№ 6 (2023)

Исследуется проблема интеграции методов локального и глобального планирования
движения в системе управления роботом. Современный уровень технологического разви-
тия позволяет мобильным роботам не только следовать заранее заданным координатам,
но и независимо от оператора принимать решения в реальном времени, реагируя на изме-
нения в окружающей обстановке. Однако, динамическая природа окружающего простран-
ства и ограничения по времени планирования пути, а также высокие скорости мобильных
роботов, усложняют задачи, решаемые алгоритмами планирования. В данной работе рас-
смотрены некоторые методы планирования движения, основанные на клеточной декомпо-
зиции (такие как А*, D* и Wavefront) и процедурах случайного поиска на графах (такие как
быстро растущие случайные деревья RRT и вероятностные дорожные карты PRM), ин-
тегрированные с алгоритмом предсказания траектории движения (DWA). Проведены ис-
следование особенностей работы каждого из перечисленных алгоритмов, а также серия
численных и натурных экспериментов по анализу влияния топологии карты на время вы-
полнения и использование памяти алгоритмами планирования. Исследовано влияние скоро-
сти работы локального и глобального планирования при различных конфигурациях внешней
среды. Для подтверждения эффективности исследуемых алгоритмов планирования пути в
реальных условиях создано программное обеспечение для мобильного робота на базе колес-
ного шасси. В статье приведены структурные и функциональные схемы взаимодействия
реализованных модулей планирования и управления движением мобильного робота и окру-
жающей среды. Также представлена математическая модель колесной платформы, для
которой, на основе рассмотренных методов, разработаны алгоритмы планирования дви-
жения. В данной работе проведена оценка количественных показателей, включая время
расчета алгоритма планирования движения и объем используемой алгоритмами памяти
при различных картах среды. Рассмотрены как среда с произвольно расположенными пре-
пятствиями, так и различные виды лабиринтов. Также описана реализация разработан-
ных алгоритмов в среде ROS-2. Показано, что реализованная система обеспечивает управ-
ление и планирование движения мобильного робота в реальном времени.

Появление новых технологий изготовления компонентов цифровых электронных уст-
ройств привело к необходимости повышения эффективности методов автоматизирован-
ного проектирования. Увеличение требований к элементам вызывает рост размерности
решаемых задач. Для решения задач, которые ранее невозможно было автоматизировать
разрабатываются новые методы и программные приложения. Перед специалистами сто-
ит задача разработки фундаментальных принципов построения систем проектирования
нового поколения. Разработка устройств обладающих такими характеристиками как:
надежность, живучесть, автоматическое устранение повреждений, является актуальной
задачей. В данной работе предлагается подход к решению задачи синтеза комбинационныхсхем на основе использования методов эволюционного проектирования. Под эволюционным
проектированием технической системы понимается целенаправленное использование ком-
пьютерных моделей эволюции на всех стадиях разработки системы. Целью является обес-
печение возможности проектирования в полностью автоматическом режиме. Основная
идея самореконфигурируемых аппаратных систем состоит в том, чтобы вместо аппа-
ратных систем общего назначения использовать системы, которые могут адаптировать-
ся под специфику выполняемого программного обеспечения. Синтез программируемой схе-
мы строится по принципу «восходящего» проектирования – от низшего к высшему уровню.
Это позволяет конфигурировать аппаратную часть индивидуально, посредством про-
граммирования логических элементов. Для реализации данной задачи используют эволюци-
онные алгоритмы. Логические функции могут быть описаны комбинационными схемами.
Одним из достоинств комбинационных схем является их высокое быстродействие. Задача
состоит в разработке структуры комбинационной логической схемы на основе заданной
таблицы истинности и номенклатуры логических элементов. В работе был предложен
эволюционный алгоритм синтеза комбинационных логических схем. Были разработаны
методика кодирования альтернативных решений и модифицированные эволюционные опе-
раторы для синтеза новых решений. Выполнена программная реализация предложенного
алгоритма. Проведенные вычислительные эксперименты подтвердили правильность вы-
бранного подхода. Использование эволюционных методов для синтеза комбинационных
логических схем позволяет повысить интеллектуальность систем проектирования.

Рассмотрены рекурсивные фильтры с конечной импульсной характеристикой и бан-
ки фильтров. Банк фильтров – это массив полосовых фильтров. Блок фильтров анализа
разделяет входной сигнал на несколько компонентов, причем каждый из подфильтров не-
сет один частотный поддиапазон исходного сигнала. Напротив, блок фильтров синтеза
объединяет выходные данные поддиапазонов для восстановления исходного входного сиг-
нала. В большинстве приложений определенные частоты являются более важными, чем
другие. Блоки фильтров могут изолировать различные частотные компоненты в сигнале.
Таким образом, мы можем приложить больше усилий для обработки более важных компо-
нентов и меньше усилий для обработки менее важных компонентов. Фильтры поддиапазо-
нов могут комбинироваться с понижающей или повышающей дискретизацией для форми-
рования банка многоскоростных фильтров. Банки фильтров широко используются для
распознавания речи и улучшения качества речи. В настоящее время банки фильтров рас-
ширили свое применение до обработки видео и изображений. Кроме того, блоки фильтровочень полезны в системах связи, включая цифровые приемники и передатчики, предвари-
тельное кодирование блоков фильтров для выравнивания каналов, дискретную многотоно-
вую модуляцию и слепое выравнивание каналов. Рассмотрено использование данных фильт-
ров для слуховых аппаратов. Разработан 8-полосный неоднородный банк рекурсивных
фильтров с конечной импульсной характеристикой (КИХ) с высокой вычислительной эф-
фективностью для слуховых аппаратов. Также приведено сравнение вычислительной
сложности (ВС) рекурсивного фильтра с конечной импульсной характеристикой (РКИХФ)
с вычислительной сложностью нерекурсивных фильтров с конечной импульсной характе-
ристикой (НКИХФ).

