Поиск статей

В работе представлен метод оценки состояния агента многоагентной биологической системы по зашумленным измерениям с помощью рекуррентных фильтров. Рассмотрена проблема масштабируемости существующих подходов к регистрации поведения лабораторных грызунов и отсутствия единого математического описания. Приведено математическое описание агента биологической системы как нелинейной дискретной стохастической системы в пространстве состояний и постановка задачи оценки его состояния. Представлено решение поставленной задачи на примере ключевых точек крысы линии Wistar, которые измеряются с помощью предварительно обученного детектора. В работе предлагается использовать полносвязную нейронную сеть для параметризации неизвестной динамики системы. Для сравнительного анализа выбраны фильтр частиц (последовательный метод Монте-Карло) и ансцентный фильтр Калмана. Сравнение методов производилось на собранном и подготовленном наборе данных, который содержит изображения с разрешением 1060×548 и разметку скелетных точек крысы. Представленные результаты экспериментов по сравнению методов оценки состояния показывают высокую эффективность предложенного метода и его преимущество перед аналитическим описанием нелинейной динамики системы. Среди сравниваемых подходов минимальную среднюю ошибку 6,4 пикселей показала двойная оценка вектора состояния и параметров нейронной сети с помощью двух ансцентных фильтров Калмана. Однако для практического применения в реальном времени больше подходит один фильтр с предварительно обученной нейронной сетью. В таких условиях ансцентный фильтр Калмана показал лучшие результаты по точности, чем фильтр частиц (средняя ошибка 8,1 пикселя против 12,0 пикселей). Результаты работы могут быть использованы для решения задачи автоматической регистрации поведения крыс линии Wistar с помощью параметризации функций, связывающих векторы состояния с выходными векторами индивидуального и группового поведения.

В работе изложен метод обратной статистической линеаризации – метод нелинейной фильтрации для оценивания состояний линейно-гауссовских дифференциальных систем с неизвестной интенсивностью шума в наблюдениях. Предложенный метод основан на нелинейном преобразовании разностной ошибки с сохранением коэффициента передачи, используемого в фильтре Калмана-Бьюси. В результате нелинейный фильтр описывается системой дифференциальных уравнений того же порядка, что и вектор состояния без использования уравнений на ковариационную матрицу ошибки. Уравнения нелинейного фильтра найдены в аналитическом виде для модели одномерного движения, в которой только на старшую производную действует возмущение в виде белого шума, а наблюдению доступно лишь положение с белошумной аддитивной помехой неизвестной интенсивности. Проведен анализ соответствующей разностной схемы нелинейной фильтрации: обоснована несмещенность оценок и получено уравнение на ковариационную матрицу ее ошибок в стационарном режиме. Теоретические результаты подтверждены численным экспериментом, в котором сравнивалась точность оценок оптимального и нелинейного фильтров.

В настоящей работе предложен метод коррекции траектории камеры в задаче монокулярной визуальной одометрии на основе фильтра Калмана. Рассмотрен подход, в котором неоднозначность масштаба разрешается не через восстановление трёхмерной структуры сцены, а через последовательное использование относительных смещений между текущим и несколькими предыдущими положениями камеры. Такой подход снижает зависимость от долговременного отслеживания одних и тех же ключевых точек и делает метод применимым в условиях ограниченного параллакса, повторяющихся текстур и частичных окклюзий. Подобное представление повышает чувствительность метода к шумам. Для компенсации этого недостатка применяется фильтр Калмана, который предотвращает накопление ошибок при последовательных оценках и обеспечивает корректность работы даже при отсутствии сведений о движении камеры, а также позволяет учитывать качество измерений и их достоверность. В рамках работы представлены модель состояния и модель наблюдений, позволяющие уточнять положение камеры, используя только данные последовательных наблюдений. Состояние формируется в виде скользящего окна из текущего и нескольких предыдущих положений камеры, а наблюдения строятся из направлений относительных смещений, оцениваемых по паре или набору кадров, без восстановления трёхмерной структуры сцены. В отличие от распространённых фильтров Калмана с ограничениями на множественные состояния системы (MSCKF), которые обычно интегрируют данные от инерциальных датчиков, предложенный метод использует исключительно информацию, извлекаемую из последовательности кадров. Эффективность метода подтверждена на синтетических данных в различных сценариях движения.

