Информатика, вычислительная техника и управление. Рубрика в журнале - Сибирский аэрокосмический журнал
Статья научная
Композитные конструкции (тела) широко применяются в авиационной и ракетно-космической технике. Для анализа напряженно-деформированного состояния (НДС) упругих композитных тел (КТ) эффективно применяется метод многосеточных конечных элементов (ММКЭ), который реализуется на основе функционала Лагранжа (в перемещениях). При построении по известным процедурам многосеточного конечного элемента (МнКЭ), кратко - стандартного МнКЭ, используются мелкая (базовая) сетка, которая может быть сколь угодно мелкой, и крупные сетки, вложенные в мелкую. Мелкая сетка порождена базовым разбиением МнКЭ, которое учитывает в рамках микроподхода его неоднородную, микронеоднородную структуру. Крупные сетки используются для понижения размерности МнКЭ. Для стандартного МнКЭ характерно следующее. Всякая крупная сетка стандартного МнКЭ и отвечающие ей аппроксимации перемещений определяются на всей его области. Это приводит к увеличению размерности стандартного МнКЭ при повышении его порядка точности, так как в этом случае на крупных сетках определяются аппроксимации перемещений высокого порядка. Для уменьшения погрешности решений применяются высокоточные МнКЭ, т. е. высокого порядка точности, которые имеют большую размерность. Однако, применение высокоточных МнКЭ затруднительно, так как они образуют дискретные модели тел высокой размерности. В данной работе предлагается метод локальных аппроксимаций (МЛА) для построения высокоточных МнКЭ малой размерности (кратко - малоразмерных МнКЭ), которые используются для расчета НДС по ММКЭ упругих однородных и КТ. Рассмотрены два типа малоразмерных МнКЭ. Малоразмерные МнКЭ 1-го типа проектируются на базе стандартных с применением локальных аппроксимаций перемещений, которые определяются на подобластях стандартных МнКЭ, 2-го типа - с применением образующих конечных элементов (КЭ). Краткая суть построения малоразмерных МнКЭ 1-го типа состоит в следующем. Согласно МЛА на области V 0 стандартного МнКЭ определяем более мелкую сетку Н, чем его базовая. Область V 0 представляем граничными и внутренними областями. Граничные (внутренние) области имеют общую границу (не имеют общей границы) с областью V 0 , общие границы с областью V 0 не вырождаются в точку. На граничных (внутренних) областях определяем крупные сетки, которые вложены в мелкую сетку Н и порождают локальные аппроксимации перемещений малого (высокого) порядка. На области V 0 , используя локальные аппроксимации перемещений граничных и внутренних областей, строим МнКЭ. Затем с помощью метода конденсации выражаем перемещения внутренних узлов МнКЭ через перемещения узлов, лежащих на его границе, т. е. на границе области V 0 . В результате получаем высокоточный МнКЭ Vp малой размерности, т. е. малоразмерный МнКЭ 1-го типа, размерность которого равна размерности стандартного. Важно отметить, что при увеличении порядка точности МнКЭ Vp размерность его не меняется, т. е. не увеличивается, и поэтому он называется высокоточным МнКЭ малой размерности. Подробно изложена процедура построения малоразмерных МнКЭ 1-го типа. Как известно, расчет на статическую прочность упругих конструкций сводится к определению для них максимальных эквивалентных напряжений, определение которых с малой погрешностью для КТ в настоящее время является актуальной проблемой. Расчеты показывают, что малоразмерные МнКЭ 1-го типа порождают в КТ максимальные эквивалентные напряжения, погрешности которых в 25-50 раз меньше погрешностей аналогичных напряжений, полученных с помощью стандартных, на базе которых построены малоразмерные, т. е. малоразмерные МнКЭ 1-го типа более эффективны, чем стандартные. Применение в расчетах по ММКЭ малоразмерных МнКЭ 1-го типа позволяет для крупных дискретных моделей КТ определять максимальные эквивалентные напряжения с малой погрешностью. Показано построение малоразмерных МнКЭ 2-го типа, которые проектируются на базе стандартных высокоточных МнКЭ с применением образующих КЭ. Малоразмерный МнКЭ 2-го типа имеет такой же порядок точности, как стандартный, но размерность его меньше размерности стандартного. Достоинство малоразмерных МнКЭ 2-го типа состоит в том, что они порождают дискретные модели КТ меньшей размерности, чем стандартные.