Статья представляет собой исследование нового подхода к систематическому ана-
лизу и классификации квантовых схем на основе функциональной конфигурации кубитов.
Статья подробно рассматривает роль элементарных вентилей в изменении элементов
вектора состояния и выделяет важность функциональных конфигураций кубитов в кол-
лективной модификации квантовых состояний. Основные аспекты, рассмотренные в ста-
тье, включают характеристику квантовых схем с функциональными конфигурациями ку-
битов, анализ воздействия элементарных вентилей на состояние квантового вектора и
определение количества возможных типов функциональных конфигураций. Результаты
исследования могут иметь важное значение для оптимизации квантовых схем и улучшения
понимания их общих свойств. Функциональная конфигурация кубита – это математиче-
ская структура, которая может коллективно классифицировать свойства и поведение
квантовых схем. Разработка квантовых алгоритмов с эффективными квантовыми схема-
ми была центральной частью квантовых вычислений, в которых за последние 30 лет про-
изошел огромный прогресс как в теоретическом, так и в экспериментальном плане. Ста-
тья представляет собой вклад в область квантовых вычислений, предоставляя система-
тический подход к классификации и анализу квантовых схем на основе их функциональных
конфигураций кубитов. Квантовые алгоритмы представляют собой инновационный класс
алгоритмов, основанных на принципах квантовой механики, и использующих кубиты вместо классических битов для обработки информации. В отличие от классических алгоритмов,
которые оперируют битами, принимающими значения 0 или 1, квантовые алгоритмы могут
использовать принципы квантовой суперпозиции и квантового взаимодействия, что позволя-
ет им выполнять множество вычислений одновременно. Одним из ключевых преимуществ
квантовых алгоритмов является их способность решать определенные задачи гораздо более
эффективно, чем классические алгоритмы. Однако, разработка и реализация квантовых
алгоритмов представляют значительные технические и алгоритмические вызовы, такие как
управление квантовыми состояниями, минимизация ошибок и создание устойчивых кванто-
вых вентилей. Несмотря на эти сложности, квантовые алгоритмы предоставляют пер-
спективные возможности для революции в области вычислений и решения проблем, которые
традиционно были слишком сложными для классических компьютеров.

Данная статья касается проблем моделирования нелинейных систем с памятью. Це-
лью работы является преобразование в операторный вид нелинейного дифференциального
уравнения Риккати. Приводится краткий обзор подходов в моделировании нелинейных ди-
намических систем. Используя модель в виде функционального ряда Вольтерра, в работе
решаются задачи проецирования исходного уравнения в дифференциальные уравнения с
ядрами Вольтерра и решения полученных уравнений. Приведено краткое описание метода
проецирования в гиперпространство с применением функциональной производной Фреше.
Показано, что результат проецирования есть дифференциальные уравнения с решениями в
виде ядер Вольтерра. Линейное ядро есть решение обыкновенного дифференциального
уравнения, а ядра выше первого порядка находятся путем решения дифференциальных
уравнений в частных производных по переменным временной области. В работе рассмат-
ривается модель только с первыми двумя ядрами ряда. Особое внимание уделяется урав-
нению с билинейным ядром. Его поиск аналитическими методами более сложен относи-
тельно уравнения с линейным ядром, ввиду чего, в работе предпринята попытка расчета
численным методом. Дано подробное описание разработанного алгоритма расчета били-
нейного ядра методом конечных элементов. Применяя данный метод, общая операторная
модель будет иметь полуаналитическую структуру в виде суммы сверток с аналитиче-
ским линейным ядром и конечно-элементным билинейным ядром. Разработана оператор-
ная модель для слабо нелинейной системы. Для верификации данной модели проведено
имитационное моделирование. Вычислительный эксперимент заключался в получении пере-
ходной характеристики на типовой сигнал управления в виде функции Хевисайда. Исполь-
зуя дискретный аналог операции свертки, были рассчитаны отклики линеаризованной и
предложенной операторной модели. Полученные переходные характеристики сравнивались
с эталонным решением, в качестве которого было принято решение исходного нелинейного
уравнения методом Рунге-Кутта четвертого порядка. Показано, что разработанная опе-
раторная модель дает отклик ближе к эталонному, что подтверждается результатами
расчетов соответствующих невязок.

Предлагается новый подход к организации вычислительных структур слоев и меж-
слойных связей при построении искусственных нейронных сетей для решения широкого
круга задач обработки многомерных данных. Основной проблемой построения сетей глубо-
кого обучения является необходимость введения большого количества параметров обуче-
ния сети. Имеющиеся рабочие экземпляры таких сетей содержат миллиарды параметров,
что позволяет достигать высокой эффективности применения таких сетей. Обратной
стороной такой широко используемой структуры сетей в виде многослойных сверточных
структур являются высокие затраты на обучение сетей с большим количеством струк-
турно схожих слоев свертки методом обратного распространения. Решение проблемы
повышения эффективности таких многослойных структур может быть найдено в приме-
нении гибридных слоев, реализующих операции гранулирования данных, которые были раз-
виты в наших работах. В новых гибридных моделях вместо векторных значений парамет-
ров обучения используются матричные информационные элементы, позволяющие кодиро-
вать подмножества значений данных (информационные гранулы) вместо кодирования
отдельных точек данных, как в классических сверточных сетях. Предложенные гибридные
слои обучаются без учителя и допускают параллельную реализацию алгоритмов обучения,
что принципиально отличается от последовательных алгоритмов обратного распростра-
нения. В результате вычислительная эффективность применения подобных гибридныхнейросетей может быть существенно повышена. Предлагаемый в работе теоретический
подход к моделированию и оптимизации структур сетей глубокого обучения может быть
распространен на широкий круг задач вычислительного интеллекта.

