Информатика, вычислительная техника и управление. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
Асимптотическое поведение средней стоимости восстановлений в моделях процессов восстановления
Статья научная
При эксплуатации ракетно-космической техники, электронно-вычислительных систем, систем электроснабжения, теплоснабжения, транспортных систем и многих других происходят отказы, возникают угрозы атак, безопасности и множество других воздействий, имеющих случайный характер и оказывающих негативную роль на их работу. Такие воздействия приводят к процессам восстановления, в которых время работы восстановленных элементов до их отказа, число отказов, время и стоимость восстановлений являются случайными величинами. В теории вероятностей и математической теории надежности при исследовании процессов восстановления особую роль имеет функция восстановления (среднее значение числа случайных отказов). Особо отметим ее значимость в оптимизационных задачах при выборе стратегии проведения процессов восстановления. Так, одними из важнейших критериев оптимальности являются среднее число отказов, средняя стоимость восстановлений, интенсивность затрат, коэффициент готовности. Также отметим задачу необходимости и времени проведения профилактических восстановлений. В работе в рамках математической теории надежности рассматриваются модели процессов восстановления с учетом стоимости восстановлений с изменяющимися функциями распределения наработок до отказа восстанавливаемых элементов и стоимостями восстановлений. Для рассматриваемых моделей получена формула функции затрат (средней стоимости восстановлений) через функции восстановления двух общих процессов восстановления, позволяющая доказать теоремы о асимптотическом поведении функции затрат, хорошо известные для асимптотического поведения функции восстановления общего процесса восстановления, где не учитывается время восстановлений. Полученные асимптотические теоремы для средней стоимости восстановлений обобщены на введенный альтернирующий (когда учитывается еще и случайное время проведения восстановлений) процесс восстановления с учетом стоимости восстановлений с изменяющимися функциями распределения наработок до отказа восстанавливаемых элементов и стоимостями их восстановлений.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается задача исследования с помощью расчетного алгоритма работы системы терморегули- рования с жидкостным контуром (ЖК), включающей в себя трубы с текущим внутри рабочим телом, радиа- ционный теплообменник, панели с размещенным на них тепловыделяющим оборудованием, насосы для прокач- ки рабочего тела, систему регулирования расхода. Для разработки алгоритма расчета был произведен анализ и обоснование привлекаемых к расчету уравнений. Для моделируемой системы выделены влияющие параметры. В качестве исходных уравнений для моделирова- ния используются уравнения, оказывающие значимое влияние на теплофизические параметры (температуру, расход, коэффициент теплоотдачи): закон Стефана-Больцмана для теплового излучения; закон теплоотдачи от стенки жидкостного контура в теплоноситель; уравнение теплоемкости теплоносителя; уравнение теплопроводности внутри панели от излучающей поверхности до поверхности теплообмена между рабочим теплом и теплоносителем; уравнение расхода; критериальное уравнение для определения коэффициента теп- лоотдачи. Для верификации алгоритма расчета были сопоставлены расчетные и экспериментальные данные по тем- пературам теплоносителя ЖК для случаев зимнего и летнего солнцестояния. Результаты расчета имеют удовлетворительную сходимость с экспериментальными данными. С использованием алгоритма расчета в рамках вычислительного эксперимента было оценено влияние на ЖК четырех влияющих параметров: тепловое выделение приборов модуля полезной нагрузки, расход рабочего тела, площадь излучающих панелей, тепловое выделение приборов модуля служебных систем. Для каждого из указанных параметров устанавливались уровни воздействия. Так, например, для нагрузки приборов, размещенных в модуле служебных систем, в качестве уровней нагрузки рассматривались 0, 50, 100, 150 и 200 % от базовой нагрузки 915 Вт из экспериментального исследования. Приведены постановка задачи исследования, описание алгоритма расчета, полученные расчетным путем данные, анализ результатов вычислительного эксперимента и выводы относительно степени влияния выде- ленных параметров на работу жидкостного контура.
