Информатика, вычислительная техника и управление. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
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
К вопросу об использовании байесовского метода для поиска подводных объектов
Статья научная
Поиски и изучение подводных антропогенных объектов, в частности исторических кораблей, является одним из наиболее актуальных направлений в современной подводной археологии, охватывающих спектр задач теоретического и прикладного характера. В практике поиска затонувших судов достаточно редким случаем является обнаружения судна на основе заранее (априори) известных данных. В связи с этим, а также использованием определений из области теории вероятности и математической статистики, естественным направлением развития систем поиска стала байесовская статистика, а именно, поисковый метод, нашедший применение в ряде известных зарубежных поисковых проектов. Метод поиска Байеса для установления местоположения затонувших судов, а также их идентификации почти не использовался в отечественной практике подводной археологии. Однако потребность в его применении существует, как это показала экспедиция 2024 г. по поиску транспортного судна «Тбилиси», потопленного в годы Великой Отечественной войны в Енисейском заливе: несмотря на относительно небольшую площадь акватории поисковой зоны, установление местоположения корабля стало весьма трудоемким процессом. В то же время применение байесовского поиска могло бы существенно облегчить данную задачу. В связи с этим в настоящей статье рассмотрена методика применения байесовского поиска для обнаружения затонувших судов (приведен пример построения распределения вероятностей в зоне поиска судна «Тбилиси»). Кроме того, автором рассмотрен вопрос об использовании байесовского метода для идентификации объектов (предложена модель базы данных с включением в нее различных параметров поиска). В качестве реального примера представлены результаты работы экспедиции 2024 г. с описанием исторического объекта, условий поиска, а также проблем, возникших в ходе проведения данной работы.
Бесплатно
Статья научная
В настоящей работе предложен аналитический метод решения задачи калибровки магнитометра для модели, учитывающей вектор температурной зависимости смещений нуля для каждой из измерительных осей блока магнитометра и матрицу линейной температурной зависимости каждого из членов матрицы чувствительности, масштабирующей сигнал на основе реальной чувствительности каждой оси и включающей линейные внеосевые эффекты. При решении задачи определения калибровочных параметров блока магнитометра учитывается, что для измерений с любой пространственной ориентацией блока магнитометра величина измеряемого вектора магнитной индукции сохраняется и является известной модельной величиной. Вводится в рассмотрение штрафная функция 24 переменных, равная сумме квадратов невязок. Алгоритм решения задачи калибровки измерительных осей блока магнитометра сводится к поиску методом наименьших квадратов таких значений переменных этой функции, которые при заданном наборе векторов измерений магнитометра доставляют ей минимум. С этой целью указанная функция исследуется на экстремум. Исходя из необходимого условия экстремума штрафной функции, формируется система 24 уравнений относительно 24 неизвестных, которая для удобства разбивается на три системы (каждая из них есть система 8 линейных алгебраических уравнений относительно 8 неизвестных). Доказывается, что основная матрица каждой из этих трех систем не вырождена, откуда следует, что каждая из них имеет решение, и притом только одно. Компоненты решений этих систем (координаты стационарной точки штрафной функции) находятся по правилу Крамера. Доказывается, что второй дифференциал штрафной функции в найденной стационарной точке положителен, откуда следует, что эта точка действительно доставляет минимум указанной функции.
