№ 4 (2024)

Данная статья посвящена обзору известных и современных подходов, методов и алгорит-
мов полнотекстового поиска. Описана краткая история решения задачи поиска в неструктуриро-
ванных текстовых данных, её развитие и актуальность. Сформулирована основная задача поиска
в текстовых данных. Приведено определение индекса базы данных. В общем виде определена целе-
вая функция поисковой информационной системы и описаны возможные компромиссные вариации
её параметров при решения различных прикладных задач. Приведена обобщённая архитектура
современной поисковой информационной системы с разделением задачи поиска на две фазы: пер-
вичное извлечение релевантных записей и их последующее ранжирование для формирования окон-
чательных результатов поиска. Даны базовые описания основных алгоритмов и методов полно-
текстового поиска, таких как: поиск по термам (логический поиск), поиск с помощью деревьев и
их разновидностей (B-деревья, UB-деревья, tries), поиск на основе n-грамм (в том числе поиск на
основе частотного представления), использование векторной модели пространства (VSM), поиск
на основе инвертированного (обратного) индекса, поиск с использованием аппарата нечёткой
логики и биоинспирированных методов. Приведены основные достоинства и недостатки этих
методов, описана их применимость в различных условиях, а также рассмотрены возможные ме-
тоды оптимизации поиска текстовых данных для улучшения точности, скорости поиска и эф-
фективности использования ресурсов. Представлены возможные перспективные направления в
области решения задачи первичного извлечения информации. Приведены некоторые способы опре-
деления сходства текстовых записей для решения задачи ранжирования на основе аппарата не-
чёткой логики. Затронуты вопросы повышения релевантности первичного извлечения с помощью
методов искусственного интеллекта, нейронных сетей, аппарата нечёткой логики и биоинспири-
рованных методов, в частности методы расширения поискового запроса и/или расширения обра-
батываемых текстовых записей. Описано влияние граничных условий построения поисковой сис-
темы на повышение её эффективности. В заключение статьи подводятся итоги обзора и обсуж-
даются перспективы дальнейшего развития различных методов полнотекстового поиска.

Предлагается архитектура и методология раскроя-упаковки полуограниченной полосы на
основе методов биоинспирированного поиска. В основе подхода к декомпозиции обшей задачи упа-
ковки и методологии формированию карт раскроя лежат эвристики уровневого подхода к упаков-
ке полосы. Архитектура сформирована на основе декомпозиции общей задачи и включает 5 основ-
ных секций: управление процессом поиска; формирования блоков; формирование контейнеров;
компакция контейнеров; заполнения полосы контейнерами. Упаковка ориентирована на двухуров-
невый раскрой полосы. На первом уровне путем гильотинного разреза выполняется раскрой на
контейнеры. На втором уровне два варианта раскроя: путем гильотинного или путем не гильо-
тинного разреза выполняется раскрой контейнеров на детали (элементы прямоугольной формы).
Упаковка выполняется путем последовательного заполнения уровней полосы контейнерами.
В основу методологии раскроя-упаковки полуограниченной полосы положен иерархический подход
снизу вверх. Задача, решаемая на первом уровне иерархии, заключается в формировании множе-
ства блоков B одинаковой ширины на базе исходного набора A прямоугольников, включаемых в
блоки. Для решения поставленной задачи авторами разработан биоинспирированный алгоритм
одномерной упаковки элементов в одинаковые блоки. На втором уровне иерархии решается задача
распределения блоков по контейнерам. Все контейнеры и блоки имеют одинаковую ширину D,
равную ширине полосы. В каждом контейнере помещаются два блока. Задача распределения бло-
ков по контейнерам сведена к задаче нахождения максимального паросочетания минимальной
стоимости. В отличие от канонической метаэвристики муравьиного алгоритма в работе аген-
том на графе поиска решений строится максимальная клика, которая является интерпретацией
решения. На третьем уровне иерархии решается задача компакции контейнеров. Процесс распре-
деления блоков по контейнерам сопровождается процедурой сжатия каждой пары блоков, назна-
чаемых в один контейнер. Целью компакции является минимизация общей площади контейнера
путем плотного размещении блоков. Компакцию последовательно проводят во всех контейнерах.
На четвертом уровне иерархии решается задача заполнения полосы контейнерами. В качестве
модели для представления решения на графе поиска решений служит клика. Разработана база
данных коллективной эволюционной памяти. Разработана методика формирования феромоновых
точек и структур данных коллективной эволюционной памяти. Для проведения объективных экс-
периментов были использованы известные тестовые задачи, представленные в литературе и
сети Интернет. По сравнению с существующими алгоритмами достигнуто улучшение результа-
тов на 3-5%. Временная сложность алгоритма, полученная экспериментальным путем, практи-
чески совпадает с теоретическими исследованиями и для рассмотренных тестовых задач со-
ставляет (ВСА ≈ О(n2)).

