном языке. В данной
статье предлагается метод определения эмоционального состояния человека с помощью
чат-бота. В статье даётся определение чат-боту, рассматриваются виды чат-ботов,
определяются основные принципы их работы. На основе выявленных различий в работе
алгоритмов по определению текста чат-ботами описывается наиболее подходящая тех-
нология для решения поставленной задачи – работа с нейронными сетями. Выявлены и
описаны недостатки существующих решений по сравнению с разрабатываемым методом.
Важно отметить, что особенностью метода является соединение технологий интеллек-
туальных чат-ботов и дополненной реальности. В статье описан общий алгоритм работы
метода определения эмоционального состояния человека с помощью чат-бота, включаю-
щий восемь основных этапов., Описаны разработанные и выделенные критерии оценки
эмоций: валентность, интенсивность и стеничность. Представлена архитектура разра-
ботанного решения, которая имеет клиент-серверный подход. Серверная часть включает
в себя также модуль определения тональности текста и модуль формирования ответа, в
то время как клиент включает в себя чат и внешний вид «Аватара» разработанного чат-
бота. Описаны основные шаги реализации, среди которых представлен первоначальный
интерфейс, а также этапы разработки приложения дополненной реальности. В статье
перечислены используемые средства для работы с дополненной реальностью (Unity 3D и
фреймворк AR Vuforia). Представлены созданные 3D-модели. Показаны результаты обра-
ботки скелетной анимации при помощи оборудования Perception Neuron 3 и последующей
обработки в Axis Studio. По итогам работы было сформулировано заключение, описываю-
щее качественное отличие разработанной системы по отношению к существующим рас-
смотренным аналогам, а также приведены результаты проверки работы системы.

Одни известные алгоритмы сортировки могут быть эффективнее других по какому-
либо из основных критериев: число выполняемых операций, время выполнения элементар-
ных операций, объем используемой памяти, степень параллелизма, функциональная регу-
лярность связей в информационном графе алгоритма и т.д. При этом, имеется возмож-
ность выбрать такой алгоритм сортировки, который после выполнения операции редук-
ции производительности вычислительной структуры, будет занимать минимум аппарат-
ного ресурса. Выбор конкретного алгоритма напрямую зависит степени его распараллели-
вания, заданного временем обработки данных, коэффициента редукции и латентности
вычислительной структуры, количества и разрядности сортируемых элементов. Алго-
ритмы сортировки являются информационно-эквивалентными, так как они выполняют
одну и ту же математическую функцию. Однако каждый из алгоритмов рассматривает-
ся как автономный и независимый подход к решению задачи упорядочивания данных. Из-
вестно, что алгоритмам сортировки «пузырьком», «вставками» и «выбором» соответст-
вует одна и та же сортирующая сеть, однако переход от одного алгоритма к другому до
сих пор не описан в виде математических преобразований. Можно утверждать, что в
настоящее время математический аппарат для описания различных алгоритмов сорти-
ровки и сортирующих сетей не формализован в полной мере, из-за чего не существует ме-
тодологических основ перехода от одного алгоритма к другому. Иным способом описания
алгоритма решения задачи является его представление в виде информационного графа, где
выполняемые операции являются вершинами, которые объединены дугами, отражающими
информационную зависимость между операциями. Преобразование информационного гра-
фа может приводить к получению иных информационно-эквивалентных алгоритмов. Преимуществом подобного подхода к описанию алгоритмов является сравнительная просто-
та используемого понятийного аппарата. В данной работе рассмотрены правила преобра-
зования сортирующих сетей, на основе которых выполнен переход от одной сети к другой.
Каждая из полученных сортирующих сетей может быть эффективна при разных коэф-
фициентах распараллеливания и разном темпе обработки данных, от которых напрямую
зависит коэффициент редукции производительности реализуемой вычислительной струк-
туры. Автоматизация предложенных методов преобразования может позволить исполь-
зовать разные алгоритмы сортировки, полученные из единого описания задачи в виде ин-
формационного графа, и зависящие от заданной скорости обработки данных.

