Архив рубрики: Технические системы

ИССЛЕДОВАНИЕ АБСТРАКТНОГО КЛЕТОЧНОГО АВТОМАТА НЕЗАВИСИМОГО ОТ ВРЕМЕНИ


УДК 519.713.1
doi: 10.26102/2310-6018/2019.24.1.037

А.А. Уманов


Актуальность исследования обусловлена всё возрастающим количеством, как вычислительных ядер у отдельно взятого вычислительного устройства, так и общего числа таких устройств. При этом многие алгоритмы рассчитаны на работу в строго определенной последовательности, в результате чего, либо часть вычислительной мощности простаивает, либо поверх основных вычислений достраивается дополнительная логика, которая не только усложняет разработку, но и требует дополнительных вычислений, единственной целью которых является синхронизация между узлами/ядрами/потоками. В связи с этим, данное исследование направлено на выявление способа выполнения вычислений без необходимости синхронизации как таковой, на примере работы клеточного автомата. Ведущим методом исследования данной проблемы является математическое и компьютерное моделирование работы клеточного автомата, позволяющие комплексно рассмотреть первопричину возникновения необходимости выполнения синхронизации – времени. В статье представлен способ описания клеточного автомата, в котором исключены все излишние сущности, одной из которых стало время, в результате чего исчезла необходимость и в синхронизации. Выявлены ключевые сущности, которых достаточно для полноценного описания работы произвольного клеточного автомата. Обоснована применимость минимального набора сущностей на примере элементарного одномерного клеточного автомата.

Ключевые слова: клеточный автомат, абстрактный клеточный автомат, правило, состояние, суперпозиция, пространство, время, матрица.

Полный текст статьи:
Umanov_1_19_1.pdf

СИНТЕЗ МОДЕЛИ ПАРНОЙ ЛИНЕЙНОЙ РЕГРЕССИИ И ПРОСТЕЙШЕЙ EIV-МОДЕЛИ


УДК 519.862.6
doi: 10.26102/2310-6018/2019.24.1.033

М. П. Базилевский


Данная работа посвящена синтезу модели парной линейной регрессии и простейшей EiV-модели (Errors-In-Variables model), более известной как регрессия Деминга. EIV-модель – это регрессия, в которой все переменные содержат случайные ошибки. Такие модели имеют ряд существенных недостатков, что затрудняет работу с ними. Предлагаемый в работе синтез, названный двухфакторной моделью полносвязной линейной регрессии, не только лишен этих недостатков, но и имеет определенные достоинства. Рассмотрены основные этапы построения и анализа двухфакторных моделей полносвязной линейной регрессии. Предложенная модель полносвязной линейной регрессии имеет много общего с классической моделью множественной регрессии, однако в основе этих двух видов лежат совершенно разные подходы. Если множественная регрессия строится по принципу «независимые переменные влияют на зависимую», то принципом полносвязной регрессии является «все переменные влияют друг на друга». Установлено, что аппроксимационные способности полносвязных моделей не превосходят способностей множественных регрессий, но зато первые имеют гораздо более разнообразную интерпретацию. Разработанный синтез можно использовать при построении множественных моделей как инструмент для решения задач снижения размерности данных, устранения мультиколлинеарности и отбора информативных регрессоров.

Ключевые слова: регрессионная модель, метод наименьших квадратов, метод наименьших полных квадратов, регрессия Деминга, EIV-модель, модель полносвязной линейной регрессии.

Полный текст статьи:
Bazilevskiy_1_19_1.pdf

СПОСОБ АВТОНОМНОЙ КОРРЕКЦИИ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА НА ОСНОВЕ СОВРЕМЕННЫХ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ


УДК 629.7.05
doi: 10.26102/2310-6018/2019.24.1.030

А.В. Сизов, С.В. Ипполитов А.Ю. Савченко В.А. Малышев


Разработан способ коррекции инерциальной навигационной системы на основе современных геоинформационных технологий с применением оптико-электронной системы и электронной карты местности, позволяющий определять координаты местоположения беспилотного летательного аппарата в автономном режиме без применения спутниковых и радиотехнических средств навигации. При этом текущие координаты беспилотного летательного аппарата определяются с помощью инерциальной навигационной системы. Затем эти координаты с учётом погрешности, накопленной после последней коррекции или выставки инерциальной навигационной системы, вводятся в электронную карту местности. Таким образом, определяются границы рабочей области электронной карты местности, что существенно сокращает вычислительные затраты. Коррекция текущих координат местоположения беспилотного летательного аппарата от оптико-электронной системы осуществляется за счет двух видов данных – географических координат трех известных ориентиров (идентичных точек) на местности и координат положения беспилотного летательного аппарата относительно данных ориентиров (относительные координаты – дальность, высота и боковое отклонение). Определение географических координат трех идентичных точек производится в электронной карте местности на основе распознавания, полученного оптико-электронной системой изображения. Расчет относительных координат беспилотного летательного аппарата осуществляется методом треугольника с описанной (вписанной) окружностью (сферой), вершинами которого являются три идентичные точки, с определением их координат в связанной системе координат беспилотного летательного аппарата в результате соответствующей обработки изображения оптико-электронной системой.