Бесплатно
Статья научная
Обследование подводных объектов, таких как подводные археологические памятники, затонувшие технические объекты, технические сооружения, расположенные под водой, требует использования специально подготовленных водолазов, обитаемых или необитаемых дистанционно-управляемых или автономных подводных аппаратов. Относительно редко используемой конструкцией для таких подводных аппаратов является конструкция квадрокоптера с положительной плавучестью. В предлагаемой статье рассматривается конструкция и система управления подводного необитаемого дистанционно-управляемого аппарата в форме квадрокоптера. Целью работы является выбор и обоснование формы корпуса аппарата, оптимальной структуры системы управления с расчетом на последующее использование аппарата в качестве автономного. Описаны потенциальные преимущества выбранной конструкции в форме квадрокоптера с цилиндрическим корпусом, в частности, большой объем герметичного пространства аппарата, возможность установки емких источников питания, потенциальная возможность стабилизации аппарата в заданном положении при наличии течения в месте проведения работ. Герметичный корпус аппарата предназначен для размещения управляющей электроники, силовой электроники и элементов питания аппарата. Выбор и обоснование формы герметичного корпуса выполнены с использованием аппарата гидростатического моделирования и теоретической механики. В качестве формы герметичного корпуса аппарата выбран цельный цилиндр, выполненный из поликарбоната. Показано преимущество выбранной формы по сравнению с корпусом в форме параллелепипеда при условии одинаковых параметров материала. Управляющая система аппарата включает в себя программные и аппаратные компоненты. Обоснован выбор аппаратных компонентов, описаны их ключевые характеристики. В качестве управляющего устройства верхнего уровня выбран одноплатный компьютер (SBC, Single Board Computer) Orange Pi PC, непосредственно управление двигателями аппарата осуществляется при помощи микроконтроллера Cortex-M3. Описана архитектура программного обеспечения аппарата. Выбор архитектуры обусловлен требованиями слабой связности компонентов (что позволяет легко заменять отдельные элементы программного обеспечения без необходимости модификации остальных элементов), простотой потенциальной замены управляющих модулей верхнего уровня (что потенциально позволяет перейти от модели дистанционного управления аппаратом к автономной модели управления). Описаны отдельные компоненты программного обеспечения. Управляющая система реализована на языке высокого уровня Python версии 3.7, основой механизма управления является передача сообщений, в качестве среды обмена сообщениями выбран протокол MQTT с реализацией в виде сервера Mosquitto. Тестирование аппарата проводилось в бассейнах со стоячей водой и имитацией течения. Тестирование показало необходимость получения опыта для управления подводным аппаратом. Проведённое исследование позволит в дальнейшем разработать новую версию подводного аппарата с учётом пожеланий и выявленных проблем. (Русскоязычная версия представлена по адресу https://vestnik.sibsau.ru/articles/?id=677)
Бесплатно
Законы сохранения и решения первой краевой задачи для уравнений двумерной теории упругости
Статья научная
Известно, что если система дифференциальных уравнений допускает группу непрерывных преобразований, то система может быть представлена в виде совокупности двух систем дифференциальных уравнений. Как правило, эти системы имеют меньший порядок, чем исходная система. Первая система - автоморфная, характеризуется тем, что все ее решения получаются из одного решения с помощью преобразований этой группы. Вторая система - разрешающая, ее решения под действием группы переходят сами в себя. Разрешающая система несет основную информацию об исходной системе. В данной работе изучаются автоморфная и разрешающая системы, двумерные стационарные уравнения упругости, которые являются системами дифференциальных уравнений первого порядка. Впервые построены бесконечные серии законов сохранения для разрешающей и автоморфной систем уравнений. Поскольку двумерная система уравнений упругости линейна, то таких законов имеется бесконечно много. В данной работе построена бесконечная серия законов сохранения линейных по первым производным. Именно эти законы позволили решить первую краевую задачи для уравнений теории упругости в двумерном случае. Эти решения построены в виде квадратур, которые вычисляются по контуру исследуемой области.
Бесплатно
Статья научная
Задача идентификации систем, т. е. определение структуры и параметров систем по наблюдениям, явля- ется одной из основных задач современной теории и техники автоматического управления. Точность решения задачи идентификации напрямую зависит от качества исходных данных (выборки наблюдений). Однако данные могут содержать в себе различные недостатки, в частности, пропуски. Пробелы (пропуски) в данных возникают вследствие множества причин, таких как невозможность наблю- дения, отсутствие необходимых инструментов и т. п. Самый простой метод работы с такими данными - исключение из таблицы показателя (столбец) или объекта (строки) с пробелом. При большом количестве про- пусков в данных этот подход приводит к уменьшению точности модели из-за сокращения объема выборки. Важно отметить, что в описанном случае сложность решения задачи идентификации повышается, особенно когда плотность пропусков высока, их расположение нерегулярно, а данных недостаточно (крайне мало). Целью работы является повышение точности решения задачи идентификации дискретно-непрерывных многомерных процессов по выборкам наблюдений с пропусками. Для достижения поставленной цели использо- вались методы математической статистики, анализа данных, математического моделирования. Описан алгоритм непараметрической оценки кривой регрессии в дискретно-непрерывном процессе в задаче заполнения пропусков матрицы наблюдений. Также на основе этого алгоритма строится модель. Были прове- дены два вычислительных эксперимента. Первое исследование проведено в условиях наличия пропусков в вы- ходной переменной матрицы наблюдений. Второй эксперимент проходил при наличии пробелов во входных переменных. Исследования проводились при различных объемах выборки. По итогам работы алгоритма при различных условиях приведены некоторые выводы. Результаты работы могут быть полезны при создании систем управления многомерными дискретно- непрерывными процессами.