В работе представлена эффективная реализация банка гамматон-фильтров (БГФ) на основе неравнополосного косинусно-модулированного банка фильтров (НКМБФ), использующего фазовое преобразование. Рассмотрены примеры практических задач, в которых применяется банк гамматон-фильтров, проанализированы его основные особенности и недостатки. Приведено описание равнополосного косинусно-модулированного банка фильтров, а также показан процесс синтеза НКМБФ из его равнополосного аналога при помощи фазового преобразования. Разработан оптимизационный метод проектирования фильтра-прототипа НКМБФ для аппроксимации частотных характеристик БГФ. В основе метода лежит мультипликативная модель импульсной характеристики фильтра-прототипа, использующая логистические сигмоидальные функции. Суть предлагаемого метода заключается в оптимизации фильтра-прототипа с целью минимизации среднеквадратичной ошибки между АЧХ БГФи НКМБФ для каждого канала. Выполнена программная реализация на языке Python с использованием библиотеки PyTorch. Проведены экспериментальные исследования предложенного метода. Результаты экспериментов показали, что НКМБФ можно использовать для аппроксимации частотных характеристик БГФ, а результирующая АЧХ имеет монотонные спады за счёт использования логистических сигмоидальных функций. Проведён анализ зависимости результирующей ошибки аппроксимации частотных характеристик банка гамматон-фильтров от количества сигмоид, используемых для синтеза фильтра-прототипа НКМБФ на базе мультипликативной модели импульсной характеристики. Выполнен анализ вычислительной сложности НКМБФ, показано как зависит число операций сложения и умножения от длины импульсной характеристики фильтра-прототипа и числа каналов банка фильтров. Сделан вывод, что использование НКМБФ для реализации банка гамматон-фильтров позволяет существенно уменьшить вычислительные затраты на реализацию гамматон-фильтров по сравнению с прямой реализацией.

Рассматривается задача оценивания состояния динамического объекта по наблюдаемым изображениям, сформированным оптической системой. Цель исследования состоит в реализации нового подхода, обеспечивающего повышение точности автономного слежения за динамическим объектом по последовательности изображений. Используется векторная модель изображения объекта в виде ограниченного количества вершин (базовых точек). Предполагается, что в процессе регистрации объект удерживается в центральной области каждого кадра, поэтому параметры движения могут описываться в виде проекций на оси системы координат, связанной с оптической осью камеры. Новизна подхода состоит в том, что наблюдаемые параметры (расстояние вдоль оптической оси и угловое положение) объекта вычисляются по координатам заданных точек на изображениях объекта. Для оценки состояний объекта строится фильтр Калмана-Бьюси в предположении, что движение динамического объекта описывается совокупностью уравнений поступательного движения центра масс вдоль оптической оси и изменений углового положения относительно плоскости изображения. Приведен пример оценивания углового положения объекта, иллюстрирующий работоспособность предложенного метода.

В работе рассматривается проблема получения наилучшей альтернативы с помощью методов принятия решений, основанных на опыте специалиста и математических расчетов. Для решения данной проблемы подходит групповое принятие решений, однако оно может привести к выбору нескольких наилучших альтернатив (мультивариантности результата). Учет компетентности позволит отдать приоритет решению более компетентных участников и устранить возникновение нескольких наилучших альтернатив в процессе группового принятия решений. Сформулирована задача определения коэффициентов компетентности для участников группового принятия решений, которые обеспечивают выбор наилучшей альтернативы при мультивариантности результата. Разработан метод решения поставленной задачи, который включает в себя дискретизацию диапазона изменения входных переменных и уточнение в нем значений коэффициентов компетентности участников группового принятия решений. Уточнение выполняется с использованием либо мажоритарного принципа, либо с помощью лица, принимающего решение. Последующее вычисление коэффициентов компетентности для участников группового принятия решений осуществляется при помощи локальной линейной интерполяции уточненного коэффициента компетентности в окружающих точках из дискретизированного диапазона. Использование предложенного метода решения поставленной задачи рассмотрено на примере группового принятия решений по основным разновидностям мажоритарного принципа для выбора варианта технологического процесса нанесения гальванического покрытия. В результатах показано, что предложенный метод расчета коэффициентов компетентности участников группового принятия решений через локальную линейную интерполяцию является наиболее эффективным для выбора наилучшей альтернативы при мультивариантности результата по мажоритарному принципу относительного большинства.

