НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

  • Publisher федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики"
  • Country Россия
  • Web https://elibrary.ru/title_about.asp?id=9344

Content

АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕГУЛЯТОРОВ НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ

СТЖЕЛЕЦКИ Р.

Рассмотрены алгоритмы управления электромеханическими системами с использованием теории нечеткой логики, приводятся основные положения их синтеза, рассматриваются методы анализа их устойчивости на основе нечетких функций Ляпунова. Эти алгоритмы чаще всего реализуются в виде различных регуляторов, применение которых целесообразно в системах, математическая модель которых не известна, не детерминирована или является строго нелинейной, как вследствие нелинейных возмущающих воздействий внутри структуры, так и вследствие воздействия внешних сил. Описаны основные методы формирования логического решения, используемые при проектировании различных типов регуляторов с нечеткой логикой, предложенные Заде, Мамдани, Такаги, Сугено и Менделем, приводится типовая структурная схема таких регуляторов в общем виде. Особенности применения данных регуляторов при управлении различными техническими объектами позволяют провести их классификацию по различным признакам: топологиям структур, методам формирования лингвистических правил, методам дефаззификации, типам функций принадлежности...Рассмотрены алгоритмы управления электромеханическими системами с использованием теории нечеткой логики, приводятся основные положения их синтеза, рассматриваются методы анализа их устойчивости на основе нечетких функций Ляпунова. Эти алгоритмы чаще всего реализуются в виде различных регуляторов, применение которых целесообразно в системах, математическая модель которых не известна, не детерминирована или является строго нелинейной, как вследствие нелинейных возмущающих воздействий внутри структуры, так и вследствие воздействия внешних сил. Описаны основные методы формирования логического решения, используемые при проектировании различных типов регуляторов с нечеткой логикой, предложенные Заде, Мамдани, Такаги, Сугено и Менделем, приводится типовая структурная схема таких регуляторов в общем виде. Особенности применения данных регуляторов при управлении различными техническими объектами позволяют провести их классификацию по различным признакам: топологиям структур, методам формирования лингвистических правил, методам дефаззификации, типам функций принадлежности. Представлены методы настройки таких регуляторов с применением генетических алгоритмов и нейронных сетей, описаны наиболее используемые критерии оптимальности. Показано, что экспертный подход на основе нечеткой логики применим как при управлении различными координатами информационных подсистем робототехнических комплексов, так и при управлении силовыми ключами их энергетических подсистем. При обзоре публикаций упор делался на источники, содержащие сравнение с традиционными подходами к управлению, а также на источники, в которых теоретические исследования подтверждаются экспериментами с использованием различных электромеханических объектов. Статья может быть полезна специалистам и исследователям в области управления различными техническими объектами.The paper reviews control algorithms of electromechanical systems using the theory of fuzzy logic, describes basic principles of synthesis of these systems, discusses methods for analyzing their stability based on fuzzy Lyapunov functions. These algorithms are most often implemented in the form of various controllers, which application is justified in the systems with unknown mathematical model, or not determined, or strictly nonlinear, with nonlinear disturbances in their structure or in the external forces. We describe the basic methods of inference used in the design of various types of fuzzy logic controllers proposed by Zadeh, Mamdani, Takagi, Sugeno, and Mendel. A typical structural scheme of such controllers is given. The considered applications of these controllers in the control of various technical plants give the possibility to classify them according to various criteria: topologies of structures, inference mechanism, methods of defuzzification, types of membership functions. We review methods for adjustment of such controllers by genetic algorithms and neural networks with a description of the most commonly used criteria for optimality estimation. It is shown that the use of an expert approach based on fuzzy logic is applicable both in control of various coordinates of information subsystems of robotic complexes, and in control of the power switches of their energy subsystems. In the review of publications, the main attention was given to sources containing comparison with traditional approaches to control, as well as sources in which theoretical studies are supported by experiments involving various electromechanical plants. The paper may be useful to specialists and researchers in the field of control of various technical devices.

ВЛИЯНИЕ ДЛИНЫ ВНЕШНЕГО РЕЗОНАТОРА С ВОЛОКОННОЙ РЕШЕТКОЙ БРЭГГА НА СПЕКТР ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА С ВЕРТИКАЛЬНО ИЗЛУЧАЮЩИМ РЕЗОНАТОРОМ

ШУЛЕПОВ В.А., АКСАРИН С.М., СТРИГАЛЕВ В.Е.

Предмет исследования. Исследовано влияние длины внешнего резонатора с волоконной брэгговской решеткой на спектр лазера с вертикально излучающим резонатором и центральной длиной волны излучения 1554 нм. Коэффициент отражения волоконной решетки Брэгга - 95 %, ширина спектра на полувысоте - 0,095 нм. Метод. С помощью интеррогатора снимались данные центральной длины волны излучения по времени, что позволило провести исследование путем оценки среднеквадратичного отклонения и дрейфа центральной длины волны излучения лазер с вертикальным резонатором как для случая с внешним резонатором на волоконной брэгговской решетке, так и без него. Длина внешнего резонатора в исследовании изменялась (с 1040 до 30 мм) путем уменьшения отрезка волокна от торца до решетки. Основные результаты. В результате исследования получена зависимость спектральных характеристик лазера от длины внешнего резонатора, также показана возможность уменьшения вариации центральной длины волны излучения более чем на порядок...Предмет исследования. Исследовано влияние длины внешнего резонатора с волоконной брэгговской решеткой на спектр лазера с вертикально излучающим резонатором и центральной длиной волны излучения 1554 нм. Коэффициент отражения волоконной решетки Брэгга - 95 %, ширина спектра на полувысоте - 0,095 нм. Метод. С помощью интеррогатора снимались данные центральной длины волны излучения по времени, что позволило провести исследование путем оценки среднеквадратичного отклонения и дрейфа центральной длины волны излучения лазер с вертикальным резонатором как для случая с внешним резонатором на волоконной брэгговской решетке, так и без него. Длина внешнего резонатора в исследовании изменялась (с 1040 до 30 мм) путем уменьшения отрезка волокна от торца до решетки. Основные результаты. В результате исследования получена зависимость спектральных характеристик лазера от длины внешнего резонатора, также показана возможность уменьшения вариации центральной длины волны излучения более чем на порядок. Так, среднеквадратичное отклонение по уровню 3σ составило 0,17 пм с использованием внешнего резонатора длиной 1040 мм, в отличие от 8 пм без внешнего резонатора. Также показана возможность снижения амплитуды дрейфа центральной волны излучения в четыре раза, от 2 до 0,5 пм, при использовании внешнего резонатора. Практическая значимость. Проведенное исследование может оказаться полезным при создании волоконно-оптических распределенных датчиков физических величин доступной стоимости, в конструкции которых необходимо использовать высококогерентный источник излучения.Subject of research. The paper presents the study of effect that external cavity length with the fiber Bragg grating has on the spectrum of Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) with a central emission wavelength of 1554 nm. Fiber Bragg grating reflection coefficient was 95 % and full width at half maximum (FWHM) was 0.095 nm. Method. An interrogator was used for emission central wavelength measurement over time. We performed the study of the standard deviation and drift of the VCSEL central wavelength, both with and without an external cavity. The studied external cavity length varied from 1040 to 30 mm by decreasing the fiber length. Main results. As a result of the study, the dependence of the VCSEL spectral characteristics on the external cavity length was obtained. It was also shown that the VCSEL center wavelength variation was reduced by more than an order of magnitude, so 3σ standard deviation was 0.17 pm using an external cavity 1040 mm long, in contrast to 8 pm for the case without an external cavity. We showed the possibility of reducing the amplitude of the central wavelength drift to one-fourth, from 2 to 0.5 pm, with the use of an external cavity. Practical relevance. The study proves to be useful when creating fiber-optic distributed sensors of physical quantities with affordable cost, if the design requires the use of a highly coherent emission source.

ВЛИЯНИЕ ЗНАЧЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ВЕЛИЧИНУ H-ПАРАМЕТРА В ДВУЛУЧЕПРЕЛОМЛЯЮЩИХ ВОЛОКНАХ

МУХТУБАЕВ А.Б., АКСАРИН С.М., КАЛУГИН Е.Э.

Предмет исследования. Исследовано влияние температуры на величину h -параметра в двулучепреломляющих оптических волокнах для различных образцов: с эллиптической напрягающей оболочкой с двойным акрилатным покрытием (диаметр 250 мкм), а также волокна Bow-Tie с двойным акрилатным покрытием (диаметр 170 мкм). Метод. Применяется метод широкополосной интерферометрии. Использован поляризационный сканирующий интерферометр Майкельсона с широкополосным источником с центральной длиной волны 1575 нм и полушириной спектра 45 нм. Температура изменялась с помощью термостата до +70 °С и с помощью «сухого» льда до -70 °С. Основные результаты. Выявлено, что в области отрицательных температур величина h -параметра увеличивается с ~10-7 1/м при +22 °С до ~10-3-10-4 1/м при -70 °С, в то время как в области положительных температур изменение h -параметра незначительно для всех образцов волокон. Практическая значимость. Сканирующий интерферометр Майкельсона может найти широкое применение для определения качества двулучепреломляющего оптического волокна в процессе производства: отсутствия локальных дефектов, значения h -параметра волокна и длины биения...Предмет исследования. Исследовано влияние температуры на величину h -параметра в двулучепреломляющих оптических волокнах для различных образцов: с эллиптической напрягающей оболочкой с двойным акрилатным покрытием (диаметр 250 мкм), а также волокна Bow-Tie с двойным акрилатным покрытием (диаметр 170 мкм). Метод. Применяется метод широкополосной интерферометрии. Использован поляризационный сканирующий интерферометр Майкельсона с широкополосным источником с центральной длиной волны 1575 нм и полушириной спектра 45 нм. Температура изменялась с помощью термостата до +70 °С и с помощью «сухого» льда до -70 °С. Основные результаты. Выявлено, что в области отрицательных температур величина h -параметра увеличивается с ~10-7 1/м при +22 °С до ~10-3-10-4 1/м при -70 °С, в то время как в области положительных температур изменение h -параметра незначительно для всех образцов волокон. Практическая значимость. Сканирующий интерферометр Майкельсона может найти широкое применение для определения качества двулучепреломляющего оптического волокна в процессе производства: отсутствия локальных дефектов, значения h -параметра волокна и длины биения. Понимание влияния температуры на величину h -параметра в двулучепреломляющих волокнах, используемых при создании волоконно-оптических датчиков, позволит расширить эксплуатационные характеристики разрабатываемого устройства, а также повысить его точностные параметры.Subject of study. The paper presents the study of temperature value effect on the h -parameter in birefringence optical fibers for different samples: fibers with an elliptical tension cladding with a double acrylate coating (250 µm in diameter), Bow-Tie fibers with a double acrylate coating (170 µm in diameter). Method. The research method is based on wideband interferometry application. We used polarization scanning Michelson interferometer with the central wavelength of the optical source equal to 1575 nm and the width equal to 45 nm. The temperature was changed by thermostat up to +70 °С, and by “dry” ice down to -70 °С. Main results. It was found that the value of the h -parameter increases from ~10-7 1/m at +22 °С to ~10-3-10-4 1/m at -70 °С in the negative temperature region, while in the positive temperature region h -parameter variation is insignificant for all fiber samples. Practical relevance. The scanning Michelson interferometer can find wide application in birefringent optical fiber production for its quality analysis: the absence of local defects, control of the fiber h - parameter value and beat length. Understanding of the temperature effect on the h -parameter value in birefringent fibers used in creation of fiber-optic sensors, will expand the performance characteristics of the developed device, as well as improve its accuracy parameters.