Бесплатно
Статья научная
Артиллерийский выстрел представляет собой сложный газо- и термодинамический процесс быстрого превращения химической энергии пороха в тепловую, а затем в механическую работу перемещения снаряда и откатных частей артиллерийского орудия. Отличительной особенностью применения авиационного артиллерийского оружия (ААО) является малое время, в течение которого возможна стрельба с летательного аппарата по цели, что требует производства не одного артиллерийского выстрела, а отстрела максимального количества снарядов с минимальными перерывами между очередями выстрелов. Анализ сложившихся физических представлений о процессах, протекающих в малокалиберном артиллерийском стволе (далее - ствол), позволяет выделить основную количественную характеристику температурного состояния, влияющую на качество функционирования ААО, - температурное поле ствола. Высокое по уровню и градиентам температурное поле, образующееся в стенке ствола при выстреле, очередях и сериях выстрелов, оказывает существенное влияние на снижение тактико-технических и эксплуатационных характеристик ААО. Поэтому задача синтеза математической модели теплофизического нагружения ствола (далее - модель, если из контекста изложения материала ясно, что речь идет именно о разработанной модели) и дефиниции температурного поля имеет большое значение для решения ряда практических приложений. К ним относятся: оценка износа канала ствола в зависимости от нагрева; анализ термопрочности материала ствола; анализ условий ведения снаряда по каналу ствола и экстракции гильзы при выстреле; оценка различных способов и методов искусственного охлаждения стволов; определение безопасности ААО по исключению события самосрабатывания термонагруженного патрона, находящегося в разогретом стрельбой стволе; обеспечение условий сохранения работоспособности взрывателей и т. д. Вместе с тем адекватный расчет нестационарного теплообмена в канале ствола затруднен, что связано с неполной достоверностью исходных данных и динамикой быстропротекающих процессов применения ААО. Целью работы установлено совершенствование математических средств, описывающих термодинамические состояния ствола на основе базовых функциональных зависимостей внутренней баллистики и рассредоточенного комбинирования методов теплообмена и конечных разностей. Многочисленное и всестороннее тестирование синтезированной модели, сравнение результатов расчета с данными классической теории, автомодельными решениями и с экспериментальными данными подтвердили достоверность и предопределили достаточную приспособленность модели к использованию по назначению по мере усложнения объектов исследований.
Бесплатно
Статья научная
Композиционные материалы широко используются практически во всех сферах науки, техники, без них современная жизнь не мыслима. Механика деформируемого твердого тела сформировалась и окрепла как наука на изучении материалов, используемых в 19 и 20 вв. Композиционные материалы потребовали новых способов как теоретического, так и экспериментального изучения. Особой проблемой стало определение напряжений и деформаций, возникающих в местах контакта матрицы с волокнами. Большую роль в современной технике играют композиты с пластической матрицей. Эти материалы успешно справляются с трещинообразованием и существенно замедляют рост трещин. В настоящей статье решена задача о напряженном состоянии композиционного бруса с упруго-пластической матрицей и упругими волокнами, расположенными вдоль оси бруса. Предполагается, что в зоне контакта матрицы с волокнами, по модели Ю. Н. Работнова, реализуется постоянное касательное напряжение, меньшее, чем предел текучести волокна. Один конец бруса закреплен, а на второй - действует постоянная сила, приложенная к центру тяжести, совпадающему с началом координат. Предполагается, что на свободной границе бруса и в местах контакта бруса с волокнами напряжения достигают предела пластичности. Задача решена с помощью законов сохранения. Это позволяет свести нахождение напряженного состояния в произвольной точке сечения к вычислению интегралов по внешней границе бруса и границам матрицы и волокон.
