Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника @vestnik-susu-ctcr
Статьи журнала - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника
Все статьи: 1079
Краткое сообщение
В статье приведены результаты исследования, а также структурные схемы и параметры составляющих генеративно-состязательной нейронной сети. Приведены графические изображения результатов фильтрации радиотехнических сигналов. Сделаны выводы о возможностях применения данных нейронных сетей. Цель исследования: обоснование возможностей использования генеративносостязательных искусственных нейронных сетей для решения задач цифровой обработки радиотехнических сигналов. Материалы и методы. Для оценки результатов цифровой фильтрации зашумленных сигналов использовался метод математического моделирования в среде MATLAB. В качестве тестовых сигналов были взяты: синусоида, сигнал в виде суммы синусоид, модель реального радиотехнического информационного сигнала. В качестве шумовой составляющей используется белый гауссовский шум. Также проводится фильтрация сигнала, в котором отсутствует фрагмент определенной длинны. Была сгенерирована обучающая выборка для нейронной сети генератора, состоящая из зашумленных тестовых сигналов. Была также сгенерирована обучающая выборка нейронной сети дискриминатора, состоящая из тестовых сигналов, не содержащих шума. Результаты. На основе проведенного моделирования сделан вывод о том, что генеративно-состязательная нейронная сеть успешно решает задачи выделения полезного сигнала в смеси его с шумом различной физической природы. Такая нейросетевая структура способна также восстановить полезный сигнал, если в нем отсутствует какая-либо часть в результате воздействия внешних помех. Заключение. Существующие методы цифровой фильтрации радиотехнических сигналов требуют определенных трудовых и временных затрат, связанных с расчетом цифровых фильтров. Также при проектировании фильтров высоких порядков возникает сложность при проведении расчета данных фильтров. Идея использования нейронной сети в задачах фильтрации позволяет значительно уменьшить время проектирования фильтра, упростив, таким образом, процесс его реализации. Нейронная сеть, являющаяся самообучаемой системой, может находить решения, недоступные для обычных алгоритмов цифровой фильтрации. Результаты данной работы могут найти свое применение в области цифровой обработки сигналов и в развитии программно-конфигурируемого радио.
Бесплатно
Краткое сообщение
В настоящее время проблемы искажения данных измерений шумом и появления неопределенностей в критериях качества послужили причиной повышенного интереса к исследованиям в области сплайновой аппроксимации. При этом существующие методы минимизации эмпирического риска, предполагая, что шум является равномерным распределением с более тяжелыми хвостами, чем гауссов, ограничивают области применения данных исследований. Проблема оценки искаженных шумом данных, как правило, основывается на решении оптимизационной задачи с функцией, содержащей неопределенность, возникающей на основе задачи поиска оптимальных параметров. В связи с этим оценка искаженных шумов не может быть разрешена классическими методами. Цель исследования. Данное исследование направлено на решение и анализ задачи сплайновой аппроксимации данных в условиях неопределённости на основе параметризации управления и алгоритма проекции градиента. Методы. Исследование задачи сплайновой аппроксимации зашумленных данных проведено методом приближения кусочно-постоянной функции управления. При этом параметризация управления возможна только при конечном числе точек разрыва первого рода. В рамках экспериментального исследования применен алгоритм метода проекции градиента для численного решения задачи сплайновой аппроксимации. Предложенные методы применены для исследования параметров задачи сплайновой аппроксимации данных в условиях неопределённости. Результаты. Численное исследование подхода к параметризации управления и алгоритма проекции градиента проведено на основе разработанного программно-алгоритмического средства для решения задачи сплайновой модели аппроксимации в условиях неопределенности. Для оценки искаженных шумом данных проведены численные эксперименты по исследованию параметров модели и установлено, что повышение значения параметра α ведёт к увеличению точности, но к потере гладкости. Кроме того, проведенный анализ показал, что рассмотренные законы распределения не изменили точность и скорость сходимости алгоритма. Заключение. Предложенный подход для решения задачи сплайновой аппроксимации в условиях неопределенности позволяет определить проблемы искажения данных измерений шумом и появления неопределенностей в критериях качества. Исследование параметров модели показало, что построенная система устойчива к ошибке начального приближения, а законы распределения не оказывают существенного влияния на точность и сходимость метода проекции градиента.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена вопросам оценки помехоустойчивости первичного канала аэродромных обзорных радиолокаторов (АОРЛ) при воздействии организованных помех. На основе классических уравнений радиолокации разработаны математические и программные модели первичного канала АОРЛ и постановщика активных помех. В качестве объектов моделирования были взяты реальная АОРЛ-1АС и постановщик помех (гипотетическая станция активных помех), использующая в качестве методов подавления РЛС формирование заградительного шума и переизлучение имитационных копий радиосигналов АОРЛ. Проведены исследования помехоустойчивости АОРЛ к воздействию активных шумоподобных и имитационных помех как по главному, так и по боковому лепестку диаграммы направленности антенны. Для оценки помехоустойчивости первичного канала АОРЛ к шумовому воздействию рассчитывались вероятность правильного обнаружения самолета, подлетающего к аэродрому и границы зоны подавления. Выполнен анализ результатов исследований помехоустойчивости АОРЛ к воздействию активных помех.
