№ 6 (2021)
Весь выпуск
РАЗДЕЛ I. ЭЛЕКТРОНИКА И РАДИОТЕХНИКА
-
МИКРОВОЛНОВЫЕ МАКЕТЫ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
А. Г. Быков, И.В. Ошкин , В. Б. Профе , С. А. Степаненко, К.В. Троцюк , Е. В. ТяпковАннотация ▼Интерференционные логические элементы (ИЛЭ) являются неотъемлемой частью
вычислительных машин в современном мире. Одной из важнейших задач разработчиков
современной вычислительной техники, является уменьшение длительности выполнения
логических операций, обеспечивая тем самым быстродействие различных вычислительных
комплексов, применяемых, например, при моделировании крупных объектов с большим ко-
личеством деталей в различных отраслях промышленности, а также при обработке
большого объема информации. Возможный путь решения данной задачи состоит в исполь-
зовании ИЛЭ, основанных на элементной базе оптического диапазона длин волн. Цель, для
которой разрабатываются данные макеты микроволновых ИЛЭ, состоит в реализации
функций ИЛЭ на базе микрополосковой линии в сверхвысокочастотном диапазоне частот
(СВЧ). В работе представлены результаты моделирования, разработки конструкции, из-
готовления и испытаний макетов микроволновых интерференционных логических элемен-
тов, образующих полный функциональный базис. Модель микроволнового макета ИЛЭ,
реализующего функции «И», «исключающее ИЛИ» и «НЕ», состоит из 4 типов функцио-
нальных узлов СВЧ: циркуляторов, одноступенчатых кольцевых сумматоров мощности,
двухшлейфного направленного ответвителя и элементов отбора мощности, представ-
ляющие собой направленные ответвители с боковой связью, с заданным коэффициентом
ответвления. Для подтверждения принципа действия ИЛЭ и их реализуемости использо-
вано численное моделирование системы методом конечного интегрирования во временной
области. Макеты ИЛЭ реализуют функции «И», «исключающее ИЛИ» и «НЕ». Соблюда-
ется идентичность значений интенсивности, соответствующих логическим «0» и «1»,
вырабатываемых различными элементами. Длительность выполнения логических операций
определяется длительностью распространения импульса в волноводе. Применение в схеме
построения ИЛЭ реактивных элементов позволяет минимизировать потери СВЧ-энергии
при распространении электромагнитного импульса -
ТРАНСФОРМАТОРЫ ПОЛЯРИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН МИКРОВОЛНОВОГО ДИАПАЗОНА НА ОСНОВЕ ПЕЧАТНЫХ ДИФРАКЦИОННЫХ РЕШЕТОК
А. О. КасьяновАннотация ▼Статья посвящена анализу результатов численного исследования характеристик
рассеяния печатных поляризаторов на основе электродинамического моделирования мик-
рополосковых дифракционных решеток. Задачи моделирования решены методом инте-
грального уравнения. С помощью разработанной математической модели выполнено все-
стороннее численное исследование микроволновых трансформаторов поляризации поля
возбуждающей поляризаторы электромагнитных волн, выполненных в виде многоэлемент-
ных мультипланарных печатных отражательных антенных решеток. На основе проведен-
ных исследований найдены конструктивные решения для поляризаторов в интегральном
исполнении, реализующих функции трансформаторов поляризации волн микроволнового
диапазона. Рассмотрены вопросы конструктивного синтеза планарных поляризаторов для
создания устройств трансформации поляризации, интегрируемых в излучающие и распре-
делительные системы современных многоэлементных фазированных антенных решеток в
печатном исполнении. Получены численные результаты электродинамического моделиро-
вания трансформаторов поляризации волн микроволнового диапазона на основе печатных
дифракционных решеток, которые могут быть использованы для выбора наиболее рацио-
нальных вариантов топологий поляризаторов при разработке многофункциональных обте-
кателей в антеннах СВЧ. На основе полученных численных данных рассматриваются воз-
можности применения ряда вариантов плоских дифракционных решеток в качестве поля-
ризаторов проходного и отражательного типа в составе антенных обтекателей. Пред-
ложенные в работе трансформаторы поляризации электромагнитного поля в виде муль-
типланарных печатных решеток, входящих в состав антенных обтекателей, предназначе-
ны для обеспечения расширения функциональных возможностей перспективных радио-