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
Кручение упругопластического стержня, нагруженного давлением вдоль образующей
Статья научная
Статья продолжает серию статей, посвященных использованию метода законов сохранения дифференциальных уравнений для решения задач механики деформируемого твердого тела. Упругопластические задачи в механике деформируемого твердого тела учитывают нелинейную связь между напряжениями и деформациями под действием различных нагрузок. Такие задачи возникают в конструкциях, где материалы характеризуются различными физическими свойствами. Учет упругопластических деформаций важен для прогнозирования работы конструкций, а также для обеспечения их долговечности. В настоящее время решение упругопластических задач продолжает оставаться в центре внимания исследователей. Появляются новые аналитические подходы к решению этих задач, совершенствуются численные методы. Авторы вносят свой вклад в решение задач механики деформируемого твердого тела с помощью законов сохранения. Использование законов сохранения позволяет свести нахождение компонент тензора напряжений в каждой точке к контурному интегралу по границе рассматриваемой области, что дает возможность построить ранее неизвестную упругопластическую границу. В статье рассматривается упругопластический стержень постоянного поперечного сечения, который находится под действием линейного гидростатического давления и пары сил, которые скручивают его вокруг центральной оси, совпадающей с осью oz. Боковая поверхность стержня свободна от напряжений и находится в пластическом состоянии. Построенные законы сохранения позволяют найти компоненты тензора напряжений, которые, в свою очередь, позволяют определить упругопластическую границу в рассматриваемом стержне.
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
Метод обратного преобразования для анализа временных рядов
Статья научная
В современных условиях развития технологий признаки системности проявляются в той или иной степени во всех областях, поэтому использование системного анализа является актуальной задачей. При этом главными факторами в данной ситуации являются обработка данных и прогнозирование состояния системы. Для заданного объекта в качестве способа прогнозирования в данной работе применяется моделирование, а точнее математическое моделирование. Математическая модель - это универсальное средство исследования сложных систем, представляющее собой приближенное описание какого-либо класса явлений внешнего мира, выраженное с помощью математической символики. Математическую модель можно представить как совокупность систематических компонентов и случайной составляющей. В данной статье регрессионная модель уже определена, а в качестве объекта прогнозирования рассмотрена остаточная нерегулярная компонента модели, которая отражает воздействие многочисленных факторов случайного характера. Происхождение, природа и законы изменения данной случайной величины нам неизвестны, поэтому для моделирования ее поведения или предсказания ее будущих значений необходимо с высокой степенью достоверности установить вид непрерывной функции распределения данной случайной величины. Для этого была рассчитана эмпирическая функция распределения с помощью выборки из значений случайной величины. Данная эмпирическая функция в определенной степени приближена к значениям искомой неизвестной функции распределения. Полученная эмпирическая функция носит дискретный характер, поэтому необходимо применить кусочно-линейную интерполяцию и таким образом получить непрерывную функцию распределения. В исходную регрессионную модель была включена спрогнозированная случайная компонента временного ряда. Для того чтобы сравнить дополненную и исходную регрессионные модели, из динамического ряда были исключены несколько значений и построен новый прогноз. Рассчитано значение средней ошибки аппроксимации для оценки качества модели. Дополненная регрессионная модель показала себя эффективнее исходной.
Бесплатно
Статья научная
В представленной работе предложен метод численного решения системы кинематических уравнений Пуассона, определяющих эволюцию положения космического аппарата (КА), по которой определяют матрицу перехода от связанной с КА системы координат в выбранный момент времени t1 к связанной с КА системе координат в текущий момент времени t2. Указанная матрица перехода используется в ходе решения задачи определения трехосной ориентации КА по показаниям магнитометра с использованием информации о его угловых скоростях. Предложенный метод основан на замене производных искомых функций в кинематических уравнениях Пуассона на частичные суммы рядов по масштабированной системе Хаара. Эти суммы представляют собой обобщенные многочлены по масштабированной системе Хаара и, следовательно, являются ступенчатыми (кусочно-постоянными) функциями. Выведены оценки погрешности предложенного метода, показывающие, что в случае коэффициентов уравнений, представляющих собой функции, удовлетворяющие условию Липшица, абсолютная погрешность вычисления каждого из элементов матрицы перехода от одной системы координат к другой есть величина O(N-1) при N ® ¥, где N - число разбиений отрезка [t1, t2] при построении сетки узлов, задействованных в данном методе. Доказано, что трудоемкость построенного алгоритма приближенного решения системы кинематических уравнений Пуассона незначительно превышает трудоемкость решения указанной системы методом Эйлера, который имеет первый порядок точности. Приведены результаты численных экспериментов, показывающие, что в определенных случаях метод сумм Хаара дает погрешность, значительно меньшую, чем метод Эйлера, и практически идентичную погрешностям методов Эйлера - Коши и Рунге - Кутты 2-го порядка, трудоемкость которых примерно в два раза превосходит трудоемкость метода сумм Хаара.