Бесплатно
Статья научная
Обсуждаются возможности создания на базе кафедры космических средств и технологии Сибирского государственного университета науки и технологий имени М. Ф. Решетнева инновационного учебно-научного центра мониторинга лесных ресурсов Сибири с целью подготовки инженерных кадров высшей квалификации и проведения перспективных научных исследований в области мониторинга, моделирования, прогнозирования и управления лесными ресурсами. Предлагаются методические решения и алгоритмы трехмерного моделирования структуры и динамики леса по данным лазерного сканирования, цифровой аэро- и космической съемки. Эти методы способствуют оперативному мониторингу и позволяют значительно снизить стоимости по контролю состояния и использования лесных ресурсов на огромной территории Сибири. Данные дистанционного зондирования представляются в виде геотрансформированной базы данных и цифровой фотокарты, совместимых в форматах с системами автоматизированного проектирования и основными геоинформационными системами - ArcView, ArcINFO, MapINFO. Инновационный центр мониторинга будет использован для оперативного государственного контроля и мониторинга лесопользования, состояния лесных земель, лесоустройства и инвентаризации лесов; решения задач экологии и природопользования, геоэкологии; формирования кадастра лесных ресурсов; аэрокосмических методов исследования природных ресурсов и территорий, информационных технологий. Решение данных задач позволит осуществлять подготовку специалистов высокой и высшей квалификации. Специалистами центра планируется создавать информационные технологии дистанционного зондирования природных объектов с целью импортозамещения зарубежных программных продуктов. Основные научные направления создаваемого центра: разработка и исследование методики системного анализа многомерных данных дистанционного зондирования большого объёма на основе непараметрических алгоритмов принятия решений и технологий параллельных вычислений; проверка гипотез о распределениях данных дистанционного зондирования большого объёма, основанных на непараметрических алгоритмах распознавания образов ядерного типа; обнаружение компактных групп данных дистанционного зондирования большого объёма, соответствующих одномодальным фрагментам совместной плотности вероятности многомерных случайных величин.
Бесплатно
Статья научная
Космические миссии с применением малых космических аппаратов типа CubeSat получили широкое распространение. В связи с этим перспективным направлением развития данной отрасли являются интегрированные космические сети. В данной работе предложена архитектура такой сети. Планируется, что первым узлом данной сети станет аппарат ReshUCube-2. Были определены функциональные требования и технические ограничения описанной архитектуры. На основе требований проведен обзор и сравнительный анализ сетевых протоколов и технологий разных уровней. В результате предложен сетевой стек, который соответствует данным требованиям. Ключевыми протоколами в стеке были выбраны: LoRa, 802.15.4, IPv6, 6LoWPAN, RPL, TCP, UDP и CoAP. Предложены методы программной и аппаратной реализации узлов сети. Продемонстрирован тестовый стенд на основе специально разработанных унифицированных устройств, на котором предлагается отрабатывать функции сетевого взаимодействия. Также показана тестовая плата полезной нагрузки для малых космических аппаратов - узлов космического сегмента. Полученные результаты будут использованы в процессе разработки будущих космических миссий СибГУ им. М. Ф. Решетнева. Кроме того, результаты могут быть полезны при проектировании сетей интернета вещей, интернета транспортных средств и подобных сетей. Результаты работы могут также послужить основой для будущих исследований в области сетевых технологий, цифровой обработки сигналов, межспутникового взаимодействия и космических информационных систем.
Бесплатно
Статья научная
Одним из наиболее эффективных средств дистанционного зондирования и визуализации подводных объектов являются гидроакустические приборы, в частности гидролокатор бокового обзора (ГБО). В последнее время, во многом, благодаря появлению доступных бюджетных образцов, география и сфера применения данного прибора существенно расширилась. Однако, несмотря на достигнутые успехи в части совершенствования и минимизации аппаратной части ГБО, используемые программные средства остаются, в целом, на базовом уровне, обеспечивая, главным образом, простую визуализацию донной среды и ее запись с целью дальнейшей постобработки. Опыт эксплуатации ГБО показывает, что основная проблема интерпретации акустических изображений заключается в самих физических особенностях их получения. Следует признать бесперспективными попытки осуществления автоматизированной интерпретации образов методами, применяемыми для оптических сред. В настоящей работе рассматриваются теоретические и прикладные аспекты процесса интерпритации и обработки данных ГБО с целью дальнейшей автоматизации данного процесса. С учетом условий эксплуатации данного прибора, в частности обширные площади акваторий - поисковых зон, настоящая проблема является одной из ключевых для операторов ГБО. Проблема автоматизации обработки данных напрямую связана с проблемой интерпретации данных дистанционного зондирования, в том числе космоснимков, геометрического искажения образов, вызванного физическими особенностями прибора и среды его эксплуатации, а также привязки полученных данных к системе спутниковых координат.