Бесплатно
Исследование предиктивных схем управления функционированием организационно-технических систем
Статья научная
Организационно-технические системы являются самым распространенным инструментом решения народнохозяйственных задач. Однако в силу включенного в их состав персонала они характеризуется стохастическим поведением, что актуализирует вопрос разработки их вероятностной модели. С другой стороны, вероятностный аппарат является инструментом прогнозирования грядущих явлений и ситуаций и поэтому необходим механизм его использования в предиктивном (прогнозном) управлении. В работе использовано для этого первое вероятностное приближение в виде марковского процесса и его описания уравнением Фоккера - Планка - Колмогорова. Цель исследования заключается в постановке и решении задач оптимального управления с вероятностными критериями качества управления для следящей схемы предиктивного управления, а также в разработке механизма метасистемного переключения моделей в случае адаптивной схемы с прогнозной моделью в контуре управления.
Бесплатно
Исследование стабильности частоты вихреобразования в вихреакустическом расходомере
Статья научная
Рассматривается типовая структурная схема вихреакустического расходомера с подробным описанием сигналов на входе и выходе основных функциональных компонентов. Приведен план эксперимента, предназначенного для изучения стабильности частоты вихреобразования за телом обтекания. Также представлены результаты исследования стабильности расхода на проливочной установке. Показано, что коэффициент вариации мгновенных значений эталонного расхода при испытании вихреакустических расходомеров изменяется от 0,13 до 0,3 % в зависимости от режима проливки. Коэффициент вариации частоты вихреобразования при различных режимах расхода составляет от 3 до 9 %. Проверка по критерию Эппса - Пали показала, что выборочные данные не противоречат нормальному закону распределения вероятностей.Сделано предположение о нецелесообразности расчётов результирующего объемного расхода на основании мгновенного значения частоты вихреобразования. Показано, что при расчете расхода целесообразно использовать оценку частоты вихреобразования, полученную на основе обработки избыточных измерений.
Бесплатно
Исследование технических объектов с использованием метода идентификации моделированием
Статья научная
Рассматривается методика, позволяющая определить неизвестные параметры модели технических объектов с использованием метода идентификации моделированием.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается применение метода прямого цифрового синтеза частоты для формирования зондирующего радиосигнала с линейной частотной модуляцией в современном радиолокационном измерителе уровня жидкости. Приведены результаты исследования влияния основных параметров цифрового вычислительного синтезатора на среднеквадратическую погрешность измерения расстояния до поверхности жидкости. Сформулированы рекомендации по выбору значений параметров цифрового вычислительного синтезатора, позволяющие минимизировать среднеквадратическую погрешность измерения расстояния в радиолокационном измерителе уровня жидкости. Работа выполнена в Научно-исследовательском институте цифровых систем обработки и защиты информации ЮУрГУ под руководством д-ра техн. наук, профессора кафедры инфокоммуникационных технологий Карманова Ю.Т.
Бесплатно
Статья научная
В работе приведены оценки динамики медицинской эффективности функционирования лечебно-профилактических учреждений Ханты-Мансийского автономного округа в период с 2013 по 2021 г. с использованием индекса Малмквиста. Цель исследования. Целью исследования является анализ динамики значений медицинской эффективности функционирования лечебно-профилактических учреждений Ханты-Мансийского автономного округа - Югры, объединенных по административно-территориальному признаку, с использованием индекса Малмквиста совместно с оболочечным анализом данных.
Бесплатно
Другой
Бесплатно
Другой
Приведена история создания и развития кафедры «Информационно-измерительная техника» Южно-Уральского государственного университета.
Бесплатно
К вопросу автоматического управления приводом глубинного штангового насоса
Статья научная
Рассматривается задача автоматического управления приводом глубинного штангового насоса. Рассмотрены параметры нефтедобычи, характеризующие ее результаты и ее процесс. Приведены основные формулы моделирования системы «скважина глубинный штанговый насос», отражающие процесс поступления жидкости в скважину в ходе добычи нефти глубинными штанговыми насосами. Рассмотрены результаты моделирования. Приведена структура системы нефтедобычи, состоящая из медленной и быстрой динамических составляющих. Выделены самоорганизующиеся параметры нефтедобычи и составляющие управления и показаны необходимые ограничения при управлении. Сформулирован и на основании обзора существующих подходов обоснован экономический критерий управления нефтедобычей. Дана организационно-информационная структура системы управления нефтедобычей из малодебитных скважин, выделены основные функции каждой составляющей этой структуры и показаны все необходимые организационные и информационные связи.