В развитие теории и ее приложений для обработки процессов, несущих информацию,
важную роль сыграли интегральные преобразования. Математически интегральные пре-
образования осуществляют отображение пространства исходной переменной в новое
пространство новой переменной, то есть осуществляют отображение множеств эле-
ментов пространства типа «много в одно». В теории сигналов широкое применение полу-
чило интегральное преобразование Фурье не только как представление сигналов, но и в их
спектральном анализе. Интегральное преобразование Гильберта послужило в качестве
развитие теории цифрового представления широкополосных сигналов. В работе рассмат-
риваются вопросы теории интегрального преобразования Меллина не так известного, как
предыдущие, для его использования при обработке сигналов, помех и некоторых задач,
имеющих прикладной характер в теории сигналов. Приводится теория спектрально-
корреляционного анализа случайных процессов в базисе интегрального преобразования Мел-
лина. В частности, на ее основе доказана теорема (аналог теоремы Винера-Хинчина для
преобразования Фурье) о связи корреляционной функции шума в базисе преобразования Фу-
рье со спектральной плотностью мощности шума в базисе преобразования Меллина. Эти
результаты могу быть положены в основу синтеза алгоритмов обработки сигналов на
фоне помех в базисе интегрального преобразования Меллина. На его основе разработана
функциональная структура обнаружителя сигналов на фоне гауссовых шумов с неизвест-
ными априори корреляционной функцией и длительностью сигнала. Следует отметить,
что в работе авторов рассмотрены довольно сложные математические выкладки. Начи-
нающим знакомится с интегральным преобразованием Меллина рекомендуем в первую оче-
редь изучить учебное пособие.

Оценка рисков – важная задача в любых сферах, начиная от производства, заканчи-
вая медициной. Риски сопровождают проект, продукт или процесс на всей жизнедеятель-
ности, с момента планирования до его полного прекращения. На каждом из них существу-
ют свои подходы. К ним относится FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) - анализ видов
и последствий отказов. Предлагаемая модель основана на методе FMEA, базирующемся на
оценке рисков по трем критериям: тяжесть последствий при реализации угрозы и слож-
ность идентификации отказа, вероятность возникновения. Первые два критерия основаны
на экспертной оценке, полученной в соответствии с методами искусственного интеллек-
та. Авторами предложена модификация третьего критерия. В своей работе мы заменили
экспертную оценку критерия «вероятность возникновения» моделью машинного обучения,
способной спрогнозировать этот показатель на основе статистических данных. Провели
первый этап исследования поставленной задачи на открытом датасете NASA о рабочих
циклах двигателей до их отказа. Изначально, ставится задача прогнозирования оставше-
гося количества циклов до отказа, затем мы произвели переход к задаче классификации,
определяя, входит ли в зону риска оборудование, в зависимости от его потенциального
остатка ресурса. Наилучший результат дал метод опорных векторов (SVM), точность
классификации которого 80%. Целью работы является создание модели оценки рисков на
основе методики FMEA, позволяющей повысить качество оценки, сократить субъектив-
ность в принятии решений, делая прогноз на основе исторических данных, а не только
субъективном опыте эксперта.

Важную роль в восприятии качества изображения играет резкость, то есть величина
градиента яркости в областях вблизи границ объектов. Данная характеристика отвечает за
четкость и детализацию мелких элементов изображения. Расфокусировка объектива каме-
ры и недостаточная освещенность являются основными факторами, которые могут при-
вести к размытию цифрового изображения. Для увеличения резкости используют различные
методы обработки, такие как фильтрация в частотной области, например применение бы-
строго преобразования Фурье для подчеркивания границ и текстур изображения. Примене-
ние данного типа фильтрации позволяет управлять контрастом и частотным содержанием
изображения, что приводит к улучшению визуального восприятия. Однако данный метод
имеет ряд существенных недостатков, таких как логарифмическая сложность и выполнение
дополнительных вычислений, связанных с прямым и обратным преобразованием Фурье. По-
этому предпочтительным методом повышения резкости изображения является так назы-
ваемая пространственная обработка, обеспечивающая прямую фильтрацию пикселей изо-
бражения без дополнительных преобразований, а повторное использование результатов об-
работки (рекурсивной составляющей) в фильтре позволяет сократить число операций,
уменьшить вычислительную сложность. В статье описана разработка эффективного ре-
курсивного разделимого двумерного цифрового фильтра для повышения резкости
RGB-изображений большой размерности. Приведены алгоритмы его построения, спроекти-
рованы соответствующие структурные схемы. Фильтр обладает свойством более равно-
мерной детализации объектов изображения, и менее подвержен созданию импульсного шума.
Также для исходного RGB-изображения высокого разрешения смоделирован фильтр размы-
тия, матрица которого заполняется по нормальному (гауссовому) закону. Для оценки каче-
ства фильтрации разработанный фильтр сравнивается с алгоритмом классической двумер-
ной свертки с ядром фильтра высоких частот Лапласа 5x5.

Для решения задачи автоматического извлечения причинно-следственных связей
(ПСС) до 2000-х годов использовалась концепция нестатистических методов. Данные ме-
тоды использовали построенные вручную лингвистические шаблоны. Очевидно, что ПСС,
которые не подходили в построенные шаблоны, могли быть не определены. Нестатисти-
ческие методы требовали постоянного ручного контроля со стороны экспертов, вплоть
до оценки. Практически все методы были направлены на извлечение явных ПСС.
В некоторых методах были использованы попытки отвязать систему извлечения от кон-
кретной предметной области. Для исключения вышеупомянутых недостатков, разраба-
тываемые в дальнейшем методы начали смещаться в сторону обработки статистиче-
ских данных и машинного обучения. Был проанализирован целый ряд ценных работ, связан-
ных с новой парадигмой извлечения ПСС. Целью исследования было оценить новые методы
с возможностью выявить их преимущества и недостатки. Большим преимуществом ма-
шинных и статистических методов является независимость от предметной области с
сохранением точности извлечения. Такие методы хуже по точности, однако не привязаны
к конкретной проблемной области. Сами методы в отличие от нестатистических, кото-
рые использовали лингвистическое и синтаксическое сравнение с шаблонами вручную, со-
средоточены на поиске этих самых шаблонов. Несмотря на то, что машинные и стати-
стические методы в своем большинстве являются независимыми от предметной области
и для обучения используют большие корпуса текста они предназначены преимущественно
для английского языка. Так же отсутствует стандартизированный набор данных, кото-
рый позволил бы сравнить методы между собой. Все работы, посвященные методам, про-
игнорировали извлечение неявных ПСС.