Бесплатно
Метод фиктивных дискретных моделей в расчетах тел с неоднородной регулярной структурой
Статья научная
В расчетах на прочность упругих композитных конструкций (пластины, балки, оболочки), которые широко применяются в авиационной и ракетно-космической технике, с помощью метода конечных элементов (МКЭ) важно знать погрешность решения. Для анализа погрешности решения необходимо использовать последовательность приближенных решений, построенных по МКЭ с применением процедуры измельчения для базовых дискретных моделей (БМ), которые учитывают в рамках микроподхода неоднородную, микронеоднородную структуру конструкций (тел). Дискретные модели, полученные путем измельчения БМ, имеют высокую размерность, что затрудняет для них применение МКЭ. Кроме того, существуют БМ композитных тел (КТ), например, БМ тел с микронеоднородной структурой, которые имеют такую высокую размерность, что реализация МКЭ для таких БМ, в силу ограниченности ресурсов ЭВМ, практически невозможна. Для решения данных проблем здесь предлагается в расчетах КТ по МКЭ использовать фиктивные дискретные модели. В данной работе предлагается метод фиктивных дискретных моделей (МФДМ) для расчета на прочность упругих тел с неоднородной, микронеоднородной регулярной структурой. МФДМ реализуется с помощью МКЭ с применением скорректированных условий прочности, которые учитывают погрешность приближенных решений. В основе метода лежит следующее положение. Считаем, что БМ КТ порождают решения, которые мало отличаются от точных. В силу сходимости МКЭ такие БМ для КТ всегда существуют. Расчет КТ по МФДМ сводится к построению и расчету на прочность фиктивных дискретных моделей (ФМ), размерности которых меньше размерности БМ. ФМ отражают: форму, характерные размеры, крепление, нагружение и вид неоднородной структуры КТ и распределение модулей упругости, отвечающее БМ КТ. Последовательность, состоящая из ФМ, сходится к БМ, т. е. предельная ФМ совпадает с БМ. Сходимость такой последовательности обеспечивает равномерную сходимость напряжений ФМ к соответствующим напряжениям БМ. Реализация МКЭ для ФМ с применением многосеточных конечных элементов приводит к большой экономии ресурсов ЭВМ, что позволяет использовать МФДМ для расчетов на прочность тел с микронеоднородной регулярной структурой. Расчет на прочность КТ по МФДМ требует в 103¸ 106 раз меньше объема памяти ЭВМ, чем аналогичный расчет с использованием БМ КТ, и не содержит процедуру измельчения БМ. Приведенный пример расчета на прочность балки с неоднородной регулярной волокнистой структурой по МФДМ показывает его высокую эффективность. Применение скорректированных условий прочности позволяет использовать в расчетах КТ на прочность приближенные решения с большой погрешностью, что приводит к повышению эффективности МФДМ.