APPLICABILITY OF PHOTOFLUORESCENT TECHNIQUES FOR RESEARCH OF PROTEIN STRUCTURE DYNAMICS IN AQUEOUS SOLUTIONS

SIBIRTSEV V.S.

Разработана методика, позволяющая изучать изменение пространственной структуры белковых молекул в их низкоконцентрированных водных растворах. Состояние молекул при этом приближено к состоянию, в котором они находятся в живых организмах, активно участвуя, в качестве ферментов, в регуляции метаболизма последних. Изучены синхронные спектры фотофлуоресценции водных растворов молочного белка казеина, регистрируемые в видимой и ближней ультрафиолетовой областях при различных сдвигах длин волн эмиссии относительно длины волны возбуждения ( Dwl ). Зафиксированы значимые различия как в интенсивности, так и в положении пиков светорассеяния и собственной молекулярной фотофлуоресценции водных растворов казеина не только при разной концентрации в них белковой составляющей, но и разном времени нахождения казеина в растворенном состоянии. Это, по-видимому, обусловлено различиями пространственной структуры белковых молекул в исследуемых растворах (определяемыми, в свою очередь, разной степенью водородного и ван-дер-ваальсова взаимодействия данных высокомолекулярных соединений с окружающими их молекулами воды)...Разработана методика, позволяющая изучать изменение пространственной структуры белковых молекул в их низкоконцентрированных водных растворах. Состояние молекул при этом приближено к состоянию, в котором они находятся в живых организмах, активно участвуя, в качестве ферментов, в регуляции метаболизма последних. Изучены синхронные спектры фотофлуоресценции водных растворов молочного белка казеина, регистрируемые в видимой и ближней ультрафиолетовой областях при различных сдвигах длин волн эмиссии относительно длины волны возбуждения ( Dwl ). Зафиксированы значимые различия как в интенсивности, так и в положении пиков светорассеяния и собственной молекулярной фотофлуоресценции водных растворов казеина не только при разной концентрации в них белковой составляющей, но и разном времени нахождения казеина в растворенном состоянии. Это, по-видимому, обусловлено различиями пространственной структуры белковых молекул в исследуемых растворах (определяемыми, в свою очередь, разной степенью водородного и ван-дер-ваальсова взаимодействия данных высокомолекулярных соединений с окружающими их молекулами воды). Продемонстрировано, что фотолюминесцентные методики предоставляют исследователю достаточно простой, надежный и информативный способ изучения как термодинамических, так и кинетических аспектов взаимодействия белковых молекул, находящихся в состоянии, близком к нативному, с окружающими их молекулами других веществ (включая воду). Для этого могут быть использованы синхронные спектры собственной молекулярной фотофлуоресценции водных белковых растворов, регистрируемые при Dwl = 10 нм в области длин волн возбуждения от 230 до 600 нм. Аналогичные спектры, регистрируемые при Dwl = 0 и 90 нм, могут быть рекомендованы для более точного количественного определения содержания белков в водных растворах.Subject of research. This paper presents developed techniques for research of the spatial structure changes of protein molecules when the state of these molecules is close enough to that one in living organisms, actively participating, as enzymes, in regulating the metabolism of the latter. Method. The synchronous photofluorescence spectra of aqueous solutions of casein milk protein were studied in the visible and near ultraviolet regions at different shifts of emission wavelengths relative to excitation wavelength ( Dwl ). Main results. Significant differences were observed both in the intensity and in the position of light scattering peaks and the own molecular photofluorescence of casein water solutions not only at different concentrations of the protein component in them, but also depending on the duration of casein presence in a dissolved state. Apparently, this fact was due to the differences in the spatial structure of protein molecules in the studied solutions (determined, in turn, by different degrees of hydrogen and Van der Waals interactions of these high-molecular compounds together with the water molecules surrounding them). Practical relevance. It was demonstrated that photoluminescence techniques provide the researcher with a fairly simple, reliable and informative way of studying both thermodynamic and kinetic aspects of the interaction of protein molecules, which are in a state close to the native, with the surrounding molecules of the other substances (including water). The synchronous spectra of the intrinsic molecular photofluorescence of aqueous protein solutions can be used for this, which are recorded at Dwl = 10 nm in the excitation wavelength range from 230 to 600 nm. Whereas similar spectra recorded at Dwl = 0 and 90 nm can be recommended for more sensitive quantitative determination of the protein content in aqueous solutions.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ДЕНДРИТНЫХ КРИСТАЛЛОВ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

ПРИТОЦКИЙ Е.М., АГАНИН Н.А., ШАХОВ М.А., БУТКОВСКИЙ О.Я.

Исследованы условия образования фрактальных кластеров (дендритов) на поверхности высокотемпературных материалов при воздействии импульсного лазерного излучения. Для анализа размеров зоны оплавления и выявления поверхностных фрактальных кристаллов методами оптической и электронной микроскопии выполнены комплексные исследования морфологии поверхности металлов после воздействия лазерных импульсов микросекундной длительности. По экспериментальным данным рассчитана возможная толщина слоя расплава при конкретных параметрах лазерного излучения. Определен диапазон расчетных значений толщины слоя расплава, при которых происходит устойчивый рост фрактальных кристаллов на поверхности нержавеющей стали. Использованы следующие параметры воздействующих импульсов лазера: энергия 10-15 Дж, длительность импульса 6-12 мкс, диаметр пятна 0,4-2 мм. Определены комбинации параметров образования и устойчивого роста фрактальных кластеров в виде дендритов. Достоверность полученных оценок проверена на нержавеющей стали другой марки с существенно отличными характеристиками...Исследованы условия образования фрактальных кластеров (дендритов) на поверхности высокотемпературных материалов при воздействии импульсного лазерного излучения. Для анализа размеров зоны оплавления и выявления поверхностных фрактальных кристаллов методами оптической и электронной микроскопии выполнены комплексные исследования морфологии поверхности металлов после воздействия лазерных импульсов микросекундной длительности. По экспериментальным данным рассчитана возможная толщина слоя расплава при конкретных параметрах лазерного излучения. Определен диапазон расчетных значений толщины слоя расплава, при которых происходит устойчивый рост фрактальных кристаллов на поверхности нержавеющей стали. Использованы следующие параметры воздействующих импульсов лазера: энергия 10-15 Дж, длительность импульса 6-12 мкс, диаметр пятна 0,4-2 мм. Определены комбинации параметров образования и устойчивого роста фрактальных кластеров в виде дендритов. Достоверность полученных оценок проверена на нержавеющей стали другой марки с существенно отличными характеристиками. Результаты исследования позволяют определить параметры импульсного лазерного излучения воздействия для получения поверхностной морфологии с заданными свойствами.Subject of research. We study conditions of fractal crystals growth on the high-temperature material surface under pulsed laser radiation impact. Method. Comprehensive studies were performed on the metal surface morphology after impact of microsecond laser pulses by optical and electron microscopy for analysis of the size of the melting zone and the presence/absence of surface fractal crystals. The experimental data were used to calculate the possible thickness of the melt layer for specific parameters of laser radiation. According to the calculated data, the range of calculated values of the melting layer thickness was determined, at which the stable growth of fractal crystals on the surface of stainless steel occurred. The parametric variation of the laser pulses was carried out in the following ranges: energy in the range of 10-15 J, pulse duration in the range of 6-12 μs, spot diameter in the range of 0.4-2 mm. Main results. Combinations of parameters for formation and stable growth of fractal clusters as the dendrites form were determined. The reliability of the estimates obtained were tested on another type of stainless steel with drastically different characteristics. Practical relevance. Research results are applicable for parameters determination of pulsed laser radiation exposure to obtain surface morphology with desired properties.

МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ ПРИ НАБЛЮДЕНИИ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В ЗИМНИЙ ФЕНОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД

АЛТУХОВ А.И., ШАБАКОВ Е.И., КОРШУНОВ Д.С.

В зимний фенологический период наибольшая часть потока солнечного излучения отражается от земной поверхности. Причиной является наличие на земной поверхности снежного покрова, обладающего высоким коэффициентом отражения потока излучения. В этих условиях, например, невозможно использовать режим съемки Земли из космоса с длительным временем накопления заряда фотоприемным устройством оптико-электронного комплекса космического аппарата. Низкое качество получаемых снимков существенно затрудняет их интерпретацию. Предложенный метод обеспечивает получение снимков земной поверхности, пригодных для интерпретации, с учетом особенностей космической съемки в зимний фенологический период. Актуальность данного метода подтверждается результатами оценивания контраста космических снимков. В основу метода положена идея совместной обработки серии космических снимков, полученных с разным временем накопления заряда фотоприемным устройством оптико-электронного комплекса космического аппарата...В зимний фенологический период наибольшая часть потока солнечного излучения отражается от земной поверхности. Причиной является наличие на земной поверхности снежного покрова, обладающего высоким коэффициентом отражения потока излучения. В этих условиях, например, невозможно использовать режим съемки Земли из космоса с длительным временем накопления заряда фотоприемным устройством оптико-электронного комплекса космического аппарата. Низкое качество получаемых снимков существенно затрудняет их интерпретацию. Предложенный метод обеспечивает получение снимков земной поверхности, пригодных для интерпретации, с учетом особенностей космической съемки в зимний фенологический период. Актуальность данного метода подтверждается результатами оценивания контраста космических снимков. В основу метода положена идея совместной обработки серии космических снимков, полученных с разным временем накопления заряда фотоприемным устройством оптико-электронного комплекса космического аппарата. Результатом обработки является снимок с расширенным динамическим диапазоном яркости, обладающий высоким контрастом в области темных и светлых полутонов. Такой снимок лучше отображает границы и детали объектов местности, что существенного облегчает его интерпретацию. Проведен анализ влияния баллистических условий космической съемки на результаты применения метода повышения качества космических снимков, полученных в зимний фенологический период. Сделан вывод о том, что результаты совместной обработки серии космических снимков с разной экспозицией могут быть некорректны. Причиной этого являются геометрические искажения, возникающие вследствие непрерывного взаимного перемещения наблюдаемого участка местности и космического аппарата. Предложен вариант технического усовершенствования фотоприемного устройства. Метод обработки данных дистанционного зондирования Земли позволяет получать пригодные для интерпретации снимки объектов, расположенных на земной поверхности в любой фенологический период. Результаты могут быть использованы для топогеодезического обеспечения и картографирования территорий.Subject of research. During the winter phenological period, the largest part of the solar radiation flux is reflected from the earth's surface. The reason is the presence of snow cover on the earth's surface, which has high reflectance of the radiation flux. Under these conditions, the choice of shooting modes of the Earth from space is limited. Long exposure modes cannot be selected. As a result, the pictures have low quality and their interpretation is difficult. The proposed method provides the images of the earth's surface suitable for processing in view of the space survey features in winter phenological period. The method significance is confirmed by the results of the contrast evaluation of satellite images. Method. The method is based on the idea of co-processing of a series of space images with different exposures. The result of processing is a snapshot with an extended dynamic brightness range possessing high contrast in the areas of dark and pale halftones. Such snapshot displays better the borders and details of geographic area objects and that simplifies significantly its interpretation. Main results. We analyzed the effect of space survey ballistic conditions on the results of method application for image quality improvement in winter phenological period. The conclusion was drawn that the results of joint processing of images with different exposures can be ill-posed. The cause lies in geometric distortions due to continuous relative motion of the observed area and a spacecraft. The variant to eliminate geometric distortions by camera engineering development is proposed. Practical relevance. The prossessing method for the Earth's remote sensing data provides obtaining suitable for interpretation satellite images of the objects located on the earth surface in any phenological period. The results are applicable for the information accuracy increase in survey and cartography support.