электронных средств, содержащих сканирующие антенные решетки, устанавливаемые
под антенными обтекателями. Кроме того, применение предложенных в работе твист-
рефлекторов и пространственных поляризаторов в составе интеллектуальных радио-
электронных покрытий открывает дополнительные возможности по цифровому управле-
нию полями рассеяния различных объектов радиолокационного наблюдения, позволяя созда-
вать желаемые радиолокационные образы защищаемых объектов. -
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЧЕТЫРЁХПОЛЮСНОГО ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ФИЛЬТРА ПУАНКАРЕ-СТЕКЛОВА ДЛЯ ПОЛУНАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ
М. Н. Максимов , С. М. МаксимоваАннотация ▼В статье показана возможность использования фильтра Пуанкаре-Стеклова для
обеспечения устойчивости полунатурного моделирования нелинейных систем. Полунатур-
ное моделирование (HIL) предполагает разбиение исходной системы на части, причём одна
часть моделируется численно на компьютере, а вторая часть представлена реальным
физическим объектом. Части системы обмениваются данными друг с другом через про-
граммно-аппаратный интерфейс, который может быть реализован по-разному и должен
обеспечивать устойчивость, а также сходимость результатов полунатурного моделиро-
вания к результатам моделирования исходной системы. Варианты построения программ-
но-аппаратных интерфейсов ITM, TLM, TFA, PCD, DIM, GCS и фильтр Пуанкаре-
Стеклова описаны в соответствующих литературных источниках. В статье показано,
как исходная нелинейная система с помощью фильтра Пуанкаре-Стеклова была разбита
на части, что соответственно привело к разбиению на части системы уравнений, описы-
вающей поведение исходной системы. Далее были вычислены значения стабилизирующих
параметров фильтра Пуанкаре-Стеклова и в соответствии с полученными значениями
скорректированы системы уравнений разбитой на части системы. На следующем этапе в
статье приводятся результаты численного моделирования исходной и разбитой на части
системы в MATLAB. При моделировании по частям части системы обменивались данными
друг с другом на каждом шаге моделирования только один раз с задержкой h. Такой способ
численного моделирования разбитой на части системы максимально приближен к процес-
сам, происходящим при полунатурном моделировании систем. Сравнение полученных ре-
зультатов моделирования исходной и разбитой на части системы позволил сделать вывод,
что фильтр Пуанкаре-Стеклова при правильном выборе значений стабилизирующих пара-
метров позволяет обеспечить устойчивость и сходимость результатов полунатурного
моделирования как линейных, так и нелинейных систем. -
ПРИМЕНЕНИЕ ЧЕТЫРЁХПОЛЮСНИКА ПУАНКАРЕ-СТЕКЛОВА ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕРФЕЙСА ПРИ ПОЛУНАТУРНОМ МОДЕЛИРОВАНИИ СИСТЕМ
М.Н. Максимов , С.М. МаксимоваАннотация ▼В статье рассматривается возможность применения фильтра Пуанкаре–Стеклова
для построения интерфейса при полунатурном моделировании системы. Приводится Z и Y –
форма представления четырёхполюсника. Полунатурное моделирование (HIL) предполагает
разбиение исходной системы на части, причём одна часть моделируется численно на компь-
ютере, а вторая часть представлена реальным физическим объектом. Части системы об-
мениваются данными друг с другом через программно-аппаратный интерфейс, который
может быть реализован по-разному и должен обеспечивать устойчивость, а также сходи-
мость результатов полунатурного моделирования к результатам моделирования исходной
системы. Варианты построения программно-аппаратных интерфейсов ITM, TLM, TFA,
PCD, DIM, GCS и фильтр Пуанкаре-Стеклова описаны в соответствующих литературных
источниках. В статье показано, как исходная система с помощью фильтра Пуанкаре-
Стеклова была разбита на части, что соответственно привело к разбиению на части сис-
темы уравнений, описывающей поведение исходной системы. Далее были вычислены значения
стабилизирующих параметров фильтра Пуанкаре-Стеклова и в соответствии с полученны-
ми значениями скорректированы системы уравнений разбитой на части системы. На сле-
дующем этапе в статье приводятся результаты численного моделирования исходной и раз-
битой на части системы в MATLAB. При моделировании по частям части системы обмени-