Представлен сравнительный анализ результатов численного и аналитического моде-
лирования электродного эффекта в атмосфере, а также экспериментальных исследований
электродинамических процессов, проходящих в приземном слое. Для анализа использованы
несколько электрических характеристик приземного слоя в атмосфере, а именно значения
параметров электродного эффекта, определяемых числом положительных и отрицатель-
ных аэроионов, на различных высотах от поверхности земли. Исследования проведены для
различных моделей при различных метеорологических условиях в приближениях классиче-
ского (нетурбулентного) и турбулентного электродного эффекта, как в чистой атмосфе-
ре, так и с учетом аэрозольного загрязнения воздуха. Выявлена закономерность независи-
мости значения электродного эффекта в целом (усиление электрического поля у поверхно-
сти по сравнению с верхней границей образующегося электродного слоя) от атмосферных
условий при различных методах математического и численного моделирования. Установ-
лено, что высота электродного слоя и, соответственно, масштаб распределения электри-
ческих характеристик меняются в значительной степени при действии на приповерхност-
ный слой атмосферы различных факторов, таких как ионизация и аэрозольное загрязнение
воздуха, наличие и интенсивность турбулентного и конвективного переносов. Проведена
верификация приближенных аналитических моделей путем установления соответствия
между результатами численного моделирования, теоретических расчетов и эксперимен-
тальных исследований, полученным ранее. Данные теоретических и численных расчетов
различными способами хорошо согласуются между собой и с результатами эксперимен-
тальных атмосферно-электрических наблюдений. Сделаны выводы о возможности ис-
пользования приближенных аналитических выражений, полученных методами математи-
ческого моделирования, для описания электродинамической структуры нижнего слоя ат-
мосферы.

Точность измерений микропроцессорного датчика физических величин в значитель-
ной степени определяется его характеристикой преобразования, которая строится на
основе данных, полученных при проведении градуировочных испытаний. Качество характе-
ристики преобразования датчика, от которого зависит точность измерений, в значитель-
ной степени определяется точностью аппроксимации характеристики преобразования
датчика. Градуировочные испытания датчика проводятся по методике испытаний. В про-
цессе проведения испытаний предпринимаются особые меры для исключения влияния от-
дельных циклов испытаний друг на друга. Поэтому небольшие отклонения от схемы прове-
дения могут привести к снижению качества характеристики преобразования и снижению
метрологических характеристик датчика. Важно, чтобы результаты нескольких циклов
испытаний при неизменных параметрах среды были независимыми друг от друга. В ста-
тье представлен способ определения качества результатов градуировочных испытаний
микропроцессорного датчика давления. Метод позволяет оценить влияние предыдущих
циклов испытаний на последующие при нарушении условий их проведения. Анализу подвер-
гается искусственный временной ряд, сформированный с использованием данных испыта-
ний. Для построения была реализована специализированная процедура соединения отдель-
ных циклов в единую структуру, аналогичную временному ряду. Для каждого фиксирован-
ного значения температуры был построен отдельный временной ряд. Поскольку получен-
ный временной ряд представляет собой линейную функцию, его показатель Херста должен
быть близким к единице. В этом случае ряд является трендоустойчивым, а отдельные
циклы испытаний независимы и формируют единый линейный тренд с незначительными
отклонениями от него. Если в процессе испытаний были нарушены существенные условия
их проведения, например, условия перехода от одного температурного режима к другому,
то на результаты текущего цикла испытаний будут влиять температурные условия пре-
дыдущего цикла. Для определения таких нарушений предложена процедура сравнения пока-
зателя Херста временного ряда, в котором присутствуют данные недостоверного цикла
испытаний, с диапазоном допустимых значений. Если показатель Херста соответствует
установленным ограничениям, то результаты испытаний можно использовать для по-
строения качественной градуировочной характеристики. В противном случае на резуль-
таты анализируемого цикла повлияли условия предыдущего цикла испытаний и рекоменду-
ется провести повторные циклы испытаний

В связи с ускоренным ростом объемов использования групп автономно функциони-
рующих беспилотных летательных аппаратов (БпЛА) в различных средах решение пробле-
мы оптимизации функционирования групп таких аппаратов по критерию минимума за-
трачиваемой энергии является актуальной научной задачей. В настоящей статье развива-
ется новый подход обеспечения энергосбережения группы беспилотных летательных ап-
паратов (БпЛА) за счет использования распределенной системы модулей подзарядки БпЛА,
обеспечивающих необходимую универсальность в обслуживании разных типов аппаратов.
Предполагается, что модули подзарядки установлены на подмножестве станций обслу-
живания, между которыми курсируют БпЛА мультикоптерного типа, выполняя миссию
по развозу грузов. Необходимо определить такие число и непосредственно указанное под-
множество станций обслуживания, снабженных такими модулями, которые бы достав-
ляли оптимум некоторого функционала качества, характеризующего функционирование
группы БпЛА. В статье предлагается в качестве такого функционала отношение числа
БпЛА, успешно отработавших выданные им задания по развозу грузов, к числу станций с
модулями подзарядки. Модель движения БпЛА между пунктами назначения предполагает
учет не только крейсерского режима, но и маневрирования аппарата при взлете и посадке;
также учитывается зависимость скорости расходования энергии от текущих кинемати-
ческих величин аппарата. Предусмотрено падение аппарата в случае расходования им
энергии ниже предельного порогового значения. Разработана упрощенная модель станции
обслуживания с модулем подзарядки (МП), подразумевающим замену разряженных аккуму-
ляторных батарей. Учтен режим ожидания БпЛА в очереди. Для исследования разрабо-
танных алгоритмов планирования движения и выбора оптимального распределения моду-
лей подзарядки по станциям обслуживания создано и апробировано программное обеспече-
ние на базе среды Unity. Гибкость последнего позволяет моделировать различные алго-
ритмы информационных взаимодействий элементов внутри группы БпЛА, группы МП,
а также перекрестных взаимодействий между БпЛА и МП.