ФОРМИРОВАНИЕ ВЫСОКОИНТЕНСИВНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ НЕКОГЕРЕНТНЫХ ВИЗУАЛЬНО-ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В ДИАПАЗОНЕ 0,35-2,5 МКМ

ПЛАТОНОВ А.А.

Предмет исследования. Рассмотрена задача формирования импульсных помеховых оптических сигналов в широком спектральном диапазоне для противодействия визуально-оптическим и оптико-электронным средствам наблюдения и визирования, работающим в разных участках оптического спектра. Метод. Для создания высокоинтенсивного источника оптического излучения применена малогабаритная короткодуговая ксеноновая лампа высокого давления в металлокерамическом корпусе со встроенным отражателем. Для получения значений плотности энергии выше заданных критериальных уровней на дистанциях подавления в излучателе применено мультиплицирование ламп. Основные результаты. Создан излучатель визуально-оптических помех в спектральном диапазоне 0,35-2,5 мкм с частотой низкочастотной модуляции 5-15 Гц и высокочастотной модуляцией 5 кГц низкочастотных импульсов при глубине модуляции 60 %. Достигнуты максимальная интенсивность светового потока 95∙105 кд и энергетическая освещенность 120 Вт/м2 на удалении 10 метров...Предмет исследования. Рассмотрена задача формирования импульсных помеховых оптических сигналов в широком спектральном диапазоне для противодействия визуально-оптическим и оптико-электронным средствам наблюдения и визирования, работающим в разных участках оптического спектра. Метод. Для создания высокоинтенсивного источника оптического излучения применена малогабаритная короткодуговая ксеноновая лампа высокого давления в металлокерамическом корпусе со встроенным отражателем. Для получения значений плотности энергии выше заданных критериальных уровней на дистанциях подавления в излучателе применено мультиплицирование ламп. Основные результаты. Создан излучатель визуально-оптических помех в спектральном диапазоне 0,35-2,5 мкм с частотой низкочастотной модуляции 5-15 Гц и высокочастотной модуляцией 5 кГц низкочастотных импульсов при глубине модуляции 60 %. Достигнуты максимальная интенсивность светового потока 95∙105 кд и энергетическая освещенность 120 Вт/м2 на удалении 10 метров. Ширина луча изменяется от 6 до 15°. Излучатель может эксплуатироваться при температуре от -40 до +50 °C и влажности воздуха до 98 %. Практическая значимость. Применение короткодуговых ксеноновых ламп в металлокерамическом корпусе с интегрированным внутренним фиксированным отражателем позволяет создавать малогабаритные формирователи импульсных оптических сигналов высокой мощности. Лампы взрывобезопасны, не подвержены расстекловыванию и разгерметизации. Излучатели на их основе не требуют юстировки в процессе эксплуатации, надежны и долговечны. Для размещения на носителях с различным энергоресурсом излучатель может создаваться в конфигурациях с различной мощностью ламп и их количеством.Subject of research. The paper considers the approach to generation of pulse optical jamming signals in broad range of wavelengths aimed to suppress visual optical and electro-optical channels of surveillance equipment operating in different spectral bands. Method. The high-intensity emission optical source was created utilizing compact cermet case short-arc high- pressure xenon lamps with internal reflectors. Optical emitter with multiplication of lamps was used in order to attain the values of energy density above the specified criterion levels at the distances of suppression. Main results. The emitter was constructed for visual-optical jamming in the spectral range of 0.35-2.5 μm with maximum light intensity of 95∙105 cd and irradiance of 120 W/m2 at 10 meters. The low-frequency modulation varies from 5 to 15 Hz while the high-frequency modulation of low-frequency pulses is kept constant at 5 kHz with 60 % modulation depth. The beam width can be mechanically switched from 6 to 15°. The emitter is embodied in all-climate type of enclosure and can be operated from -40 to +50 °C and air humidity up to 98 %. Practical relevance. Implementation of cermet case short-arc high-pressure xenon lamps with fixed integrated reflector provides an opportunity to construct compact high-power emitters of pulsed optical signals. The lamps are explosion-proof and not prone to devitrification and depressurization. The emitters utilizing the lamps with internal reflectors do not require in-service adjustment, have high reliability and durability. The emitter can be configured with the lamps of variant optical power in order to satisfy the electrical power availability of delivery vehicle of all kinds.

АЛГОРИТМ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЛИНЕЙНО МЕНЯЮЩЕЙСЯ ЧАСТОТЫ СИНУСОИДАЛЬНОГО СИГНАЛА

ТУАН ЛЕ ВАН, КОРОТИНА М.М., БОБЦОВ А.А., АРАНОВСКИЙ С.В.

Рассмотрена задача идентификации линейно меняющейся частоты синусоидального сигнала, имеющего неизвестные амплитуду и фазу, возникающая, например, при управлении телескопом. Традиционно методы синтеза алгоритмов идентификации линейно меняющейся частоты синусоидального сигнала используют неограниченные функции времени, что вызывает технические проблемы, поскольку в этом случае наличие шумов при измерении может существенно исказить настраиваемый параметр. Предложен подход к идентификации линейно меняющейся частоты, предусматривающий итеративную фильтрацию (с использованием линейных устойчивых звеньев первого порядка) измеряемого синусоидального сигнала, которая позволяет получить простую линейную регрессионную модель с одним неизвестным постоянным параметром. Приведены результаты компьютерного моделирования, иллюстрирующие работоспособность представленного алгоритма идентификации. Компьютерное моделирование выполнено как при наличии шумов в измерениях, так и в их отсутствие...Рассмотрена задача идентификации линейно меняющейся частоты синусоидального сигнала, имеющего неизвестные амплитуду и фазу, возникающая, например, при управлении телескопом. Традиционно методы синтеза алгоритмов идентификации линейно меняющейся частоты синусоидального сигнала используют неограниченные функции времени, что вызывает технические проблемы, поскольку в этом случае наличие шумов при измерении может существенно исказить настраиваемый параметр. Предложен подход к идентификации линейно меняющейся частоты, предусматривающий итеративную фильтрацию (с использованием линейных устойчивых звеньев первого порядка) измеряемого синусоидального сигнала, которая позволяет получить простую линейную регрессионную модель с одним неизвестным постоянным параметром. Приведены результаты компьютерного моделирования, иллюстрирующие работоспособность представленного алгоритма идентификации. Компьютерное моделирование выполнено как при наличии шумов в измерениях, так и в их отсутствие. Путем компьютерного моделирования проведен сравнительный анализ предлагаемого подхода с полученными ранее методами, и показано, что представленное решение обеспечивает существенное повышение точности идентификации неизвестной частоты при наличии шумов.The paper deals with the problem of identification of linearly varying frequency of sinusoidal signal with unknown amplitude and phase. Identification task for linearly varying frequency occurs, for example, during telescope operation control and it is of practical interest. Existing synthesis methods for identification algorithms of linearly varying frequency of sinusoidal signal use unlimited functions of time that is not attractive from a technical point of view, since the measurement noise multiplied by an unlimited function tends to give extremely poor estimates of the tunable parameter. This paper proposes a new approach for identification of linearly varying frequency comprising iterative filtering of measured sinusoidal signal (with the use of linear first order stable components), which in turn gives the possibility to obtain a simple linear regression model with one unknown constant parameter. We present computer simulation results, illustrating the performance of the proposed identification algorithm. Computer modeling was performed both in the presence and absence of the measurement noise. Also, comparative analysis of the proposed approach with the previously obtained methods was carried out within the framework of computer simulation. It was shown that the presented solution provides a significant improvement in the accuracy of an unknown frequency identification in the noise presence.

ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ КАК УСЛОВНАЯ ВАРИАЦИОННАЯ ЗАДАЧА С ПОДВИЖНОЙ ПРАВОЙ ГРАНИЦЕЙ

ВЕДЯКОВ А.А., ТЕРТЫЧНЫЙ-ДАУРИ В.Ю., ТИМОФЕЕВА Г.В.

Предмет исследования. Рассмотрена задача оптимального управления динамической системой, относящаяся к классу условных вариационных задач с подвижными границами. Выполнено вариационное исследование управляемой упругой механической системы с регулируемой жесткостью пружины. Методы. Задача решена с использованием схем и процедур классического вариационного исчисления, которые включают вывод вариации вспомогательного функционала качества и соответствующих уравнений Эйлера. При решении общей условной вариационной задачи изучена полученная замкнутая система дифференциальных уравнений для конструирования оптимальной системы управления исходным динамическим объектом с заданным функционалом качества. Основные результаты. Обобщаются результаты безусловной постановки задачи на случай дополнительных дифференциальных (неголономных) связей. В вариационной задаче оптимального управления условие трансверсальности сформулировано в терминах условия локального программирования. В модельном примере с упругим осциллятором построен алгоритм оптимального управления и найдено конечное время переходного процесса...Предмет исследования. Рассмотрена задача оптимального управления динамической системой, относящаяся к классу условных вариационных задач с подвижными границами. Выполнено вариационное исследование управляемой упругой механической системы с регулируемой жесткостью пружины. Методы. Задача решена с использованием схем и процедур классического вариационного исчисления, которые включают вывод вариации вспомогательного функционала качества и соответствующих уравнений Эйлера. При решении общей условной вариационной задачи изучена полученная замкнутая система дифференциальных уравнений для конструирования оптимальной системы управления исходным динамическим объектом с заданным функционалом качества. Основные результаты. Обобщаются результаты безусловной постановки задачи на случай дополнительных дифференциальных (неголономных) связей. В вариационной задаче оптимального управления условие трансверсальности сформулировано в терминах условия локального программирования. В модельном примере с упругим осциллятором построен алгоритм оптимального управления и найдено конечное время переходного процесса. Практическая значимость. Предложенная вариационная схема оптимального синтеза может быть использована при расчете и проектировании управляемых динамических систем. Эта оптимизационная схема перспективна также для применения в управляемых динамических системах, у которых время функционирования заранее не фиксировано.Subject of research. We consider dynamical system optimal control problem relating to a class of conditional variation problems with variable endpoints. Variational method is applied for research of the elastic mechanical system with controllable spring stiffness. Methods. The classical calculus of variational methods is used, which includes a variation of auxiliary functional and corresponding Euler equations. In solving a general conditional variation problem, the obtained differential system of equations in closed form is studied for design of an optimal control system for the initial dynamic object with a given quality functional. Main results. Results of unconstrained optimization are generalized to the case with additional differential (nonholonomic) constraints. Transversality condition in the variational problem is formulated in terms of local programming. An optimal control algorithm is constructed in the elastic oscillator model example, and the value of finite transition period is found. Practical relevance. The proposed approach can be used in optimal control design for dynamical systems. This optimization scheme can be also applied to controlled dynamic systems, when operation time is not fixed in advance.

ОСОБЕННОСТИ ФОТОРАЗЛОЖЕНИЯ ДИАЗОКРАСИТЕЛЯ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ, СОДЕРЖАЩИХ СОЛИ ЦИНКА, АЛЮМИНИЯ И ЭРБИЯ

ЕВСТРОПЬЕВ К.С., МАСЛЕННИКОВ С.Ю., ДУКЕЛЬСКИЙ К.В., НИКОНОРОВ Н.В., ЕВСТРОПЬЕВ С.К.