вались данными друг с другом на каждом шаге моделирования только один раз с задержкой τ
равной шагу моделирования. Такой способ численного моделирования разбитой на части сис-
темы максимально приближен к процессам, происходящим при полунатурном моделировании
систем. Сравнение полученных результатов моделирования исходной и разбитой на части
системы позволил сделать вывод, что фильтр Пуанкаре-Стеклова при правильном выборе
значений стабилизирующих параметров позволяет обеспечить устойчивость и сходимость
результатов полунатурного моделирования систем. -
АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИНТЕЗАТОРАХ ЧАСТОТ С РАЗЛИЧНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ НЕЛИНЕЙНОГО ЗВЕНА В КОНТУРЕ ФАЗОВОЙ АВТОПОДСТРОЙКОЙ ЧАСТОТЫ
А. М. Пилипенко , А.А. КольцовАннотация ▼Рассмотрены синтезаторы частот на основе системы фазовой автоподстройки
частоты (ФАПЧ), в которых используются фазовые детекторы (ФД) с различными нели-
нейными передаточными характеристиками. Целью данной работы является оценка бы-
стродействия синтезаторов частот в зависимости от вида нелинейности ФД и матема-
тическое описание нелинейной характеристики ФД, обеспечивающей максимальное быст-
родействие синтезатора частот. В соответствии с поставленной целью в статье были
решены следующие задачи: разработана обобщенная модель синтезатора частот с
ФАПЧ; описаны математические модели статических характеристик нелинейного звена
системы ФАПЧ при использовании различных видов известных ФД и модифицированногоФД с апериодической характеристикой; выполнен анализ динамики системы ФАПЧ при
изменении статической характеристики нелинейного звена. Модифицированный ФД обес-
печивает релейное управление процессами установления заданной частоты в синтезаторе
при возникновении большого фазового рассогласования. Получены численные оценки быст-
родействия синтезатора частот в зависимости от начального отклонения частоты при
использовании известных ФД и модифицированного ФД. Показано, что применение моди-
фицированного ФД позволяет уменьшить время установления частоты примерно в 1,5
раза по сравнению с наилучшим по быстродействию известным ФД. Определены опти-
мальные значения управляющего сигнала, обеспечивающие максимальное быстродействие
синтезатора частот с модифицированном ФД при заданных отклонениях частоты в ре-
жиме больших возмущений. Результаты данной работы справедливы для синтезаторов
частот на основе ФАПЧ UHF, L, S и С-диапазонов (от 300 МГц до 8 ГГц), использующихся
в беспроводных системах связи четвертого поколения (4G) и пятого поколения (5G).
РАЗДЕЛ II. МЕТОДЫ, МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
-
РЕАЛИЗАЦИЯ СВЕРТОЧНЫХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ НА ВСТРАИВАЕМЫХ УСТРОЙСТВАХ С ОГРАНИЧЕННЫМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМ РЕСУРСОМ
В. В. Ковалев , Н.Е. СергеевАннотация ▼Большие объемы видеоданных, фиксируемые сенсорными датчиками в различных спек-
тральных диапазонах, существенные размеры архитектур сверточных нейронных сетей
создают проблемы с реализацией нейросетевых алгоритмов на периферийных устройствах
из-за значительных ограничений вычислительных ресурсов на встраиваемых вычислительных
устройствах. В статье рассмотрено применение алгоритмов автоматического поиска и
распознавания образов на основе методов машинного обучения, реализованных на встраивае-
мых устройствах с вычислительным ресурсом Graphics Processing Unit. В качестве алгорит-
ма поиска и распознавания образов используются детекционные сверточные нейронные сети
«You Only Look Once V3» и «You Only Look Once V3-Tiny», которые реализованы на встраи-
ваемых вычислительных устройствах линейки NVIDIA Jetson, находящиеся в разном ценовом
диапазоне и с различным вычислительным ресурсом. Также в работе экспериментальным
путем вычислены оценки алгоритмов на встраиваемых устройствах по таким показателям,
как потребляемая мощность, время прямого прохода сверточнной нейронной сети и точ-
ность обнаружения. На основе решений реализованных, как на аппаратном уровне, так и на
программном, представляющихся компанией NVIDIA становится возможным применение
глубоких нейросетевых алгоритмов на основе операции свертка в режиме реального времени.