Бесплатно
Построение динамической гибридной модели рекомендаций и исследования пользователей
Статья научная
В этом исследовании рассматривается зависимость ключевых слов и задержка в рекомендациях книг с помощью гибридной модели, объединяющей совместную фильтрацию с матричной факторизацией. Результаты использованы для построения интеллектуальной системы рекомендаций книг (центра рекомендаций) с веб-интерфейсом. Традиционные библиотечные рекомендательные системы в основном полагаются на активный поиск пользователями названий произведений. Их ограниченность заключается в том, что при вводе ключевых слов возникает большое количество подходящих названий. Когда читатели указывают свои предпочтения в чтении, система может формировать рекомендации на основе этих пожеланий, сочетая их с существующей классификацией книг и предыдущими читательскими предпочтениями пользователя. В нашем исследовании для дальнейшего повышения точности рекомендаций система рекомендаций посредством вычисления схожести решает проблему профессиональных когнитивных ограничений, с которыми сталкиваются пользователи при выборе. Кроме того, в систему рекомендаций добавляется модуль поиска пользователей для обеспечения точных рекомендаций. При формировании рекомендательного элемента для пользователя система рекомендаций сначала выполняет поиск в смежных предложениях, затем вычисляет схожесть между целевым пользователем и смежным пользователем и использует значение схожести в качестве веса и, наконец, на основе ранее рассчитанного значения схожести выполняет взвешенное усреднение различий всех оценок. Алгоритм кластеризации с временным затуханием (λ = 0,85) с использованием данных из нескольких источников достигает увеличения на 41 % сходства пользователей, на 35 % увеличивается обнаружение новых книг, заинтересовавших пользователя. Тестирование демонстрирует увеличение точности на 27 % при 3300 одновременных запросах (отклик 5 с/300 мс).
Бесплатно
Статья научная
Развитие беспилотных авиационных систем становится одним из ключевых направлений научно-технологического развития России. В рамках утверждённой стратегии до 2030 г. планируется формирование новой отрасли экономики, специализирующейся на создании и использовании гражданских беспилотников, определены приоритетные направления развития беспилотных технологий. Большой потенциал применения бесплотных аппаратов наблюдается в создании геопространственных баз данных. В связи с этим, при использовании автономных авиационных платформ для аэрогеофизических работ приобретают актуальность вопросы совершенствования и развития информационно-измерительных систем, применяемых на таких носителях, а также вопросы подготовки операторов систем аэрогеофизического назначения. Важное значение приобретает разработка алгоритмического и программного обеспечения информационно-измерительных систем на основе внедрения ранее уже созданного электронного контента: справочных материалов, инструкций по работе, эксплуатации приборной продукции, протоколов обработки получаемых результатов, методики принятия решений и др. Однако применение такого электронного контента несет риски снижения качества съемочных работ. Одним из способов оценки рисков является совмещение традиционного качественно-категорийного подхода современного риск-менеджмента с многоуровневой репрезентацией иерархии агрегирования экспертно-оцениваемых рисков в составе сводных и интегрального рисков путем применения аппарата мягких вычислений. Для систематизации и приоритезации рисков предлагается использование шкал градуирования и терм лингвистических переменных составляющих рисков, связанных с вероятностью возникновения снижения качества контента информационного обеспечения систем подготовки операторов, с потенциальной величиной возможного ущерба при возникновении факта снижения качества информационного обеспечения. В результате становится возможным разработка модели риск-оценки, представляющей собой процедуру специфического построения матриц последствий и вероятностей для отдельных риск-показателей оценки интеграции электронного контента в информационное обеспечение систем подготовки операторов информационно-измерительных систем аэрогеофизического назначения. Данная процедура есть логическая основа для расчета сводных и интегрального значений риск-показателей оценки, а также градуирования уровней риска.
Бесплатно
Приложения теории графов и теории групп в химии, физике
Статья научная
Работа посвящена рассмотрению приложений математики, в частности, теории графов и теории групп в химии и физике. Химия была одной из первых, кто воспринял идеи теории графов. Математическая химия является разделом теоретической химии, в котором изучается применение математики к химическим задачам. Возможность формализации молекул на языке структурной химии с помощью графов позволяет методами теории графов определять число раз-личных изомеров. Основным инструментом в математической химии является математическое моделирование с использованием вычислительной техники. Методы теории графов активно при-меняются в трех областях химии: структурная химия, химическая кинетика, химическая физика полимеров. Теория групп нашла применение во многих областях физики. Теория групп служит для объяснения важнейших характеристик атомных спектров. Теория групп дает возможность единообразного подхода к большому числу задач физики твердого тела. В этих исследованиях активно используются матричные группы и представления унитарных групп. Неприводимые представления групп используются для классификации колебательных и электронных состояний кристалла. Методы теории групп применяются к моделям задач классификации электронных состояний кристалла. В кристаллографии много внимания уделяется приложениям методов теории групп к изучению колебаний атомов, входящих в состав молекулы, относительно их положений равновесия. Результаты могут быть полезны при кодировании информации в сеансах космической связи.
