МГТУ им. Н.Э. Баумана (статьи)

Рассмотрены особенности поведения роторного вибрационного гироскопа для вращающегося носителя с отрицательной обратной связью по скорости и интегрирующим звеном в выходном каскаде электронного блока при угловых и круговых колебаниях носителя вокруг его поперечных осей с частотами, кратными частоте собственного вращения носителя вокруг продольной оси. Представлены кинематическая и структурная схемы гироскопа. Приведены результаты исследования влияния указанных колебаний носителя на параметры выходного сигнала прибора.

Рассмотрены проблемы разработки малогабаритного аэрогравиметра, устанавливаемого на гиростабилизированную платформу. В качестве датчика аэрогравиметра используется электромеханический узел кварцевого компенсационного акселерометра типа Q-flex. Исследована возможность получения минимальных уровней временного дрейфа характеристик и низкочастотных шумов в выходном сигнале гравиметра. Приведены результаты экспериментальных исследований гравиметра.

Рассмотрены инерционные моменты, парируемые двигателями cтабилизации гиростабилизатора, которые возникают при движении высокоманевренного объекта с угловыми скоростями и ускорениями, а также при наличии угловых колебаний основания. Получены расчетные соотношения, описана методика определения максимальных величин инерционных моментов для двух- и трехосного гиростабилизаторов. Приведены результаты анализа и примеры расчета.

Рассмотрены методы идентификации моделей движения центра масс ракет космического назначения. В целях унификации программно алгоритмического обеспечения системы управления показано сведение задачи идентификации к проблеме двухточечной краевой задачи.

Проведен анализ риска информационной безопасности при реализации некоторых из фрод-угроз. Разработаны соответствующие алгоритмы атак злоумышленника и предложены способы защиты от них. Результаты получены с помощью тестирования, проведенного на стенде оборудования одного из российских операторов связи.

Показана актуальность использования механизма обнаружения вторжения IDS в кластерной беспроводной сенсорной сети (БСС) для противодействия атакам, проводимым путем вброса злоумышленником нелегитимного сенсорного узла. Выполнение этим узлом функций головного узла кластера приводит к большому риску информационной безопасности всей кластерной области БСС. Дается описание предлагаемой системы обнаружения вторжений IDS на основе аномалий. При этом рассматриваются физический и канальный уровни сенсорного узла кластерной области.

Реализация неблокирующего ввода-вывода, необходимого для работы с несколькими сетевыми соединениям в одном потоке исполнения, достаточно трудоемка: ошибки могут привести к блокированию потока выполнения на неопределенное время. Поставлена задача разработки и создания программной реализации метода поиска таких ошибок при тестировании системы. Описан метод, с помощью которого осуществляется анализ системных вызовов процесса и определение ошибок при мультиплексировании сетевых соединений на этапе тестирования. Метод реализован как программный комплекс для ОС на базе ядра Linux.

В многопоточных программах может возникать состояние гонок ввиду отсутствия синхронизации при доступе к памяти. Для сбора информации о событиях динамическими методами выявления таких гонок требуется либо виртуальная машина, либо инструментирование исполняемого кода. В работе предложен метод динамического поиска гонок, использующий отношение предшествования и ограничение истории обращений. Метод реализован для анализа программ на языке С, для инструментирования исходного кода на этапе трансляции используется система LLVM. Как показывают проведенные эксперименты, применение предложенного метода позволяет сохранить накладные расходы на поиск гонок на приемлемом уровне.

Описано усовершенствование обработки и хранения результатов распознавания автомобильных номеров. Проведен анализ недостатков существующих систем, на основе результатов которого предложен способ использования модификации алгоритма распознования для улучшения поиска.

Рассмотрена проблема поиска автомобиля по номеру в базе данных распознанных государственных регистрационных знаков (ГРЗ). Проанализированы причины ошибок распознавания и предложены алгоритмы поиска ГРЗ с учетом таких ошибок. Представлены выводы о работе данных алгоритмов на основе их программной реализации.

Рассмотрен новый подход к предварительной обработке изображений дистанционного зондирования Земли с управляемой потерей качества. Подход основан на выделении контуров на изображениях с последующим исключением паразитных контуров. Предложенный алгоритм можно использовать для сопоставления разновременных изображений, представленных в виде групповых точечных объектов, он позволит уменьшить время анализа с одновременным повышением точности результата.

Рассмотрен выбор методов и приемов разработки программного обеспечения для процессора блока цифровой обработки камеры инфракрасного диапазона, а также программного обеспечения для ПЭВМ, производящего получение видеосигнала с блока цифровой обработки, его цифровую обработку и отображение. Описаны технические решения, которые позволили провести «ручную оптимизацию» кода для удовлетворения всех требований технического задания.