Рассмотрены методы оптимизации вычислений, предлагаемые компанией NVIDIA. Произве-
дены экспериментальное исследования влияния вычислений с пониженной точностью на ско-
рость работы и точность обнаружения объектов на изображениях, исследуемых архитек-
тур сверточных нейронных сетей, которые были предварительно обучены на выборке изо-
бражений состоящей из датасетов PASCAL VOC 2007 и PASCAL VOC 2012 -
АЛГОРИТМЫ АГЛОМЕРАТИВНОЙ КЛАСТЕРИЗАЦИИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ЗАДАЧАМ АНАЛИЗА ЛИНГВИСТИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТНОЙ ИНФОРМАЦИИ
Ф. С. Булыга , В.М. КурейчикАннотация ▼Рассмотрены и представлены основные проблемы и принципы функционирования
процесса кластеризации данных, в частности принципы и задачи кластеризации тексто-
вых массивов лингвистической экспертной информации. В ходе выполнения данной работы
были обозначены основные трудности возникающие при проектировании подобного рода
систем, например: необходимость предварительной обработки данных, сокращение раз-
мерности исходной выборки и т.п. Для эффективного выполнения представленных задач
реализованное решение должно обладать комплексным подходом учитывающим показате-
ли эффективности методов направленных на решение отдельных подзадач, а также спо-
собностью обеспечить высокие показатели эффективности реализации каждого этапа
процесса кластеризации. В представленной работе рассматриваются различные группы
алгоритмов иерархической кластеризации, в частности была рассмотрена подгруппа ал-
горитмов агломеративной кластеризации применительно к задачам кластеризации лин-
гвистической экспертной информации. В описываемой работе приведена формальная по-
становка задачи кластеризации текстов, а также определена основная группа реализо-
ванных решений основанных на принципах агломеративной кластеризации: ROCK, CURE,
CHAMELEON. Проведен детальный обзор каждого из представленных алгоритмов, а
также сформулированы основные достоинства и недостатки каждого из них. Преимуще-
ством данной работы можно считать совокупность представленных данных об алгорит-
мах, а также результаты сравнительного анализа, позволяющие в дальнейшем оценить
целесообразность и потенциальную вероятность применения указанных решения из пред-
ставленной группы алгоритмов агломеративной кластеризации. Новизна данной работы
заключается в формировании обзорного анализа существующих подходов в области иерар-
хической кластеризации для решения задач кластерного анализа лингвистической эксперт-
ной информации, а также формирование результатов проведенного сравнительного ана-
лиза рассмотренных алгоритмов -
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО АНАЛИЗА ДАННЫХ НА ОСНОВЕ БИОИНСПИРИРОВАННОГО АЛГОРИТМА
Э.В. Кулиев , Д. Ю. Запорожец, Ю.А. Кравченко , М.М. СеменоваАннотация ▼Рассматривается биоинспирированный алгоритм для решения задач интеллектуаль-
ного анализа. Интеграция биоинспирированных алгоритмов для решения задач интеллек-
туального анализа данных является перспективным направлением исследований. В качест-
ве биоинспирированного алгоритма, рассмотрен алгоритм, основанный на адаптивном
поведении муравьиной колонии. Алгоритм муравьиной колонии позволяет производить ка-
чественный поиск перспективных решений для получения оптимальных и квазиоптималь-
ных решений. Алгоритм обладает способностью выполнять поиск подходящей логических
условий. Алгоритм муравьиной колонии основан на примере поведения живых муравьев в
природе. Муравьи способны находить кратчайшее решение адаптируясь к изменениям
окружающей среды. Авторами предложен модифицированный алгоритм муравьиной коло-
нии для решения задачи интеллектуального анализа данных. В качестве задачи интеллек-
туального анализа данных выбрана задача кластеризации. Кластеризация – объединение в
группы схожих объектов – является одной из фундаментальных задач в области анализа
данных и Data Mining. Список прикладных областей, где она применяется, широк: сегмен-
тация изображений, маркетинг, борьба с мошенничеством, прогнозирование, анализ тек-
стов и многие другие. Решение данной задачи приобретает особую актуальность в услови-
ях постоянно растущего объема генерируемых, передаваемых и обрабатываемых данных.
Классические методы кластеризации оптимизированы путем объединения с предложен-
ным алгоритмом биоинспирированной оптимизации – муравьиным алгоритмом. Предло-
женный метод представляет собой модель, в которой муравьи представлены в виде аген-
тов, которые случайным образом перемещаются в пространстве решений с некоторыми
ограничений (например, препятствия на их пути). Для определения эффективности разра-
ботанного модифицированного муравьиного алгоритма (АСО) с алгоритмом кластериза-
ции, авторами была проведена серия вычислительных экспериментов. Для сравнения были
взять генетический алгоритм, алгоритм обезьян и алгоритм волков. Результаты модели-
рования доказывают, что муравьиный алгоритм на основе кластеризации дает лучшие
результаты, чем другие предлагаемые алгоритмы. -
УПРАВЛЕНИЕ МОБИЛЬНЫМ РОБОТОМ С ПРИМЕНЕНИЕМ НЕЙРОННОЙ СЕТИ ДЛЯ ПЛАНИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ В НЕКАРТОГРАФИРОВАННОЙ СРЕДЕ С ПРЕПЯТСТВИЯМИ
А. К. ФархудАннотация ▼В данной работе применяется нейронная сеть глубокого обучения специальной
структуры, которая позволяет мобильному роботу перемещаться без столкновения с
препятствиями в неизвестной среде. Основными проблемами, на решение которых направ-
лены усилия исследователей в области нейросетевых планировщиков движения, являются
повышение производительности нейронных сетей, оптимизация их структуры и автома-
тизация процессов обучения. Основным результатом данной статьи является новый ите-
рационный алгоритм разработки обучающего набора. На первой итерации разрабатыва-
ется стартовый обучающий набор и производится начальное обучение нейронной сети.