Бесплатно
Применение контурного метода для решения задачи оптимального распределения трафика в сети
Статья научная
Целью настоящей работы является создание способа решения задачи оптимального распределения трафика в сети с помощью контурного метода анализа данных. В первом разделе работы объяснен принцип преобразования любой доступной сети к контурному виду, причем рассмотрен случай как для сетей без потерь, так и для сетей с потерями. Во втором разделе в общем виде показан метод приведения сети в контурном виде к системе нелинейных неравенств, решив которую можно получить некое распределение трафика в системе. В заключительном разделе на примере системы массового обслуживания M/M/1/N показано решение задачи оптимального распределения трафика по критерию минимизации потерь. В качестве исходных данных для задачи выступили матрица инцидентности, интенсивность обслуживания и размерность буфера для каналов связи. Указанный подход по оптимальному распределению трафика позволяет сократить число используемых переменных по сравнению с известными методами на основе беспетельных маршрутов, а также не требует их предварительного поиска, так как они определяются из размерности матрицы инцидентности графа моделируемой сети.
Бесплатно
Статья научная
Целью исследования является создание математической модели технологического процесса изготовления неразъемных соединений разнородных материалов на основе электронно-лучевой сварки с использованием алгоритмов машинного обучения. Каждый из соединяемых элементов представляет собой ответственный узел комплексного устройства, в связи с чем выставляются жесткие критерии к качеству сварного соединения. В сущности, поставленная задача представляет собой задачу регрессии. Существует множество алгоритмов, подходящих для решения задачи регрессии. Однако зачастую использование одного алгоритма не обеспечивает достаточной точности полученного результата. Одним из способов решения такой проблемы является построение композиции алгоритмов для компенсации проблем каждого из них. Одним из наиболее эффективных и мощных алгоритмов композиции является градиентный бустинг. Использование данного алгоритма повысит качество модели регрессии. Предлагаемая модель позволит технологу задавать параметры технологического процесса и получать оценку качества конечного изделия равно как по заданию входных, так и выходных величин. Использование методов оценки и прогнозирование снизит временные и трудовые затраты на поиск, отработку и наладку технологического процесса. Приводится описание алгоритма градиентного бустинга, а также анализ применимости данного алгоритма к модели, равно как и заключение касательно областей его применимости и достоверности прогнозов, получаемых при его использовании. Кроме того, рассматривается процесс непосредственного обучения модели на основе данных, полученных в рамках проведения поисковых экспериментов для улучшения качества конечного изделия. Результаты анализа применимости позволяют судить о допустимости использования предложенного метода для процессов, имеющих схожие статистические зависимости. Применение предложенного подхода позволит осуществить поддержку принятия технологических решений специалистов по электронно-лучевой сварке при отработке технологического процесса и при вводе в производство новых видов продукции. (Русскоязычная версия представлена по адресу https://vestnik.sibsau.ru/articles/?id=677)
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается применение методов кластерного анализа для повышения эффективности генетических алгоритмов при решении задач глобальной оптимизации много-мерных функций, актуальных в ракетно-космической отрасли. Предмет исследования – динамическая коррекция области поиска генетического алгоритма (ГА) на основе статистической фильтрации кластеров индивидов. Тема исследования включает разработку метода динамической коррекции областей интереса по переменным задачи путём разделения популяции на группы с помощью алгоритмов кластеризации (с заранее определенным количеством, а также динамически определяемым количеством кластеров), вычисления для каждой группы показателей численности и средней функции пригодности и отсечения кластеров, не вносящих значимого вклада в эволюционный процесс. Целью исследования является повышение скорости сходимости алгоритма без снижения качества результатов при решении задач смешанной оптимизации за счет эффективной адаптации области поиска на каждом шаге алгоритма. Эксперименты на тестовых функциях показали повышение скорости сходимости в среднем на 25–30 % по сравнению со стандартным алгоритмом. Полученные результаты демонстрируют возможность интеграции разработанного подхода в программно-аппаратные комплексы для автоматизированного проектирования ракетно-космических систем, что позволит снизить время расчётов и повысить точность выбора оптимальных параметров. Также предложенный подход может быть использован для выбора эффективных значений гиперпараметров широкого спектра моделей машинного обучения, в частности, архитектурного синтеза искусственных нейронных сетей, различных топологий, включая глубокие нейронные сети и специализированные архитектуры.