Бесплатно
Статья научная
Многие стратегически значимые отрасли отечественной промышленности находятся на этапе перехода к инвестиционному подходу к управлению активами. Одной из таких отраслей является гидроэнергетика, где на текущий момент система планирования технического обслуживания и ремонта нуждаются в применении новых методов, дающих более эффективные результаты. В общем виде система планирования технического обслуживания и ремонта основного оборудования (система технического воздействия) может быть сформулирована в виде задачи календарного планирования. Большой интерес с точки зрения решения задачи календарного планирования технического воздействия представляет муравьиный алгоритм. На основе специфики планирования, реализации и факторов, влияющих на процесс технического обслуживания, предложена модификация муравьиного алгоритма. Математическое описание представляет собой методику расчета параметров, основных элементов графа, критериев оптимизации и ограничений. В алгоритм решения также был введен подготовительный этап, который определяет начальное состояние оборудование в вершине K0. Функциональная модель процесса планирования технического воздействия, представленная в статье, может быть использована для разработки программного комплекса в рамках инновационного подхода управления активами гидроэнергетических компаний.
Бесплатно
Статья научная
Сегодня существует много подходов к разработке параллельных программ. Считается более эффективным написание таких программ под определенную вычислительную систему (ВС). В статье предлагается абстрагироваться от особенностей той или иной ВС и наметить планы по разработке некой автоматизированной системы, позволяющей стремиться к повышению эффективности кода за счет создания программ с неограниченным параллелизмом, а также исследовать возможность разработки более эффективных программ с помощью ограничений, накладываемых на максимальный параллелизм. В качестве примера приводится анализ различных алгоритмов умножения матриц. В качестве математического аппарата в исследовании рассматривались различные подходы к описанию алгоритмов, в том числе, подход, основанный на неограниченном параллелизме. Предлагается подход, в основе которого лежат различные ограничения, накладываемые на параллелизм. В ходе работы подробно изучались последовательные и параллельные методы умножения матриц, в том числе, ленточные и блочные алгоритмы. В результате проведенного исследования были изучены различные методы умножения матриц (последовательные, с левой и правой рекурсией, параллельные) и найдены более эффективные из них с точки зрения используемых ресурсов и ограничений, накладываемых на параллелизм. Были проанализированы и предложены последовательный метод и каскадная схема суммирования как возможные способы свертки результатов решения задачи, полученных после этапа декомпозиции. Также был разработан и реализован ряд программ с различным уровнем параллелизма на функционально-потоковом языке параллельного программирования. В перспективе подобные преобразования можно проводить формально, опираясь на базу знаний и язык, допускающий эквивалентные преобразования исходной программы в соответствии с заложенными в него аксиомами и алгеброй преобразований, а также заменой эквивалентных по результатам функций, обладающих разным уровнем распараллеливания. Данные исследования можно применять для повышения эффективности разрабатываемых программ с точки зрения использования ресурсов во многих отраслях науки, в том числе, и в сфере разработки ПО для нужд астрономии и ракетостроения.
Бесплатно
Исследование динамики и классификация атак на веб-сервисы корпоративной сети
Статья научная
В статье представлено исследование динамики атак на веб-сервисы с использованием классификации киберугроз по типам на примере корпоративной сети Красноярского научного центра СО РАН. Анализ проведен на основе журналов веб-сервисов и позволяет решить актуальные задачи обеспечения комплексной безопасности веб-сервисов, в том числе выявить как существующие, так и потенциальные угрозы кибербезопасности. Проведен обзор основных подходов к обработке и анализу журналов. Авторы описывают тип и состав источников данных и приводят список используемого программного обеспечения. Особенностью исследования является длительный период наблюдения. Предложена структура системы обработки и реализован программный комплекс для анализа и классификации атак. В работе показано, что использование классифицированных выборок позволяет обнаружить периодичность и выявить тренды по отдельным видам атак. Анализ показал, что наиболее эффективным способом обнаружения повышения риска киберугроз является анализ классифицированных угроз с агрегацией до месяца. Неклассифицированные атаки имеют схожие параметры распределения по разным годам, в случае же применения классификации параметры распределения существенно меняются, что позволяет отслеживать риски в автоматизированных системах предотвращения вторжений. Была построена матрица корреляций по типам атак. Анализ показал, что большинство типов атак имеет слабую корреляцию, за исключением атак «инъекция команд», «просмотр директории», «инъекция кода Ява», которые можно агрегировать. Авторами предложен эвристический метод сравнения рисков, основанный на классификации киберугроз. Метод использует статистические параметры распределений выборок и позволяет работать с различными временными интервалами. В работе выполнена геопривязка IP-адресов, с которых проводились атаки, построены профили атак для разных стран и приведен список стран, имеющих стабильный профиль атак. В заключение указаны особенности предложенного метода и обозначены перспективы использования в других областях.