В статье разработано вычислительно эффективное алгоритмическое решение задачи оптимальной нелинейной фильтрации оценок информационного воздействия в обобщенной стохастической модели информационного противоборства. Сформированное решение применимо при наличии разнородных правил измерения параметров модели информационного противоборства, на основании которых формируется пара систем стохастических дифференциальных уравнений. Оценка информационного воздействия в модели оптимальной нелинейной фильтрации выполняется по критерию максимального правдоподобия по определяемой эволюции апостериорной условной функции плотности вероятности на заданном интервале наблюдения. Нахождение апостериорной условной функции плотности вероятности в заданный момент времени осуществляется с учетом теоремы сложения вероятностей, как вероятность суммы двух совместных событий, функции плотности которых устанавливаются из численного решения соответствующих робастных уравнений Дункана-Мортенсена-Закаи. Для первого события полагается, что первая система стохастических дифференциальных уравнений является уравнением состояния, а вторая - уравнением наблюдения. Для второго события устанавливается их определение в обратном порядке. Решение робастного уравнения Дункана-Мортенсена-Закаи выполнено в постановке спектрального метода Галёркина при дискретизации интервала наблюдения на подынтервалы и сведении исходного решения к численному рекуррентному исследованию последовательности подзадач по так называемому Yau-Yau’s алгоритму, предполагающему оценку вероятностной меры из решения прямого уравнения Колмогорова при ее последующей коррекции по наблюдению. Для выделения особенностей алгоритмической реализации составленного решения сформирован алгоритм оптимальной нелинейной фильтрации оценок информационного воздействия в обобщенной стохастической модели информационного противоборства при уточнении листинга исполняющей его функции, который представлен псевдокодом. Для выявления предпочтительности составленного алгоритмического решения по оптимальной нелинейной фильтрации оценок информационного воздействия проведена серия вычислительных экспериментов на тестовых выборках большого объема. Результат оценки информационного воздействия, получаемый по предложенному алгоритму, сравнен с определяемым решением: 1) по средневыборочным значением из моделей наблюдения; 2) ансамблевым расширенным фильтром Калмана; 3) алгоритмом фильтрации, предполагающим численное исследование уравнения Дункана-Мортенсена-Закаи. По проведенному апостериорному исследованию выделены количественные показатели, устанавливающие выигрыш составленного алгоритма и границы его применимости.

Многие приложения цифровой обработки сигналов (DSP) и электронные гаджеты сегодня требуют цифровой фильтрации. Для получения быстрых и улучшенных результатов использовались различные алгоритмы оптимизации. Некоторые исследователи использовали Enhanced Slime Mold Algorithm для разработки 2D БИХ-фильтра. Однако было замечено, что данный алгоритм не обеспечил лучшей структуры решения и имел более низкую скорость сходимости. Чтобы решить эту проблему, для разработки 2D БИХ-фильтра используется алгоритм оптимизации Fused ESMA-Pelican Optimization Algorithm (FEPOA), который объединяет Pelican Optimization Algorithm с Enhanced Slime Mould Algorithm (ESMA). Сначала для инициализации популяции используется хаотический подход, который обеспечивает высококачественную популяцию с превосходным разнообразием, после чего позиция членов популяции заключается в идентификации и корректировке особи в граничной области поиска. После этого с помощью тактического подхода пеликана (Pelican Tactical Approach) изучается пространство поиска и исследовательской мощности FEPOA, потом случайным образом вычисляется пригодность, и обновляется лучшее решение, а затем оно перемещается к итерациям. Фазы FEPOA повторяются до тех пор, пока не завершится выполнение. Далее лучшее решение дает оптимальное решение, которое повышает скорость сходимости, точность сходимости и производительность FEPOA. Затем FEPOA реализуется в БИХ-фильтре для улучшения общей конструкции фильтра. Результаты, предоставленные FEPOA, достигают необходимой пригодности и наилучшего решения для 200 итераций, а амплитудная характеристика достигает максимального значения для = 2,4,8, а также время выполнения 3,0158 с, что намного быстрее, чем другие генетические алгоритмы, часто используемые для 2D БИХ-фильтров.