Предложен метод нахождения максимального значения динамического потока с использо-
ванием периодических графов, представленном в виде обобщенной сети. Интерес к сетям такого
вида объясняется их широким практическим применением в местах, где есть периодичность, на-
пример управление периодическими пассажирскими перевозками на различных видах транспорта,
грузовые перевозки, в том числе товаров с коротким сроком годности, управление дорожно-
транспортным потоком, а именно регулирование светофоров, с учетом периодичности и загру-
женности. В то же время значения пропускной способности дуг рассматриваемых сетей могут
варьироваться в зависимости от времени отправления потока и возможных циклов, поэтому мы
переходим к динамическим сетям. Параметры сети представлены в нечеткой форме из-за влия-
ния факторов окружающей среды и деятельности человека. А выбор именно периодических гра-
фов обусловлен наличием циклов и периодичностью временных интервалов. Рассмотренные типы
сетей могут быть реализованы на реальных дорогах в процессе транспортировки. 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 периодических графов.
В связи с этим принято решение о проведении исследования указанных методов. Новизна данной
работы определяется исходя из применения периодических темпоральных нечетких графов в рам-
ках решения задачи нахождения максимального потока динамической сети.

Проводится анализ задачи мульти-коммивояжера, которая является расширенной версией
классической задачи коммивояжера. В отличие от последней, задача мульти-коммивояжера предпо-
лагает участие нескольких коммивояжеров, каждый из которых должен посетить определенное
количество городов ровно один раз и вернуться в исходную точку, при этом минимизируя затраты
на путешествие. Задача мульти-коммивояжера представляет значительный интерес в области
оптимизации маршрутов и распределения задач между несколькими агентами. Основная цель иссле-
дования – разработка эффективного метода решения этой задачи, который сократит время вы-
полнения и оптимизирует использование ресурсов. В рамках исследования был разработан метод,
который базируется на сокращении размерности пространства решений. Данный метод позволяет
более эффективно распределять нагрузку и управлять ресурсами, что в конечном итоге способству-
ет сокращению общего времени выполнения задач. Одной из ключевых особенностей предлагаемого
метода является его универсальность и адаптивность к различным сценариям, включая ситуации с
различным количеством задач и коммивояжеров. Также проводилось исследование предложенного
метода с точки зрения влияние его гиперпараметров (коэффициент испарения феромона, количест-
во итерации, количество муравьёв) на качества решения и время расчета. Для оценки эффективно-
сти предлагаемого метода было проведено сравнительное исследование с использованием классиче-
ского метода решения задачи мульти-коммивояжера. Оценка результатов проводилась по трем
основным критериям: время вычислений для решения задачи мульти-коммивояжера, суммарная дли-
на пройденных маршрутов и максимальная длина маршрута среди всех коммивояжеров. Анализ экс-
периментальных данных показал, что разработанный метод значительно превосходит классический
по всем ключевым показателям. В частности, среднее время вычислений для решения задачи мульти-
коммивояжера уменьшилось на 52% по сравнению с лучшими известными классическими результа-
тами. Кроме того, средняя суммарная длина пройденных маршрутов уменьшилась на 12%, а макси-
мальная длина маршрута (показатель дисбаланса нагрузки) снизилась на 14%. Эти результаты
подтверждают высокую эффективность предложенного метода и его перспективность для прак-
тического применения в различных сферах, требующих оптимизации маршрутов и распределения
задач между несколькими исполнителями.