Бесплатно
Статья научная
Безопасность внутренней сети является важным аспектом успешного предприятия. Существуют различные средства для предотвращения киберугроз и анализа посещаемых интернет-ресурсов, но их быстродействие и возможность применения сильно зависит от объема входных данных. В статье рассматриваются существующие методы определения сетевых угроз с помощью анализа журналов прокси-сервера и предлагается метод кластеризации интернет-ресурсов, направленный на снижение объема входных данных путем исключения групп безопасных интернет-ресурсов или выбором только подозрительных интернет-ресурсов. Предложенный метод состоит из 3-х этапов: предобработка данных, анализ данных и интерпретация полученных результатов. Исходными данными для него являются записи журнала прокси-сервера. На первом этапе из исходных данных выбираются полезные для анализа данные, после чего непрерывный поток данных делится на небольшие сессии при помощи метода ядерной оценки плотности. На втором этапе выполняется мягкая кластеризация посещенных интернет-ресурсов путем применения метода тематического моделирования. Результатом второго этапа являются неразмеченные группы интернет-ресурсов. На третьем этапе, с помощью эксперта, происходит интерпретация полученных результатов путем анализа наиболее популярных интернет-ресурсов в каждой группе. Метод имеет множество настроек на каждом этапе, что позволяет сконфигурировать его под любой формат и специфику входных данных. Его область применения никак не ограничивается. Полученный метод может быть использован в качестве дополнительного шага предобработки с целью снижения количества входных данных.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается задача восстановления пропущенных данных при решении навигационной задачи с использованием спутниковых навигационных систем. В рамках исследования была выявлена корреляционная связь между изменениями псевдодальностей (расстояние от объекта до навигационного спутника, вычисленное с учетом погрешности шкалы времени потребителя). Иначе говоря, изменение расстояния между приёмником и одним спутником взаимосвязано с изменением расстояния между приёмником и другим спутником. На основе обнаруженной зависимости была сформирована гипотеза того, что приращение псевдодальности относительно предшествующего момента времени на коротком временном отрезке изменяется линейно. Для подтверждения этой гипотезы был построен график, который её подтвердил. Предложен непараметрический алгоритм восстановления пропущенных данных на основании этой гипотезы. В рамках исследования в измерения псевдодальностей были внесены случайные пропуски. Цель внесения пропусков – симулировать условия, в которых навигационный приемник теряет сигнал от некоторых навигационных спутников (например, в связи с высокой плотностью застройки). После внесения пропусков был применён разработанный алгоритм для восстановления пропущенных значений. Результаты продемонстрировали, что различие меду реальными и восстановленными значениями псевдодальностей не превышало более одного процента. Это позволяет подтвердить эффективность разработанного алгоритма в решении навигационной задачи для условий потери сигнала от спутников.
Бесплатно
Статья научная
Тенденции развития промышленности в области космических аппаратов (КА) ставят все более сложные задачи перед мехатронными системами. Ввиду усложнения процессов компоновки КТК и солнечных батарей, текущие методы раскрытия конструкций становятся менее надежными и актуальными. Помимо этого, развитие орбитальных станций приводит к возникновению целого спектра задач. Одним из перспективных подходов является использование мехатронных манипуляторов, однако, функциональность их применения сильно ограничена заранее определенными при разработке алгоритмами перемещения исполнительного органа и манипуляций над объектами. В связи с этим, возникает необходимость в проработке новых подходов к нахождению и определению формы целевого объекта, для дальнейшего просчета алгоритма его взаимодействия со схватом мехатронного манипулятора. В статье приводится метод реконструкции трехмерной формы объектов, основанный на применении системы технического зрения. Для получения пространственных характеристик сцены используется стереокамера. На основе полученных данных, сцена разбивается на несколько независимых геометрических поверхностей, с последующей поэтапной обработкой нейросетевыми алгоритмами. На каждом из этапов алгоритма происходит извлечение требуемых параметров целевых объектов. В качестве архитектуры нейронной сети используется YOLACT EDGE, осуществляющая семантическую сегментацию и классификацию объектов. Отдельной задачей можно вынести соотнесение пространственных характеристик целевых объектов и замещающей трехмерной модели. Для обеспечения этого соотнесения архитектура нейронной сети была дополнена ветвью «Маска опорных точек», обеспечивающей прогноз позиций опорных точек объектов, однозначно определяющих пространственные характеристики целевого объекта. В результате, полученная система способна обеспечить построение трехмерной карты зоны обметания в режиме реального времени. Кроме того, на основе полученной телеметрической информации возможен просчет траектории движения исполнительного органа манипулятора и его взаимодействия с объектами.