Бесплатно
Методы и средства визуализации информации на основе атрибутированных иерархических графов с портами
Статья научная
В настоящее время визуализация графовых моделей является неотъемлемой частью обработки сложной информации о структуре объектов, систем и процессов во многих приложениях в науке и технике и на рынке широко представлены наукоемкие программные продукты, использующие методы визуализации информации на основе графовых моделей. Поскольку информация, которую желательно визуализировать, постоянно увеличивается и усложняется, возникает все больше ситуаций, в которых классические графовые модели перестают быть адекватными. Требуются и возникают более мощные теоретико-графовые формализмы для представления информационных моделей, обладающих иерархической структурой, поскольку иерархичность является основой многочисленных методов визуальной обработки сложных больших данных в различных областях применениям. Одним из таких формализмов являются так называемые иерархические графы. Этот формализм позволяет выделить в исходном классическом графе множество таких его частей (так называемых фрагментов), что все элементы каждого фрагмента заслуживают отдельного совместного рассмотрения, а все фрагменты выделенного множества образуют иерархию по вложенности. В Институте систем информатики им. А. П. Ершова СО РАН была создана система визуализации Visual Graph, которая основана на иерархических графах и позволяет исследовать сложные структурированные большие данные через их визуальные представления. Во многих приложениях объекты, моделируемые вершинами графа, являются сложными и содержат непересекающиеся логические части (так называемые порты), через которые эти объекты находятся во взаимосвязи, моделируемой ребрами. В статье введен формализм атрибутированных иерархических графов с портами и рассмотрены новые возможности системы Visual Graph по визуализации структурированных данных большого размера на основе атрибутированных иерархических графов с портами.
Бесплатно
Статья научная
Известно, что при передаче данных может возникать межсимвольная интерференция, вызванная наличием многолучевого распространения и частотно-селективных замираний в радиоканале, которая может существенно понижать энергетическую эффективность систем связи. Одним из методов борьбы с такими эффектами, актуальным на сегодняшний день, является применение модуляции вида ортогонального частотного мультиплексирования сигналов (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing), позволяющего гибко менять скорость передачи данных, уменьшить частотный ресурс за счет улучшения спектральной эффективности, а также бороться с частотно-селективными замираниями и селективными помехами. Однако существуют каналы, особенно сильно подверженные влиянию межсимвольной интерференции, такие как, например, тропосферный канал. Также проблема селективных помех особо остро стоит в системах ближнепольной магнитной связи. Для таких каналов само применение OFDM модуляции не является панацеей, актуальной является задача повышения энергетической эффективности OFDM сигнала. В данной работе приведены ключевые особенности режима работы OFDM, позволяющие повысить энергетический потенциал радиолинии в каналах, подверженных межсимвольным искажениям. Представлены результаты моделирования методов понижения пик-фактора и цифровых предыскажений для линеаризации передающего тракта. Практическая значимость работы состоит в том факте, что применение методов линеризации передающего тракта позволит увеличить максимальную пропускную способность систем связи, в первую очередь, использующих тропосферный, радиорелейный и ближнепольный магнитный канал связи. В настоящее время этот вопрос стоит особо остро, поскольку высокоскоростные тропосферные станции со скоростью передачи данных 50 Мбит/с в России отсутствуют. Увеличение пропускной способности в тропосферной связи позволит обеспечить связью труднодоступные населенные пункты со сложным рельефом местности. Также применение высокоскоростной тропосферной связи является экономически выгодной альтернативой спутниковой связи, поскольку ее применение не требует аренды спутникового канала.
Бесплатно
Методы построения маршрутов вне населенных пунктов на основе GPS-данных
Статья научная
Методы построения маршрутов включают задачу поиска кратчайшей траектории между двумя или несколькими объектами, которая может изменяться в зависимости от погодных условий, координат высоты и других параметров. Методы, которые рассматриваются в статье, позволяют выполнять построение маршрутов с использованием GPS-треков для различных областей знаний: проектирование маршрутов в рамках города, региона, страны либо при дистанционном зондировании земли. Рассматриваемые алгоритмы используются в сфере мониторинга окружающей среды при чрезвычайных ситуациях, для поиска оптимальных маршрутов передачи данных в спутниковых системах и их валидации, а также в организационно-экономических системах. Наиболее широко для построения маршрутов применяются подходы теории графов и поиска в пространстве состояний, где любой траектории между объектами ставится свой вес. Однако до сих пор не существует универсальной системы, позволяющей построить оптимальный маршрут по пересеченной местности. В статье рассмотрены такие методы, как алгоритм Дейкстры, Левита, Флойда - Уоршелла, а также выполнено сравнение их эффективности по времени работы и вычислительной сложности. Целью является разработка алгоритма поиска кратчайшего пути и построения туристического маршрута от заданной точки А до точки Б, что откроет большие возможности для горожан самостоятельно посещать новые интересные районы, активно проводить свободное время и узнавать окрестности города. Система апробирована на территории Торгашинского хребта, включает более 38 точек маршрута, расположенных на расстоянии более 25 км, и позволяет построить желаемые маршруты в течение менее 15 мс с учетом перепада весов и расстояния между объектами. При этом система допускает ввод собственных координат, которые учитываются при построении маршрутов.