Все алгоритмы сортировки являются информационно-эквивалентными, поэтому выбор наи-
более эффективного алгоритма обычно зависит от скорости его работы и от количества ис-
пользуемой памяти. При параллельной, аппаратной реализации на эффективность алгоритмов
сортировки также влияют: степень утилизации аппаратных ресурсов; латентность результи-
рующей вычислительной структуры; количество и разрядность сортируемых элементов. Задача
сортировки или упорядочивания данных не формализована в виде математических преобразова-
ний, поэтому каждый из известных алгоритмов ее решения принято рассматривать как атомар-
ную, независимую единицу. Переход от одного алгоритма решения задачи к другому возможен при
описании задачи в виде информационного графа, вершины которого отражают элементарные
выполняемые операции, а дуги – информационные зависимости между ними. Имея набор элемен-
тарных преобразований, можно влиять на функциональную регулярность связей информационного
графа, латентность вычислительной структуры, коэффициент параллелизма и т.д. К преимуще-
ствам работы с информационным графом задачи также можно отнести сравнительную про-
стоту используемого понятийного аппарата. Информационный граф задачи сортировки «пузырь-
ком» представляет собой простейшую сортирующую сеть, построенную по принципу объедине-
ния ступеней «голова-хвост». В данной работе показана и обоснована функциональная избыточ-
ность подобных сортирующих сетей; приведены способы оптимизации числа операций и измене-
ния порядка их следования. Основным результатом работы является методика преобразования
сортирующих сетей в нечетно-четную сеть слияния Батчера. Разработана программа, автома-
тически выполняющая преобразование сортирующих сетей и позволяющая подстраивать тополо-
гию информационного графа под наиболее эффективный вид в зависимости от результирующей
степени параллелизма вычислительной структуры. Обобщая полученные результаты, можно
отметить, что автоматизированное приведение известных алгоритмов к «быстрым» может
обеспечить получение оптимальной параллельно-конвейерной программы при заданных ограниче-
ниях, что позволит значительно ускорить процесс их разработки.

Работа посвящена проблеме повышения точности краткосрочного прогнозирования по-
требления электроэнергии с помощью инструментов глубокого машинного обучения. Исследо-
вано влияние задаваемых гиберпараметров нейронной сети (НС) на погрешность прогнозирова-
ния электропотребления, таких как: размер пакета данных – Bs; количество слоев НС – j;
функции активации нейронов – Fa; оптимизаторы – O. Определены оптимальные гиперпара-
метры НС-модели для прогнозирования электропотребления (ЭП) для потребителя аддитивно-
го и циклического типа. Проведенный анализ влияния размера пакета (BatchSize) на точность
прогноза показал повышение эффективности обучения НС с ростом пакета входных данных.
Проведенный анализ влияние количества слоев показал, что с увеличением количества слоев НС
время обучения сокращается, а ее предсказания становятся точнее. Проведенное исследование
различных оптимизаторов на скорость обучения показало, что наилучшие результаты демон-
стрируют оптимизаторы “Adam” и “RMSprop”. Показано, что от выбора функции активации
зависит, то насколько быстро будет обучаться НС и насколько точными будут ее прогнозы.
Использование различных методов регуляризации позволяет НС достичь лучших результатов на
практике, улучшая их способность к обобщению и увеличивая точность предсказаний. Показа-
но, что для достижения минимальной погрешности прогнозирования, следует индивидуально
настраивать параметры сети для каждого потребителя, учитывая значительные различия в
характере энергопотребления. Проведено обучение и тестирование созданной сети с подобран-
ными параметрами на обучающей и тестовой выборке, содержащей данные об электропотреб-
лении за 2 года (17520 часов). Анализ входных данных по электропотреблению показал, что оп-
тимальными параметрами прогностической нейросетевой модели в ручном режиме являются:
размер пакета 250 (подобрано эмпирически), 5 слоев, функция активации “ReLU”, оптимизатор
“Adam”. Рассмотрены различные способы подбора гиперпараметров (вручную и посредством
генетического алгоритма (ГА)).

Задача построения модели оценки работоспособности технического объекта имеет мно-
жество применений в области контроля различных опасных ситуаций. Необходимость опере-
жающего мониторинга состояния технического объекта для предотвращения и управления про-
теканием нештатных ситуаций в целях их ликвидации с минимальными последствиями делает
постановку и выполнение этой задачи актуальной и своевременной. Для выполнения оценки со-
стояния технического объекта целесообразно использовать простые модели, позволяющие полу-
чить результат в режиме реального времени без существенной нагрузки на микроконтроллерную
систему управления. В работе рассматривается построение модели классификации динамики
изменения параметра технического объекта, что позволит прогнозировать изменение его со-
стояния в процессе оценки степени работоспособности объекта. Используются данные, отра-
жающих изменение параметров в реальном времени и представленные в виде временных рядов
значений параметров. Изменение параметра объекта во времени фиксируется с помощью времен-
ного окна, которое двигается вдоль временного ряда, вырезая из множества исходных данных
подмножество с неизменным количеством временных отсчетов. Для классификации динамики
изменения параметра предложено использовать представление точек временного окна в виде
графика Пуанкаре, который фактически является особым типом графика повторения или видом
диаграммы рассеяния. В качестве критерия используется коэффициент сжатия эллипса (эллип-
тичность), который охватывает облако точек, формируемое при построении диаграммы рассея-
ния, для временного ряда технического параметра. Разработана методика обучения и использова-
ния модели, включая формирование классов состояний динамики параметра объекта и вычисление
критериев. Проведена апробация модели. Модель обеспечивает реализацию процедур выявления в
реальном времени возможности возникновения нештатной ситуации на ранней стадии ее разви-
тия с помощью микропроцессорного модуля, расположенного на нижнем уровне системы монито-
ринга объекта.