Рассмотрены алгоритмы вычисления оптического потока по серии изображений, а также проанализировано их применение для выделения транспортных средств и определения направления их перемещения на видеоизображении. Показаны результаты работы алгоритма при различных параметрах входных данных: разной скорости движения транспорта, плотности потока и частичном перекрытии изображений объектов. В качестве результатов приведены выводы о возможности использования алгоритмов для решения поставленной задачи, кроме того, даны рекомендации по применению метода, позволяющего точно выделять передвигающиеся объекты.

Показаны необходимость, место задачи и значение предметного коррекционного курса по дисциплине «Основы информатики» в учебных планах для студентов с нарушениями слуха в МГТУ им. Н.Э. Баумана в аспекте его коррекционно-компенсаторной направленности.

Рассмотрены вопросы полнотекстового поиска и анализа текстовой информации для построения современных поисковых систем. Проанализированы методы оценки релевантности найденной информации поисковому запросу на естественном языке.

Приведено описание подходов к оценке быстродействия алгоритмов реализации операций умножения и деления целых чисел произвольной размерности на основе подсчета количества операций, выполняемых в ходе их обработки. Это позволяет определить границы применимости формы представления «длинных» чисел в виде одномерных массивов, в которых каждая цифра занимает один байт.

Рассмотрены вопросы формирования множителя целых чисел произвольного размера по алгоритму дихотомического поиска и анализа количества выполняемых компьютерных операций при определении скоростных свойств алгоритма.

Рассмотрен метод формализации вычислительных алгоритмов с помощью иерархических сетей Петри. Разработан программный комплекс, реализующий работу излагаемого метода. Данный программный комплекс позволяет проверять модели алгоритмов программного обеспечения на наличие взаимоблокировок, невыполнимых операций, циклов и зацикливаний. В основе проверки моделей алгоритмов лежит такой метод анализа сетей Петри, как дерево достижимости.

Рассмотрен программный инструментарий системы поддержки принятия решений МАТПРОГ. Система является инструментальным средством моделирования и интеллектуализации задач принятия решений. Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение реализует решение поисковых задач на графах, экспертных систем и решателей, задачи линейного программирования, транспортной задачи, моделирование потоков в сетях и определение дерева разрезов сети, оценивание параметров линейных регрессий.

Представлен подход к формированию требований и формальных методик сертификационных испытаний DLP-систем на основе стандарта ИСО 15408.

Исследована тенденция перехода к «облачным» вычислениям при разработке инструментальных средств имитационного моделирования. Для разработки «облачных» сервисов имитационного моделирования предложено использовать язык Java. Представлено краткое описание библиотеки классов языка Java для разработки реализаций имитационных моделей в «облачных» сервисах. Рассмотрен пример реализации имитационной модели системы массового обслуживания типа M/М/1 в виде Java-апплета. Для проверки результатов моделирования представлен аналитический расчет модели и результаты, полученные на языке GPSS.

Рассмотрена задача создания иерархического представления компьютерной сети. Задача сведена к задаче о покрытии множества, предложен нейросетевой подход на основе сетей Хопфилда для ее решения.

Проведен сравнительный анализ алгоритмов и технологий современных систем обнаружения и предотвращения вторжений, а также методов обработки сетевой информации. Разработана архитектура перспективной системы обнаружения и предотвращения вторжений (СОПВ), использующей компоненты аппаратной виртуализации и многоуровневую систему обработки информации, которая поступает с датчиков. Проведено имитационное моделирование компонентов системы в среде Matlab.

Предложен подход к обоснованию выбора некоторой общесистемной характеристики — показателя внутренней конфликтности, которая рассматривается в качестве количественной меры текущего уровня и потенциала развития банковской автоматизированной системы сбора и обработки данных (АССОД), сформулирован критерий предпочтения при выборе направлений модернизации «унаследованных» систем.

Представлены результаты сравнительного анализа двух алгоритмов кластерного анализа Lingo и STC. В качестве корпуса документов для оценки возможности кластеризации использован набор документов, полученных в ходе мониторинга сайтов определенной тематической направленности. Показано, что для корпуса документов указанной тематики алгоритм Lingo обеспечивает более высокое качество кластеризации.

Рассмотрен новый подход в области динамического управления бизнес-процессами, основанный на использовании графической нотации с совмещенными сетями управления и данных. Благодаря явному заданию потока данных появляется возможность автоматического преодоления семантического разрыва, возникающего между графической и исполняемой моделью бизнес-процессов. Последнее приводит к повышению качества управления производственными и технологическими процессами на предприятиях.