Бесплатно
Методы слежения за объектами с применением глубокого обучения
Статья научная
Слежение за объектами является ключевой задачей видеоаналитики и компьютерного зрения, которая имеет множество применений в различных областях. Большинство систем слежения включают в себя два этапа: обнаружение объектов и отслеживание изменения положения объектов. На первом этапе осуществляется обнаружение объектов интереса в каждом кадре видеопоследовательности, а на втором выполняется оценка соответствия обнаруженных объектов в соседних кадрах. Тем не менее в сложных условиях видеонаблюдения данная задача имеет ряд особенностей, связанных с изменением освещенности кадра, изменением формы объектов, например при ходьбе человека, а также усложняется в случае движения камеры. Целью работы является разработка метода слежения за объектами на основе нейронных сетей глубокого обучения, который позволяет осуществлять отслеживание нескольких объектов в кадре, в том числе и в сложных условиях видеонаблюдения. В работе выполнен обзор современных методов решения задач слежения за объектами, среди которых наиболее перспективным подходом является использование сетей глубокого обучения. Основным используемым подходом в данной статье являются нейронные сети для обнаружения регионов (R-CNN), которые показали себя эффективным методом для решения задач обнаружения и распознавания объектов на изображениях. Предложенный алгоритм использует ансамбль, содержащий две глубокие нейронные сети для обнаружения объектов и уточнения результатов классификации и выделения границ объекта. В статье выполнена оценка эффективности разработанной системы с использованием классической метрики MOT в области слежения за объектами на известных базах данных, доступных в открытых источниках. Проведено сравнение эффективности предложенной системы с другими известными работами. (Русскоязычная версия представлена по адресу https://vestnik.sibsau.ru/articles/?id=677)
Бесплатно
Статья научная
Удаление объектов с изображений относится как к задачам, позволяющим улучшить качество изображения, например, в области восстановления поврежденных фотографий, так и к задачам повышения безопасности при удалении людей или автомобилей при обработке изображений аэрофотосъемки. При этом методы удаления нежелательных объектов обычно включают в себя два этапа: выделение объектов для удаления и восстановление текстуры на участках изображения. Первый этап может выполняться вручную пользователями, если необходимо выделить конкретные объекты, либо автоматически путем обучения модели на различных классах объектов. Задача восстановления изображения в процессе исследований решалась различными методами, основной из которых включает использование значений соседних пикселов для отрисовки в удаленных областях. В последние годы хорошие результаты показывают методы с применением глубокого обучения на основе сверточных и генеративных нейронных сетей. Целью работы является разработка метода удаления объектов с изображений аэрофотосъемки с выделением объектов вручную и отрисовкой текстуры в обрабатываемой области. В работе выполнен обзор современных методов восстановления изображений, среди которых наиболее перспективным является использование сетей глубокого обучения, а также анализ текстуры в восстанавливаемой области. Предложенный алгоритм основан на итерационном подходе при анализе соседних областей и постепенном закрашивании восстанавливаемой области текстурой с соседних пикселов с учетом веса и контуров границ. В статье выполнена оценка эффективности предложенного метода с использованием базы видеопоследовательностей, полученных с квадрокоптеров и содержащих людей и природные объекты. При этом проводилась как экспертная оценка, которая показала хорошие визуальные результаты, так и сравнение качества работы алгоритма с известными подходами по метрике PSNR, которая показала лучшие результаты при наличии сложной текстуры в сцене.