Ключевые слова: инерциальная навигационная система, оптико-электронная система, электронная карта местности.

Полный текст статьи:
SizovSoavtori_1_19_2.pdf

АЛГОРИТМ КОРРЕКЦИИ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА НА ОСНОВЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ И ЭЛЕКТРОННОЙ КАРТЫ МЕСТНОСТИ


УДК 629.7.05
doi: 10.26102/2310-6018/2019.24.1.029

А.В. Сизов, С.В. Ипполитов А.Ю. Савченко В.А. Малышев


В работе представлен алгоритм коррекции инерциальной навигационной системы беспилотного летательного аппарата на основе применения оптико-электронной системы и электронной карты местности, что позволит обеспечить высокую точность определения навигационных параметров, быстродействие системы коррекции, малые габариты, стоимость, а также автономность работы. Данный алгоритм реализует новый способ коррекции инерциальной навигационной системы на основе разработанной математической модели, описывающей процедуры решения навигационных задач: определения относительных координат трёх идентичных точек (ориентиров на местности) в связанной с беспилотным летательным аппаратом системе координат оптико-электронной системой; пересчета полученных относительных координат с помощью матрицы направляющих косинусов в географическую систему координат; определения географических координат идентичных точек из электронной карты местности; расчета текущих географических координат беспилотного летательного аппарата на основе его относительных координат и географических координат идентичных точек. Решение описанных задач осуществляется разработанным алгоритмом, конечным шагом которого является ввод текущих географических координат беспилотного летательного аппарата в инерциальную навигационную систему для ее коррекции.

Ключевые слова: инерциальная навигационная система, оптико-электронная система, электронная карта местности, беспилотный летательный аппарат.

Полный текст статьи:
SizovSoavtori_1_19_1.pdf

АЛГОРИТМ ПОДАВЛЕНИЯ ТУРБОВИНТОВОГО ЭФФЕКТА


УДК 62.523.8
doi: 10.26102/2310-6018/2019.24.1.026

А.В. Кучерявенко


В статье рассматривается возникновение шумовых компонент от вращающихся элементов конструкции летательного аппарата или турбовинтовых составляющих и влияние этих компонент на радиосигнал слежения за аэродинамическим объектом. Маскирующее действие сигналов от вращающихся элементов влияет на наблюдение за планерной составляющей, что мешает слежению за объектом. Отмечается необходимость подавления турбовинтовых составляющих в радиосигнале. Для решения проблемы предлагается использовать фрактальные методы обработки сигнала. Предложен алгоритм подавления турбовинтовых спектральных составляющих в эхо-сигнале аэродинамического объекта, основанный на определении функции подобия. В статье рассмотрены шаги выполнения алгоритма и приведена его блок-схема. Приведен пример сигнала из банка временных функций микродвижений элементов конструкции объекта, использующийся в качестве базиса при аппроксимации исходного эхо-сигнала. Проведено моделирование для одиночного аэродинамического объекта, подтверждающее подавление турбовинтовой составляющей эхо-сигнала. Разработанный алгоритм предлагается применить для классификации числа объектов в рое беспилотных летательных аппаратов. Отмечена необходимость уменьшения интервала дискретности параметров, описывающих кинематику микродвижений объекта. Материалы представляют практическую ценность в радиолокации при сопровождении беспилотных летательных аппаратов для устранения мешающих компонент в дальностно-доплеровском портрете объекта, автоматической координации, навигации и повышения безопасности полетов.

Ключевые слова: турбовинтовая составляющая, планерная составляющая, микродвижение, эхо-сигнал, спектр, радар, Доплер.