Предложены и исследованы разбиения семейства матриц Адамара по его конструктивным особенностям и модель таких разбиений.

Рассмотрен алгоритм обнаружения надводных кораблей на изображениях, полученных с оптико-электронного канала, путем нахождения первой производной от функции яркостей исходного изображения методом Собела. Предложены алгоритмы фильтрации обработанного изображения и обнаружения искомого объекта на основе его семантического описания. Экспериментально определены точностные характеристики алгоритма, сделан вывод о возможности применения данного метода в системах технического зрения беспилотных летательных аппаратов.

Дано описание построения фильтра Калмана для оценки параметров ориентации космического аппарата с использованием зашумленных показаний звездного датчика. Линеаризована математическая модель углового движения спутника с учетом нелинейного закона управления и механической характеристики двигателейаховиков. Исследованы алгоритмы адаптации ковариационных матриц шума измерений и шума процесса. Рассмотрено влияние начальных ошибок фильтра на его работу.

Предложена методика оценки параметров движения подводного аппарата на основе изображений, поступающих со стереопары, с применением вычислительной аппаратуры низкой производительности и с упрощенной процедурой калибровки видеокамер на основе нейронных сетей и генетических алгоритмов.

Рассмотрено применение двумерных интегральных преобразований для описания непрерывно-дискретных систем, позволяющих получать явные соотношения для непрерывных и дискретных реакций систем и обосновывать принятые на практике методы синтеза цифровых регуляторов.

Изложен способ определения углов атаки и скольжения по измерениям давления набегающего потока на обтекателе летательного аппарата (ЛА). Приведены результаты поиска приближенных решений для расчетных формул. Описаны конструкция аппаратной реализации измерителя и результаты летных испытаний на экспериментальном ЛА.

Исследовано влияние упругих деформаций корпуса космического аппарата (КА) на точность наведения целевой аппаратуры (ЦА). Рассмотрена задача союстировки ЦА и звездных приборов в составе бортового комплекса управления КА. Подтверждена необходимость установки измерительных органов системы управления (СУ) космического аппарата на едином кронштейне с целевой аппаратурой.

Показаны практические результаты, достигнутые при создании системы управления полетом для беспилотного летательного аппарата. На основе геометрического метода синтеза сформированы cтруктура и алгоритмы системы управления полетом. Характерной особенностью синтезированной системы управления является то, что это грубая система. Полученные в летных испытаниях показатели, демонстрирующие точность прохождения маршрута, подтвердили работоспособность применяемых технологий разработки и изготовления системы управления полетом.

Рассмотрена методика расчета трехзеркальных оптических систем с зеркалами Манжена и эксцентрично расположенным полем изображения, позволяющая уменьшить порядок асферических поверхностей, используемых в трехзеркальных объективах, а в некоторых случаях и отказаться от них. Приведены расчетные формулы и пример одного из новых объективов, разработанных по данной методике.

Представлен лазерный хoлoэллипсoметр практически нoрмального рассеяния света образцом оптически одноосного двумерного кристалла. Устройство позволяет получать в реальном времени полный набор требуемых параметров оптически прозрачного образца для реализации мониторинга создания и обработки двумерных кристаллов, используемых в качестве элементной базы в высоких технологиях.

Предложена принципиально новая оптическая система лазерного интерферометра для бесконтактного контроля формы крупногабаритных выпуклых сферических поверхностей без снятия с планшайбы станка. Рабочий волновой фронт формируется объективом, состоящим из стационарного сферического зеркала диаметром 1 200 мм и четырех сменных эталон-компенсаторов, диаметры которых составляют менее 120 мм. Волновая аберрация объектива при автоколлимационном ходе лучей не превышает 0,07 длины волны He—Ne лазера.

Светосильные линзовые объективы для инфракрасной области спектра требуют применения дорогостоящих кристаллов. Поэтому в таких объективах простейшей схемой следует считать схему из двух линз, расположенных на конечном расстоянии. Для расширения коррекционных возможностей схемы с целью обеспечения высокого качества изображения необходимы асферические поверхности. Предложена методика проектирования такого объектива, обеспечивающая качественное исправление всех монохроматических аберраций кроме дисторсии и даны рекомендации по уменьшению аберраций хроматизм положения и хроматизм увеличения. Приведен пример расчета объектива с относительным отверстием 1:1,2, угловым полем 15° и качеством изображения, близким к дифракционному.