Контроль износа оборудования является важной и актуальной задачей, требующей
постоянного внимания и мониторинга. Это связано с тем, что износ оборудования может
привести к снижению его эффективности его эксплуатации, повышению вероятности
возникновения аварий или поломке. Задача замены оборудования является системной про-
изводственной задачей, при решении которой необходимо учесть множество факторов,
влияющих на эффективность деятельности предприятия. В данной работе предложена
концепция решения задачи своевременной замены оборудования с использованием периоди-
ческих нечетких графов. Периодические нечеткие графовые модели позволяют адекватно
отражать виды неопределенности, отражать специфику отношений между моделируе-
мыми объектами, оптимизационные ограничения; решать различные задачи циклического
типа, задачи сетевого планирования и управления. В данной работе применение матема-
тического аппарата периодических нечетких графов позволило задачу динамического ха-
рактера, которая зависела от двух временных переменных свести к задаче, зависящей
только от времени эксплуатации оборудования. При этом возраст оборудования предло-
жено учитывать при определении коэффициента износа, определяемого степенью принад-
лежности к тому или иному классу износа. Данный аспект позволил свести поставленную
задачу к исследованию износа всего оборудования, участвующего в технологическом про-
цессе и учитывать покупку оборудования бывшего в употреблении (не нового). При опреде-
лении функции принадлежности возможен учет факторов, которые могут повлиять на
решение оптимизационной производственной задачи. Постановка задачи в нечетком виде
обеспечивает возможность прогнозирования и планирования деятельность предприятия
на будущие повторяющиеся периоды. В статье проведен литературный обзор, с обоснова-
нием актуальности рассмотренной задачи. Рассмотрена задача замены оборудования с
учетом динамических составляющих. Для отражения динамики производственного про-
цесса были предложены темпоральные графы. Применение графовой модели обеспечивает
наглядность отображения состояния оборудования в процессе его эксплуатации. Приме-
нение периодических нечетких графов позволяет задачу замены оборудования упростить
за счет сокращения одной временной составляющей и масштабировать классическую ди-
намическую задачу с учетом неопределенных исходных данных.

Стремительное развитие телемедицины в сфере здравоохранения способствует ак-
тивному внедрению различных методов и моделей удаленного мониторинга состояния по-
казателей здоровья человека. В связи с этим большое внимание уделяется разработке мо-
бильных приложений, которые способны обеспечить точный и своевременный мониторинг
ключевых показателей здоровья в режиме реального времени. Цель данного исследования
заключается в оценке применимости предлагаемого метода и модели для удалённого мо-
ниторинга состояния показателей здоровья человека, а также анализе эффективности
разработанного мобильного приложения HelpMeTracker в выявлении отклонении в показа-
телях температуры тела человека. Чтобы произвести оценку работоспособности пред-
ложенного способа мониторинга состояния здоровья был проведен комплексный экспери-
мент, который включал в себя участников из различных возрастных категорий и социаль-
ных групп. В ходе эксперимента приложение должно было анализировать и отслеживать
динамику изменений в показателях температуры тела человека с применением датчиков,
интегрированных в умные часы или фитнес-трекеры и своевременно оповещать об зафик-
сированных аномалиях для возможности быстрого реагирования на изменения в состоянии
здоровья. Результаты, полученные в ходе проведенного исследования, демонстрируют, что
предложенные модель и метод для удаленного мониторинга состояния показателей здоро-
вья человека обладают высокой степенью эффективности для наблюдения за текущим
состоянием здоровья. Во время эксперимента приложение HelpMeTracker надежно зафик-
сировало у испытуемых все отклонения в показателях температуры тела, полученных с
датчиков носимых устройств и успешно проинформировало об этом всех участников про-
цесса. На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что примене-
ние предложенного подхода для удаленного мониторинга достаточно, чтобы фиксировать
отклонения в показателях температуры тела, отслеживать динамику изменения и фор-
мировать на основе полученной информации с датчиков устройств обоснованную ком-
плексную оценку состояния здоровья человека.