Статья посвящена проблемам развития цифровых фотонных вычислительных ма-
шин, которые наряду с квантовыми компьютерами являются одним из возможных спосо-
бов преодоления кризиса производительности вычислительной техники. Реализация обра-
ботки данных в цифровых фотонных вычислительных машинах на частотах терагерцово-
го уровня потенциально обеспечивает производительность, превосходящую на два и болеедесятичных порядков производительность самых современных вычислительных систем.
Современные исследования говорят о перспективности развития цифровой фотоники, спо-
собной обеспечить производительность, существенно превосходящую производительность
микроэлектронных вычислителей при одинаковой точности вычислений. При этом в большей
степени усилия исследователей направлены на создание цифровых фотонных логических эле-
ментов, в то время как вопросы архитектуры рассматриваются весьма поверхностно. Ав-
торы рассматривают проблемы разработки архитектуры цифровой фотонной вычисли-
тельной машины, которая могла бы обеспечить решение широкого класса вычислительно
трудоёмких задач в структурной парадигме. Показано, что для использования данной пара-
дигмы вычислений подсистема синхронизации и коммутации должна иметь иерархичекую
топологию с возможностью настройки информационных связей как в процессе программи-
рования фотонной машины, так и в процессе решения задач. Рассматриваются принципы
обеспечения быстродействия и точности решения задач на цифровой фотонной вычисли-
тельной машине при выбранном способе представления данных. Авторы разработали в бази-
се фотонной логики модели функциональных устройств основных арифметических операций:
сложения и умножения в стандарте IEEE 754. Устройства реализованы по схеме линейного
конвейера с обработкой младшими разрядами вперёд. В отличие от традиционной микро-
электроники предлагаемый подход к построению конвейерных функциональных устройств
не предполагает использование регистров-защёлок, реализация которых в цифровой фотон-
ной логике приводит к избыточным аппаратным затратам. Также при построении вычис-
лительных схем ограничен коэффициент разветвления аппаратных информационных связей
между логическими элементами, что позволит снизить проблему затухания сигналов.
На ПЛИС выполнено макетирование разработанных функциональных устройств сложения и
умножения и оценена производительность реализуемых на ЦФВМ вычислительных струк-
тур, подобных структурам, возникающим в задачах математической физики при выполне-
нии операций типа «умножение матрицы на вектор».

Работа посвящена исследованиям отражений электромагнитных полей от поверх-
ностей, удовлетворяющих ограничениям метода Кирхгофа. Анализ известных в области
дифракции волн работ позволяет сделать вывод о том, что решения задач дифракции волн
статистически неровными поверхностями в той или иной мере упрощается принятием
упрощающих гипотез. Среди основных упрощений следует назвать: ограничение площадок
облучения и, как следствие, фиксация амплитудных множителей интегрируемых выраже-
ний, отказ от учета изменчивости локальных значений коэффициента отражения Френе-
ля, решение однопозиционной задача дифракции волн в условиях совмещения точек излуче-
ния и приема, изотропный характер пространственной структуры отражающей поверх-
ности. В работе решается задача оценки интенсивности флуктуаций напряжения радио-
локационного сигнала, отраженного мелкомасштабной взволнованной морской поверхно-
стью, без принятия перечисленных упрощающих гипотез. На основе общего решения для
полей рассеяния основных поляризаций, полученных в рамках метода Кирхгофа, анализиру-
ются аналитические решения для интенсивности флуктуаций комплексной амплитудыполя и мощности некогерентной составляющей отраженного сигнала. Соотношения,
полученные для случая малых высот неровностей поверхности, показывают их отличия от
известных результатов. Получены функциональные зависимости интенсивности флуктуа-
ций комплексной амплитуды поля и мощности некогерентной составляющей от электри-
ческих параметров отражающей поверхности, от величины пространственного разнесе-
ния передающей и приемной антенн, от длины волн и длины гребней морских волн, от ши-
рины диаграммы направленности антенны (ДНА) и от величины наклонов поверхности.
Пространственное разнесение передающей и приемной антенн снижает величину мощно-
сти некогерентной составляющей. Влияние разнесения ослабевает по мере расширения
ДНА и увеличения высоты полета. По мере увеличения длины морских волн и длины гребней
морских волн степень их влияния на величину мощности некогерентной составляющей ос-
лабевает. Ослабевает она также по мере расширения ширины ДНА и с уменьшением дли-
ны радиоволны. Показано, что в декаметровом диапазоне радиоволн, учет наклонов по-
верхности приводит к изменению интенсивности флуктуаций отраженного сигнала на
единицы процентов лишь при длинах морских волн, приближающихся по величине к длине
радиоволны.

Работа посвящена вопросам моделирования сигналов в радиотехнических и гидроаку-
стических системах с подвижными объектами. Актуальность задачи определяется рас-
тущим интересом к применению сверхширокополосных сигналов, прогрессом в области
создания гиперзвуковых летательных и низкоорбитальных космических аппаратов, а так-
же широким распространением локационных систем с длительным накоплением сигналов.
Приводится геометрия задачи локации для достаточно общего случая (бистатическая
локация с подвижными передатчиком, отражателем и приемником), а также метод и
алгоритм решения задачи моделирования эхосигнала для упрощенного случая однородной и
изотропной среды. Обоснована необходимость применения численных методов для реали-
зации предложенного метода моделирования, даны предложения по выбору численных ме-
тодов: для решения дифференциальных уравнений предложено использование метода Рун-
ге-Кутта, для решения алгебраических уравнений – метода Ньютона. Даны рекомендации
по выбору параметров каждого из численных методов. Показана применимость предло-
женных метода и алгоритма к задаче беспроводной связи с подвижными объектами. Рас-
смотрены важные частные случаи для каждой из задач с указанием областей радиотех-
ники и гидроакустики, в которых актуален каждый из частных случаев. Показано, что в
ряде простых частных случаев предложенный метод приводит к решениям, полученным
другими авторами и опубликованным в открытых источниках. Даны рекомендации по
обобщению алгоритма на более сложные варианты постановки задачи