В современной быстро меняющейся и требовательной рабочей среде способность быстро и
точно оценить эмоциональное состояние сотрудника имеет решающее значение для защиты че-
ловеческих жизней и снижения материальных рисков. Эмоциональное благополучие играет важ-
ную роль в обеспечении безопасности на рабочем месте, производительности труда и общего
психического здоровья. Поэтому разработка эффективных инструментов для мониторинга нега-
тивных эмоций и реагирования на них является актуальной задачей современности. Целью данно-
го исследования является разработка алгоритма, способного классифицировать эмоции, используя
аудиоданные, записанные смартфоном пользователя. Такой инструмент особенно полезен, если
интегрирован в более широкую систему мониторинга здоровья, позволяющую оценивать показа-
тели здоровья человека в режиме реального времени с помощью неинвазивных методов. В этой
статье представлено новое решение, которое использует акустические сигналы, улавливаемые
микрофоном смартфона, для обнаружения и классификации эмоций пользователя. Используя
сверточные нейронные сети (CNNS), тип алгоритма глубокого обучения, известного своей эф-
фективностью при обработке аудио- и визуальных данных, предлагаемая система может опреде-
лять эмоциональное состояние пользователя. Модель CNN обучена распознавать признаки в ау-
диоданных, соответствующие различным эмоциональным проявлениям, фокусируясь на обнару-
жении негативных эмоций, таких как, гнев или печаль. Результаты исследования демонстрируют
эффективность системы: частота ошибок при определении негативных эмоций составляет
19,5% для ложноположительных результатов (ошибки I рода) и 20,1% для ложноотрицательных
результатов (ошибки II рода). Эти показатели указывают на ее потенциал для практического
применения в реальных условиях. Внедряя это решение в существующие системы биомедицинского
мониторинга, организации могут расширить свои возможности по мониторингу эмоционального
благополучия сотрудников, потенциально предотвращая негативные последствия, такие как не-
счастные случаи на производстве или кризисы психического здоровья. Интеграция распознавания
эмоций с помощью смартфонов в системы мониторинга состояния здоровья представляет собой
значительный прогресс в области неинвазивного биомедицинского мониторинга, использующего
повсеместное присутствие смартфонов и возможности машинного обучения.

Виртуальное прототипирование выполняют в процессе разработки новых изделий с целью
проверки проекта перед созданием физического прототипа, используя компьютерные модели.
В САПР печатных узлов с этой целью используют SPICE симуляторы схем. Печатные узлы совре-
менных электронных устройств построены на одной или нескольких интегральных схем (ИС) вы-
сокой степени интеграции. Функционал больших интегральных схем (БИС) дополняют вспомога-
тельные ИС и дискретные компоненты. В большинстве случаев требуемая эффективность обес-
печивается при использовании БИС с процессорными ядрами. Поэтому симуляторы схем должны
обеспечивать сопряженное моделирование аппаратных и программных средств. Приемлемыми по
затратам вычислительных ресурсов являются модели БИС системного уровня. Основные дости-
жения в области моделирования на системном уровне, включая сопряженное моделирование, свя-
заны с разработкой самих БИС. В схемах печатных узлов они являются готовыми комплектую-
щими изделиями. Эту специфику необходимо учитывать при реализации инструментов верифика-
ции схем печатных узлов. Модели БИС системного уровня должны встраиваться в модель всей
схемы, быть экономичными и обеспечивать требуемую точность на границе внешних выводов.
Модели цифровых БИС должны достоверно отображать задержки между изменениями уровней
на выводах и диагностировать нарушения синхронизации. Модели БИС должны разрабатывать
пользователи САПР печатных узлов, учитывая специфику проекта. Целью исследования является
поиск решений для построения моделей БИС, включающих процессорные ядра, для прототипиро-
вания схем, используя OrCAD PCB Designer with PSpice. В статье рассматривается задача по-
строения C/C++ модели для микроконтроллера семейства dsPIC, выполняющего обработку сиг-
нала в реальном времени. Приведены пример построения модели, используя инструменты PSpice
Model Editor, и результаты моделирования.