В статье предложены постановка и численная схема решения задачи фильтрации оценок информационного воздействия средств масс-медиа на электорат, позволяющие с высокой степенью точности на заданном интервале наблюдения определить число индивидов в обществе, отдающих предпочтение определенному политическому субъекту (мнению). Основу постановки задачи составляет математическая модель оценки информационного воздействия на электорат при проведении выборных кампаний, которая сводится к решению стохастического дифференциального уравнения – уравнения состояния. Его исследование при составлении модели фильтрации оценок информационного воздействия предложено свести к численному решению уравнения Дункана–Мортенсена–Закаи при введении дополнительного уравнения наблюдения, которое получается из уравнения состояния при оценке его стохастических компонент (наблюдаемые интенсивности агитации от разнородных средств масс-медиа) методами полиспектрального анализа. Решение уравнения Дункана–Мортенсена–Закаи выполнено в проекционной постановке метода Галёркина при сведении к системе линейных дифференциальных уравнений и получении ее решения при дискретизации интервала анализа на подинтервалы и использования метода матричной экспоненты. Для уточнения особенностей алгоритмической реализации составленной численной схемы сформирована рекурсивная процедура численной фильтрации оценок информационного воздействия, представленная в виде псевдокода. Для наглядного сравнения результативности сформированного численного решения задачи нелинейной фильтрации оценок информационного воздействия средств масс-медиа на электорат проведены расчеты на тестовых выборках большого объема для различных значений количества политических субъектов (мнений) и числа подгрупп, на которые разделяется разнородный социум (электорат). Под результативностью решения понимается апостериорно вычисленная зависимость вероятности принятия ошибочного решения о победе политического субъекта-лидера от дисперсионных параметров нестационарных негауссовских шумов наблюдаемых интенсивностей агитации. Зависимости результативности предложенного решения сравнены с результатами непосредственного численного решения систем уравнений состояния и наблюдения.

На основе отслеживающей многоконтурной системы координат целевого угла в статье был выбран и предложен интерактивный многомодельный алгоритм адаптивного фильтра для улучшения качества фильтра целевых фазовых координат. Алгоритм интерактивной многомодельной оценки способен адаптироваться к динамике цели по мере продвижения процесса оценки к наиболее подходящей модели. Данный алгоритм имеет 3 модели, выбранные для разработки фильтра координат угла прямой видимости: модель постоянной скорости (CV), модель Зингера и модель постоянного ускорения, характеризующие 3 различных уровня маневренности цели. В результате, качество оценки фазовых координат цели улучшается, поскольку процесс оценки имеет перераспределение вероятностей каждой модели в соответствии с фактическим маневрированием цели. Структура фильтров проста, ошибка оценки мала, а задержка обнаружения маневрирования значительно сокращается. Результаты проверяются посредством моделирования, гарантируя, что во всех случаях цель маневрирует с разной интенсивностью и частотой, фильтр координат угла прямой видимости всегда точно определяет угловые координаты цели. Метод синтеза системы координат цели, использованный в статье, может быть расширен и применен к системам сопровождения целей в РЛС управления огнем, размещенных под землей.

Сформулированы аксиомы, позволившие выделить теорию многокритериального выбора на конечном множестве альтернатив из общей теории принятия решений. Теория, объединившая все известные методы многокритериального выбора в сис-тему, положена в основу учебника «Теория принятия управленческих решений».

Трактовка функций, применяемых различными методами оптимизации, ожидаемой полезностью, естественной для принятия решений, позволила выделить две группы методов – критериального и функционального выбора. Первые устанавливают предпочтения на значениях критериев, а вторые – на значениях функций, отражающих предпочтения на шкалах признаков. Роль видовых отличий отведена шкалам, в которых измеряются признаки. Такая трактовка функций, не зависящая от способа их создания, позволила рассматривать методы многокритериальной оптимизации и многомерной полезности с единых позиций. К группе методов функционального выбора отнесён и метод анализа иерархий, использующий функции приоритетов, вычисляемые на основе матриц парных сравнений. Полученная система методов позволяет сопоставлять их по качеству и оценивать эффективность решения конкретных задач.

В англоязычной и отечественной литературе работы, посвящённые проблемам дискретной оптимизации, носят обособленный характер. В основу систем поддержки принятия решений кладутся частные методы оптимизации. Это затрудняет выбор подходящего метода для решения задачи выбора. В работе предлагается рассматривать все методы оптимизации с точки зрения полезности признаков, участвующих в оценивании объектов. На основе систематизации критериев выбора показывается возможность интерпретации функций, применяемых в методах многокритериальной оптимизации, как простейших вариантов функции полезности. Как следствие, констатируется более высокая степень информативности по предпочтениям функций полезности по сравнению с другими функциями, используемыми в задачах оптимизации.

По мнению многих исследователей, одним из наиболее действенных способов повышения качества рекомендующих систем является использование этими системами информации о текущем контексте. В статье произведен обзор основных методов использования информации о контексте в системах коллаборативной фильтрации. Особое внимание уделено разновидностям метода предварительной контекстной фильтрации и метода разложения матрицы предпочтений в связи с их перспективностью и широким распространением.