Предмет исследования. Исследованы водные растворы, содержащие органический диазокраситель Chicago Sky Blue 6B, нитраты цинка и алюминия и соли эрбия. Проанализировано влияние типа и концентрации солей этих металлов на спектральные свойства растворов и кинетические закономерности процессов разложения диазокрасителя под действием ультрафиолетового излучения ртутной лампы высокого давления ДРТ-240. Метод. Методика проведенных исследований состояла в последовательном измерении спектров поглощения растворов на спектрофотометре Perkin- Elmer Labda 650 в ультрафиолетовой и видимой части спектра после облучения ультрафиолетовым светом различной продолжительности и анализе наблюдаемых спектральных изменений. Основные результаты. Исследования показали, что в присутствии солей металлов в растворах спектр поглощения красителя изменяется, и на характерной широкой и интенсивной полосе поглощения красителя в видимой части спектра (λ=540-680 нм) появляется дополнительный максимум, что позволяет предположить протекание процессов структурирования молекул красителя...Предмет исследования. Исследованы водные растворы, содержащие органический диазокраситель Chicago Sky Blue 6B, нитраты цинка и алюминия и соли эрбия. Проанализировано влияние типа и концентрации солей этих металлов на спектральные свойства растворов и кинетические закономерности процессов разложения диазокрасителя под действием ультрафиолетового излучения ртутной лампы высокого давления ДРТ-240. Метод. Методика проведенных исследований состояла в последовательном измерении спектров поглощения растворов на спектрофотометре Perkin- Elmer Labda 650 в ультрафиолетовой и видимой части спектра после облучения ультрафиолетовым светом различной продолжительности и анализе наблюдаемых спектральных изменений. Основные результаты. Исследования показали, что в присутствии солей металлов в растворах спектр поглощения красителя изменяется, и на характерной широкой и интенсивной полосе поглощения красителя в видимой части спектра (λ=540-680 нм) появляется дополнительный максимум, что позволяет предположить протекание процессов структурирования молекул красителя. При введении в раствор солей металлов существенно изменяется и механизм его разложения под действием ультрафиолетового излучения. В присутствии солей металлов наряду с уменьшением интенсивности полосы поглощения красителя в видимой части спектра наблюдается ее существенный сдвиг в коротковолновую область. Исследования кинетики разложения красителя при ультрафиолетовом облучении показали, что в присутствии в растворах нитратов металлов резко увеличивается скорость фоторазложения красителя. Особенно сильное влияние на процессы фоторазложения красителя в водном растворе оказывает введение в раствор нитрата цинка. Практическая значимость. Полученные экспериментальные результаты могут быть использованы при разработке фотохимических процессов очистки воды от органических загрязнений.The features of diazo dye Chicago Sky Blue 6B photodecomposition in aqueous solutions containing the salts of zinc, aluminum and erbium were studied. The paper presents the research of effect of the type and concentration of salts of these metals on the spectral properties of solutions and kinetic dependencies of the decomposition processes of a diazo dye under the action of UV radiation from DRT-240 high-pressure mercury lamp. The methodology of the studies consisted in the sequential measurement of the absorption spectra of the solutions on a Perkin-Elmer Labda 650 spectrophotometer in the UV and visible parts of the spectrum after UV irradiation of various durations and analysis of the observed spectral changes. Based on the research carried out, it was shown that the absorption spectrum of the dye changes in the presence of metal salts in solutions and an additional maximum appears on the characteristic broad and intense absorption band of the dye in the visible part of the spectrum (λ = 540-680 nm). That fact suggests the behavior of dye molecular structuring. When metal salts are introduced into the solution, the mechanism of its decomposition under the action of UV radiation also changes significantly. In the presence of metal salts, along with a decrease in the intensity of the absorption band of the dye in the visible part of the spectrum, its substantial shift to the shortwave region is also observed. Studies of the dye decomposition kinetics under UV irradiation showed that the rate of the dye photodegradation sharply increases in the presence of metal nitrates in solutions. The introduction of zinc nitrate into the solution has particularly strong effect on the dye photodegradation in an aqueous solution. The experimental results obtained can be used in the development of photochemical processes for the purification of water from organic pollutants.

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ МИКРОБИОТЕСТОВАЯ СИСТЕМА ОЦЕНКИ ТОКСИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НЕФТЕПРОДУКТОВ

СИБИРЦЕВ В.С.

Предложена комплексная инструментальная оптико-электрохимическая микробиотестовая система, которая может быть использована для оценки токсичности различной продукции и отходов ее производства, а также степени экологической безопасности различных помещений, водоемов, территорий и источников загрязнения окружающей среды. В качестве примера анализа, проводимого с помощью описанной системы, приведена методика, в ходе осуществления которой емкости с Chlorella vulgaris инкубировались в течение 12 часов в присутствии разных концентраций пяти типичных нефтепродуктов в водном растворе, содержащем сахарозу с различными минеральными добавками. При этом в каждой из упомянутых емкостей в течение всего времени их инкубации с интервалом 60 минут измерялись эффективность упругого светорассеяния в области длин волн 820-915 нм ( Iod ), оптическая плотность в области длин волн 435±5 нм ( Avd ) и значение редокс-потенциала ( Е ). После чего рассчитывались значения Δ Iod /Δτ, Δ Avd /Δτ, Δ E /Δτ в каждый момент времени τ i, а также частные и общая степени активирования либо ингибирования (+/-) жизнедеятельности C...Предложена комплексная инструментальная оптико-электрохимическая микробиотестовая система, которая может быть использована для оценки токсичности различной продукции и отходов ее производства, а также степени экологической безопасности различных помещений, водоемов, территорий и источников загрязнения окружающей среды. В качестве примера анализа, проводимого с помощью описанной системы, приведена методика, в ходе осуществления которой емкости с Chlorella vulgaris инкубировались в течение 12 часов в присутствии разных концентраций пяти типичных нефтепродуктов в водном растворе, содержащем сахарозу с различными минеральными добавками. При этом в каждой из упомянутых емкостей в течение всего времени их инкубации с интервалом 60 минут измерялись эффективность упругого светорассеяния в области длин волн 820-915 нм ( Iod ), оптическая плотность в области длин волн 435±5 нм ( Avd ) и значение редокс-потенциала ( Е ). После чего рассчитывались значения Δ Iod /Δτ, Δ Avd /Δτ, Δ E /Δτ в каждый момент времени τ i, а также частные и общая степени активирования либо ингибирования (+/-) жизнедеятельности C.vulgaris заданной концентрацией каждого из тестируемых нефтепродуктов. В результате было показано, что изменение Iod в большей мере характеризовало интенсивность роста и размножения C.vulgaris ; тогда как изменение E в большей мере характеризовало активность метаболизма тестовых микроорганизмов. При концентрациях тестируемых нефтепродуктов 2∙10-3 об.% и более, они в тем большей степени оказывали угнетающее действие на C.vulgaris, чем в большей концентрации эти продукты присутствовали в среде, а также чем больше они содержали ароматических составляющих и химически активных групп. В то же время при концентрации нефтепродуктов 2∙10-5 об.% и менее жизнедеятельность C.vulgaris активировали даже весьма химически активные ароматические углеводороды. Причем степень такого активирования оказывалась тем меньшей, чем более неоднородная смесь различных углеводородов присутствовала в тестируемой пробе. Таким образом мы убедились, что представленная микробиотестовая система предоставляет исследователю чувствительный, экспрессный, доступный и информативный способ оценки про- и антимикробной активности различной продукции и отходов, а также экологической безопасности различных помещений, территорий и т.п.A new, integrated, instrumental, optical-electrochemical, microbiotesting system is described. This system can be used to assess the toxicity of various products and wastes, as well as the degree of environmental safety of various rooms, reservoirs, territories and sources of environmental pollution. A technique is presented as an example of the analysis carried out using the described system. This technique comprises incubation of Chlorella vulgaris tanks for 12 hours in the presence of various concentrations of 5 typical oil products in an aqueous solution containing sucrose with various mineral additives. At the same time, the elastic light scattering efficiency in the wavelength range of 820-915 nm ( Iod ), the optical density in the wavelength range of 435±5 nm ( Avd ) and the value of the redox potential ( Е ) were measured in each of the mentioned containers during the entire time of their incubation with an interval of 60 minutes. Then, Δ Iod /Δτ, Δ Avd /Δτ, Δ E /Δτ values were calculated at each time τ i, as well as partial and total degrees of activation or inhibition (+/-) of C.vulgaris vital activity by given concentration of each tested oil products. As a result, it was shown that the change in Iod characterized to a greater extent the intensity of growth and reproduction of C.vulgaris ; whereas the change in E characterized to a greater extent the metabolic activity of test microorganisms. At the concentrations of the tested oil products equal to 2×10-3 vol.% and more, the higher concentrations of these products were in the medium and the more they contained aromatic components and chemically active groups, the greater degree of inhibitory effect on C.vulgaris they had. On the other hand, at the concentrations of the same oil products equal to 2×10-5 vol.% and less, the vital activity of C.vulgaris was activated even by very chemically active aromatic hydrocarbons. Moreover, the degree of such activation was so much the less, the more heterogeneous mixture of various hydrocarbons was present in the test sample. Thus, we were certain that the presented microbiotesting system provides the researcher with a sensitive, express, accessible and informative method for assessing the pro- and antimicrobial activity of various products and wastes, as well as the environmental safety of various premises and territories.

ДИАГНОСТИКА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВЫСОКОТЕПЛОПРОВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ГЕРАСЮТЕНКО В.В., КОРАБЛЕВ В.А., ШАРКОВ А.В.

Предмет исследования. Предложен метод выявления дефектов в изделиях из высокотеплопроводного материала и определения теплопроводности изделия путем бесконтактной невозмущающей тепловизионной макросъемки. Метод. Согласно предложенному методу производится локальный нагрев и последующее охлаждение изделия, измеряются температурные поля его поверхностей. Метод выявления дефектов основан на анализе температурных полей. Основные результаты. Разработана экспериментальная установка, состоящая из измерительной ячейки исследуемого образца, на одном крае которого устанавливается охладитель, на противоположном крае монтируется электрический нагреватель. Исследуемые образцы представляли собой пластины размером 120 ´ 60 ´2 мм из ДИАГНОСТИКА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ … карбида кремния с алмазным заполнением. Проведена тепловизионная съемка образцов. Диапазон нагрева образцов: от 10 до 90 °С. Исследуемые образцы находились в двустороннем лучисто-конвективном теплообмене с окружающей средой...Предмет исследования. Предложен метод выявления дефектов в изделиях из высокотеплопроводного материала и определения теплопроводности изделия путем бесконтактной невозмущающей тепловизионной макросъемки. Метод. Согласно предложенному методу производится локальный нагрев и последующее охлаждение изделия, измеряются температурные поля его поверхностей. Метод выявления дефектов основан на анализе температурных полей. Основные результаты. Разработана экспериментальная установка, состоящая из измерительной ячейки исследуемого образца, на одном крае которого устанавливается охладитель, на противоположном крае монтируется электрический нагреватель. Исследуемые образцы представляли собой пластины размером 120 ´ 60 ´2 мм из ДИАГНОСТИКА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ … карбида кремния с алмазным заполнением. Проведена тепловизионная съемка образцов. Диапазон нагрева образцов: от 10 до 90 °С. Исследуемые образцы находились в двустороннем лучисто-конвективном теплообмене с окружающей средой. Получены термограммы с результатами тепловизионной съемки, выполнено сравнение распределения температуры на образце. В образце с дефектом в виде трещины наблюдалось ступенчатое изменение температуры в области трещины, в образца без дефекта - равномерный градиент температуры. Практическая значимость. Предложенный метод тепловизионной съемки является неразрушающим и позволяет бесконтактно контролировать качество изделий радиоэлектронной техники, а также их теплофизические свойства. По градиенту температур и измеренным значениям теплового потока определяется теплопроводность исследуемого образца. Метод предназначен для исследования высокотеплопроводных (с теплопроводностью выше 200 Вт/(м·К)) керамических материалов. При проведении тепловизионной съемки необходимо обеспечить высокий коэффициент излучения наблюдаемой поверхности исследуемого образца, например, нанеся краску с коэффициентом излучения не менее 0,95 или покрыв поверхность сажей.Subject of study. We propose detection method for potential defects in the structure of device made of materials with high thermal conductivity, and thermal conductivity determination by the method of contact-free noninvasive thermal-imaging macrography. Method. The principle of the method lies in the following: local heating and cooling of the device is carried out, the temperature fields of its surfaces are measured. This method is based on the analysis of temperature fields. Main results. The study on the presence of defects in highly heat conductive material based on silicon carbide with diamond filling was performed. The experimental setup was developed. It consists of a measuring cell, a test sample with a cooler installed on the one edge and electric heater on the opposite edge. The test samples had the form of silicon carbide plates with diamond filling, each of 120×60 mm in size and 2 mm in thickness. Thermal imaging of samples was carried out. The samples heating range varied from 10 to 90 °С. The test samples were in radiation-convective heat exchange with the environment on both sides. Initially, it was unknown which of the samples has a defect. The thermograms with thermal imaging results were obtained. The analysis of the obtained thermograms was carried out; the temperature distribution on the samples was compared. As a result of this comparison, both the sample with a defect in the form of a crack (a stepwise temperature change in the crack region was observed), and the sample without defect (with the uniform temperature gradient) were determined. Practical relevance. The proposed method of thermal imaging is non-destructive, contactless and allows for the quality control of electronic devices made of highly conductive materials, as well as their thermal properties. The thermal conductivity of the sample can be determined by the temperature gradient and the measured heat flux values. This method is used for research of high-heat ceramic materials (with thermal conductivity above 200 W/m·K). Measurements were carried out in steady state behavior. At thermal imaging it is necessary to provide a high radiation coefficient of test sample observed surface. For this purpose, the surface is covered with paint with a radiation coefficient not less than 0.95 or the surface is covered with soot.