Бесплатно
Статья научная
Для анализа напряженно-деформированного состояния однородных и композитных тел (КТ) эффективно применяется метод многосеточных конечных элементов (ММКЭ), в котором используются многосеточные конечные элементы (МнКЭ). ММКЭ порождает многосеточные дискретные модели малой размерности, в которых неоднородная структура тел учитывается в рамках микроподхода с помощью МнКЭ. Базовые дискретные модели (БМ), учитывающие неоднородную структуру тел, имеют высокую размерность. Для понижения размерности дискретных моделей тел используется ММКЭ. Однако, существуют БМ КТ (например, БМ тел с микронеоднородной структурой), которые имеют такую высокую размерность, что реализация ММКЭ для таких БМ, в силу ограниченности ресурсов ЭВМ, затруднительна. Кроме того, для многосеточных дискретных моделей высокой размерности ММКЭ порождает численно неустойчивые решения, что связано с погрешностью вычислений ЭВМ. Для решения данных проблем здесь предлагается в расчетах использовать фиктивные дискретные модели, особенность которых состоит в том, что их размерности меньше размерностей БМ КТ. В данной работе предлагается метод фиктивных дискретных моделей (МФДМ) для расчета на статическую прочность упругих композитных тел с неоднородной, микронеоднородной регулярной структурой. МФДМ реализуется с помощью ММКЭ с применением скорректированных условий прочности, которые учитывают погрешность приближенных решений. В основе МФДМ лежит положение, что решения, отвечающие БМ КТ, мало отличаются от точных, т. е. эти решения считаем точными. Расчет КТ по МФДМ сводится к построению и расчету на прочность фиктивных дискретных моделей (ФМ), которые обладают следующими свойствами. ФМ отражают форму, характерные размеры, крепление, нагружение и вид неоднородной структуры КТ, распределение модулей упругости, отвечающее БМ КТ. Размерности ФМ меньше размерности БМ КТ. Последовательность, состоящая из ФМ, сходится к БМ, т. е. предельная ФМ совпадает с БМ. Как показывают расчеты, сходимость такой последовательности обеспечивает равномерную сходимость максимальных эквивалентных напряжений ФМ к максимальному эквивалентному напряжению БМ КТ, что позволяет применять такие ФМ в расчетах упругих тел на прочность. Рассматриваются два типа ФМ. Первый тип - масштабированные ФМ, второй - ФМ с переменными характерными размерами. В данной работе подробно рассматриваются ФМ второго типа. Расчеты показывают, что реализация ММКЭ для ФМ с одним, двумя или тремя переменными характерными размерами приводит к большой экономии ресурсов ЭВМ, что позволяет использовать МФДМ для тел с микронеоднородной регулярной структурой. Расчеты на прочность КТ по МФДМ требуют в 103 ¸ 107 раз меньше объема памяти ЭВМ, чем аналогичный расчет с использованием БМ КТ, и не содержат процедуру измельчения БМ. Приведенный пример расчета на прочность трехмерной композитной балки по МФДМ с применением ФМ с тремя переменными характерными размерами показывает его высокую эффективность.