В следующих итерациях обученная на предыдущем этапе нейронная сеть используется в
качестве фильтра для следующих обучающих наборов. Фильтр выбирает траектории с
коллизиями, обусловленными ошибками нейронной сети. В процессе обучения количество
сверточных и полностью связанных слоев итеративно увеличивается. Таким образом,
предложенный алгоритм позволяет разработать как обучающий набор, так и архитекту-
ру нейронной сети. Выполняется сравнение результатов обучения для отфильтрованных и
нефильтрованных наборов. Подтверждена высокая эффективность фильтрации, в ре-
зультате которой изменяется распределение примеров в обучающей выборке. Алгоритм
может быть использован для разработки блока планирования системы управления мобильными наземными роботами. В статье приводится пример обучения нейронной сети в
среде моделирования Matlab. В примере проведено пять итераций обучения, в ходе которых
достигнута точность более 90 %. Данная точность получена с использованием набранной
статистики по движению мобильного робота в случайно генерируемой среде. Плотность
заполнения среды препятствиями составляла до 40 %, что соответствует городским
условиям. Проведено сравнение нейросетевых планировщиков, обученных с помощью пред-
ложенной итерационной процедуры и при обычном обучении. Сравнение показало, что
применение итерационной процедуры повышает точность планирования до 12 – 15 %. При
этом исходный объем обучающей выборки уменьшается в несколько раз за счет применяе-
мой фильтрации. -
ЭВРИСТИЧЕСКИЙ ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ ДИОФАНТОВЫХ УРАВНЕНИЙ
Е.Е. Полупанова , П.Е. УсовАннотация ▼Рассматривается задача решения диофантовых уравнений, которая может приме-
няться в криптографии и криптоанализе. Кратко излагается описание генетического ал-
горитма решения диофантовых уравнений. Определяется правило вычисления значения
целевой функции для хромосомы, описывается система кодирования в генетическом алго-
ритме. Упоминаются генетические операторы, используемые в алгоритме, определяются
условия их выполнения. Описывается критерий останова генетического алгоритма. Анали-
зируется один из недостатков генетического алгоритма – попытки решения любого дио-
фантова уравнения, в том числе и такого, которое заведомо не имеет решений. Предлага-
ется способ, позволяющий устранить этот недостаток в некоторых случаях, и, основан-
ный на теории чисел. Даётся пояснение, в каких случаях этот способ будет работать.
Перед описанием этого способа даётся определение вычета и невычета заданной степени
по заданному модулю. После описания этого способа подробно описывается программная
реализация алгоритма решения диофантовых уравнений и их систем. Затем приводятся
результаты экспериментальных исследований времени и качества работы генетического
алгоритма. Затем представляется результат работы алгоритма для уравнения, которое
заведомо не имеет решений, и для системы уравнений, которая также заведомо не имеет
решений, но в которой общее число неизвестных слишком велико для работы предлагаемо-
го метода. Сравнивается время работы алгоритма при решении уравнения и при решении
системы уравнений. Делается вывод о полезности применения предложенного способа при
решении диофантовых уравнений и систем диофантовых уравнений. -
МОДЕЛЬ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО ПОТОКА НА ОСНОВЕ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ ДЛЯ ПРЕДСКАЗАНИЯ ТРАФИКА НА ДОРОГАХ
Х. С. Аламир , Е.В. Заргарян , Ю.А. ЗаргарянАннотация ▼В связи с индустриализацией современного общества, ростом транспортных систем
нашей страны, увеличения определенных необходимых для развития потребностей граж-
дан нашей страны количество транспортных средств разных видов и типов с каждым
годом продолжает увеличиваться с большой скоростью, вызывая огромные пробки на
транспортных дорогах, особенно в больших городах и мегаполисах. Таким образом, прогно-
зирование транспортных потоков является важным и необходимым компонентом опти-
мального управления трафиком в современных условиях развития транспортной сети.
В качестве решения этой проблемы данная статья нацелена на анализ и описание приме-
нения методов искусственного интеллекта, в частности нейронных сетей, что представ-
ляет современный подход к моделированию в сложных и нелинейных ситуациях, возникаю-
щих при прогнозировании модели транспортного потока. Показанный метод точности
основан на разработке нейронной сети для прогнозирования дневного потока трафика.