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ПРОЦЕСС НЕЛИНЕЙНОЙ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ В ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНКАХ, СОДЕРЖАЩИХ СВЕТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ МОЛЕКУЛ ХРОМОНОВ

ФОМИЧЕВА Я.Ю., ЗАХАРОВ В.В., СЕРГЕЕВ А.Н., СТЕПАНОВА М.С.

Предмет исследования. Исследовано влияние температуры на пороговые значения плотности энергии записи флуоресцентных меток излучением видимого диапазона длин волн при нелинейном фотопреобразовании производных молекул хромонов, а также на величину порогов и характер наблюдаемых разрушений светочувствительного материала. Методика эксперимента. В качестве образцов для исследования использовались пленки из полиметилметакрилата толщиной около 20 мкм с внедренными в них светочувствительными производными молекул хромонов. Запись люминесцентных меток в образцах полимерных пленок производилась с помощью твердотельного микрочип-лазера, работавшего в режиме пассивной модуляции добротности, с генератором второй гармоники. Длительность импульса генерации составляла 1 нс, длина волны - 532 нм. Управление температурой образца в диапазоне от 0 до 100 °С осуществлялось с помощью элемента Пельтье. Изображение записанных меток считывалось и анализировалось с помощью конфокального лазерного сканирующего микроскопа...Предмет исследования. Исследовано влияние температуры на пороговые значения плотности энергии записи флуоресцентных меток излучением видимого диапазона длин волн при нелинейном фотопреобразовании производных молекул хромонов, а также на величину порогов и характер наблюдаемых разрушений светочувствительного материала. Методика эксперимента. В качестве образцов для исследования использовались пленки из полиметилметакрилата толщиной около 20 мкм с внедренными в них светочувствительными производными молекул хромонов. Запись люминесцентных меток в образцах полимерных пленок производилась с помощью твердотельного микрочип-лазера, работавшего в режиме пассивной модуляции добротности, с генератором второй гармоники. Длительность импульса генерации составляла 1 нс, длина волны - 532 нм. Управление температурой образца в диапазоне от 0 до 100 °С осуществлялось с помощью элемента Пельтье. Изображение записанных меток считывалось и анализировалось с помощью конфокального лазерного сканирующего микроскопа. Основные результаты. Показано, что охлаждение исследуемой светочувствительной пленки с 25 °С до 0 в процессе записи приводило к снижению порогов разрушения материала полимерной матрицы. При нагреве образца с 25 °С до 100 наблюдалось снижение порога записи люминесцентной метки при фиксированной энергии и длительности записывающего импульса. Практическая значимость. На основании измеренных зависимостей сформулированы требования к системе термостабилизации в устройстве, предназначенном для нелинейной оптической записи архивной информации.Subject of research. This paper focuses on the study of temperature effect on the threshold intensity values for fluorescent mark recording as well as on the features and threshold intensity values for photosensitive material damage during nonlinear phototransformation of chromone derivatives by visible light. Method. Photosensitive chromone derivative compound embedded into polymethyl methacrylate (PMMA) polymer films with 20 µm thickness on the glass substrate were used as samples. Fluorescent marks were recorded by diode pumped passively Q-switched microchip Nd:YAG laser with the second harmonic generation. The wavelength of recording laser pulse was 532 nm, pulse duration was equal to 1 ns. Sample temperature was controlled by Peltier element and was changed in the range of 0-100 °C. Recorded fluorescent marks were registered using confocal laser scanning microscope. Main results. It was shown that cooling of the sample from 25 °C to 0 leads to decreasing of laser induced damage of the sample. Heating of the sample from 25 °C to 100 leads to the decreasing of the threshold intensity for nonlinear recording of fluorescent mark and corresponding efficiency increase of photoinduced transformation process at the fixed energy and duration of laser pulse. Practical relevance. Requirements for thermal stabilization system in the device for nonlinear optical archive information recording can be specified based on acquired results.

ДИССИПАТИВНЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВЫСОКОВЯЗКИХ СРЕД

ТИШИН В.Б., НОВОСЕЛОВ А.Г., ФЕДОРОВ А.А., МАМЕДОВ Э.Р.

Исследование реологических свойств высоковязких сред представляет и практический, и научный интерес, поскольку их необходимо учитывать при расчете энергетических затрат на производство, оборудования, а также при изучении структуры сред и законов течения. Как правило, исследования реологических свойств высоковязких сред, проявляющих неньютоновские свойства, проводятся на ротационных или капиллярных вискозиметрах. Однако использовать полученные таким образом данные в технических расчетах оборудования довольно сложно. Причина кроется в различии гидродинамических условий, от которых зависит вязкость неньютоновских жидкостей. Предложен метод исследования реологических свойств высоковязких жидкостей, основанный на превращении механической энергии сил трения при перемешивании в тепловую. Обоснована необходимость использования предлагаемого метода в реологических исследованиях высоковязких сред. Представлено теоретическое объяснение физической сути метода, выполнен вывод уравнения для расчета вязкости...Исследование реологических свойств высоковязких сред представляет и практический, и научный интерес, поскольку их необходимо учитывать при расчете энергетических затрат на производство, оборудования, а также при изучении структуры сред и законов течения. Как правило, исследования реологических свойств высоковязких сред, проявляющих неньютоновские свойства, проводятся на ротационных или капиллярных вискозиметрах. Однако использовать полученные таким образом данные в технических расчетах оборудования довольно сложно. Причина кроется в различии гидродинамических условий, от которых зависит вязкость неньютоновских жидкостей. Предложен метод исследования реологических свойств высоковязких жидкостей, основанный на превращении механической энергии сил трения при перемешивании в тепловую. Обоснована необходимость использования предлагаемого метода в реологических исследованиях высоковязких сред. Представлено теоретическое объяснение физической сути метода, выполнен вывод уравнения для расчета вязкости. Проведена экспериментальная проверка предложенного метода на примере определения вязкости водного раствора глицерина 95 %-ной концентрации, полученные данные сопоставлены с известными результатами из литературы. Расхождение опытных и расчетных значений критерия мощности составило не более 14 %.The rheological properties research of highly viscous fluid is attractive from both practical and scientific points of view. The research is necessary in the calculation of energy cost of production, equipment, and in the research of their structure of media and flow rules. In general, the rheological properties research of highly viscous fluids, which demonstrate non- Newtonian fluid properties, are carried out on the rotation and capillary viscometers. However, it is rather difficult to use the data obtained in this way in the technical calculations of the equipment. The reason is the difference in hydrodynamic conditions on which the viscosity of non-Newtonian fluids depends. A method for studying the rheological properties of highly viscous fluid is considered based on on the conversion of friction mechanical energy to the heat energy during agitation. The necessity of using the proposed method in rheological studies of highly viscous media has been substantiated. Theoretical explanation of the physical essence of the method is presented and the equation for viscosity calculation is derived. An experimental verification of the suggested method was carried out using the example of determining the viscosity of glycerin aqueous solution at 95 % concentration; the obtained data are compared with known results from the literature. The discrepancy between the experimental and calculated values of the power criterion was no more than 14 %.

МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ КОММУНИКАЦИОННЫХ КАНАЛОВ В МУЛЬТИАГЕНТНЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

МАТВЕЕВА А.А., КИМ Ю.В., ВИКСНИН И.И.

Изучена информационная безопасность мультиагентных робототехнических систем. Для исследования выбрана децентрализованная коллективная стратегия группового управления благодаря возможности обеспечения надежного и согласованного взаимодействия агентов посредством общего канала связи. Для корректного и эффективного функционирования группы необходима безопасная передача информации по коммуникационным каналам. Рассмотрены механизмы обеспечения «жесткой» и «мягкой» безопасности в робототехнических системах. Особое внимание уделено сохранению прагматической целостности информации, разработан метод, основанный на теории кредита. Метод подразумевает регламентирование объема передаваемых агентами данных посредством установления фиксированного количества условных единиц информации в единицу времени (рассрочки). В случае удержания агентом данных впоследствии для него снижается объем выплат, принятых к учету, тем самым растет его задолженность. По окончании периода рассрочки вычисляется уровень доверия и репутации агента...Изучена информационная безопасность мультиагентных робототехнических систем. Для исследования выбрана децентрализованная коллективная стратегия группового управления благодаря возможности обеспечения надежного и согласованного взаимодействия агентов посредством общего канала связи. Для корректного и эффективного функционирования группы необходима безопасная передача информации по коммуникационным каналам. Рассмотрены механизмы обеспечения «жесткой» и «мягкой» безопасности в робототехнических системах. Особое внимание уделено сохранению прагматической целостности информации, разработан метод, основанный на теории кредита. Метод подразумевает регламентирование объема передаваемых агентами данных посредством установления фиксированного количества условных единиц информации в единицу времени (рассрочки). В случае удержания агентом данных впоследствии для него снижается объем выплат, принятых к учету, тем самым растет его задолженность. По окончании периода рассрочки вычисляется уровень доверия и репутации агента. При внедрении в группу нового агента рассчитывается кредит, при котором новый агент будет получать информацию от остальных членов группы не в полном объеме, а за вычетом заданной процентной ставки. При этом он должен передавать данные в соответствии с установленными условиями рассрочки. По окончании срока кредита определяется, станет новый агент полноценным членом группы или будет заблокирован. Для оценки эффективности предложенного метода смоделировано взаимодействие группы из десяти агентов. В группу внедрялось два новых агента, один из них являлся диверсантом. Пороговым значением задолженности для принятия агента в группу являлась половина от установленного размера кредита. Реализован ряд независимых опытов, в результате которых диверсант был заблокирован в 90,8 % случаев.The paper presents the study of multi-agent robotic systems in the context of information security providing. The preference is given to decentralized collective strategy of group management due to secure and consensual agent interaction by common communication channel. For the correct and effective functioning of the robotic group there is a necessity in providing security of information transfer via communication channels. We consider the mechanisms of “hard” and “soft” security in robotic systems. Special consideration is given to pragmatic information integrity maintenance. To avoid violation occurrence in this integrity category the method based on credit theory was developed. The method implies regulation of information volume transferred by agents through determination of fixed amount for information conventional units per time unit (installment plan). In case of data retention by an agent its payment value is reduced subsequently, thus, its indebtedness is increased. After installment plan period completion agent’s level of trust and reputation is calculated for each agent. When a new agent is incorporated into the group the credit is determined, at which the new agent will get not full information from the other group members but information reduced by the established interest rate. At the same time, this agent must transmit data in accordance with predetermined installment plan conditions. After credit period completion the decision is made whether the new agent is accepted or blocked. To assess the effectiveness of the proposed method the interaction in robotic group consisted of ten agents was modelled. Two new agents were introduced into the group, and one of them was a saboteur. The threshold value of indebtedness for the agent's acceptance to the group is the half of established credit size. Series of independent tests were carried out and the saboteur was blocked in the 90.8 % of them.