Предложена методика определения спектральных характеристик, на основе которой разработана программа для расчета дисперсии, спектрального разрешения и кривизны спектральных линий гиперспектральной съемочной аппаратуры.

Рассмотрена методика расчета длиннофокусного зеркально-линзового объектива, содержащего главное сферическое вогнутое зеркало, зеркало Манжена и двухлинзовый компенсатор.

Рассмотрен газодинамический подход к описанию процессов, приводящих к образованию лидера — локальной области значительной пространственной неоднородности концентрации заряда и, как следствие, сильного электрического поля, инициирующего пробой атмосферного газа. Найдено решение системы нелинейных уравнений гидродинамики слабоионизованного газа в одномерном случае и получены распределения концентрации частиц и электрического поля в потоке газа. Начальные условия задачи в значительной степени определяют режимы развития неустойчивости исходного распределения концентрации заряженных частиц и исследованы области изменения параметров, при которых нарастание электрического поля приводит к возникновению линий разрыва, аналогичных ударным волнам в газах, но имеющим электрическую природу компрессии. Получены численные решения системы уравнений без каких-либо приближений, использованных ранее. Показано, что в гидродинамическом потоке происходит значительное нарастание электрического поля и неоднородности распределения концентрации, однако поле остается конечным в принятых пространственно-временных масштабах грозового облака.

Рассмотрен оптико-акустический (ОА) пинцет с пузырьком субмикронного размера. Показано, что под действием лазерного излучения пузырек начинает совершать затухающие колебания, значительно увеличивающие усредненную силу давления на расположенную рядом малую сферическую частицу. Проведено сравнение силы ОА пинцета без пузырька и с малым газовым пузырьком.

Рассмотрены вопросы коммерциализации научных исследований и показана роль университетов, высших учебных заведений и научно-исследовательских институтов в современной инновационной системе.

Описаны принципы построения и расчета двухгрупповых панкратических объективов для цифровых камер. Рассмотрены три типа структурного построения панкратических объективов, отличающихся порядком и знаком оптических сил входящих групп. Приведены формулы для расчета перемещения групп и положения плоскости изображения. Дан обзор оптических схем и основных характеристик современных двухгрупповых панкратических объективов на базе анализа патентных материалов.

Проанализированы результаты расчета параксиальных характеристик линз с осевой и радиальной неоднородностями показателя преломления численным и аналитическим методами. Обоснован критерий достаточного количества коэффициентов числовых рядов, представляющих в неоднородной среде функции высоты луча и угла луча с оптической осью.

Проведенный анализ показал, что использование двухканального измерительного тракта в развертывающих поляриметрах позволяет проводить суммарно-разностную обработку, с помощью которой возможно значительное снижение влияния амплитудных помех источника излучения на точность измерений.

При решении задач экономики и организации производства используют организационно-экономическое моделирование, эконометрику и статистику. Они основаны на новой парадигме, суть которой — переход от параметрических вероятностно-статистических методов и моделей к непараметрическим, от числовых данных к нечисловым, а также интенсивное использование информационных технологий.Выявлены отличительные черты новой парадигмы по сравнению со старой парадигмой середины ХХ в.

Представлено описание установки измерения поглощенной дозы радиационного излучения. Показана возможность использования полевых транзисторов со структурой металл — диэлектрик — полупроводник в качестве компактных сенсоров радиации. Приведено описание метода определения поглощенной дозы с использованием сдвига порогового напряжения в результате облучения. Рассмотрены методы повышения температурной стабильности измеряемых характеристик.

23-25 октября 2013 года в МГТУ им. Н.Э. Баумана состоялась научная конференция "Фундаментальные и прикладные задачи механики", приуроченная к 135-летию кафедры теоретической механики, основанной Николаем Егоровичем Жуковским. Организаторами конференции выступили МГТУ им. Н.Э. Баумана, Научно-методический совет по теоретической механике при Министерстве образования и науки РФ, Научно-учебный комплекс "Фундаментальные науки", кафедра "Теоретическая механика" имени профессора Н.Е. Жуковского. Научное руководство конференции осуществлял академик РАН К.С. Колесников. В работе конференции приняли участие преподаватели и научные сотрудники ведущих вузов России и институтов РАН, студенты и аспиранты.

Рассмотрена плоская задача упругого удара тела о шероховатую поверхность в рамках модели удара Ньютона (стереомеханической модели удара). Определена зависимость характера движения тела после удара от положения точки контакта относительно центра масс тела, момента инерции тела, коэффициента восстановления, коэффициента трения и скорости точки контакта тела с поверхностью (либо скорости центра масс тела и его угловой скорости) до удара. Дана соответствующая графическая интерпретация.