В статье описывается общая архитектура системы верификации правил фильтрации межсетевого экрана, а также рассматриваются аспекты программной реали- зации этой системы. Реализация выполнена на основе применения метода «проверки на модели» (Model Checking). В качестве верификатора используется программная система SPIN. Также был разработан пользовательский интерфейс, который позволяет загружать данные о верифицируемой системе, правила политики фильтрации, управлять процессом верификации, а также в удобном виде представлять ее результаты. Кроме того, в предлагаемой системе реализована возможность применения различных стратегий разрешения аномалий.

В статье описывается подход к верификации правил фильтрации межсетевого экрана, в том числе представляются модели, алгоритмы и разработанный программный прототип, предназначенные для обнаружения аномалий фильтрации в спецификации политики безопасности компьютерной сети. Предлагаемый подход основан на применении метода ―проверки на модели‖ (Model Checking) и позволяет использовать темпоральную логику для спецификации и анализа информационных процессов, протекающих в модели компьютерной сети c функционирующей системой безопасности, которые изменяются во времени и могут нарушить такие свойства безопасности, как конфиденциальность и доступность.

В данной статье рассмотрена ранее изложенная байесовская модель оценки кусочно-постоянной плотности распределения, соответствующая тернарному разбиению диапазона возможных значений исследуемой случайной величины, основанная на оценке параметров распределения Дирихле по нечисловой, неточной и неполной экспертной информации. Анализ проводится для оценки и прогноза статистических характеристик приращений курса швейцарского франка CHF относительно единицы XDR резервного платѐжного средства SDR Международного валютного фонда. Для сравнения качества результата для тех же данных проведены исследования с помощью классического эконометрического метода: построение ARIMA – модели и прогноза методом экспоненциального сглаживания.

Рассматриваются модель и метод построения множества недоминируемых (наилучших в рассматриваемом множестве) альтернатив, основанные на построении логической функции по базе данных альтернатив, или объектов, принадлежащих к произвольной предметной области. Проводится сравнение моделей и методов с нечеткими моделями и методами оптимизации с целью выявления наиболее эффективной многокритериальной оценки исследуемых альтернатив или объектов. Приводятся результаты вычислительных экспериментов по многокритериальному оцениванию и оптимизации топологических структур компьютерных сетей.

Рассмотрены принципы использования технологии групповой поддержки принятия решений при ранжировании доступных альтернативных источников знаний для повышения эффективности работы систем, занимающихся быстрой интеграцией знаний из распределённых источников.

Приведены результаты исследований по разработке технологий обработки разносенсорной информации, получаемой бортовой системой машинного зрения, для решения комплекса задач навигации и управления беспилотным летательным аппаратом (БЛА). Проведен анализ предметной области, выделены основные задачи, требующие решения для эффективного выполнения основных функций БЛА. Предложены оригинальные методы комплексирования, основанные на диффузной морфологии, разработаны методики подготовки обучающих выборок и глубокого машинного обучения, обеспечивающие высокое качество распознавания, создана база данных синтезированных изображений для обучения алгоритмов распознавания.

В статье описан один из возможных подходов к развитию модели, предложенной ранее для обработки сведений о последних эпизодах рискованного поведения. Построены модели, позволяющие определить взаимосвязи между параметрами, определяющими интенсивность поведения, и некоторыми демографическими и психологическими характеристиками респондента. Рассмотрен ряд критериев качества для таких моделей. Кроме того, описан один из методов обработки неопределенности, возникающей при исследовании ответов вида «сегодня» на вопрос о времени последнего эпизода.

Рассматривается подход к оцениванию интенсивности и производных параметров поведения респондентов по сведениям о последнем эпизоде их поведения. В качестве модели поведения предложен гамма-пуассоновский процесс, описаны его характеристики, а также различные варианты его параметризации. Разработан метод, позволяющий обработать систематическую ошибку, возникающую из-за неявного предположения, что момент интервью является эпизодом поведения. В работе также предложены способы обработки исходных данных, характеризующихся гранулярностью.