Участившиеся случаи совершаемых в киберпространстве преступлений, в особенности, в
социальных сетях и различного рода мессенджерах требуют создания адекватных и эффектив-
ных мер противодействия. Рост киберпреступлений настолько большой, что они уже могут на-
нести невосполнимый урон государству и обществу. Однако выявление подобного рода преступле-
ний и преступных деяний, наталкивается на большие трудности, так как преступники присутст-
вуют в социальных сетях виртуально и лингвистически, используют всячески их возможности и
особенности для сокрытия следов своих преступлений. И, тем не менее, такими инструментами
противодействия могли бы быть различного рода распознаватели и идентификаторы, способные
автоматически обрабатывать естественный язык, выделять в нем специфические смысловые
черты преступных деяний, распознавать и идентифицировать их. Поскольку по многим парамет-
рам и обстоятельствам применительно к данным ситуациям использования нейросетевого подхо-
да представляется нецелесообразным, в предлагаемой работе разрабатывается собственный
формальный метод проектирования распознавателя для идентификации в текстовых потоках
семантических объектов по их лингвистическим следам. Вводятся такие формальные понятия,
как формальная модель семантического объекта, функция поведения, сценарий, лингвистический
след, функция распознавания. Рассуждения строятся на теоретико-множественных положениях
вычислительной теории семантической интерпретации и используют вычислительное представление смысла текстовых фрагментов для их сравнения на семантическую близость. Предлагае-
мый подход носит общий и универсальный характер, он позволяет формальным образом синтези-
ровать распознаватель семантических объектов по их лингвистическим описаниям и поведению.
В работе все рассуждения и построения иллюстрируются конкретными примерами.

Крупные потребители электроэнергии в основном производят покупку электроэнергии на
оптовом рынке электроэнергии и мощности, например промышленные предприятия черной ме-
таллургии. Для производства продукции крупные промышленные предприятия ежедневно заказы-
вают почасовые объёмы потребления электроэнергии на двое суток вперёд, при необходимости за
сутки, предшествующие дню потребления, предприятия имеют право направлять скорректиро-
ванные значения. При этом за отклонения от плановых почасовых объёмов предприятия несут
дополнительные затраты, которые входят в тариф на электроэнергию. Одними из важнейших
факторов, которые влияют на прогнозирование почасового потребления электроэнергии, являют-
ся: многообразие видов основного и вспомогательного оборудования, мощностей потребителей
электроэнергии, осуществляющих технологические процессы предприятия; интенсивность за-
грузки производства и режимы работы в зависимости от производства сортамента; частое
использования часов максимальной электрической мощности в течение суток; энергоемкое произ-
водство продукции. Для построения прогнозных данных временных рядов строится модель про-
гнозирования почасового потребления электроэнергии промышленным предприятием и имеет
большое количество входных данных, которые имеют вероятностную составляющую. Рассмот-
рение различных методов прогнозирования временных рядов потребления электроэнергии про-
мышленных предприятий представляется актуальной научно-технической задачей. Это обуслов-
лено, требованиями минимизации, во-первых, скачков и сбоев в работе генерирующих мощностей
энергосистемы региона, в котором расположено предприятие (т.к. нагрузка, например, предпри-
ятий черной металлургии может достигает до 10% от общего потребления региона), а во-
вторых, дополнительных затрат, связанные с куплей/продажей объемов электроэнергии потреб-
ленной сверх заявки/невыбранной при неточном планировании почасовых объемов потребляемой
электроэнергии, которые входят в тариф на электроэнергию.

Любой временной ряд представляет собой сочетание полезной информации и шумов. По-
этому в анализе финансовых временных рядов одним из ключевых моментов является предвари-
тельная обработка данных с целью уменьшения шумовой компоненты. Одним из перспективных
способов очистки временного ряда является трешолдинг – разложение сигнала на вейвлет-спектр
до заданного уровня, обнуление тех вейвлет-коэффициентов разложения, значения которых
меньше определенного порогового значения, и последующая вейвлет-реконструкция сигнала по
аппроксимирующим и очищенным на каждом уровне детализирующим коэффициентам. Трешол-
динг проводится с применением современных программных средств, среди которых исследователи
чаще всего отдают предпочтение среде Matlab. В данной работе представлена демонстрация
возможностей системы компьютерной математики Wolfram Mathematica в предварительной
обработке финансовых данных. Wolfram Mathematica обладает мощным функционалом, позво-
ляющим проводить качественную обработку временных рядов. Система содержит большую кол-
лекцию семейств вейвлетов, множественные варианты дискретных и непрерывных вейвлет-
преобразований. В качестве объекта исследования была выбрана история ежедневных котировок
акций Сбербанка за последние 3 года. Анализ полученных результатов показал, что на качество
очистки сигнала влияет выбор базисного вейвлета – в нашем случае предпочтительным оказалось
использование вейвлета Добеши 6-го порядка. Максимальное отношение сигнал/шум достигается
при жесткой пороговой обработке с порогом «SURELevel». Проведенные исследования показали,
что вейвлет-трешолдинг над детализирующими коэффициентами вейвлет-разложения является
эффективным методом подавления выбросов и флуктуаций временного ряда. Очищенный сигнал
повторяет форму исходного сигнала, все пики хорошо выражены. При этом в краткосрочном
прогнозе получаются более точные прогнозные значения.