Бесплатно
Исследование сетевых аномалий корпоративной сети Красноярского научного центра
Статья научная
Решается задача обеспечения безопасности корпоративной сети научно-исследовательской организации. Обоснована актуальность поддержки превентивных мер защиты сетевых ресурсов для организаций, выпол- няющих научную поддержку высокотехнологичного производства, проведения космических исследований и соз- дания наукоемкого оборудования, где потеря конфиденциальных данных при несанкционированных внешних воздействиях может привести к существенным последствиям. Для решения задачи предложено проводить анализ аномалий сетевого трафика, которые могут свидетельствовать о возникновении киберугроз. Выполнен обзор существующих методов и программных продуктов, предназначенных для анализа сетевых аномалий. На их основе предложен собственный оригинальный программный инструмент, позволяющий авто- матически выполнять обнаружение аномалий и проводить последующий детальный анализ журналов сетевых служб по выбранным администратором метрикам. Программный инструмент разработан в виде веб-приложения, интегрированного в действующую инфраструктуру корпоративной сети научной организации. Внедрение веб- приложения показало актуальность и востребованность развития системы обнаружения аномалий. Для дальнейшего расширения методов защиты корпоративной сети разработано полнофункциональное программное обеспечение - автономная система анализа журналов, которая выполняет автоматический ана- лиз и агрегацию данных сетевых служб и предоставляет интерактивные средства визуализации результатов. Система имеет удобный графический интерфейс, позволяющий наглядно оценивать статистику обнаружен- ных аномалий. При помощи программного инструмента администратор может выявлять наиболее критич- ные инциденты и пресекать их в дальнейшем, изменяя конфигурацию активных систем защиты. Программное обеспечение содержит инструменты для построения диаграмм, отображающих количество аномалий за периоды времени, их распределение по наблюдаемым сервисам, источникам угроз. Оно показывает данные по активным клиентам, подверженным угрозам, частоту запросов по выбранным протоколам, от- слеживает превышение пороговых значений и пр. Применение разработанного программного обеспечения позволяет выполнять конфигурацию первой линии защиты от сетевых атак, повышает оперативность реагирования и эффективность предотвращения втор- жений за счет выявления пропущенных стандартными средствами защиты инцидентов.
Бесплатно
Концепция развития межспутниковой лазерной связи
Статья научная
Актуальность данной научно-исследовательской работы продиктована необходимостью обеспечения более высоких требований к точностным характеристикам навигационного поля, создаваемого космическими аппаратами навигационной системы ГЛОНАСС, для выполнения высоких требований по точностным характеристикам навигационных определений на длительных интервалах автономной работы космических аппаратов, выдвигаемых потребителями в настоящее время. В представленной концепции развития используются последние достижения лазерной и радиотехнической техники как для увеличения пропускной способности, помехоустойчивости передающей информации, а также уменьшения массы и энергопотребления бортовой техники, так и для проведения межспутниковых измерений дальности и синхронизации бортовых шкал времени космических аппаратов навигационных систем, в том числе и для привязки системной шкалы времени космических навигационных систем (или групповой орбитальной шкалы времени) к шкале времени Государственного эталона времени и частоты. Обеспечение точной работы системы лазерного наведения в условиях космоса считается одной из критически значимых задач, так как её полномасштабные испытания на Земле почти неосуществимы. Проанализированы ключевые экспериментальные, а также опытные работы согласно задачам построения оптических линий межспутниковой связи.