Затем ожидаемый транспортный поток сравнивается с реальным набором данных, запи-
санным на участке дороги и предоставленным менеджером инфраструктуры. Фактиче-
ски, нейронные сети способны извлекать уроки из прошлых возникших ситуаций и предска-
зывать будущие ситуации на транспортной сети. В этом исследовании были изучены раз-
личные структуры нейронной сети, и результаты моделирования показали, что лучшие
прогнозы были получены с использованием многослойной архитектуры персептрон, кото-
рая имеет хорошую систему обобщения со средней общей квадратичной ошибкой 0,00927
при текущем наборе транспортных средств. Первая часть статьи посвящена определе-
нию различных концепций, относящихся к текущей области исследований, включая обзор
литературы по прогнозированию трафика и нейронным сетям. Вторая часть посвящена
описанию проблемы перегрузки трафика с помощью задач прогнозирования и представле-
нию предлагаемого метода решения с акцентом на искусственные нейронные сети, как
средство прогнозирования спроса и его различных структур. Затем численные экспери-
менты проиллюстрированы анализом результатов прогноза после формирования и тести-
рования различных архитектур нейронных сетей. -
МЕТАЭВРИСТИКА НА ОСНОВЕ ПОВЕДЕНИЯ КОЛОНИИ БЕЛЫХ КРОТОВ
Е.В. Данильченко , В. И. Данильченко , В.М. КурейчикАннотация ▼Алгоритмы оптимизации, вдохновленные миром природы, превратились в мощные ин-
струменты для решения сложных задач. Однако у них все же есть некоторые недостатки,
требующие исследования новых и более совершенных алгоритмов оптимизации. В связи с
этим, при решении NP полных задач появляется необходимость в разработке новых методик
решения данного класса задач. Одним из таких методик может стать метаэвристика на
основе поведения колонии белых кротов. В этой статье предлагается новый метаэвристиче-
ский алгоритм, называемый алгоритмом слепых белых кротов. Этот алгоритм был разра-
ботан на основе социального поведения слепых кротов в поисках пищи и защиты колонии от вторжений. Предлагаемое решение сможет преодолеть многие недостатки обычных алго-
ритмов оптимизации, включая попадание в ловушку локальных минимумов или низкую ско-
рость сходимости. Цель данной работы заключается в разработке алгоритма оптимизации
сложной целевой функции. Научная новизна заключается в разработке генетического алго-
ритма на основе поведения колонии белых кротов для решения NP полных задач. Постановка
задачи в данной работе заключается в следующем: оптимизировать поиск решения сложных
функций путем применения, алгоритма на основе поведения колонии белых кротов. Практи-
ческая ценность работы заключается в создании новой архитектуры поиска, позволяющей
использовать разработанный алгоритм для эффективного решения NP полных задач, а
также проводить сравнительный анализ с существующими аналогами. Принципиальное от-
личие от известных подходов в применении новой структуры бионспирированного поиска на
основе поведения колонии белых кротов, которое позволит исключить попадание в локальный
минимум или низкую скорость сходимости. Приведенные результаты вычислительного экс-
перимента, показали преимущества предложенного в работе многомерного подхода к реше-
нию задач размещения элементов СБИС по сравнению с существующими аналогами. Таким
образом, проблема создания методов, алгоритмов и программного обеспечения для решения
NP полных задач в настоящее время является актуальной задачей.
РАЗДЕЛ III. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ
-
РАЗРАБОТКА ЧЕТЫРЕХСТУПЕНЧАТОЙ ЛИНЗЫ ЛЮНЕБЕРГА ДЛЯ АНТЕННЫХ РЕШЕТОК РАДИОПЕЛЕНГАТОРОВ
Д. Е. Губарев , Ю.В. ЮхановАннотация ▼В рамках НИР «Линза» проводимой на предприятии АО «ТНИИС» разработана
конструкция четырехступенчатой линзы Люнеберга на основе однородного ступенчато-
го диэлектрика, изготовлен макет с внешним диаметром 210 мм (материал диэлектрика
полистирол ПТ-3 ε=2,6), удовлетворяющий симфазности и равномерному амплитудному
распределению лучей на выходе апертуры линзы. Ширина ДН составила от 10 -14 град.