В современном мире, где экологические проблемы становятся всё более актуальными, поиск
альтернативных источников энергии становится приоритетной задачей. Одним из наиболее пер-
спективных направлений является солнечная энергетика. Солнечная энергия является возобнов-
ляемым источником энергии, что делает её привлекательной для использования в различных об-
ластях, включая производство электроэнергии, отопление и охлаждение зданий, а также транс-
порт. Развитие солнечной энергетики может способствовать решению ряда экологических про-
блем, таких как загрязнение окружающей среды и изменение климата. Однако, оборудование для
солнечных панелей подвержено различным типам дефектов и загрязнений. Неисправности могут
негативно влиять на производительность и эффективность солнечных панелей, поэтому их обна-
ружение является критически важным для повышения надёжности и долговечности фотоэлек-
трических систем генерации энергии. Эффективный поиск дефектов позволяет минимизировать
потери энергии, повысить надёжность системы и срок службы оборудования, а также снизить
затраты на обслуживание. Кроме того, повышение производительности электрического обору-
дования способствует устойчивому развитию альтернативной энергетики, что позволяет
уменьшить зависимость от традиционных источников энергии и снизить выбросы парниковых
газов. Статья представляет собой обзор существующих методов обнаружения различных де-
фектов солнечных панелей с помощью методов компьютерного зрения и глубокого обучения. Для
поиска неисправностей можно использовать изображения, полученные с помощью инфракрасной
термографии (ИК), электролюминесцентной (ЭЛ) визуализации, либо в видимом спектре. Данная
работа включает в себя анализ преимуществ и недостатков существующих методов поиска де-
фектов и загрязнений солнечных панелей, обсуждение факторов, влияющих на их эффективность,
и представляет выводы по возможным дальнейшим исследованиям в данной сфере.

В процессе серийного изготовления сегнетоэлектрических материалов в исходном сырье пе-
риодически наблюдаются примеси различного типа и концентрации. Целью исследования было
определение влияния примесных фаз присутствующих в исходном сырье на диэлектрические и
электрофизические свойства сегнетоэлектрической керамики. В работе методом спектрального
анализа исследованы базовые сырьевые компоненты входящие в систему цирконата - титаната
свинца на наличие примесных составляющих. В результаты была выявлена группа примесных фаз
(Sb, Na, Bi, K, Fe) различной концентрации. Модельным объектом исследования был выбран про-
мышленно выпускаемый сегнетоэлектрический материал со структурой перовскита и химической
формулой Pb0,95Sr0,05(Zr0,53Ti0,47)O3 + 1% Nb2O5. Задача исследования состояла в дозированном
введении примесных легирующих добавок в состав исходного сегнетоэлектрического материала с
целью возможного изменения конечных свойств. В ходе исследования установлена актуальность
дозированного введения примесей K и Na в концентрации 1–2 % в систему ЦТС с целью снижения
значений относительной диэлектрической проницаемости на 40–45 %. Методом растровой элек-
тронной микроскопии установлены зависимости формируемой керамической структуры от вве-
дённых примесных легирующих фаз. Установлены закономерности «тип примесной добавки –
микроструктура – свойства». В результате исследования подтверждена эффективность дозиро-
ванного введения примесных легирующих добавок K и Na в целях модификации свойств сегнето-
электрической керамики системы ЦТС. Такое примесное легирование приводит к повышению значений
удельной чувствительности по напряжению (g33) до 34–37 мВ·м/Н. Сегнетоэлектрические материалы
такого формата представляют высокий практический интерес для создания акустических пре-
образователей работающих в режиме приёма.