Бесплатно
Кусочная аппроксимация, основанная на непараметрических алгоритмах моделирования
Статья научная
Рассматривается вопрос моделирования безынерционных процессов. В качестве основного алгоритма моделирования используется алгоритм непараметрического восстановления функции регрессии. Рассматриваемый алгоритм позволяет построить модель технологического процесса в условиях малой априорной информации. Это может быть важно при моделировании процессов больших размерностей, превалирующих в космической отрасли. Одной из важных особенностей алгоритма непараметрической оценки функции регрессии является то, что точность моделирования с использованием этого алгоритма сильно зависит от качества выборки наблюдений. В связи с тем, что в процессах с большой размерностью векторов входных и выходных переменных элементы выборки наблюдений в большинстве случаев распределены неравномерно, разработка модификаций, позволяющих улучшить качество моделирования, является актуальной. Разработана модификация алгоритма непараметрического дуального на основании кусочно-заданных аппроксимаций. Согласно предложенной модификации, область существования процесса разделяется на подобласти и производится восстановление непараметрической оценки функции регрессии для каждой из этих подобластей. Предложенная модификация позволяет уменьшить влияние некоторых особенностей выборки наблюдения, таких как разрежённости или пустоты в выборках наблюдений, на качество построенной модели. В ходе вычислительных экспериментов проводилось сравнение между классическим алгоритмом непараметрической оценки функции регрессии и разработанной модификацией. Как показали вычислительные эксперименты, при равномерном распределении элементов выборки наблюдений разработанная модификация не приводит к улучшению качества моделирования. При существенной неравномерности распределения элементов выборки наблюдений, разработанная модификация приводила к улучшению качества моделирования в два раза. Полученные результаты позволяют утверждать, что предложенная модификация может быть использована для моделирования сложных технологических процессов, в том числе и для процессов, имеющих место в космической отрасли. (Русскоязычная версия представлена по адресу https://vestnik.sibsau.ru/articles/?id=677)
Бесплатно
Статья научная
Одной из главных характеристик аппаратно-программных систем обработки информации реального времени является надёжность. Под надёжностью программного обеспечения (ПО) понимается свойство этого обеспечения выполнять заданные функции, сохраняя свои характеристики в установленных пределах при определённых условиях эксплуатации. Надёжность ПО определяется его безотказностью и восстанавливаемостью. Безотказность ПО - это свойство сохранять работоспособность при использовании его для обработки информации в информационной системе. Безотказностью программного обеспечения оценивается вероятность его работы без отказов при определённых условиях внешней среды в течение заданного периода наблюдения. Разработка и проектирование систем реального времени требует большого количества ресурсов на проектирование и тестирование. Одним из решений данной проблемы является математическое моделирование аппаратно-программных комплексов. Это позволяет более гибко проектировать системы реального времени с заданной надёжностью с учётом ограничений по цене и времени разработки, а также открывает возможность более гибкой оптимизации аппаратно-программных систем реального времени. Для разработки математической модели надёжности аппаратно-программного комплекса систем реального времени необходимо учитывать обеспечение заданного уровня надёжности при целесообразных затратах на разработку. Существует много методов повышения надёжности программного обеспечения, но наиболее перспективный и эффективный метод - это избыточность, которая достигается за счёт использования мультиверсионного программирования. Для повышения надёжности аппаратной части комплекса также необходимо использовать избыточность и резервирование, что включает в себя мультипроцессорность и обеспечение разных шин и независимой оперативной памяти. В данной статье рассматриваются существующие подходы к повышению надёжности аппаратного и программного обеспечения, предлагается модель надёжности аппаратно-программного комплекса, которая понимается как произведение вероятности безотказной работы аппаратного обеспечения и вероятности безошибочной работы программного обеспечения. Кроме того, предлагаются новые формулы для вероятностей состояний аппаратного обеспечения многопроцессорного вычислительного комплекса с разнородными процессорами в установившемся режиме, дающие тот же результат, что существующие, но требующие меньше вычислений. В заключении статьи ставится вопрос о возможности оптимизации надёжности аппаратно-программных комплексов на основе построенной модели, указываются методы оптимизации, которые могут быть использованы при решении данной задачи.
Бесплатно
Математическое моделирование автокомпенсационных устройств
Статья научная
Статья посвящена порядку разработки и описанию математических моделей автокомпенсационных устройств радиолокационных станций кругового обзора. Разработка алгоритмов пространственной обработки сигналов в радиолокационных системах с фазированными антенными решетками является важным этапом проектирования радиолокационных станций. В данной статье будет рассмотрен порядок создания математических моделей автокомпенсационных устройств, которые разнятся способами реализации, а именно: количеством компенсационных каналов, положением основного и компенсационных (дополнительных) каналов радиолокационной станции (стационарное или динамическое), амплитудно-фазовым распределением основной и дополнительных антенн, представлением фазированной антенной решётки, алгоритмами нахождения вектора весового коэффициента. Адекватность работы моделей проверена методом вычислительного эксперимента и результатами, сравнимыми с реализованными автокомпенсаторами в радиолокационных станциях. Результаты вычислительного эксперимента, представленные в виде графиков сигнала на выходе автокомпенсационного устройства, а также прохождения согласованного фильтра, показывают, насколько эффективен алгоритм вычисления вектора весового коэффициента, позволяют наглядно, быстро и экономично сравнить эффективность работы автокомпенсационных устройств в зависимости от способа их реализации. В статье рассматривается алгоритм непосредственного формирования вектора весового коэффициента и алгоритм формирования вектора весового коэффициента через обратную корреляционную переобеляющую матрицу. Математические модели автокомпенсационных устройств и результаты вычислительного эксперимента могут применяться для обучения будущих специалистов, разрабатывающих и эксплуатирующих радиолокационные станции.