Уровень боковых лепестков на частотах fв,fср,fн не превышает -13 дБ по уровню, масса
0.3 кг. По этим параметрам на заданных частотах линза отличается от разработа н-
ных ранее аналогов. Цель работы разработать конструкцию и изготовить макет четы-
рехступенчатой линзы Люнеберга на основе однородного ступенчатого диэлектрика,
который будет по своим характеристикам не уступать зарубежным аналогам, что
позволит обеспечить возможность импортозамещения. А также одной из целей работ ы
— это упростить согласование такой линзы с фидерным трактом и приемопередающей
аппаратурой, производство которой было бы экономически целесообразной по сравн е-
нию с аналогами. Также необходимо провести экспериментальное исследование ди а-
граммообразующего устройства на основе данной линзы с целью получения диаграмм
направленности центрального луча и в всех 7-ми выходных лучей линзы Люнеберга на
заданных трех частотах. -
ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СПЕКТРОВ ПРОПУСКАНИЯ И ПАРАМЕТРОВ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ИНТРАОКУЛЯРНЫХ ЛИНЗ
З. А. Коков , О. А. Молоканов , Л. О. Карданова , М.Р. КушховАннотация ▼Производители интраокулярных линз постоянно совершенствуют параметры искус-
ственных хрусталиков, функционально приближая их к природному аналогу. В работе про-
ведено экспериментальное исследование ряда важных физико-технических параметров
интраокулярных линз ведущих мировых производителей, влияющих на качество зрения про-
оперированных пациентов. Были исследованы спектры пропускания оптического излучения
интраокулярных линз в диапазоне 200–800 нм. В коротковолновой части результаты изме-
рений показали высокую эффективность защитных свойств интраокулярных линз от
ультрафиолетового излучения. Показано, что излучение с длиной волны до 350 нм полно-
стью поглощается материалом линзы, а пропускание волн с длиной 400 нм составляет
20 %. Далее до длины волны 550 нм наблюдается рост коэффициента пропускания иссле-
дуемой интраокулярной линзы до 100 %, после чего плавно снижается к концу видимого
диапазона до 85 %. В работе также исследовано влияние качества обработки поверхно-
сти интраокулярных линз на вероятность развития вторичной катаракты в отдаленном
периоде. Согласно послеоперационной статистике, вероятность возникновения вторичной
катаракты достигает 20–35 %. Появление областей оптической непрозрачности обуслов-
лено различными факторами, одним из которых – качество обработки поверхности ин-
траокулярных линз. Гладкость поверхностного профиля линзы зависит от модели, техно-
логии изготовления и материала искусственного хрусталика. Исследование качества обра-
ботки поверхности мягких и жестких интраокулярных линз было проведено методом
атомно-силовой силовой микроскопии. Анализ результатов сканирования поверхности ин-
траокулярных линз и проведенный статистический анализ 630 клинических случаев возник-
новения вторичной катаракты в отдаленном послеоперационном периоде (6 месяцев и больше) показали их взаимосвязь. В случае увеличения высоты неровностей (выступов) на
поверхности линз до 70 нм и более, вероятность возникновения вторичной катаракты в
послеоперационный периоде возрастает с 6 до 15 %. -
ВИБРОМОНИТОРИНГ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
А.В. Логунов , А.Л. БересневАннотация ▼Работа посвящена проблеме диагностирования автомобильных двигателей внутрен-
него сгорания. Проблема контроля состояния двигателей внутреннего сгорания сейчас
наиболее актуально из-за увеличения числа автомобилей и ужесточения экологических
требований. В работе рассмотрены последствия работы неисправного двигателя внут-
реннего сгорания. Целью работы является обоснование выбора из существующих методов
диагностики такого метода который способен помочь наиболее точно и быстро обнару-
жить неисправность. Для этого в работе подробно рассмотрены современные средства
диагностики, выделены принципы работы, достоинства и недостатки. С появлением со-
временных технологий давно известный метод оценки состояния двигателей внутреннего
сгорания по звуку может стать самым передовым, поскольку исключается человеческий
фактор, для обработки сигнала применяется вычислительная техника анализ звукового
спектра в которой осуществляется с помощью искусственных нейронных сетей. Примене-
ние искусственных нейронных сетей для анализа звукового спектра нашло применение в
распознавание речи и для диагностики заболеваний дыхательной системы. В статье рас-
смотрены механизмы, которые способны генерировать звуковые сигналы во время работы
двигателя внутреннего сгорания, некоторые из них фазированы т.е. привязаны к рабочим
тактам, некоторые не фазированы. Предложенный способ диагностики позволяет выде-
лить «полезные» звуки из общего числа шумов двигателя, после сравнительного анализа
указать на узел звук которого отличается от эталонного, исправного. Научная новизна