Целью исследования является расчет и проектирование устройства, измеряющего разности
фаз сигналов, с возможностью приема команд управления и передачи результатов через высоко-
скоростной Ethernet интерфейс. Любой современный измерительный прибор оптического или
сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона имеет в своей конструкции важный элемент, без кото-
рого невозможно ни одно измерение, а именно – векторный вольтметр, измеряющий сдвиг фаз и
отношение амплитуд сигналов. Реализацией таких приборов практически не занимаются и такие
разработки в основном являются интеллектуальной собственностью крупных компаний, поэтому
проектирование и создание такого устройства в широкодоступном исполнении крайне необходи-
мо и актуально. Рассмотрены современные форматы модуляции и реализация транспондеров по передаче оптических сигналов с использованием многоуровневых форматов квадратурной манипу-
ляции фазовым сдвигом с двойной поляризацией (DP QPSK) и 16-ти позиционной квадратурно-
амплитудной модуляции с двойной поляризацией (DP 16QAM). Так же рассмотрены основные ме-
тоды построения векторных вольтметров с использованием микроконтроллеров и field programmable
gate arrays (FPGA), произведено моделирование оптических каналов связи и создано устрой-
ство измерения сдвига фаз. В результате исследования получен векторный вольтметр на FPGA,
который, в свою очередь, может быть использован для создания установки по измерению сдвига
фаз смесителей с подключением по Ethernet интерфейсу для передачи данных. Также на языке
аппаратного программирования Verilog HDL для FPGA Altera Cyclone V составлен программный
код для электронно-вычислительной машины (ЭВМ) по измерению разности фаз двух гармониче-
ских сигналов. Реализована программа на языке СИ для процессора ARM Cortex A9 в среде Quartus
Prime Lite в составе сверхбольшой интегральной схемы (СБИС) Cyclone V, передающая результа-
ты измерений в реальном времени по интерфейсу 1GB на ЭВМ с возможностью приема команд
управления.

При построении комплексов спутниковой связи требуется обеспечение заданного уровня ко-
эффициента усиления бортовой антенны в строго определенной области покрытия и значитель-
но более низкого уровня вне этой области. Граница области покрытия при этом может иметь
сложную, но неизменную в течение всего периода эксплуатации форму. Для удовлетворения дан-
ных требований применяются, в том числе, зеркальные антенны с профилированным рефлекто-
ром, в которых закон профилирования поверхности описывается гладкими аналитическими функ-
циями. Однако при формировании контурной диаграммы направленности с более сложной формой
сечения главного лепестка требуемое фазовое распределение может иметь разрывы при переходе
через период 2π, которые не могут быть аппроксимированы гладкими функциями без искажений. В данном случае известные подходы к профилированию рефлекторов зеркальных антенн не позво-
ляют синтезировать диаграмму направленности с заданным качеством. Целью работы являлось
построение рефлектора зеркальной антенны с одиночным облучателем, обеспечивающей форми-
рование диаграммы направленности с заданными параметрами. Для достижения поставленной
цели решены следующие задачи: 1. Разработка алгоритма определения профиля рефлектора зер-
кальной антенны с учетом требуемой формы границы обслуживаемой территории и заданного
закона распределения коэффициента усиления; 2. Проведение численных исследований по построе-
нию профиля рефлектора. В ходе проведенных исследований разработан алгоритм определения
профиля рефлектора зеркальной антенны, который позволяет формировать на апертуре антен-
ны распределение поле, соответствующее диаграмме направленности с требуемыми параметра-
ми. Для этого выполнен расчет распределения поля на плоскости, и синтезирована поверхность
рефлектора на основании результатов расчета. Проведенные численные исследования подтверди-
ли возможность построения зеркальной антенны, обеспечивающей формирование диаграммы
направленности с заданными параметрами.

Из-за сосуществования нескольких типов сетей связи и растущей потребности в высоко-
скоростной передаче данных многочастотные и широкополосные системы связи приобрели попу-
лярность в качестве тем для изучения. Всенаправленные антенны могут обрабатывать больше
отдельных диапазонов частот и полезны для различных устройств беспроводной связи благодаря своей диаграмме направленности, которая облегчает эффективную передачу и прием с мобильно-
го устройства. Однако для систем мобильной связи, поддерживающих приложения 2G, 3G, 4G и
будущих 5G, использование антенны с высокой пропускной способностью может иметь решаю-
щее значение. Поскольку 5G предлагает своей обширной базе пользователей более высокую ско-
рость передачи данных, большую надежность и снижение энергопотребления, были опубликованы
многочисленные исследования широкополосных антенн 5G. Благодаря своим многочисленным пре-
имуществам, таким как более высокая пропускная способность канала, лучшая производитель-
ность передачи и приема сигнала, возможность размещать большие антенны в крошечных про-
странствах и многое другое, MIMO стала важнейшей технологией для 5G. Недавно для мобиль-
ных телефонов было предложено несколько различных типов антенн 5G MIMO. В этом исследо-
вании предлагается внутренняя система связи GSM/3G/LTE/5G с использованием широкополосной
MIMO-антенны 2 × 2. В антенне используются два антенных элемента, равномерно расположен-
ных вокруг центра, для формирования всенаправленной диаграммы направленности. Одновременно
достигаются превосходные свойства всенаправленного излучения и широкая полоса пропускания.
Полоса импеданса (0,7–5,3) ГГц может быть достигнута с обратными потерями до -23 по ре-
зультатам моделирования и усилением до 6,5 дБ. Для моделирования антенны используется ANSYS
HFSS (High Frequency Structure Simulator) 2020.