Растущий дефицит радиочастотного спектра, вызванный взрывным ростом числа беспроводных устройств и объемов передаваемых данных, делает технологии когнитивного радио (CR) критически важными для будущего телекоммуникаций. Данное исследование направлено на решение задачи динамического управления спектром путем разработки имитационной модели когнитивной радиосистемы связи, построенной на архитектуре сети LTE. В отличие от существующих решений, предлагаемая модель обладает модульной структурой, что позволяет гибко интегрировать и оценивать различные алгоритмы прогнозирования занятости частотных ресурсов. Модель реализована в среде MatLab и включает три ключевых модуля: модуль формирования и обработки сигналов LTE, генерирующий карты радиосреды (REM); модуль обучения прогнозирующей нейросетевой модели; и модуль прогнозирования занятости частотных ресурсов. Основное внимание уделено использованию передовой архитектуры нейронной сети Колмогорова-Арнольда (KAN) для прогнозирования незанятых блоков планирования (SB) в кадре LTE. В результате имитационного моделирования, охватившего 10 000 кадров, была продемонстрирована высокая эффективность предложенного подхода. Модель KAN обеспечила точность прогнозирования свободных частотных ресурсов на уровне 92,23% для кадра длительностью 10 мс. Проведенное сравнительное тестирование показало, что архитектура KAN превосходит традиционную сеть LSTM по точности примерно на 10% при одинаковом количестве обучаемых параметров, а также быстрее достигает сходимости в процессе обучения. Практическая значимость работы заключается в предоставлении инструмента для точной оценки занятости спектра и планирования доступа вторичных пользователей, что ведет к значительному повышению спектральной эффективности и надежности перспективных беспроводных сетей.

Переход к автоматизированным системам регулирования на неохраняемых железнодорожных переездах обусловил необходимость решения вопросов их безопасности. Наиболее рациональным решением указанной проблемы является применение систем видеонаблюдения, обеспечивающих трансляцию изображений, как на железнодорожные станции, в зоне ответственности которых находятся железнодорожные переезды, так и на локомотивы подвижных составов. С этой целью активно используют системы передачи информации, организованные на основе сетей широкополосного доступа и LTE. Но поскольку работа таких сетей организуется вдоль железнодорожных путей, в том числе в условиях активного применения различных излучающих средств, то для них характерном является нарушение условий электромагнитной совместимости, приводящее к сбою работы в результате непреднамеренного блокирования отдельных каналов. Поэтому анализ условий, при которых наступает сбой работы сети передачи видео, а также прогнозный расчет параметров радиолиний, при которых обеспечивается заданный уровень устойчивости работы сети, является актуальными. Рассмотрены технологии и особенности работы сетей стандарта LTE. Обоснованы показатели и критерии оценки функционирования линий передачи видео в рамках технических возможностей стандарта. Проведена математическая постановка задачи исследования. Определены исходные данные для разработки аналитической модели вероятностной оценки функционирования сети передачи видео. Разработан аналитический аппарат расчета вероятности блокирования каналов, учитывающий взаимную интенсивность использования частотного трафика конфликтующими средствами. Проанализированы требования ГОСТ Р 53111-2008, определяющего условиях, при которых обеспечивается устойчивость функционирования сети связи общего пользования. Получено выражение вероятностной оценки, характеризующее вероятность нарушения (блокирования) работы сети, определяемой как канальными шумами и замираниями, так и помехами непреднамеренного характера от сторонних источников радиоизлучений при нарушении условий их электромагнитной совместимости. Представлены результаты аналитического моделирования, раскрывающие условия, при которых обеспечивается успешное функционирование сети передачи результатов видеонаблюдения. Обосновано, что работа сетей передачи видео в условиях взаимных помех при нарушении требований по электромагнитной совместимости, более чувствительна к изменению отношения значений интенсивностей потоков сети и источников сторонних излучений, работающих в режиме с программной перестройкой рабочей частоты, чем к энергетическим соотношениям полезного и мешающего сигналов.

Обнаружение аномалий на видео с помощью компьютерного зрения все еще нуждается в совершенствовании, особенно при распознавании изображений с необычными движениями или объектами. Современные подходы в основном сосредоточены на методах реконструкции и прогнозирования, а обнаружение аномалий на видео без наблюдения сталкивается с трудностями из-за отсутствия достаточного количества помеченных аномалий, что снижает точность. В этой статье представлена новая структура под названием усовершенствованная UNET (I-UNET), разработанная для противодействия переобучению путем удовлетворения потребности в сложных моделях, которые могут извлекать малозаметную информацию из аномалий на видео. Видеошум можно устранить путем предварительной обработки кадров фильтром Винера. Более того, система использует сверточные слои долго-кратковременной памяти (ConvLSTM) для плавной интеграции временных и пространственных данных в свои части энкодера и декодера, улучшая точность идентификации аномалий. Последующая обработка осуществляется с использованием техники каскадного скользящего окна (CSWT) для идентификации аномальных кадров и генерации оценок аномалии. По сравнению с базовыми подходами, экспериментальные результаты на наборах данных UCF, UCSDped1 и UCSDped2 демонстрируют заметные улучшения производительности, с точностью 99%, площадью под кривой (AUC) 90,8% и равным уровнем ошибок (EER) 10,9%. Это исследование предоставляет надежную и точную структуру для обнаружения аномалий на видео с наивысшим уровнем точности.