ПРОТОКОЛ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ MQTT В МОДЕЛИ УДАЛЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРАВАМИ ДОСТУПА ДЛЯ СЕТЕЙ ИНТЕРНЕТА

ДИКИЙ Д.И.

Рассмотрены вопросы безопасности в интернете вещей, а именно организация безопасного разграничения доступа при использовании протокола MQTT. Проанализированы методы и механизмы безопасности, реализованные или поддерживаемые MQTT. Так, протокол реализует аутентификацию по логину и паролю, а также поддерживает криптографические преобразования над передаваемой информацией по протоколу TLS. Для аутентификации могут быть использованы сторонние сервисы по протоколу OAuth. Авторизация происходит путем настройки ACL-файлов или через сторонние сервисы и базы данных. Предложена модель управления дискреционным разграничением доступа устройств для межмашинного взаимодействия по протоколу MQTT, которая основана на модели Харрисона- Руззо-Ульмана. Модель предусматривает шесть операторов: добавление и удаление субъекта, добавление и удаление объекта, добавление и удаление прав доступа. Модель разграничения прав доступа имеет вид матрицы доступа и содержит три вида прав: чтение, запись и владение...Рассмотрены вопросы безопасности в интернете вещей, а именно организация безопасного разграничения доступа при использовании протокола MQTT. Проанализированы методы и механизмы безопасности, реализованные или поддерживаемые MQTT. Так, протокол реализует аутентификацию по логину и паролю, а также поддерживает криптографические преобразования над передаваемой информацией по протоколу TLS. Для аутентификации могут быть использованы сторонние сервисы по протоколу OAuth. Авторизация происходит путем настройки ACL-файлов или через сторонние сервисы и базы данных. Предложена модель управления дискреционным разграничением доступа устройств для межмашинного взаимодействия по протоколу MQTT, которая основана на модели Харрисона- Руззо-Ульмана. Модель предусматривает шесть операторов: добавление и удаление субъекта, добавление и удаление объекта, добавление и удаление прав доступа. Модель разграничения прав доступа имеет вид матрицы доступа и содержит три вида прав: чтение, запись и владение. Модель реализована таким образом, чтобы быть совместимой с протоколом широко распространенной версии v3.1.1. Изменение прав доступа происходит с помощью доступных в протоколе MQTT видов сообщений. Рассмотрен алгоритм такого построения служебного блока данных, чтобы этот блок можно было легко распознать в теле сообщения. Используя предлагаемую модель, можно минимизировать участие администратора за счет того, что устройства сами будут определять права доступа к информационным ресурсам без участия человека. Приведены рекомендации по политике безопасности при организации информационного обмена в соответствии с протоколом MQTT.The paper deals with security issues in the environment of "Internet of things" and, in particular, the management of safety access control at MQTT protocol application. We analyzed the most widespread data transfer protocols, CoAP and MQTT, and carried out the analysis of safety methods and means for the MQTT protocol being realized in it or maintained by it. The protocol implements authentication by login and password and allows for cryptographic transformations over the transmitted information via TLS protocol. Third-party services via OAuth protocol and others can be applied for authentication. The authentication takes place by the setting of ACL files or the third-party services and databases. A model is proposed for remote access control management of devices for machine-to-machine interaction under the MQTT protocol based on the Harrison-Ruzzo-Ullman model. The model provides six operators: addition and removal of the subject, addition and removal of the object, addition and deletion of access rights. The proposed model has the form of an access matrix and includes three types of rights: reading, writing and holding. The model is implemented with the result that it is compatible with the version v3.1 of MQTT protocol widely used at the moment. The change of access rights is performed on the basis of the types of messages available in MQTT protocol. An algorithm is considered for service data block creation so that this block can be easily recognized in the message body. The proposed model application gives the possibility to minimize administrator's participation by determination of access rights via the devices themselves without human involvement. Recommendations are given for security policy during information traffic management under MQTT protocol.

ОНТОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД К АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ КОНТРОЛЯ МИКРОКЛИМАТА И БЕЗОПАСНОСТИ МУЗЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ

ХАЙДАРОВА Р.Р., БОНДАРЕНКО И.Б.

Выполнено исследование в области сохранения культурного наследия с применением современных информационных технологий, в частности, семантического подхода и сенсорных сетей. Предмет исследования - комплексная автоматизация управления параметрами микроклимата музея на основе онтологии. Проведен анализ существующих систем, выявлены их достоинства и недостатки. Рассмотрены уязвимости безопасности систем такого класса, предложен подход к систематизации угроз. Показано, что платформы обеспечения безопасности широко используемых информационных систем и баз данных не гарантируют в полной мере безопасности баз знаний ввиду многих факторов и особенностей, связанных с логическим выводом знаний. Применение общемодельного подхода на базе сенсорных сетей к защите знаний позволит дифференцировать факты и выводимые знания, обеспечив безопасность системы в целом. Предложены онтология предметной области для формализации музейных сущностей и онтология безопасности для формализации существующей структуры безопасности музейного учреждения и обеспечения ограничения логического вывода на графе знаний, зависящего от уровня доступа...Выполнено исследование в области сохранения культурного наследия с применением современных информационных технологий, в частности, семантического подхода и сенсорных сетей. Предмет исследования - комплексная автоматизация управления параметрами микроклимата музея на основе онтологии. Проведен анализ существующих систем, выявлены их достоинства и недостатки. Рассмотрены уязвимости безопасности систем такого класса, предложен подход к систематизации угроз. Показано, что платформы обеспечения безопасности широко используемых информационных систем и баз данных не гарантируют в полной мере безопасности баз знаний ввиду многих факторов и особенностей, связанных с логическим выводом знаний. Применение общемодельного подхода на базе сенсорных сетей к защите знаний позволит дифференцировать факты и выводимые знания, обеспечив безопасность системы в целом. Предложены онтология предметной области для формализации музейных сущностей и онтология безопасности для формализации существующей структуры безопасности музейного учреждения и обеспечения ограничения логического вывода на графе знаний, зависящего от уровня доступа. Введены сущности, связанные с сетевыми устройствами и интернетом вещей, а также новый уровень доступа Transit Traversal, позволяющий пройти по графу через промежуточные узлы с ограничением доступа к последним. Разработка системы на базе предложенных онтологий с применением данных Госкаталога позволит модернизировать процессы климат-контроля и организации экспозиций, а также обеспечить их безопасность как внутри музея, так и при интеграции с внешними структурами.The paper presents research in the field of cultural heritage preservation and conservation by means of up-to-date information technologies including semantic approach and sensor networks, in particular. The subject of study is an ontology-based complex automation of museum-specific processes for microclimate parameters control. We present analysis of cultural heritage preservation domain and detect advantages and disadvantages of approaches used nowadays. Existing security vulnerabilities of such class of the systems are presented, threat classification is provided. It is shown that existing security systems and platforms of information systems and knowledge bases, widely used nowadays, cannot not fulfill requirements to security of knowledge bases as a result of many affecting factors and features. The work focuses on both reasons to apply general model-based approach using sensor networks as well as general model-based approach to knowledge security as the only approach able to differentiate facts from inferred knowledge, thus, providing security of the system in general. A set of ontologies is provided for filling the gaps of existing approaches: domain ontology for formalization of museum entities and security ontology for formalization of museum security facilities and for knowledge graph-based inference restrictions depending on access level. Concepts related to network devices and the Internet of things and a new access level are introduced. An innovative Transit Traversal access lever allows for traversing the graph to a final node via other nodes with restricted access. A system based on the provided ontology integrated with Goscatalog enables modernization of climate control and exhibition organization processes as well as ensuring both museum internal security and security of integration with external organizations.

МЕТОДЫ БИФУРКАЦИОННОГО И РЕКУРРЕНТНОГО АНАЛИЗА НЕЛИНЕЙНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ НА ПРИМЕРЕ МЕМРИСТИВНОЙ ЦЕПИ

БУТУСОВ Д.Н., КОБЫЗЕВ Н.П., ПЕСТЕРЕВ Д.О., ТУТУЕВА А.В., РЫБИН В.Г.

Рассмотрены алгоритмы анализа компьютерных моделей электрических цепей с перспективными нелинейными элементами. Выполнено экспериментальное сравнение четырех методов построения двухпараметрических бифуркационных диаграмм - метода на основе гистограммы максимальных значений временной области, метода на основе оценки ядерной плотности, метода скользящего среднего и алгоритма построения рекуррентных диаграмм, основанного на методе кластеризации. Для экспериментальной части работы выбрана модель простой мемристивной цепи с многовитковым аттрактором, обладающей хаотическим поведением. Представлены алгоритмы анализа хаотических систем, основанные на комплексировании подходов бифуркационного и рекуррентного анализа с методами математической статистики. Приведены способ построения двухпараметрических бифуркационных диаграмм высокого разрешения, основанный на методе скользящего среднего, и способ построения рекуррентных диаграмм, основанный на методе кластеризации. Исследована вычислительная эффективность численных методов интегрирования, используемых при синтезе дискретных моделей моделируемой цепи...Рассмотрены алгоритмы анализа компьютерных моделей электрических цепей с перспективными нелинейными элементами. Выполнено экспериментальное сравнение четырех методов построения двухпараметрических бифуркационных диаграмм - метода на основе гистограммы максимальных значений временной области, метода на основе оценки ядерной плотности, метода скользящего среднего и алгоритма построения рекуррентных диаграмм, основанного на методе кластеризации. Для экспериментальной части работы выбрана модель простой мемристивной цепи с многовитковым аттрактором, обладающей хаотическим поведением. Представлены алгоритмы анализа хаотических систем, основанные на комплексировании подходов бифуркационного и рекуррентного анализа с методами математической статистики. Приведены способ построения двухпараметрических бифуркационных диаграмм высокого разрешения, основанный на методе скользящего среднего, и способ построения рекуррентных диаграмм, основанный на методе кластеризации. Исследована вычислительная эффективность численных методов интегрирования, используемых при синтезе дискретных моделей моделируемой цепи. С помощью графика эффективности выбран оптимальный решатель обыкновенных дифференциальных уравнений - экстраполяционный алгоритм восьмого порядка алгебраической точности на основе симметричного полуявного опорного метода. Экспериментально показано, что метод скользящего среднего обеспечивает наиболее точное построение двухпараметрических бифуркационных диаграмм. Практическая значимость результатов работы обусловлена потребностью в высокоточных инструментах моделирования схем с перспективными нелинейными элементами. Область применения полученных результатов не ограничена моделированием электронных схем. Так, предложенные методы могут быть использованы для решения задачи поиска скрытых аттракторов в хаотических динамических системах.The subject of this study is the analysis algorithms for studying the behavior of the computer models of electronic circuits with advanced nonlinear elements. The paper gives an experimental comparison of four methods of obtaining two-parametric bifurcation diagrams: histogram of maximal values method, kernel density estimation method, sliding window technique and algorithm based on clusterization of recurrence density plot. The simple memristive circuit with chaotic multi-scroll attractor was chosen as an example for experimental part of the study. The following main results were obtained. Two new algorithms of chaotic system analysis were developed, combining the methods of bifurcation and recurrent analysis with mathematical statistics. New technique for creation of two-parametric high resolution bifurcation diagrams is proposed. This technique is based on sliding average window approach. We also propose the clustering method for plotting precise dynamical maps. The comparative analysis of proposed techniques is described, including the comparison with existing approaches. The study of computational efficiency is performed for integration numerical methods applied for the synthesis of discrete models of the circuit. By comparison of efficiency plots the optimal ordinary differential equation (ODE) solver for computer experiments with discrete models was chosen. The efficiency analysis has shown that the best ODE solver for simple memristive circuit simulation is the semi-implicit extrapolation algorithm of order eight. It is experimentally shown that sliding window average method is the most precise approach for creation of two-parametric bifurcation diagrams. The practical relevance of the obtained results is as follows. New methods of nonlinear systems analysis are applicable for creation of high precision simulation tools for circuits with advanced nonlinear elements. The applications are not limited to the electronic circuits simulation only but also include the possibility to locate hidden attractors in chaotic dynamical systems.