состоит в том, что процесс диагностики становится автоматизированным, все звуки,
снятые датчиками, обрабатывается в ЭВМ или специальном сканере, на дисплей выводит-
ся информация о состоянии тех или иных узлов, в отличие от традиционных методов где
диагностика осуществляется визуально или на слух. Таким образом повышается точность
диагностики и снижается общая трудоемкость за счет исключения частичной или полной
разборки двигателя. -
МЕТОДИКА АНАЛИЗА ОТКАЗОБЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ И АГРЕГАТОВ МУЛЬТИАГЕНТТНОЙ ГРУППЫ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
А. С. Болдырев , А.Л. Веревкин , Л.С. ВеревкинаАннотация ▼Областями применения CALS-технологий принято считать: совершенствование
деятельности в области разнородных процессов, происходящих на всех этапах жизненного
цикла (ЖЦ) продукции; управление цепочками поставок в течение всего ЖЦ продукции (от
создания концепции изделия до его утилизации); электронная интеграция организаций(предприятий), участвующих в этих процессах на различных этапах ЖЦ; управление под-
держкой ЖЦ продукции Одними из актуальных направлений развития в авиационной от-
расли являются: мултиагентные технологии повышения эффективности летательных
аппаратов (ЛА разного типа в группе и единой миссии) и CALS-технологии. В статье пред-
ложена методика анализа отказобезопасности систем и агрегатов мультиагенттной
группы ЛА в целом, по типам ЛА, их системам, агрегатам. Методика дана на примере
статистических данных АП и ПАП 16 систем: пилотажно-навигационной, выхлопа, зажи-
гания, топливной, управления, электроснабжения, кондиционирования; гидравлической,
радиоаппаратуры связи, приборов контроля, и агрегатов: двигатель, воздушные винты,
крылья, окна, фонарь, десяти самолетов Ан-2, Л-410, Як-40, Ан-24, Ту-134, Як-42, Ту-154,
Ил-62, Ил-62М, Ил-86. В предложенной методике анализа статистических данных АП и
ПАП используются преобразования с матрицами, которые позволяют не ограничиваться
числом систем, агрегатов, и самих ЛА. Рассчитано время работы до функционального
отказа систем и агрегатов по типам ЛА Определена средняя вероятность функционально-
го отказа каждой из систем и агрегатов в мультиагентной группе, и время до функцио-
нального отказа в целом мультиагентной группы из 10 ЛА, которое составило 132,5 часа и
определено, что ПАП и АП с большей вероятностью произойдут с шасси и двигателем ЛА.
Приведенная методика позволяет: соотносить количественные требования по надежно-
сти к системам и агрегатам с учетом случайных факторов и факторов неопределенно-
сти; давать оценку выполнимости установленных требований к надежности; проводить
сравнительный анализ и обоснование выбора рационального варианта состава группы ЛА. -
ТЕРМОФЛУКТУАЦИОННАЯ ТЕОРИЯ РАЗРУШЕНИЯ И ОЦЕНКА ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ СПЭ КАБЕЛЕЙ
Н. К. Полуянович , М. Н. Дубяго , Д.В. БурьковАннотация ▼Статья посвящена исследованиям вопросов по созданию метода оценки долговечно-
сти основной изоляции силовых кабельных линий на основе термофлуктуационной теории
разрушения твердых тел. Рассмотрены особенности развития пробоя в однородных и не-
однородных диэлектриках. Рассматриваются проблемные вопросы изоляционных мате-
риалов силовых кабельных систем (СКС) на основе разработки и развития методов нераз-
рушающего контроля. Установлены основные компоненты, разрушающие изоляцию СКС.
Описана термофлуктуационная теория разрушения и оценка долговечности электрической
изоляции силовых кабелей. Предлагается аналитический метод оценки процессов окисления
целлюлозы с определением наиболее вероятного. Предложенный подход выявления основных процессов разрушения изоляции позволяет более детально представить предпосылки к
развитию частичных разрядов (ЧР) в изоляции и определить мероприятия по минимизации
процессов, приводящих к деструкции изоляции СКС. Изложены результаты экспериментов
по исследованию сроков службы изоляционного материала состаренных образцов силового
кабеля в термошкафу, по определению критериев старения. Экспериментальные данные
интерпретированы с позиций термофлуктуационной теории. Выявлена и исследована зави-
симость увеличения разности температур ΔT от степени износа электроизоляционных
свойств материала, что позволяет прогнозировать его ресурс. Рассмотрена термофлуктуа-
ционная теория разрушения изоляционных материалов вызванного термофлуктуационным
разрывом химических связей и оценки долговечности электрической изоляции кабелей из сши-
того полиэтилена. Показано что, для расчета средней энергии мономерного звена различных
полимерных материалах необходимо знать: химическую формулу мономерного звена и значе-
ния энергий связи. В работе проведено определение времени до пробоя основной изоляции СКЛ
при действии температуры. Модель может быть использована в устройствах и системах
непрерывного диагностирования силовых кабелей по температурным режимам.