Рассмотрена конструкция низкопрофильной антенной решетки сильно связанных диполей
круговой поляризации. Основной деталью конструкции являются два скрещенных диполя в печат-
ном исполнении. Квадратурное возбуждение обеспечивается полосками в форме дуги окружно-
сти, соединяющими пары ортогонально расположенных плеч на верхнем и нижнем слое металли-
зации. Для обеспечения емкостной связи между элементами применяются металлические диски,
гальванически соединенные с основанием при помощи металлических стержней. Для расширения
полосы рабочих частот и улучшения характеристик излучения антенной решетки непосредствен-
но над диполями расположен согласующий слой пластика Eccostock HiK. Представлены результа-
ты численного исследования характеристик элементарной ячейки антенной решетки с периоди-
ческими граничными условиями на гранях в программном обеспечении ANSYS HFSS. Показана воз-
можность работы в широкой полосе частот по заданному уровню согласования и коэффициента
эллиптичности. Показана зависимость характеристик согласования и коэффициента эллиптич-
ности от размеров полоска, обеспечивающего квадратурное питание плеч диполей. Расчетным
путем установлено, что выбор радиуса полоска, обеспечивающего квадратурное возбуждение
плеч диполей, представляет собой компромисс между широкой полосой рабочих частот и лучшим
коэффициентом эллиптичности в центре диапазона. Показано, что использование расположенно-
го непосредственно над слоем диполей согласующего слоя в решетках сильно связанных диполей
круговой поляризации обеспечило согласование в широкой полосе частот при сохранении электрически малой высоты профиля. На основе предложенного элемента разработаны модели конечных
антенных решеток из 3×3, 4×4, 5×5 и 6×6 элементов. Показано влияние элементов, расположен-
ных на краях, на характеристики антенной решетки. Исследована возможность улучшения ха-
рактеристик за счёт подсоединения крайних элементов к согласованным нагрузкам.

Целью исследования является оценка проблемы влияния на результаты измерений абсолют-
ных фазовых сдвигов, возникающих в смесителе, нелинейности фазовых сдвигов гармоник при ум-
ножении частоты и погрешностей в различных методах измерений этих сдвигов в смесителе при
гетеродинном преобразовании частоты входного высокочастотного- (ВЧ) или сверхвысокочас-
тотного- (СВЧ) сигнала. Ввиду того, что сигнал на входе ВЧ- или СВЧ- смесителя и сигнал про-
межуточной частоты на его выходе лежат в разных диапазонах частот, невозможно традици-
онными способами измерить сдвиг фаз, вносимый нелинейным элементом смесителя в сигнал про-
межуточной частоты, в процессе гетеродинного преобразования частоты входного ВЧ- или
СВЧ- сигнала. Проблемой, рассмотренной в данном исследовании, является выявление погрешно-
сти измерений абсолютных фазовых сдвигов, возникающих в смесительном диоде при гетеродин-
ном преобразовании частоты из-за его нелинейности. Эта погрешность может оказать значи-
тельное влияние на точность измерений, и поэтому ее учет и компенсация являются важными
задачами в радиотехнике и связи. В данной статье демонстрируется важная разница фазовых
сдвигов гармоник, умноженных на фазовый сдвиг другого сигнала, используемых в методах изме-
рений абсолютных фазовых сдвигов смесителей. Нами также был предложен метод, лишенный
указанных погрешностей измерений, который позволяет учесть нелинейность смесительного
диода и обеспечить снижение погрешности измерения. Результаты данного исследования имеют
большое значение для повышения точности измерений в радиотехнике и связи. Предложенный
метод, лишенный указанных погрешностей, может существенно повысить точность измерений
абсолютных фазовых сдвигов смесителей при гетеродинном преобразовании частоты. Это инно-
вационное решение позволяет учесть нелинейность смесительного диода и обеспечить увеличение
точности измерения, что может быть весьма полезно при создании приборов, способных изме-
рять сдвиг фаз испытуемого смесителя СВЧ и векторных вольтметров на базе программируемых
логических интегральных схем (ПЛИС).