Рассматривается задача автоматического аннотирования текстов. Рассмотрена
постановка задачи. Обоснована актуальность и важность разработки эффективных ме-
тодов и программных систем для решения задачи автоматического реферирования тек-
стов в современных информационных системах. Приведены определения понятий «данные»
и знания». Описан перечень задач, относящихся в направлению Data Mining. Подробно опи-
сана задача Text Mining и существующие методы ее решения. Рассмотрена задача рефе-
рирования текстов. Выделены основные этапы решения задачи суммаризации. Описаны
основные методы автоматической обработки текста, выделены их достоинства и не-
достатки. Подробно рассмотрены методы реферирования и квазиреферирования. Прове-
ден сравнительный анализ эффективности различных методов реферирования и квазире-
ферирования, выделены их ключевые достоинства и недостатки. Приведено краткое опи-
сание архитектуры encoder-decoder с точки зрения использования данной архитектуры в
разрабатываемом алгоритме автоматического реферирования текстов. Приведено опи-
сание модели рекуррентных нейронных сетей, отмечены достоинства и недостатки по-
добных моделей. Рассмотрены архитектуры рекуррентной нейронной сети применительно
к решению задачи автоматического реферирования текстов. Приведено описание модифи-
цированной модели рекуррентной нейронной сети – нейронной сети долгой краткосрочной
памятью. Приведено описание предложенного алгоритма автоматического реферирова-
ния и значения настроек его основных параметров. Приведено описание разработанной
программной подсистемы автоматического реферирования. Выполнено компьютерное
моделирование и приведены результаты, полученные в ходе вычислительных эксперимен-
тов. Выполнена оценка качества полученных решений. Определены оптимальные парамет-
ры разработанной программной системы. Сформулированы направления продолжения
исследований.

Исследуется проблема интегрирования системы уравнений электродинамики при-
земного слоя атмосферы для различных случаев электродного эффекта. Исходная система
дифференциальных уравнений электродного эффекта приводится к так называемому
уравнению полного тока, представляющему собой уравнение второго порядка параболиче-
ского типа, рассматриваемое в двумерной области пространство-время. Уравнение полно-
го тока позволяет связать совокупность основных факторов, влияющих на состояние
электрического поля приземного слоя атмосферы: ток проводимости, турбулентный ток
и ток, возникающий в результате конвективных процессов в атмосфере с так называемым
полным током в приземном слое, отражающим изменение потенциала ионосферы. Опи-
санный способ дает значительные преимущества в исследовании, поскольку в рамках одной
модели позволяет осуществлять постановки различных задач электродинамики приземно-
го слоя и проводить сравнительный анализ влияния на поведение электрического поля в
приземном слое как отдельных факторов, так и их совокупностей. Целью работы являет-
ся анализ математических аспектов рассматриваемых моделей с точки зрения подходов к
интегрированию уравнения полного тока. В рамках исследования проводится сопоставле-
ние особенностей физических постановок и их влияние на структуру математических
модели и их свойства с точки зрения математической физики. Рассмотренные различные
физические постановки показывают, что даже в относительно простой математической
модели, состоящей из одного уравнения, дополненного начально-краевыми условиями, воз-
никает достаточно широкий спектр как модельных формулировок, так и подходов к ин-
тегрированию рассмотренных моделей.