Бесплатно
К вопросу о технической эффективности инвестиционных проектов
Статья научная
Рассматривается актуальная проблема оценки организационных механизмов реализации и способ распределения ограниченных ресурсов на инвестиционно-строительном этапе проекта. С помощью инструментов управления сетевой моделью производится оптимизация экономических ресурсов. В исследовании обозначен процесс инвестиционного проектирования, определены основные этапы, показан процесс оптимизации крупномасштабного инвестиционного проекта с использованием специального инструментария. Для решения данной задачи предложен метод сетевого планирования. Данная модель соответствует рассматриваемому процессу и позволяет реализовать эффективную для лица, принимающего решения, организацию работ по инвестиционному проектированию крупномасштабного проекта. Полученные в результате исследования выводы доказывают, что использование сетевого моделирования в качестве инструментария для решения проблемы управления процессом инвестирования в крупномасштабный проект способствует повышению эффективности распределения денежных потоков и ведет к снижению расходов в целом. Результаты исследования могут быть использованы государством и частным бизнесом, осуществляющим инвестиционную деятельность и стремящимся оптимизировать свои ресурсы, такие как время и деньги. Расчеты модели демонстрируются на примере крупномасштабного инвестиционного железнодорожного проекта (КИП) «материк - о. Сахалин». Рассматриваются институциональные аспекты оценки КИП и оценка как необходимые элементы системного анализа. Спустя десятилетия данный проект становится все более реальным. Актуальность данного исследования подтверждается словами Владимира Владимировича Путина в ходе прямой трансляции, в которой он сказал об активизации строительства моста на остров Сахалин и выделении средств в размере 1 млрд рублей. Соответственно, необходимо выбрать подходящую модель реализации проекта. Решение по данному вопросу приведено в данной статье.
Бесплатно
Статья научная
Для безопасности и повышения эффективности отработки полетных заданий необходима достоверная информация о высотно-скоростных параметрах воздушного судна (ВС). В связи с этим задача изучения особенностей и совершенствования характеристик существующих измерителей данных параметров является вполне актуальной. Цель исследования: рассмотреть особенности определения барометрической высоты ВС механическим указателем и системой воздушных сигналов (СВС). Материалы и методы. Проанализировано существо барометрического метода измерения высоты ВС, установлено, что для построения отчетливой теории метода обязательно нужно знать зависимость температуры атмосферы от высоты T = T(h). При этом известно, что эта температура обычно убывает с ростом высоты. Однако скорость убывания непредсказуемо меняется как в различное время года и суток, так и в разных пунктах и на разных высотах. Более того, в некоторых случаях в определенном диапазоне высот температура может не убывать, а, наоборот, возрастать. В связи с этим существует некоторая проблема с формализацией этой зависимости. При построении теории метода для механических указателей поступают так, что используют зависимость T = T(h) для международной стандартной атмосферы (МСА), в которой температура и давление однозначно связаны. При разработке алгоритмического обеспечения СВС считают, что температура с высотой убывает так же, как и в стандартной атмосфере, но фактическое ее значение на уровне плоскости начала отсчета может быть любым, совсем не связанным с давлением и высотой в МСА. Для этого в СВС предусматривается задатчик температуры на уровне плоскости начала отсчета высоты. Результаты. Получена формула, позволяющая определять различие показаний механического высотомера и СВС. Установлено, что данная разность является функцией давления и температуры на уровне плоскости начала отсчета высоты, а также и фактического давления на высоте полета. Проведены численные исследования, позволяющие оценить расхождение показаний. Установлено, что относительная разность показаний может достигать в эксплуатационных условиях порядка 10 %, причем она практически не зависит от высоты ЛА и является, по существу, константой для указанных начальных значений давления и температуры (на уровне плоскости начала отсчета высоты). Заключение. Разработанные алгоритмы могут быть использованы при совершенствовании алгоритмического обеспечения СВС.