Бесплатно
Модели и алгоритмы автоматической группировки объектов на основе модели k-средних
Статья научная
Работа посвящена исследованию и разработке новых алгоритмов автоматической группировки объектов, которые позволяют повысить точность и стабильность результата решения практических задач, например, таких как задача выделения однородных партий промышленной продукции. В статье исследуется применение алгоритма k-средних с Евклидовым, Манхэттенским, Махаланобиса мерами расстояния для задачи автоматической группировки объектов с большим количеством параметров. Представлена новая модель для решения задач автоматической группировки промышленной продукции на основе модели k-средних с мерой расстояния Махаланобиса. Данная модель использует процедуру обучения путем вычисления усредненной оценки ковариационной матрицы для обучающей выборки (выборка с предварительно размеченными данными). Предложен новый алгоритм автоматической группировки объектов, основанный на оптимизационной модели k-средних с мерой расстояния Махаланобиса и средневзвешенной ковариационной матрицей, рассчитанной по обучающей выборке. Алгоритм позволяет снизить долю ошибок (повысить индекс Рэнда) при выявлении однородных производственных партий продукции по результатам тестовых испытаний. Представлен новый подход к разработке генетических алгоритмов для задачи k-средних с применением единой жадной агломеративной эвристической процедуры в качестве оператора скрещивания и оператора мутации. Вычислительный эксперимент показал, что новая процедура мутации является быстрой и эффективной по сравнению с исходной мутацией генетического алгоритма, показана высокая скорость сходимости целевой функции. Применение данного алгоритма позволяет статистически значимо повысить точность результата (улучшить достигаемое значение целевой функции в рамках выбранной математической модели решения задачи автоматической группировки), а также его стабильность за фиксированное время по сравнению с известными алгоритмами автоматической группировки. Результаты показывают, что идея включения нового оператора мутации в генетическом алгоритме значительно улучшает результаты простейшего генетического алгоритма для задачи k-средних.
Бесплатно
Статья научная
Реализация эффективных систем связи с высокими скоростями передачи данных требует применения сигналов с высоким порядком модуляции. Современные тенденции развития систем связи направлены на применение ортогонального частотного мультиплексирования сигналов (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing), позволяющего гибко менять скорость передачи данных, уменьшить частотный ресурс за счет улучшения спектральной эффективности, а также боротся с частотно-селективными замираниями и селективными помехами. Однако цена такого решения также велика. Высокий пик-фактор (PAPR) OFDM сигналов накладывает требование к линейности аналогового тракта, существенно уменьшая КПД выходных усилителей передатчика и приемника, увеличивая габариты и электропотребление системы связи в целом. В данной статье представлено краткое описание современных алгоритмов уменьшения пик-фактора OFDM сигналов, таких как Amplitude Clipping and Filtering (АСF), Peak Shrinking and Interpolation (PSI), Peak Cancelation Crest-Factor Reduction (PC-CFR), Partial Transmit Sequence (PTS), Discrete Fourier Transform spread OFDM (DFT-s-OFDM), Active Constellation Extension (ACE), Tone Reservation (TR). Представлены результаты моделирования наиболее перспективных алгоритмов понижения пик-фактора для модуляций QPSK, QAM16, QAM64, QAM128 и QAM256 в составе OFDM сигнала. Разработан и промоделирован метод комбинации наиболее подходящих алгоритмов уменьшения пик-фактора. Приведена структурная схема метода, характеристики структурных блоков системы; описана реализация схемы алгоритма в программной среде Simulink. Практическая новизна работы заключается в возможности использования разработанного метода уменьшения пик-фактора в системах со сложными каналами связи, таких как системы тропосферной и ближнепольной магнитной связи, где наблюдается значительное влияние селективных помех, межсимвольной интерференции, частотно-селективных замираний. Также результаты данной работы позволят ориентироваться в большом количестве алгоритмов уменьшения пик-фактора OFDM сигналов и применить нужный алгоритм в конкретной задаче.
Бесплатно