Бесплатно
Статья научная
В ракетно-космической отрасли часто приходится сталкиваться со сложными задачами черного ящика, для решения которых можно использовать нейронные сети. Данный подход сталкивается с проблемой подбора оптимальной архитектуры нейронной сети. Если создать слишком большую сеть, потратив большое количество вычислительных ресурсов на ее обучение, то для получения результатов потребуется большое количество времени или более мощные процессоры, что не всегда целесообразно. Намного лучше спроектировать небольшую нейронную сеть, которая справится с задачей. Решением данной проблемы занимается направление neural evolution, где эволюционные алгоритмы автоматически проектируют структуру нейронной сети на основе естественного отбора. Одним из таких алгоритмов является алгоритм генетического программирования, который строит функции в виде дерева и преобразует их в нейронную сеть. Деревья содержат функциональные узлы с различными операторами. Однако в стандартном представлении для кодирования нейронной сети используются только два оператора, которые позволяют либо добавлять скрытые слои, либо увеличивать количество нейронов в слое. Эти операторы не поддерживают создание рекуррентных связей, которые могли бы увеличить разнообразие решений и повысить качество моделей. В данном исследовании предложен новый унарный функциональный оператор, создающий рекуррентные связи на основе анализа нейронов скрытого слоя. Эффективность предложенного подхода исследована на некоторых задач из Feynman Symbolic Regression Database и результаты сравнены с предыдущими версиями алгоритма. В результате проведенного исследования были получены следующие результаты: алгоритм в среднем решал задачи хуже, чем прошлые версии, однако в некоторых прогонах находил лучшие решения поставленной задачи. О низкой средней эффективности предложенного подхода создания рекуррентных связей было выдвинуто несколько гипотез, направленных на возможное улучшение алгоритма.
Бесплатно
Программная система математического моделирования процесса электронно-лучевой сварки
Статья научная
В рамках настоящего исследования предложена программная система моделирования распределения температурного поля в установившемся режиме процесса электронно-лучевой сварки тонкостенных конструкций аэрокосмического назначения. Целью создания такой программной системы является повышение качества управления процессом электронно-лучевой сварки и, соответственно, снижение количества дефектов в сварных соединения тонкостенных конструкций. Программная система имеет модельную структуру и реализует предложенные ранее авторами модели распределения энергии. В качестве средств реализации программы были выбраны системы управления базами данных MySQL и программирования Embarcadero RAD Studio. Центральным звеном системы выступает база данных, позволяющая хранить и обрабатывать информацию как по математическому моделированию, так и по результатам имитационных и натурных экспериментов. В статье описана структура разработанной программной системы, а также представлены алгоритмы работы ее составных модулей. Система предоставляет пользователю возможность не только проводить моделирование по заданным технологическим параметрам (скорость сварки, ускоряющее напряжение, ток пучка, граничные условия, время моделирования, материал изделия), но и визуализировать результаты и сохранять их в единой базе данных. Применение предложенной системы позволяет не только минимизировать затраты предприятия на отработку технологических параметров установившегося режима для процесса электронно-лучевой сварки, но и создать гибкую информационную базу для сбора экспериментальной информации с целью дальнейшей автоматизации и интеллектуализации технологического процесса создания неразъемных соединений в рамках Индустрии 4.0.
Бесплатно
Пространственные двумерные решения
Статья научная
В работе рассматриваются стационарные пространственные уравнения идеальной пластичности с условием текучести Мизеса. Материал предполагается несжимаемым. Подробно изучен случай, когда все три компоненты вектора скорости и гидростатическое давление зависят только от двух координат x, y. Для этого случая введено новое название - пространственная двумерная система уравнений, чтобы отличить ее от общепринятых двумерных систем уравнений, когда от нуля отличны только две компоненты вектора скорости и гидростатическое давление. Доказано, что система допускает, в смысле С. Ли, алгебру Ли размерности 10. Показано, что пространственное двумерное деформированное состояние - это есть суперпозиция плоского напряженного состояния и пластического кручения вокруг оси z. Построены два инвариантных решения уравнений, описывающих пространственное двумерное деформированное состояние. Первое решения можно использовать для описания пластических течений между двумя жесткими плитами, которые сближаются с разными скоростями. Второе решение служит для описания напряженно-деформированного состояния материала внутри плоского канала, образованного сходящимися плитами.
Бесплатно
Разработка методики тестирования сетевых коммутаторов Spacewire
Статья научная
В работе представлены основные пункты разработанной методики тестирования сетевых коммутаторов SpaceWire. Обозначены главные цели тестирования данного оборудования. Приведена структурная схема рабочего места, а также список оборудования с его кратким описанием для проведения тестов. Для проведения тестов было разработано специальное программное обеспечение, реализованное в виде консольного пользовательского приложения. В методике подробно описывается каждый шаг работы с данным приложением. В рамках данной статьи описываются алгоритмы, которые реализуются при работе с приложением. Эти алгоритмы представлены в виде блок-схем, а также текстового описания. Среди алгоритмов выделены две группы: базовые и расширенные. Для первой группы можно выделить базовый тест для проверки принципа удаления заголовка в соответствии с путевой адресацией; нагрузочный тест для проверки корректной работы коммутатора при высокой загрузке коммутирующей матрицы, а также проверки удаления поступающих пакетов, не содержащих в своем заголовке адреса для отправки на один из портов коммутатора; тест исключительной ситуации для проверки корректности работы коммутатора при высокой загрузке приемного буфера поступающими данными. Для второй группы можно выделить тест таблицы маршрутизации для проверки корректности обработки коммутатором строк, записанных в таблицу маршрутизации; тест широковещания для проверки возможности коммутатора отправлять один пакет данных с нескольких портов одновременно; тест групповой адаптивной маршрутизации для проверки возможности коммутатора при выборе множества портов для передачи данных отправлять их с порта, имеющего наивысший приоритет. Все обозначенные алгоритмы были опробованы радиационно-стойкой отказоустойчивой сверхбольшой интегральной схемой программируемого мастер-коммутатора 3-го уровня. В заключение обозначены дальнейшие планы по развитию методики.