Полный текст статьи:
Kucheryavenko_1_19_1.pdf

АНАЛИЗ ПОДСТРОЙКИ СТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ СШИВАНИЯ ЧАСТЕЙ ДЕКОМПОЗИРОВАННОЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ДОПОЛНЕНИЯ ШУРА


УДК 621.3.011.712
doi: 10.26102/2310-6018/2019.24.1.024

А.В. Скляр


Статья продолжает цикл работ автора по теме полунатурного моделирования более известного за рубежом как HIL-моделирование. В статье предложен алгоритм декомпозиции любой радиотехнической системы и последующего сшивания её частей при подстройке всего лишь одного из двух стабилизирующих параметров схемы сшивания. Кроме того, проанализирована возможность использования схемы сшивания в качестве согласующего устройства между фрагментами системы с точки зрения устойчивости системы. Всё это позволяет существенно сократить объём отладочных работ, выполняемых при полунатурном моделировании радиотехнических систем, как в области исследования элементарных систем, так и при отработке вариантов создания сложных мультисистем. В качестве доказательства правильности предложенного метода произведён аналитический расчёт, в общем виде показывающий возможность подстройки только одного стабилизирующего параметра в схеме сшивания декомпозированной системы, при этом сходимость параметров декомпозированной и исходной систем может быть достигнута за несколько итераций, а в некоторых случаях такой сходимости можно добиться и за одну итерацию. В заключении статьи выполнен расчёт с использованием численного примера для практического подтверждения предлагаемого метода. Для наглядности и правильного понимания описываемых действий приведены иллюстрации, как производимых операций, так и результатов вычислений.

Ключевые слова: стабилизирующий параметр, декомпозиция системы, схема сшивания, полунатурное моделирование, радиотехническая система, правило Крамера, дополнение Шура.

Полный текст статьи:
Sklyar_1_19_1.pdf

МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЛОСОВЫХ ФИЛЬТРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВРИСТИЧЕСКОГО АЛГОРИТМА


УДК 621.372
doi:10.26102/2310-6018/2019.24.1.023

А.В. Смирнов


Цель работы — исследовать методы получения аппроксимаций передаточных функций (ПФн) полосовых фильтров (ПФ), оптимальных по показателям качества (ПоК), характеризующим АЧХ и ФЧХ. Задача одновременной оптимизации АЧХ и ФЧХ актуальна для многих современных радиоэлектронных систем. Ее решением должно быть множество Парето-оптимальных аппроксимаций ПФн (фронт Парето). Аналитически эта задача не решается, и необходимо использование эвристических алгоритмов. Проведено сравнение двух методов. В соответствии с первым из них сначала получают оптимальные по АЧХ и ФЧХ ПФн фильтров нижних частот (ФНЧ), которые затем преобразуют в ПФ. По второму методу непосредственно осуществляется поиск оптимальных ПФн ПФ. В обоих случаях используется эвристический алгоритм, основанный на многократном повторении локального поиска. Для нахождения какой-либо точки фронта Парето значения ПоК, относящихся к АЧХ, фиксируются путем задания для них достаточно больших коэффициентов в целевой функции, и минимизируется нелинейность ФЧХ. Выполненные исследования показывают, что в случаях, характеризующихся широкой полосой пропускания ПФ и относительно невысокими ПоК АЧХ, второй метод позволяет найти решения с меньшей нелинейностью ФЧХ по сравнению с первым методом, при сохранении значений ПоК АЧХ. То есть, в этих случаях при преобразовании ФНЧ в ПФ Парето-оптимальность не сохраняется. В случаях же узкой полосы пропускания ПФ или относительно высоких ПоК АЧХ непосредственный поиск не дает выигрыша, и можно пользоваться первым методом, требующим выполнения меньшего объема вычислений.

Ключевые слова: передаточная функция, полосовой фильтр, аппроксимация, оптимальность по Парето, эвристический алгоритм.

Полный текст статьи:
Smirnov_1_19_1.pdf

ОПТИМАЛЬНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА ПРИ АКТИВНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ НЕЧЕТКИХ ЛИНЕЙНЫХ РЕГРЕССИОННЫХ МОДЕЛЕЙ