Представлены модели синтезаторов частот с фазовой автоподстройкой частоты
(ФАПЧ) для диапазона 4,4…4,99 ГГц, который является наиболее перспективным для сис-
тем связи 5G в Российской Федерации. Рабочая полоса 4,4…4,99 ГГц предназначена для
обеспечения беспроводной связи стандарта 5G в пределах города и не используется други-
ми беспроводными сетями связи гражданского или военного назначения. Целью данной
работы является определение оптимальных параметров системы ФАПЧ, позволяющих
обеспечить максимальное ослабление паразитных составляющих спектра (ПСС) при ми-
нимальном времени установления заданной частоты на выходе синтезатора в полосе вы-
деленной для систем связи 5G. В соответствии с поставленной целью в статье были ре-
шены следующие задачи: математическое описание системы ФАПЧ с петлевыми фильт-
рами различных порядков; анализ частотных характеристик системы ФАПЧ с петлевымифильтрами различных порядков; определение оптимальных параметров системы ФАПЧ.
В качестве параметров оптимизации использовались отношение постоянных времени пет-
левого фильтра и запас устойчивости системы ФАПЧ. Для решения поставленных задач
был проведен расчет зависимостей ослабления ПСС от параметров оптимизации для слу-
чаев применения петлевых фильтров 2-го, 3-го и 4-го порядков. Кроме того, был выполнен
анализ зависимостей времени установления заданной частоты от оптимизируемых пара-
метров в трехмерном координатном базисе и определены минимальные значения времени
установления частоты для каждого из используемых петлевых фильтров. Показано, что
применение петлевых фильтров высокого порядка с оптимальными параметрами позволя-
ет существенно повысить уровень ослабления высших ПСС и одновременно уменьшить
время установления заданной частоты. В частности, петлевой фильтр 4-го порядка по-
зволяет обеспечить ослабление высших ПСС на 18 дБ больше и время установления задан-
ной частоты на 12,5% меньше, чем петлевой фильтр 2-го порядка. Кроме того, примене-
ние фильтра 4-го порядка позволяет повысить ослабление основной ПСС на 5 дБ по срав-
нению с петлевым фильтром 2-го порядка.

Рассматриваются подходы и их анализ к проектированию и реализации медицинских
информационных систем на базе концепции киберфизической системы для решения задач
верификации состояния фрагментов медицинских биологических объектов в процессе ди-
агностики заболеваний. Показана актуальность разработки средств и методов автома-
тизации процессов диагностики и лечения на базе передовых технологий с повсеместным
внедрением медицинских информационных систем (МИС), медицинских автоматизирован-
ных информационных систем (МАИС), медицинских автоматизированных диагностиче-
ских информационных систем (МАДИС) на базе комплекса технических средств (КТС)
вычислительной техники (ВТ), комплекса программных средств (КПС,) системных и инст-
рументальных, сетевых технологий и вычислительных сетей, новых информационных
технологий в целом, при реализации модели развития отечественного производства техно-
логического оборудования и медицинских изделий. Сделан анализ, что должна включать в
свой состав, по какому принципу строиться, каким принципам построения удовлетворять
МИС, как киберфизическая система (КФС). Показана технологическая последователь-
ность, представляющая собой анализ рентгенографических изображений, принятие реше-
ний на основании анализа этих изображений, постановка диагноза на основании принятых
решений подсистемой принятия решений МИС, которые должны осуществляться путём
разработки и применения алгоритмов автоматизации процесса диагностики, реализуемыхразработанным программным и информационным обеспечением для обслуживания под-
системы принятия решений. Описана реализация процесса верификации состояния фраг-
ментов биологических объектов по компьютерно - томографическим изображениям
МИС. В статье акцент сделан на анализ рентгенографических изображений, принятие
решений на основании анализа этих изображений, постановка диагноза на основании
принятых решений. Приведены примеры прикладной, практической реализации программ-
ного и информационного обеспечения процесса автоматизации верификации медицинских
объектов в виде экранных форм для работы с фрагментами исследуемого объекта и ре-
зультатами анализа рентгенографических изображений. Всё это позволяет повысить
оперативность, точность верификации состояния медицинских биологических объектов,
достоверность процесса диагностики заболеваний. Показана научная новизна, результа-
ты апробации материала, представленного в статье на международных, всероссийских
конференциях, научных журналах

Рассматривается влияние различных параметров блокчейн сети друг на друга. В свя-
зи с математической сложностью формирования абсолютно точного эмулятора процесса
формирования цепочки блоков и непредсказуемости ряда факторов процесс рассматрива-
ется как стохастический. В ходе исследования была обнаружена близкая к прямопропор-
циональной взаимосвязь между размером мемпула и стоимостью криптовалюты. Мемпул
представляет собой набор транзакций, ожидающих подтверждения в блокчейне. Стои-
мость криптовалюты способна влиять на количество майнеров, обрабатывающих тран-
закции, привлекая их высоким заработком, что может влиять на скорость обработки
транзакций и, как следствие, на размер мемпула. В работе описано применение метода
Монте-Карло для определения соотношения между размером мемпула и ценой криптова-
люты, а также предварительная подготовка данных и формирование распределений. Опи-
сывается моделирование стохастического процесса для определения зависимости между
размером мемпула и ценой криптовалюты. Для этого используется метод Монте-Карло,
который позволяет оценить вероятность различных сценариев развития событий. В ра-
боте рассмотрены различные стохастические модели для анализа блокчейн систем, для
построения которых применяется метод Монте-Карло. Автором предлагается методика
по прогнозированию и установлению корреляции между рассматриваемыми параметрами
на основе данных, собранных из сети BitCoin за период последних трех лет. Результаты
исследования подтвердили гипотезу о том, что существует зависимость между стоимо-
стью криптовалюты и объемом необработанных транзакций. В связи с отсутствием пол-
ного набора данных остается невозможным спрогнозировать нагрузку на сеть при кон-
кретной стоимости. Было представлено решение этой задачи с помощью вероятностных
методов, в том числе метода Монте-Карло, на основе распределения полученных истори-
ческих данных. Использование метода Монте-Карло для моделирования зависимости меж-
ду размером мемпула и ценой криптовалюты и других аналогичных задач в подобных усло-
виях может быть полезным инструментом для исследователей, позволяющим делать вы-
воды о стабильной работе сети