Бесплатно
Разработка перенастраиваемых диапазонных генераторов шума
Статья научная
Целью работы является разработка и исследование принципа работы перенастраиваемых диапазонных генераторов шума (ПДГШ), их характеристик, формирователя шумового сигнала модульного типа, в котором обеспечивается управление шириной спектра шумового сигнала для использования в качестве средств постановки шумовых радиопомех, посредством формирования и излучения в окружающее пространство электромагнитных полей энергетического спектра в заданных диапазонах частот, с возможностью изменения амплитуды и полосы сигнала. Для улучшения характеристик и придания им более широкого применения с целью качественного противодействия несанкционированному съему злоумышленниками информации по каналам излучения побочных электромагнитных излучений (ПЭМИ), необходимо создавать многоканальные адаптивные ПДГШ. В разрабатываемых генераторах в каждом канале зашумления можно обеспечить регулировку мощности формируемого шумового сигнала и управление шириной полосы частот зашумления, что позволит повысить электромагнитную совместимость подобных устройств. Для обеспечения этого предлагается использовать концепцию проектирования, основанную на применении управляемых модулей источников шума (УМИШ) с полосовыми фильтрами, что также позволяет получить равномерный по амплитуде шумовой сигнал.
Бесплатно
Разработка рабочего места и алгоритмов тестирования бортового оборудования SpaceWire
Статья научная
В зарубежной космической отрасли на протяжении долгого времени используется одна из наиболее передовых и активно развивающихся технологий передачи информации на борту космического аппарата - SpaceWire. Данная технология обеспечивает высокоскоростную передачу больших объемов информации, создание единой инфраструктуры высокоскоростной обработки данных для соединения датчиков, элементов системы обработки данных и блоков массовой памяти. В России SpaceWire постепенно внедряется и используется на перспективных космических аппаратах. Для проверки соответствия бортовой аппаратуры таких аппаратов требованиям стандарта SpaceWire ECSS-E-ST-50-12C Rev.1 существует необходимость в разработке рабочего места, описанного в данной статье. Рабочее место предназначено для того, чтобы к нему можно было подключить бортовое оборудование SpaceWire и запустить тесты, проверяющие определенные параметры информационного обмена, регламентируемые стандартом. В статье представлена общая структура рабочего места, а также описание каждого из его элементов в отдельности вместе с изложением их функционала. Также в статье описаны разработанные алгоритмы тестирования. Среди них можно выделить проверку на соответствие коэффициенту битовых ошибок требуемому значению, проверку поддержки метода удаления заголовка коммутаторами SpaceWire, а также проверку на соответствие требованиям к транспортным протоколам RMAP и СТП-ИСС. Алгоритмы данных тестов представлены в виде блок-схем и подробного текстового описания. Сами тесты реализованы в виде программного кода на языке C. В качестве подтверждения корректности работы разработанных тестов было проведено практическое тестирование устройств SpaceWire, среди которых можно выделить две платы полезной нагрузки для космического аппарата «НОРБИ», а также сверхбольшую интегральную схему 1931КХ014 программируемого коммутатора для сетей SpaceWire. Приведено краткое описание используемых в работе устройств тестирования в виде изложения их функционала, применимого к разрабатываемому рабочему месту тестирования.