Рассмотрены проблемы, связанные с организацией вычислительного процесса в сис-
темах мониторинга с мобильными компонентами на базе распределенного реестра (РР), в
том числе задача перераспределения вычислительной нагрузки. Требования к функциониро-
ванию современных распределенных систем мониторинга включают согласованную работу
узлов всей системы, принадлежащих различным слоям вычислительной среды, в т.ч. ту-
манному и краевому слоям, которые отличаются высокой динамичностью. Совместное
использование технологий РР и мобильных компонентов в составе распределенных систем
мониторинга позволяет расширить круг задач, решаемых такими системами, в т.ч., по
причине того, что снимает вопросы, связанные с синхронизацией географически распреде-
лённых копий данных. Однако при такой организации распределенной системы необходимо
учитывать следующие особенности вычислительной среды: латентность, связанную с
синхронизацией данных на узлах РР, изменение географического положения мобильных
компонентов, ограниченность бортового энергоресурса и высокую динамичность туман-
ного и краевого слоев. Проведенные ранее исследования показали, что в условиях высоко
динамичных вычислительных сред эффективно применение метода сокращения поискового
пространства на основе онтологического анализа. Для корректной работы данного мето-
да необходимо разработать онтологическую модель, отражающую особенности рас-
сматриваемой вычислительно-коммуникационной среды, включающей РР и мобильные
компоненты. В статье представлена новая онтологическая модель функционирования
распределенной системы мониторинга, учитывающая наличие мобильных компонентов и
узлов РР. Разработаны продукционные правила размещения вычислительной нагрузки в
туманных и краевых слоях и на их основе реализована программная модель, позволившая
провести ряд вычислительных экспериментов. Результаты экспериментальных исследова-
ний продемонстрировали эффективность предложенного подхода и адекватность разра-
ботанной онтологической модели.

Широкое распространение получило оборудование, питающееся от встроенных ак-
кумуляторов: беспилотные летательные аппараты, портативные радиостанции, такти-
ческие фонари, электрические транспортные средства и др. Зарядка аккумуляторов осу-
ществляется зачастую контактным способом – подключением источника энергии посред-
ством разъемного соединения. Это требует наличия технического персонала для произ-
водства коммутаций; организации защиты разъемного соединения от воздействия окру-
жающей среды (влага, грязь и т.д.), а также защиты от поражения персонала электриче-
ским током. Целью исследования является разработка технических средств беспроводной
передачи электрической энергии, которые позволят исключить использование разъемных
соединений, улучшить электробезопасность, а, главное – дадут возможность сделать
процесс зарядки автоматическим. Результаты работы актуальны для создания автома-
тических систем доставки грузов с помощью беспилотных аппаратов; для реализации
систем автоматической зарядки городского электротранспорта; для реализации авто-
матической зарядки беспилотных наземных, плавучих (в т.ч. подводных) и летательных
аппаратов (разведывательных, патрульных и др.). Описана разработанная конструкция
системы беспроводной передачи энергии мощностью до 250 Вт, пригодной для зарядки
шестиэлементных литиевых аккумуляторных батарей. Система работает с катушками
диаметром 200 мм, полная работоспособность сохраняется при расстоянии между цен-
трами катушек до 100 мм. КПД во всем диапазоне режимов не ниже 74 %, при измерении
от сети 220 В до выхода на аккумуляторную батарею. При проектировании ставилась
цель максимально снизить массу приемной части для облегчения ее установки на БПЛА и
минимизации влияния на их тяговооруженность.

Впервые представлены схемотехнические решения с повышенной максимальной ско-
ростью нарастания (спада) выходного напряжения семейства классических выходных кас-
кадов класса АВ, которые являются основой многих интегральных микросхем операцион-
ных усилителей (544УД1, 153УД4, А741 и др.). Для этой цели в базовые схемы вводятся
специальные элементы коррекции переходного процесса в режиме большого сигнала. Схе-
мотехника данного класса реализуются как на биполярных (BJT), так и на КМОП транзи-
сторах. Результаты компьютерного моделирования в среде LTspice XVII показывают, что
в сравнении с классическими схемами за счет введения дополнительного дифференцирую-
щего конденсатора и входного эмиттерного повторителя максимальная скорость спада
выходного напряжения выходных каскадов увеличивается более чем в 500 раз. При этом
рассмотренные схемы обеспечивают выходные напряжения с максимальной амплитудой
от - 8.5 В до + 10 В при сравнительно низком сопротивлении нагрузки (до 2 кОм) и напря-
жениях питания ± 10 В. Показано, что при мелкосерийном производстве предложенных
выходных каскадов рекомендовано их выполнение на базовых матричных кристаллах
MH2XA031 (ОАО «Интеграл», г. Минск, Беларусь), что позволит снизить себестоймость
изготовления микроэлектронных изделий. Базовый матричный кристалл MH2XA031 на
основе техпроцесса 3CBiT допускает работу предлагаемых схем в условиях низких темпе-
ратур (до - 197 ºС), а также при воздействии проникающей радиации с поглощенной дозой
гамма-квантов (до 1 Мрад) и потока нейтронов (до 1013 н/см2).