Проблема возрастающей интенсивности дорожного движения в мегаполисах с каж-
дым годом становится всё более актуальной, что приводит к увеличению задержек на
перекрестках, повышенному расходу топлива и неоправданному износу агрегатов транс-
портных средств. Одним из возможных решений данной проблемы является усовершенст-
вование методов управления дорожным движением. Разработка новых систем управления
предполагает наличие достаточно точных математических моделей описания транс-
портного потока с целью модельной проверки качества управления, а также прогнозиро-
вания свойств и параметров трафика. Задача исследования: изучить существующие моде-
ли описания трафика, выявить их недостатки; предложить усовершенствованную модель
для описания движения не только на отдельных, но и на взаимосвязанных перекрёстках.
В работе проведен анализ модели задержки транспортных средств на перекрёстке
М. Дж. Бэкманна. Установлено, что данная модель является достаточно точной при опи-
сании изолированных перекрёстков с равномерной интенсивностью транспортного пото-
ка в течение цикла светофорного регулирования, однако непригодна для использования в
случаях с перекрёстками, имеющими взаимосвязь по транспортному потоку с соседними
светофорными объектами и ярко выраженными всплесками интенсивности движения в
течение цикла светофорного регулирования. Проанализированы причины расхождения экс-
периментальных данных с данными, полученными при помощи модели задержки
М. Дж. Бэкманна. Предложена модификация модели задержки транспортных средств
М. Дж. Бэкманна, учитывающая фактор сдвига разрешающей фазы регулирования между
соседними перекрёстками. Полученное дополнение модели задержки М. Дж. Бэкманна по-
зволило повысить точность расчета задержки транспортных средств применительно к
взаимосвязанным перекрёсткам.

Диагностирование электрооборудования согласно нормативным документам, является
сложным и многофакторным процессом, который регулярно проводится на промышлен-
ных предприятиях и характеризуется широким спектром неопределенностей, связанных с
неточными, нечеткими и неполными исходными данными, большой трудоемкостью, риско-
выми ситуациями. Это приводит к накоплению и развитию различных дефектов, к нару-
шению электроснабжения промышленных предприятий и технологических процессов, а
также к выходу оборудования из строя. Для повышения производительности функциони-
рования и высокого уровня отказоустойчивости оборудования необходимо разрабатывать
методы, модели и средства диагностирования с использованием современных информаци-
онных технологий, включая методы и технологии искусственного интеллекта, учитываю-
щих не только количественную, но и качественную исходную информацию. В настоящей
работе предложен системный подход к оцениванию технического состояния электрообо-
рудования на этапе его эксплуатации, направленный на реализацию общесистемных прин-
ципов, а также на рассмотрение данного процесса в виде открытой системы, тем самым
позволяя наилучшим образом организовать процесс принятия решений в системе управле-
ния. Данные принципы позволят сформулировать различные задачи к оцениванию техниче-
ского состояния оборудования с использованием информационных технологий и технологий
искусственного интеллекта, а также определить способы и пути их решения. Предложе-
на структура единого комплекса оценивания ЭО для интеллектуальных диагностических
систем, устанавливающая последовательность решаемых задач и применяемых для них ме-
тодов, подходов. Единый комплекс позволит повысить информативность ситуаций приня-
тия решений и достоверность заключений о техническом состоянии оборудования в условиях
неполной и нечеткой информации.

Статья посвящена разработке метода неразрушающего контроля изоляционного
материала кабельных систем. Исследована деструкция полимерного материала, вызванная
радикально-цепным механизмом разрушения. Приведен механизм деструкции полиэтилена,
обусловленный электронной и ионной бомбардировкой, при действии частичных разрядов
(ЧР). Показано образование поперечных связей, связанное с активацией двойных связей при
передаче энергии электронного возбуждения от полиэтиленовой цепи. При воздействии ЧР
количество двойных связей трансвиниленового типа с увеличением дозы поглощенной энер-
гии достигает насыщения. Система диагностики по ЧР с использованием комплекса ха-
рактеристик включений ЧР (SВ, qЧР, hВ) количеством выделяемого тепла (Q) и напряжени-
ем зажигания (UВ), получаемых разработанным программным обеспечением, является
эффективной как для оценки текущего состояния изоляции, так и для прогнозирования ее
остаточного ресурса. Обнаруженные источники ЧР свидетельствуют о наличии включе-
ний в изоляции кабеля. В рамках проведенного исследования построена нейросетевая (НС)
модель, описывающая архитектуру кибер-физической системы (КФС) прогнозирования
ресурса ЭМ кабельных электрических сетей. Синтезирован алгоритм работы адаптивной
системы, подбора параметров и обучения НС с последующим прогнозированием ресурса
силовой кабельной линии (СКЛ), позволяющее повысить надежность КФС за счет сокра-
щения времени создания оптимальной конфигурации НС. Полученная НС модель может
быть эффективно использована для анализа термофлуктуационных процессов, протекаю-
щих в объекте управления – СКЛ, и прогноза поведения объекта. Приведена методика
диагностирования изоляционного материала (ИМ) СКЛ в условиях эксплуатации. Анализ
полученных результатов показал, что измерение параметров ЧР позволяет в комплексе
оценивать воздействие на электроизоляцию СКЛ различных факторов и определять сте-
пень её деградации. ЧР являются мерой степени электрического старения