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ СВОЙСТВ АЛФАВИТОВ НА БАЗЕ ВЗАИМНО ОРТОГОНАЛЬНЫХ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ

ГРИШЕНЦЕВ А.Ю.

Проанализированы некоторые свойства алфавитов, построенных на базе сигнальных широкополосных символов. Объект исследования: алфавиты сигнальных широкополосных символов и отдельные сигнальные широкополосные символы. Предмет исследования: методы синтеза и анализа широкополосных радиосигналов. Сформулирован метод синтеза ортогональных алфавитов на базе сигнальных широкополосных символов. Выполнен анализ некоторых статистических характеристик широкополосных символов и сообщений. Показано, что характер распределения амплитудных значений, взаимно ортогональных сигналов и сообщений на их основе имеет вид распределения Гаусса. Определен параметр, влияющий на корреляционные свойства алфавитов сигнальных широкополосных символов. Исследования показали, что характеристики корреляционной функции зависят от относительной полосы частот, занимаемой сигнальными широкополосными символами. Произведено сравнение с теоретической моделью вероятности ошибки в канале с аддитивным белым гауссовым шумом при использовании сигнальных широкополосных символов...Проанализированы некоторые свойства алфавитов, построенных на базе сигнальных широкополосных символов. Объект исследования: алфавиты сигнальных широкополосных символов и отдельные сигнальные широкополосные символы. Предмет исследования: методы синтеза и анализа широкополосных радиосигналов. Сформулирован метод синтеза ортогональных алфавитов на базе сигнальных широкополосных символов. Выполнен анализ некоторых статистических характеристик широкополосных символов и сообщений. Показано, что характер распределения амплитудных значений, взаимно ортогональных сигналов и сообщений на их основе имеет вид распределения Гаусса. Определен параметр, влияющий на корреляционные свойства алфавитов сигнальных широкополосных символов. Исследования показали, что характеристики корреляционной функции зависят от относительной полосы частот, занимаемой сигнальными широкополосными символами. Произведено сравнение с теоретической моделью вероятности ошибки в канале с аддитивным белым гауссовым шумом при использовании сигнальных широкополосных символов. Результаты моделирования совпадают с теоретическими и не превосходят теоретической границы вероятности ошибки. Оценена скорость передачи информации с помощью алфавитов, построенных на базе ортогональных сигнальных широкополосных символов. Оценка скорости показывает значительный потенциал информационного уплотнения, особенно при увеличении относительной полосы частот, занимаемой сигнальными широкополосными символами.The paper presents preliminary studies and analysis of some properties of alphabets built on the basis of the broadband signal symbols. We study the broadband signal alphabets characters and separate broadband signal symbols. The subject of research includes research methods of synthesis and analysis for broadband radio signals. The synthesis method is formulated for orthogonal alphabets on the basis of signal broadband symbols. The analysis of some statistical characteristics of broadband symbols and messages is performed. It is shown that the distribution of amplitude values of mutually orthogonal signals and messages on their basis has the form of Gauss distribution. The parameter is determined that affects the correlation properties of alphabets of broadband signal symbols. The studies have shown that the characteristics of the correlation function depend on the relative frequency band occupied by the signal broadband symbols. We made estimation and comparison with the theoretical model of the error probability in the channel with additive white Gaussian noise while the use of signal broadband symbols. The simulation results agree with the theoretical expectations and do not exceed the theoretical limit of the error probability. The rate estimation of the information transfer by alphabets built on the basis of orthogonal signal broadband characters is performed. The rate estimation shows significant potential and opportunities of the information seal, especially, with the increase in the relative frequency band occupied by the broadband signal symbols.

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕЛ ЭЛЛИПСОИДНОЙ ФОРМЫ ПО УГЛУ РЫСКАНИЯ НА СИММЕТРИЧНЫХ ДВИЖЕНИЯХ

Представлены экспериментальные результаты идентификации инерционных параметров и диссипации энергии для тел в жидкости с использованием симметричных движений. Объектом исследования является энергетический метод, дополненный учетом в математической модели движения коэффициентов при разгонном и тормозном этапах движений, а также учетом влияния твердой стенки. Предметом исследования является возможность обеспечения точной симметрии движений тел в различных средах и настройка регуляторов с выбором начальных значений. При помощи управляемого электродвигателя телам задавались движения по углу рыскания в малом опытовом бассейне и в воздухе. С целью снижения ошибки слежения выбраны участки измерений с наибольшей симметрией, это позволяет отделить в расчетных формулах инерционные параметры от диссипативных. Для обеспечения симметрии движений предложены процедура итеративной настройки робастного регулятора по углу поворота, а также модификации алгоритма адаптации для адаптивного регулятора...Представлены экспериментальные результаты идентификации инерционных параметров и диссипации энергии для тел в жидкости с использованием симметричных движений. Объектом исследования является энергетический метод, дополненный учетом в математической модели движения коэффициентов при разгонном и тормозном этапах движений, а также учетом влияния твердой стенки. Предметом исследования является возможность обеспечения точной симметрии движений тел в различных средах и настройка регуляторов с выбором начальных значений. При помощи управляемого электродвигателя телам задавались движения по углу рыскания в малом опытовом бассейне и в воздухе. С целью снижения ошибки слежения выбраны участки измерений с наибольшей симметрией, это позволяет отделить в расчетных формулах инерционные параметры от диссипативных. Для обеспечения симметрии движений предложены процедура итеративной настройки робастного регулятора по углу поворота, а также модификации алгоритма адаптации для адаптивного регулятора. С целью улучшения качества переходных процессов для робастных регуляторов предложено выбирать начальные значения исходя из предварительного приближенного теоретического расчета. Приведены сравнительные результаты использования предложенного метода, метода наименьших квадратов и теоретических формул. Эксперименты проведены для корпуса судна и эллипсоида с учетом подобия по числу Фруда и Струхаля при двух осадках. Результаты эксперимента в воздухе отличаются от результатов по методу наименьших квадратов не более чем на 5,1 %, а в жидкости при ошибке слежения не более 0,01 % - максимум на 25 %. Расчет по известным формулам показал различные результаты. Практическая значимость разрабатываемого метода связана с возможностью получить точные значения интересующих параметров при медленных движениях с использованием малого числа интервалов программных движений (с сокращением времени проведения эксперимента).The paper presents experimental results on the identification of the inertial parameters and energy dissipation by the symmetric motions of the bodies in a liquid. The object of research is the energy method supplemented by taking into account the coefficients of the dynamic mathematical model of the accelerating and decelerating motion stages and the impact of the solid wall. The subject of research is the problem of exact symmetry of the program motions in various environments and the right choice of the regulator parameters with initial values. The programmed symmetric motions were performed by brushless direct current motor in a small model basin and in the air. When a small tracking error was obtained, the intervals with the highest symmetry were selected. It is necessary to separate the inertial parameters from the dissipative in the calculation formulas. The paper proposed a procedure for iterative tuning of the robust tracking controller, as well as modifications of the adaptation algorithm for the adaptive controller. The right choice of the initial values for the robust controller based on preliminary approximate theoretical calculation improved the quality of the transient responses. Comparative results with the use of the developed method, the least squares method and theoretical formulas are given. The experiments were carried out for the vessel hull and the ellipsoid taking into account the similarity of the Froude and Strouhal numbers in view of the two drafts. The experiment results in the air differ from the results by the nonlinear least squares by no more than 5.1 %. In a liquid with a tracking error about 0.01 % the results differ by no more than 25 %. The theoretical calculation by the known formulas showed different results. The practical relevance of the proposed method is associated with the possibility of high precision parameter identification on a specific program low speed motion with the use of only two angular intervals (with reducing the experiment time).

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЕЗДА ОПАСНЫХ УЧАСТКОВ ДОРОГ БЕСПИЛОТНЫМИ ТРАНСПОРТНЫМИ СРЕДСТВАМИ

ЗИКРАТОВ И.А.

Предмет исследования. Рассмотрена задача оптимизации управления наземными беспилотными транспортными средствами в сложных дорожных условиях. Показано, что при централизованном способе управления транспортными средствами на участках дорог с сужением проезжей части возможно минимизировать время преодоления опасного участка, соблюдая требования безопасности для участников дорожного движения. Метод управления движением беспилотных транспортных средств основан на модели динамического программирования. Метод обладает потенциально высокой скоростью по сравнению с простым перебором вариантов проезда опасного участка. Такой результат достигается за счет приведения задачи управления к классу экстремальных задач, решение которых основывается на рекуррентном соотношении Беллмана. В рамках предлагаемого метода участок дороги с находящимися на ней автомобилями рассматривается как система с дискретным временем, которая обладает конечным множеством состояний. После нахождения оптимального решения центральное устройство передает команды управления на транспортные средства об изменении скорости и направления движения таким образом, чтобы выполнялись заданные критерии и ограничения...Предмет исследования. Рассмотрена задача оптимизации управления наземными беспилотными транспортными средствами в сложных дорожных условиях. Показано, что при централизованном способе управления транспортными средствами на участках дорог с сужением проезжей части возможно минимизировать время преодоления опасного участка, соблюдая требования безопасности для участников дорожного движения. Метод управления движением беспилотных транспортных средств основан на модели динамического программирования. Метод обладает потенциально высокой скоростью по сравнению с простым перебором вариантов проезда опасного участка. Такой результат достигается за счет приведения задачи управления к классу экстремальных задач, решение которых основывается на рекуррентном соотношении Беллмана. В рамках предлагаемого метода участок дороги с находящимися на ней автомобилями рассматривается как система с дискретным временем, которая обладает конечным множеством состояний. После нахождения оптимального решения центральное устройство передает команды управления на транспортные средства об изменении скорости и направления движения таким образом, чтобы выполнялись заданные критерии и ограничения. Основные результаты. Работоспособность метода проиллюстрирована на примере управления транспортными средствами на двухполосной дороге, одна из полос которой перекрыта для движения. Доказано, что существует решение, позволяющее за минимальное время всем автомобилям покинуть опасный участок с обеспечением мер безопасности. Практическая значимость. Разработанный метод применим для управления беспилотными транспортными средствами, имеющими радиосвязь с центральным процессором, входящим в состав дорожной инфраструктуры в условиях изолированной среды, когда в составе транспортных средств отсутствуют автономные транспортные средства.Subject of research. The research is focused on optimization management tasks of the ground unmanned vehicles in difficult conditions. We showed that it is possible to minimize passage time of road sections with narrowing and maintain security requirements in case of the centralized management. Method. A method of the unmanned cars movement is based on the dynamic programming model. The method provides faster movement than by full search of all possible variants for dangerous road section passage. Such result is achieved by the reorganization of the control task to the class of extreme tasks and the solution of such tasks is based on the Bellman recurrence equation. According to the proposed method a road section is considered as a system with discrete time and finite set of the end positions. Optimal plan of the cars movement is prepared by the central computing device, which has gathered information about road infrastructure and vehicles. The central device is sending control commands to the cars about the change of speed and movement direction in such a way that given criteria and restrictions are satisfied. Main results. The efficiency of the method is demonstrated by the example of driving on a two- lane road. One of the road lanes is blocked for traffic. It is proved that there is a solution that enables all cars to leave the dangerous road section in the shortest time with safety measures. Practical relevance. The proposed method is applicable for control of unmanned vehicles communicating with the central control device by wireless radio. The central control device is a part of the road infrastructure in conditions of isolated environment when there are no any fully autonomous vehicles in the group.