Бесплатно
Математическое моделирование стоимости вторичного жилья в городе Красноярске в 2017 году
Статья научная
Собраны и проанализированы данные по стоимости вторичного жилья в городе Красноярске за 2017 г. Количество объектов - 1609 квартир. Рассмотрены количественные характеристики однокомнатных - че- тырехкомнатных квартир. Цель работы - выявить факторы, оказывающие существенное влияние на форми- рование цены квартиры, и построить зависимость стоимости квартиры от этих факторов. Математиче- ский аппарат для анализа рассматриваемых зависимостей - корреляционно-регрессионный анализ. Из-за зна- чимого разброса данных этот массив разбит по группам квартир с разным количеством комнат. Результаты статистического анализа полученных совокупностей представлены в виде гистограмм частот. Проанализи- рованы показатели, влияющие на стоимость квартиры. Показано, что существенными являются только 4 фактора: этаж, площадь общая, площадь жилая и площадь кухни. Вычисление проводилось с помощью Excel. Для каждой выборки были рассчитаны основные статистические характеристики. На их основе были сделаны статистические выводы о характере распределения совокупностей. Показано, что для совокупно- стей однокомнатных, двухкомнатных и трехкомнатных квартир медиана незначительно меньше среднего значения выборки, мода немного меньше медианы, отсутствует длинный хвост распределения. Поэтому сред- нее значение отражает «центральное значение». Кривая распределения имеет более высокую и острую вер- шину по сравнению с нормальным распределением. Для однокомнатных и двухкомнатных квартир отличие средней стоимости одного квадратного метра не является статистически значимым. Поэтому в группах одно- и двухкомнатных квартир средние цены одного квадратного метра примерно равны. Такой же эффект - для пары трехкомнатных и четырехкомнатных квартир. В остальных парах различия статистически значи- мы. Проведенный анализ показывает, что наиболее часто выставляемые на продажу квартиры имеют стои- мость, близкую к средней. При разбиении совокупности квартир на группы по числу комнат получаются выборки, эмпирические распределения которых близки к нормальным, и, соответственно, построение регрес- сионных моделей для таких совокупностей обоснованно. Проведенное исследование подтверждает высокое влияние на цену квартиры, предлагаемой к продаже, общей площади и умеренное влияние остальных факто- ров. Построенные модели адекватно описывают опытные данные.
Бесплатно
Статья научная
Программное обеспечение является ключевым элементом, обеспечивающим функционирование любой современной сложной технической системы. Одной из таких систем являются группировки космических аппаратов и связанные с ними комплексы наземного управления, обеспечивающие прием, передачу и обработку телеметрической информации (ТМИ). Сбор и обработка информации в системах телеметрии обеспечивают процесс управления как самим космическим аппаратом (КА), так и установленным на нем научным оборудованием. При этом телеметрические данные, принимаемые наземными комплексами управления (НКУ) представляют собой огромные объемы данных, обработка которых является сложной и трудоемкой задачей. Для решения этой проблемы используются различные методы автоматической обработки данных. Их совершенствование является ключевым фактором обеспечения отказоустойчивости бортового программно-аппаратного комплекса и повышения его надежности. Среди существующих методов обработки информации, нашедших широкое применение в исследуемой области, можно выделить метод мультиверсионного программирования (МВП). Мультиверсионное программирование прочно закрепилось как эффективный метод повышения надежности программного обеспечения и создания отказоустойчивых систем. С момента своего возникновения в 1970-е гг., данный подход также ассоциируется с надежностью программных систем для аэрокосмической отрасти, в том числе наземных пунктов управления космическими аппаратами. В настоящей работе рассматривается применение данного подхода для обработки телеметрической информации, поступающей с малых космических аппаратов. Автором рассмотрен вопрос критики МВП подхода в научной литературе в части его применимости для задач обработки ТМИ.
Бесплатно