Бесплатно
К вопросу получения объемных изображений в рентгеновской компьютерной томографии
Статья научная
Статья посвящена методам получения объемных изображений в рентгеновской компьютерной томографии. Описан метод томографического исследования, начиная со сканирования объекта исследования измерительной системой - томографом, и заканчивая выводом полученной информации на экран. Приведен анализ существующих методов реконструкции (восстановления) изображений по проекционным данным, включая «классическую» реконструкцию в веерном пучке излучения и трехмерную реконструкцию в конусном пучке излучения. В частности, как самые распространённые, рассматриваются метод обратного проецирования с фильтрацией сверткой при веерной схеме сканирования и алгоритм Фельдкампа при конусной схеме сканирования. Дан сравнительный анализ вычислительных затрат для двумерной и трёхмерной реконструкции. Авторы отмечают, что получение непосредственно трехмерного массива данных при трехмерной реконструкции изображений не только ведет к уменьшению необходимого количества вычислений, но и может эффективно использоваться при дальнейшей обработке и объемной визуализации. Рассматриваются различные методы визуализации трехмерных массивов данных, используемые в рентгеновской компьютерной томографии. Приведены достоинства и недостатки каждого метода. Дано подробное описание алгоритма объемной визуализации (объемного рендеринга) как наиболее предпочтительного метода визуализации трехмерных данных.
Бесплатно
Статья научная
Отражены основная задача рентгеновской компьютерной томографии и ее математическое описание. Приведено прямое и обратное преобразование Радона. В статье представлены методы реконструкции изображений в рентгеновской компьютерной томографии. Дана их краткая классификация. Автором рассмотрена классическая задача двумерной компьютерной томографии, основные подходы к ее решению. Основное внимание уделено алгоритму обратного проецирования с фильтрацией сверткой. Приведен вывод алгоритма для параллельной и веерной схем сканирования. Проанализирована задача трехмерной реконструкции изображений. Описаны дополнительные условия, накладываемые на полноту проекционных данных, вычислительную эффективность алгоритмов, качество получаемых изображений. Рассмотрены основные траектории движения источника рентгеновского излучения, обеспечивающие выполнение условия Кириллова - Смита - Туя. Основное внимание уделено спиральной траектории. Приведен анализ существующих методов трехмерной реконструкции с конусной геометрией лучей, их достоинства, недостатки, области применения. Дана их краткая классификация. Приведены алгоритмы, дающие приближенное решение задачи трехмерной реконструкции. Описаны алгоритм Фельдкампа, алгоритм обобщенной обратной проекции, модернизированный алгоритм однослойной перепаковки. Затронут вопрос разработки подходов и методов получения изображений при трехмерной реконструкции в конусе лучей для спиральной компьютерной томографии.
Бесплатно
К динамике намагниченного сферического ротора гироскопического интегратора линейных ускорений
Статья
Бесплатно
Статья научная
Исследованы устойчивость и качество переходных процессов в системах автоматического регулирования, сконструированных методом эталонной передаточной функции замкнутой системы. Объект управления представляется инерционным звеном первого порядка с запаздыванием. Рассматриваются вариации как параметров настройки регулятора, так и параметров объекта управления.
Бесплатно
К задаче оценивания ошибок измерений в системах управления при неполной информации
Статья научная
Работа посвящена задаче повышения точности оценивания состояния линейных динамических систем в условиях неполноты информации. Указанная задача связана с особенностью методов гарантированного оценивания, проявляющейся в том, что на коротком интервале наблюдений допустимые множества значений возмущений, действующих на систему, и ошибок измерений в информационно-измерительном канале могут оказаться лишь грубыми оценками сверху. В частности, для единственной короткой реализации измерений вероятность реализации возмущений и ошибок измерений наихудшим образом меньше единицы. Представлен подход к построению адаптивного алгоритма гарантированного оценивания. Подход основан на обработке значений обновляемой последовательности фильтра Калмана, при этом реализация фильтра Калмана осуществляется для предварительной обработки результатов измерений. Обновляемая последовательность фильтра рассматривается как временной ряд, для обработки которого используются методы статистического и гарантированного оценивания. Результаты обработки значений обновляемой последовательности фильтра Калмана используются для построения множественных оценок ошибок измерений, используемых в уравнениях алгоритма гарантированного оценивания. При таком подходе осуществляется информационное доопределение неизвестных помех в информационно-измерительном канале. Основной особенностью задачи, исследуемой в данной статье, является малое число доступных измерений, по результатам которых осуществляется поиск наилучшей оценки вектора состояния. Поэтому реализация измерений рассматривается как короткий временной ряд. Для уменьшения вычислительных затрат на реализацию алгоритма гарантированного оценивания в реальном времени предложены методы декомпозиции задачи оценивания. Эффективность предлагаемого подхода демонстрируется на примере модели, описывающей угловое движение космического аппарата. Приведены результаты имитационного моделирования и сравнительный анализ точности полученных оценок вектора состояния.
Бесплатно