Статья посвящена актуальной проблеме – снижению эффективной площади рассея-
ния (ЭПР) объектов цилиндрической формы с помощью анизотропных метаповерхностей
(МП). Целью работы является исследование анизотропных импедансных МП для само-
адаптивного (к частоте облучения) гашения ЭПР цилиндрических металлических поверх-
ностей при облучении волнами любой поляризации. Для достижения поставленной цели
проанализированы известные принципы работы, конструкции и возможности МП для
снижения эффективной площади рассеяния как плоских, так и цилиндрических металличе-
ских поверхностей, включая поверхности электрически малого радиуса. Рассмотрены
2D-задачи рассеяния плоской электромагнитной волны ТЕ и ТМ поляризаций на модели
цилиндрической метаповерхности (ЦМП) в форме кругового цилиндра с анизотропными
гомогенизированными импедансными граничными условиями общего вида. Методом собст-
венных функций получены аналитические выражения для матриц рассеяния цилиндриче-
ской метаповерхности в базисах линейных (LP) и круговых (CP) поляризаций. Матрицы
рассеяния позволяют решать различные задачи синтеза тензора импеданса ЦМП по за-
данным характеристикам рассеяния в LP- и CP-базисах. В частности, синтезирован диа-
гональный тензор импеданса ЦМП, обеспечивающий противофазность полей рассеяния
волн ТЕ, ТМ поляризаций, а также двух согласно поляризованных рассеянных волн круговых
поляризаций. Решена задача синтеза тензора импеданса ЦМП по заданному нулевому следу
диагональной матрицы рассеяния с самоадаптивным (к частоте облучения) гашением волн
любых поляризаций в низкочастотной области. Показано, что гашение эффективной пло-
щади рассеяния ЦМП в обратном направлении составляет от 60 до 10 дБ в сверхшироком
диапазоне значений электрического радиуса ka от 0,02 до 0,4. Рассчитаны характеристики рассеяния двух моделей маскировочных покрытий. Показано, что реактансная ЦМП на
основе метачастиц в виде прямоугольных полосков снижает ЭПР на 10 дБ в низкочастот-
ной полосе 200–520 МГц при падении волны ТМ поляризации и на 5 дБ в полосе 480–720 МГц
в случае падения волны ТЕ поляризации.

Анализируются развитие мирового и российского рынков беспилотных летательных
аппаратов, перспективы развития и роста рынка беспилотных летательных аппаратов.
Подчеркивается важность достоверного измерения эффективной поверхности рассеяния
малозаметных беспилотных летательных аппаратов. Рассматриваются методы уменьшения
паразитного отражения от опорно-поворотного устройства внутри безэховой камеры - использование колонны из радиопрозрачного материала и использование пилона из проводящего
материала. Приведены результаты расчетов в HFSS применения колонны из радиопрозрачного
материала и пилона из проводящего материала. Анализируется влияние учета фона безэховой
камеры на достоверность измерения эффективной поверхности рассеяния малозаметных
летательных аппаратов и существующие методы учета фона безэховой камеры, позволяющие
снизить паразитные обратные отражения в безэховой камере при измерении малозаметных
объектов. Рассматривается теневая зона, возникающая на задней стенке безэховой камеры
при измерении малозаметных объектов в безэховой камере. Анализируется вклад теневой зоны,
возникающей на задней стенке безэховой камеры при измерении эффективной поверхности
рассеяния малозаметных объектов, на достоверность измерения эффективной поверхности
рассеяния малозаметных объектов внутри безэховой камеры и демонстрируется
необходимость учета вклада теневой зоны при измерениях эффективной поверхности
рассеяния малозаметных объектов в безэховой камере. Приведен классический метод учета
фона безэховой камеры, являющийся основой предложенного нового метода. Разобран основной
недостаток классического метода учета фона безэховой камеры. Предложен новый метод
измерения моностатических диаграмм обратного рассеяния, позволяющий учесть недостаток
классического метода учета фона безэховой камеры при измерении эффективной поверхности
рассеяния малозаметных объектов внутри безэховой камеры. Суть этого метода заключается
в использовании клина из проводящего материала, который располагается в теневой зоне зад-
ней стенки безэховой камеры, непосредственно за измеряемым малозаметным объектом. Эф-
фективность нового метода показана в программной среде HFSS, на созданной в HFSS модели
безэховой камеры БЭК ЦКП ПЭДиАИ кафедры АиРПУ ЮФУ

Проведен анализ существующих методов синтеза антенн по заданной диаграмме на-
правленности, в которых формируемая диаграмма направленности представляет собой
сумму парциальных лучей. Установлено, что в данных методах организован итерационный
процесс, на каждом шаге которого к уже сформированному лучу добавляется новый до-
полнительный луч. При этом для определения параметров дополнительного луча использу-
ют алгоритмы поисковой оптимизации. Существование данных методов позволяет от-
дельно рассматривать алгоритмы определения параметров дополнительных лучей на каждом шаге итерационного процесса, как процессы решения самостоятельных задач. Раз-
новидность такой задачи –поиск параметров дополнительных лучей для формирования
одномерно расширенной диаграммы направленности. Предложен и обоснован аналитиче-
ский алгоритм формирования одномерно расширенного луча линейной антенны, представ-
ляемый в виде суммы трех более узких парциальных лучей после определения двух неизвест-
ных параметров: угла разведения дополнительных лучей и комплексной амплитуды этих
лучей. Получены соотношения, позволяющие свести задачу формирования расширенного
луча линейной антенны к задаче оптимизации выражения по одному параметру – углу раз-
ведения дополнительных лучей относительно центрального. Показано, что второй иско-
мый параметр – комплексная амплитуда дополнительного луча определяется аналитиче-
ски. При этом установлено, что выбор искомых параметров задачи оптимизации должен
осуществляться исходя из требований к максимизации коэффициента направленного дей-
ствия. После решения оптимизационной задачи амплитудно-фазовое распределение в рас-
крыве линейной антенны представляется в виде суперпозиции трех амплитудно-фазовых
распределений для формирования соответствующих парциальных лучей. При этом показа-
но, что алгоритм имеет ограничения, связанные с расширением лучей, поскольку реализуе-
мость требований связана с шириной используемых парциальных лучей. В связи с этим
указано, что предложенный алгоритм следует рассматривать как составную часть ите-
рационного процесса, на каждом шаге которого происходит дополнительное расширение
луча. Представлены результаты реализации предложенного алгоритма при формировании
нескольких расширенных лучей, которые подтверждают работоспособность предложен-
ного алгоритма.