Исследование посвящено повышению точности цифровых датчиков с запаздыванием по времени. Актуальность темы обусловлена широким распространением датчиков этого типа, что во многом обусловлено резким повышением требований к точности датчиков, а также расширяющимся применением цифровых технологий для обработки информации в системах управления, связи, мониторинга и многих других. Для устранения ошибок, обусловленных временной задержкой цифровых датчиков, предлагается использовать астатический быстродействующий корректор. Целесообразность применения этот корректора обосновывается свойствами дискретных динамических систем. В связи с этим сначала рассматриваются условия, при которых дискретные системы являются физически реализуемыми и имеют конечную длительность переходных процессов, поскольку в этом последнем случае они являются наиболее быстродействующими. Также показано, что для измерения полиномиального сигнала ограниченной интенсивности с нулевой ошибкой в установившемся режиме, датчик должен иметь порядок астатизма на единицу больше степени этого сигнала. На основе приведенных условий доказывается основной результат статьи – теорема, в которой устанавливаются условия существования астатического быстродействующего корректора. При включении этого корректора на выходе цифрового датчика или коррекции программного обеспечения последнего образуется модернизированный датчик, ошибка которого в установившемся режиме будет равна нулю. Это происходит вследствие того, что корректор устраняет ошибку цифрового датчика, обусловленную имевшейся в нём задержкой по времени, которая предполагается кратной периоду дискретизации. Порядок корректора как системы определяется целочисленным решением полученного в работе уравнения, которое связывает степень измеряемого полиномиального сигнала, запаздывание цифрового датчика, допустимое перерегулирование модернизированного датчика и относительный порядок искомого корректора. Это уравнение решено для случаев, когда степень измеряемого сигнала не больше единицы, перерегулирование равно часто назначаемым значениям, а задержка по времени не превышает четырёх периодов дискретизации. Порядки соответствующих модернизированных цифровых датчиков приведены в табличной форме. Это позволяет находить необходимый корректор без решения указанного уравнения во многих практических случаях. Эффективность предлагаемого подхода к повышению точности цифровых датчиков показана на численном примере. Нулевое значение ошибки модернизированного датчика подтверждается как путем компьютерного моделирования, так и численным расчетом. Полученные результаты могут использоваться при разработке высокоточных цифровых датчиков различных физических величин.

Сложность современных объектов с перестраиваемой структурой приводит к необходимости учета различных факторов взаимодействия их с окружающей средой и связана с увеличением числа входящих в их состав элементов и подсистем, а также, соответственно, стремительным ростом числа внутренних связей, и проявляется в таких аспектах, как структурная сложность, сложность функционирования, сложность выбора поведения, сложность моделирования и сложность развития. Данные системы функционируют в условиях существенной неопределённости, связанной с изменением содержания целей и задач, стоящих перед объектом, воздействием возмущающих факторов со стороны внешней среды и имеющих целенаправленный и/или нецеленаправленный характер. Указанные аспекты сложности системы связаны не только с неопределенными воздействиями внешней среды, но и с множеством различных режимов (видов) функционирования, соответствующих множественности решаемых задач и множественности показателей качества их решения. Как правило, системы с фиксированной структурой, настраиваемые обычно на установившийся (какой-то заданный) режим, не обеспечивают наилучшего качества управления в других режимах. Поэтому многорежимность и неопределенность условий функционирования обуславливают необходимость решения проблемы анализа и синтеза конфигурации и реконфигурации рассматриваемых объектов, основанных на интеллектуальных подходах. При этом на этапах создания и проектирования объектов с перестраиваемой структурой должны быть синтезированы такие взаимосвязанные множества режимов функционирования и структур, а также, возможно, внесён такой уровень избыточности в указанные множества с учетом пространственно-временных, технических и технологических ограничений, при которых на этапе их применения по целевому назначению имелась бы возможность гибко реагировать на все расчётные и нерасчётные нештатные ситуации, вызывающие структурные изменения объекта. С формальной точки зрения, решение указанных задач возможно в рамках такого важнейшего класса современных научно-технических задач, как задачи многокритериального структурно-функционального синтеза конфигураций многорежимных объектов на различных этапах их жизненного цикла. В настоящей статье приведен метод решения указанных задач, основанный на предложенной авторами концепции параметрического генома сложных многорежимных объектов. Применение данной концепции позволяет в концентрированном виде хранить явные и неявные знания экспертов о взаимодействии элементов и подсистем объекта при выполнении различных вариантов реализации режимов функционирования, а также осуществлять оперативное вычисление значений оптимистических и пессимистических оценок показателей структурно-функциональной надежности однородных/неоднородных, монотонных/немонотонных, равноценных/неравноценных многорежимных объектов. Для решения задачи многокритериального выбора требуемого количества недоминируемых вариантов конфигураций многорежимного объекта, равномерно расположенных в множестве эффективных (паретовских) альтернатив, была предложена комбинация метода интервального лексикографического упорядочения (последовательных уступок) и операторного решающего правила. При этом для проведения детального анализа возможности реализации объектом совместного или раздельного задействования режимов функционирования с равноценной или неравноценной интенсивностью их применения было предложено нечетко-возможностное представление обобщенного показателя структурно-функциональной надежности в виде трапециевидного числа и определения его центра тяжести. Эффективность использования разработанного метода структурно-параметрического синтеза конфигураций многорежимного объекта с перестраиваемой структурой проиллюстрирована на примере решения задачи структурно-параметрического синтеза конфигураций системы управления движением малого космического аппарата «Аист-2Д».