Бесплатно
Статья научная
Предложен способ кодирования двоичного потока данных на основе квадратурной фазовой манипуляции QPSK, обладающий высокой скоростью и контролем наличия ошибок в канале передачи данных. Представлен алгоритм анализа сигналов в приемном тракте, позволяющий анализировать присутствие двух или трех импульсов разных цветов на входе, что сигнализирует о наличии помехи или возникновении «засветки». Кроме того, алгоритм обеспечивает возможность динамической компенсации внешней «засветки» путем изменения коэффициента усиления фотоприемников и регулировки яркости излучающих светодиодов. Разработана функциональная схема устройства для реализации предлагаемого способа кодирования в беспроводном канале на основе оптического излучения. Учитывая, что большинство фотодиодов являются достаточно широкополосными в видимом диапазоне световых волн, для повышения чувствительности каждого цветового канала и селективности приемного тракта, предложено использовать оптические фильтры для каждого цветового канала. Наиболее эффективными являются интерференционные фильтры из оптически прозрачных материалов с различными физическими характеристиками. Представлен подход для расчета оптических фильтров.
Бесплатно
Разработка формирователя сигналов DVB-S2X для тестирования модемного оборудования
Статья научная
Рассмотрена специфика наземной экспериментальной отработки модемного оборудования систем спутниковой связи на высокоэллиптической орбите (ВЭО). Сформулирована проблема отсутствия специализированных средств технологического оснащения для процесса его испытаний. На основе технологии программно-определяемого радио разработана обобщенная структурная схема формирователя тестовых сигналов стандарта DVB-S2X, дополнительно реализующего возможность имитации их ретрансляции космическими аппаратами, обращающимися на ВЭО. Разработан комплекс прикладного и специализированного программного обеспечения формирователя, реализующего функции подготовки трафика, его инкапсуляции и синтеза на ПЛИС отсчетов комплексной огибающей сигнала в соответствии со стандартом DVB-S2X. Предложена обобщенная структурная схема цифровой обработки сигналов, реализующая имитацию искажений, характерных для прохождения сигнала через ретранслятор космического аппарата на высокоэллиптической орбите. На базе программно-определяемого радиоустройства USRP X410 реализован опытный образец формирователя, работающий в диапазоне символьных скоростей от менее 0,1 до 122,88 Мсимв/сек. Приведена обобщенная структурная схема испытательного стенда, на основе которого проведены его экспериментальные исследования. Представлены практические результаты использования внутренних ресурсов ПЛИС радиоустройства X410, задействованных на реализацию разработанного специализированного программного обеспечения, результаты верификации формируемой сигнально-кодовой конструкции, а также тестирования функционирования опытного образца формирователя с использованием эталонного демодулятора. Полученные результаты полностью подтверждают правильность функционирования разработанного опытного образца формирователя. Разработанное решение может применяться в наземной отработке модемного оборудования спутниковой системы «Экспресс-РВ».
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается роль информационных технологий на промышленных предприятиях ракетно-космической отрасли, приводятся результаты анализа научных источников по организации систем информационной поддержки для принятия управленческих решений, анализ существующих методик построения управленческого учета на предприятиях и способов его автоматизации. Делаются выводы о недостаточной проработанности изученных решений, как с точки зрения логики организации учета, так и с технической точки зрения. Определяются основные задачи системы информационной поддержки, методы формирования эффективного управленческого учета и цели его внедрения. Предлагается подход к созданию системы информационной поддержки в виде надстроенной управляющей базы данных в виде OLAP-решения, посредством которой интегрируются функциональные информационные системы и строится детализированный управленческий учет, связанный с бухгалтерским и налоговым учетами в единую систему в едином информационном пространстве. Описываются преимущества внедрения предлагаемой системы, позволяющей проводить всесторонний ретроспективный и оперативный анализ текущего состояния протекающих на предприятии процессов с денежной оценкой средствами SQL с высокой степенью доверия к данным. Оговариваются принципы создания элементов информационной системы для последующего эффективного план-факт анализа и выработки управленческих решений. Приводится схема организации единого информационного пространства и системы, обеспечивающей информационную поддержку процессов управления предприятием, рассматриваются основные информационные потоки. Описывается логика поддержания процесса формирования структурированного хранилища данных при автоматизации финансово-экономической части АСУП на базе представляемого способа организации данных, позволяющая увязать управленческий, бухгалтерский и налоговый учеты с одним источником актуальных данных, создавая при это эффективное OLAP-решение. Приводится наглядный пример организации данных в виде увязки средствами БД отражений первичных документов предлагаемым способом, обеспечивающим возможность оперативного анализа дебиторской и кредиторской задолженности и осуществления предварительного финансового контроллинга. Приводятся примеры интерфейсов пользователя из разработанной системы информационной поддержки, построенной на описываемых способах организации данных. Делаются выводы об эффективности предлагаемого решения.
Бесплатно