На основе анализа отечественных и зарубежных нормативных документов рассмат-
риваются особенности использования радиочастотного спектра в РФ для беспилотных
авиационных систем (БАС). Рассмотрены типы радиоканалов для связи БАС и наземного
пункта управления и определены частотные диапазоны, разрешённые для использования в
целях связи с БАС согласно нормативно-правовой базе Российской Федерации. К лицензированным относятся диапазоны 117,975–137 МГц; 5030–5091 МГц; 5850 – 6425 МГц, но есть
возможность использования нелицензирумых диапазонов 137–174 МГц; 395–400 МГц;
430–460 МГц: 433,05–434,79 МГц; 860–880 МГц; 902–928 МГц; 1100–1400 МГц;
2400–2483,5 МГц. Показано, что существует проблема использования нелицензируемых
диапазонов частот в связи с ограничениями на параметры радиоизлучения и диапазонов
систем мобильной связи из-за отсутствия нормативной базы. В нормативно-правовой
базе определены требования к уровням излучений радиоэлектронных средств (РЭС) БАС в
лицензированных диапазонах, которые не должны превышать 100 мВт. В текущий мо-
мент в Российской Федерации нет нормативных требований к техническим параметрам
РЭС БАС для их радиоканалов в нелицензируемых диапазонах, но при этом есть ограниче-
ния на устройства малого радиуса действия, использующие эти диапазоны. При этом су-
ществует ряд нормативных документов других стран, определяющих уровни сигналов в
каналах управления полетов. Рассмотрены возможности применения БАС для целей радио-
контроля на примере опытной эксплуатации беспилотного летательного аппарата
(БПЛА) «Орлан-10» с учётом существующих ограничений в области нормативно-правовой
базы. Показано, что существует ряд ограничений для их эффективного использования в
целях радиоконтроля: в области нормативно-правовой базы, технических характеристик
антенн и зависимость результатов от высоты полёта. Также важным фактором явля-
ются ограничения по климатическим факторам. При этом именно для труднодоступных
районов со сложными климатическими условиями такой метод мониторинга является
наиболее перспективным.

Представлено схемное решение и описание работы двунаправленного DC-AC преоб-
разователя с трансформаторной изоляцией. В основе схемы лежат принципы, применяе-
мые в резонансных LLC преобразователях и двойных активных мостах (DAB, Dual Active
Bridge), но в предлагаемой конструкции используется биполярное построение инвертора со
стороны переменного напряжения, а также совмещенное частотное и широтно-
импульсное управление. Это дает возможность реализовать ряд функций в одном преоб-
разователе, используя небольшое число коммутаций в силовой цепи. Так, возможна работа
в режиме источника бесперебойного питания (преобразование постоянного напряжения
АКБ в переменное 220 В 50 Гц); инвертора связи с сетью альтернативных источников
(солнечных панелей); зарядного устройства (работающего как от сети, так и от солнеч-
ных панелей); сварочного инвертора для полуавтоматической сварки (причем сварку мож-
но осуществлять как от сети, так и от АКБ); стабилизатора переменного напряжения;
преобразователя постоянного напряжения (для «прикуривания» АКБ с разными напряже-
ниями или степенью заряженности). Устройство с перечисленным набором функций мо-
жет найти применение, например, в полевых условиях – для организации электропитания
различных нагрузок, зарядки аккумуляторов, а также проведения мелких сварочных работ. Схемное решение преобразователя позволяет при применении соответствующих алгорит-
мов управления работать с близким к единице коэффициентом мощности на стороне пе-
ременного напряжения. Это дает возможность обеспечить работу в «слабой» сети – от
автономного генератора, при большой длине сетевого шнура и т.д.