ПОЛНОТА СИСТЕМЫ РЕЗОНАНСНЫХ СОСТОЯНИЙ ДЛЯ ГРАФОВ РАЗЛИЧНОЙ ГЕОМЕТРИИ

БЛИНОВА И.В., ВАН-ЮН-СЯН Я.М., ПОПОВ И.Ю.

Резонансные состояния (квазисобственные функции) играют большую роль в задаче рассеяния и при описании транспортных процессов. Для квантовых графов, имеющих как конечные, так и бесконечные ребра, рассматривается полнота системы резонансных состояний на конечном подграфе. На ребрах графов действует оператор Шредингера. Учитывается связь задачи рассеяния с функциональной моделью Секефальви-Надя. В частности, матрица рассеяния является характеристической функцией функциональной модели, а вопрос о полноте системы резонансных состояний сводится к выяснению типа факторизации характеристической функции на произведение Бляшке и сингулярную внутреннюю функцию. Это позволяет использовать для доказательства полноты (неполноты) имеющийся в функциональной модели эффективный признак отсутствия сингулярного сомножителя при разложении на множители характеристической функции. Доказана неполнота системы резонансных состояний для графа типа «кольцо», соединенного с волноводом в одной точке (исходный граф)...Резонансные состояния (квазисобственные функции) играют большую роль в задаче рассеяния и при описании транспортных процессов. Для квантовых графов, имеющих как конечные, так и бесконечные ребра, рассматривается полнота системы резонансных состояний на конечном подграфе. На ребрах графов действует оператор Шредингера. Учитывается связь задачи рассеяния с функциональной моделью Секефальви-Надя. В частности, матрица рассеяния является характеристической функцией функциональной модели, а вопрос о полноте системы резонансных состояний сводится к выяснению типа факторизации характеристической функции на произведение Бляшке и сингулярную внутреннюю функцию. Это позволяет использовать для доказательства полноты (неполноты) имеющийся в функциональной модели эффективный признак отсутствия сингулярного сомножителя при разложении на множители характеристической функции. Доказана неполнота системы резонансных состояний для графа типа «кольцо», соединенного с волноводом в одной точке (исходный граф). Исследуется зависимость полноты системы резонансных состояний от изменения геометрии исходного графа.Resonant states (quasi-intrinsic functions) play an important role in the scattering problem and in the description of transport processes. We consider the system completeness of resonance states on a finite subgraph for quantum graphs with both finite and infinite edges. The Schrodinger operator acts on the graph edges. The relationship of the scattering problem with the Szőkefalvi- Nagy functional model is taken into account. In particular, the scattering matrix is a characteristic function of the functional model, and the question of the system completeness of resonant states is reduced to factorization type determining of the characteristic function on the Blaschke product and the singular internal function. This fact makes it possible to use an effective sign of a singular factor absence in the decomposition of the characteristic function for the proof of completeness (incompleteness) available in the functional model. The system incompleteness of resonance states for a "ring-type" graph connected to a waveguide at one point (initial graph) is proved. The dependence of the system completeness of resonant states on initial graph geometry changes is studied.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НАГРЕВА ФЕРРОМАГНИТНЫХ ОБЪЕКТОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ

СЕМЕНОВ Д.С., АХМАД Е.С., ПЕТРЯЙКИН А.В.

Предмет исследования. Магнитно-резонансная томография - один из востребованных методов медицинской визуализации, основанный на явлении ядерного магнитного резонанса. Несмотря на отсутствие ионизирующего излучения, существуют некоторые факторы риска для пациента, один из которых вызван наличием в организме пациента металлоконструкций. Исследован тепловой процесс, возникающий при проведении магнитно-резонансного исследования пациентам, имеющим в организме ферромагнитные объекты. Методика эксперимента. Исследование нагрева поверхности металлических объектов проводилось с использованием оптоволоконных датчиков. Разработан фантом, на котором были закреплены исследуемые объекты из разных материалов: сталь, феррит, латунь, неодимовый магнит. Для получения максимально возможного нагрева были выбраны соответствующие условия сканирования с максимально возможным удельным коэффициентом поглощения. Основные результаты. Представлены результаты измерения нагрева материалов. Показано, что температура всех объектов увеличилась в диапазоне от 2,5 до 4,0 °С за общее время сканирования 90 минут, тогда как температура за пределами данных объектов не изменилась...Предмет исследования. Магнитно-резонансная томография - один из востребованных методов медицинской визуализации, основанный на явлении ядерного магнитного резонанса. Несмотря на отсутствие ионизирующего излучения, существуют некоторые факторы риска для пациента, один из которых вызван наличием в организме пациента металлоконструкций. Исследован тепловой процесс, возникающий при проведении магнитно-резонансного исследования пациентам, имеющим в организме ферромагнитные объекты. Методика эксперимента. Исследование нагрева поверхности металлических объектов проводилось с использованием оптоволоконных датчиков. Разработан фантом, на котором были закреплены исследуемые объекты из разных материалов: сталь, феррит, латунь, неодимовый магнит. Для получения максимально возможного нагрева были выбраны соответствующие условия сканирования с максимально возможным удельным коэффициентом поглощения. Основные результаты. Представлены результаты измерения нагрева материалов. Показано, что температура всех объектов увеличилась в диапазоне от 2,5 до 4,0 °С за общее время сканирования 90 минут, тогда как температура за пределами данных объектов не изменилась. При этом ни для одного из объектов не наблюдался нагрев, превышающий ограничение в 1 °С за 6 минут. Практическая значимость. Результаты исследования могут быть применены при разработке и идентификации математических моделей теплопереноса в рамках комплексного обеспечения безопасности пациента в кабинете магнитно-резонансной томографии. Кроме того, они открывают перспективу расширения показаний к проведению магнитно-резонансного исследования у пациентов с металлическими инородными телами, которые нуждаются в данном виде диагностики (без учета других рисков - механического смещения, ухудшения визуализации).Subject of study. Magnetic resonance imaging (MRI) is one of the most common and popular methods of medical imaging, based on the phenomenon of nuclear magnetic resonance. Despite the absence of ionizing radiation, there are some risk factors for the patient, one of which is the presence of metal structures in the patient's body. The thermal effect arising in the process of magnetic resonance study for patients with ferromagnetic objects is studied. Method. The study of metal objects surface heating was carried out using fiber optic sensors. A phantom was developed with the objects of different materials (steel, ferrite, brass, neodymium magnet) fixed on it. To obtain the maximum possible heating, the corresponding scanning conditions with the highest possible specific absorption coefficient were chosen. Main results. The results of materials heating measuring are presented. It is shown that the temperature of all objects increased in the range of 2.5 to 4.0 °C for total scan time of 90 minutes, while the temperature outside these objects did not change. In this case, heating exceeding the limit of 1 °C for 6 minutes was observed for none of the objects. Practical relevance. The study results can be applied in the development and identification of mathematical models of heat transfer within the framework of comprehensive patient safety in the MRI room. The study opens up the prospect of expanding indications in MRI studies for patients with metallic foreign bodies who need this type of diagnosis (without taking into account other risks: mechanical displacement and deterioration of visualization).

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХКАНАЛЬНОГО АЛГОРИТМА MVDR ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ РЕЧИ ИЗ КОГЕРЕНТНОГО ШУМА

СТОЛБОВ М.Б., ЧОНГ ТХЕ КУАН

Предмет исследования. Рассмотрены особенности реализации двухканального алгоритма минимума дисперсии шума (MVDR) для выделения речи из когерентного шума с использованием двухэлементных микрофонных решеток. Методы. Исследование выполнено с использованием аналитических моделей и записей, сделанных в безэховой камере. Основные результаты. Алгоритм MVDR может быть представлен как комбинация дифференциального алгоритма с адаптивной настройкой нуля в направлении источника когерентной помехи и эквалайзера, выравнивающего пространственно-частотный отклик в направлении целевого источника. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть применены при проектировании систем с большим числом микрофонов.Subject of research. This paper considers a dual-channel algorithm implementation, namely, Minimum Variance Distortionless Response (MVDR), for speech enhancement in the presence of coherence noise using dual-microphone arrays. Methods. The study was performed using analytical models and recordings in an anechoic chamber...Предмет исследования. Рассмотрены особенности реализации двухканального алгоритма минимума дисперсии шума (MVDR) для выделения речи из когерентного шума с использованием двухэлементных микрофонных решеток. Методы. Исследование выполнено с использованием аналитических моделей и записей, сделанных в безэховой камере. Основные результаты. Алгоритм MVDR может быть представлен как комбинация дифференциального алгоритма с адаптивной настройкой нуля в направлении источника когерентной помехи и эквалайзера, выравнивающего пространственно-частотный отклик в направлении целевого источника. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть применены при проектировании систем с большим числом микрофонов.Subject of research. This paper considers a dual-channel algorithm implementation, namely, Minimum Variance Distortionless Response (MVDR), for speech enhancement in the presence of coherence noise using dual-microphone arrays. Methods. The study was performed using analytical models and recordings in an anechoic chamber. Main results. It is shown that the MVDR algorithm can be represented as a combination of a differential algorithm with an adaptive steering adjustment in the directions of the coherent noise sources and an equalizer that equalizes the spatial-frequency response in the direction of the target source. Practical relevance. The advantage of the MVDR algorithm is automatic steering in the directions of noise sources. The results are applicable in the design of systems with a large number of microphones.

ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ СТЕНДОВ SDK В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ

КЛЮЧЕВ А.О., ПЛАТУНОВ А.Е., ДЕРГАЧЕВ А.М.

Исследован современный рынок труда в области IT-технологий в России, проанализированы требуемые компетенции для соискателей. Показаны проблемы, связанные с обучением студентов проектированию встроенных и киберфизических систем, а также особенности традиционных подходов к обучению программистов. Предложен подход к повышению качества обучения программистов информационных систем за счет использования низкоуровневого программирования. Представлен разработанный модульный учебный лабораторный стенд SDK-1.1M.The up-to-date labor market in the field of IT-technologies in Russia is studied, the required competencies for applicants are analyzed. The problems are shown associated with teaching students to design embedded and cyber-physical systems, as well as the features of traditional approaches to teaching software engineers. We propose an approach to the training quality improvement for software engineers of information systems through the use of low-level programming. The developed modular training laboratory stand SDK-1.1M is presented.

This content is a part of the Автоматика и вычислительная техника collection from eLIBRARY.
If you are interested to know more about access and subscription options, you are welcome to leave your request below or contact us by eresources@mippbooks.com

Request

Unfortunately, we have no right to provide any kind of access to this resource in the territory of Western Europe. In any case, we will process your request and contact you with possible variants of solution.