УДК 519.242
doi: 10.26102/2310-6018/2019.24.1.020

А.А. Попов


Рассматривается задача построения линейных относительно параметров и факторов регрессионных моделей для случая достаточно широких диапазонов варьирования переменных. Для восстановления зависимостей предлагается использовать нечеткие линейные регрессионные модели. Рассматривается вопрос априорного оптимального планирования эксперимента при идентификации нечетких линейных регрессионных моделей. При этом область определения действующих факторов разбивается на 2-3 нечеткие партиции. Такое модельное представление обеспечивает восстановление зависимостей, имеющих отличия на разных частях области определения входных переменных. Формулируется задача построения -оптимального планирования эксперимента. Для построения оптимальных планов используется численный алгоритм в виде градиентного спуска. Эффективность получаемых решений контролируется выполнением необходимых и достаточных условий оптимальности. Задача построения -оптимального плана рассмотрена для случая одного и двух факторов с числом нечетких партиций 2 и 3. Проведен анализ характеристик оптимальных планов в зависимости от ширины зоны пересечения нечетких партиций. Отмечается, что при уменьшении зоны пересечения нечетких партиций эффективность оптимальных планов повышается, что сказывается на уменьшении определителей дисперсионных матриц и их следа. Отмечаются другие характерные особенности синтезированных -оптимальных планов. Делается вывод об эффективности активной идентификации нечетких линейных регрессионных моделей.

Ключевые слова: нечеткие регрессионные модели, функции принадлежности, оптимальное планирование эксперимента, критерий — оптимальности .

Полный текст статьи:
Popov_1_19_1.pdf

УЧЕТ МНОЖЕСТВА СЛУЧАЙНЫХ ФАКТОРОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МИНИМАКСНОГО КРИТЕРИЯ В ЗАДАЧАХ РАСПОЗНАВАНИЯ ОБЪЕКТОВ


УДК 004.93
doi: 10.26102/2310-6018/2019.24.1.014

Ю.Е. Гагарин


В современных системах распознавания образов, исходные данные, как правило, являются случайными величинами, и результаты статистической обработки таких данных могут привести к существенным ошибкам распознавания. В данной статье рассматриваются возможности учета погрешностей исходных данных в случае использования минимаксного критерия. Предполагается, что описаниями объектов являются априорные вероятности появления объектов и условные плотности распределения вероятностей значений признаков, параметрический вид которых известен. Для определения оценок параметрической модели с учетом погрешностей значений функций и аргументов использовались методы конфлюэнтного анализа, позволяющие получать несмещенные оценки параметров. Показано, что учет погрешностей параметров условных плотностей распределения вероятностей приводит к необходимости учета погрешности границ разделения классов и необходимости корректирования формул определения ошибок первого и второго рода. Погрешность границ разделения признакового пространства приводит к возникновению зоны неопределенности, ширина которой будет зависеть от погрешностей параметров условных плотностей распределения вероятностей. В статье, предложен способ оценивания границ разделения признакового пространства для нормально распределенных условных плотностей распределения вероятностей с учетом погрешностей исходных данных, в котором погрешности параметров определяются исходя из дисперсий оценок параметров. Разработанный подход может использоваться в задачах распознавания объектов по множеству случайных признаков.

Ключевые слова: распознавание объектов, случайные величины, минимаксный критерий, методы конфлюэнтного анализа, граница разделения классов.

Полный текст статьи:
Gagarin_1_19_1.pdf

МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТАЛЛО-ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ НА ОСНОВЕ КОМБИНИРОВАННОГО ПОДХОДА

УДК 629.7.05

И.Я. Львович, А.П. Преображенский, О.Н. Чопоров, Е Ружицкий


В состав современных радиопередающих устройств могут входить антенны, сформированные как из металлических, так и диэлектрических компонентов — металлодиэлектрические антенны. Они являются достаточно компактными и могут размещаться на различных объектах техники. В работе проведено моделирование металлодиэлектрической антенны на основе комбинированного подхода. Приведена схема построения антенны в разных плоскостях. Рассмотрен процесс рассеяния плоской электромагнитной волны на антенне. Разработан комбинированный алгоритм, включающий метод интегрального уравнения, параллельный подход и генетический алгоритм. В работе интегральное уравнение применяется для того, чтобы определить неизвестные поверхностные электрические токи на поверхности антенны, оно решается на основе метода моментов. Для ускорения расчетов использовался параллельный алгоритм. Матрица импедансов представляется как блочная. Для каждого из блоков применяется свой параллельный поток. При учете влияния на рассеянное поле плоского диэлектрического волновода используется метод, связанный с обобщенной матрицей рассеяния. Для решения задачи многоальтернативной оптимизации, связанной с определением линейных размеров антенного устройства при заданной рабочей частотой антенны, используется генетический алгоритм. В результате получены размеры спроектированной антенны для заданных размеров входящих в ее состав компонентов.

Ключевые слова: антенна, интегральное уравнение, параллельные вычисления, оптимизация, генетический алгоритм.

Полный текст статьи:
LvovichSoavtors_4_18_1.pdf