При построении автономных систем реального времени (СРВ) необходимо решать задачу оптимальной многозадачной загрузки ряда параллельно функционирующих цифровых сигнальных процессоров. Одним из резервов достижения необходимого результата выступает реализация выборок из сигналов датчиков информации о величине сигнала наиболее редко во времени. При этом необходимо обеспечивать линейную или ступенчатую аппроксимацию сигнала по выборкам с допустимой погрешностью восстановления. Одной из системных задач этих процессоров является фильтрация сигналов или ограничение спектра до частоты среза. Отличительной особенностью предлагаемого в статье подхода является выполнение условия: если измерение этой частоты затруднено (например, в электромеханических средствах СРВ), то для таких сигналов предложено согласовывать максимальные величины параметров гармонической полуволны: погрешность аппроксимации, скорость и ускорение. Исследование открывает перспективу применения новых подходов по дискретизации времени сигналов в амплитудно-временной области и определение для таких сигналов эквивалентной частоты среза спектра сигнала. В настоящей статье получены зависимости величины единицы системного времени ввода-вывода данных от степени согласования между собой максимальных величин параметров сигнала. Математическая модель экстремального поведения сигнала между двумя соседними выборками задана в виде гармонической полуволны. Исследование распространено также на выпуклые составные гармонические функции, по которым сигнал может отклоняться от результатов линейной или ступенчатой аппроксимации сигнала по этим выборкам. Проведено сравнение моделей по величине относительных интервалов дискретизации времени, зависящих от степени согласования максимальных параметров гармонической полуволны. При сравнении, кроме этих максимальных параметров, учтена связь максимальной скорости сигнала с погрешностью аппроксимации выборок ступеньками и связь максимального ускорения сигнала с максимальной погрешностью линейной аппроксимации. Результаты позволяют определять длительности интервалов равномерной дискретизации времени сигнала по результатам обследования объекта управления, обосновывают существенное увеличение интервала дискретизации времени или аналогичное увеличение числа решаемых задач в единицу системного времени.

Системы интервального регулирования движения поездов на российских железных дорогах используют электрическую рельсовую цепь в качестве канала передачи информации о показании светофора на локомотив. Кодовые сигналы в таком канале подвержены влиянию помех, что часто приводит к нарушению движения поездов. Существенного повышения помехоустойчивости можно достичь, если формализовать прием и дешифрацию сигналов электрической цепи в виде задачи классификации изображений. Для построения классификатора кодовых сигналов электрической рельсовой цепи с применением методов машинного обучения требуется обучающая выборка. Предлагается имитационная модель электрического кодового сигнала, позволяющая синтезировать такую выборку. Имитационная модель структурирована в соответствии с основными этапами формирования и передачи кодового сигнала в рельсовой цепи: генератор кодового сигнала, рельсовая линия, приемное оборудование локомотива. По результатам анализа осциллограмм и схем генераторов предложен алгоритм генерации кодового сигнала в начале рельсовой цепи. На этом этапе учтены временные характеристики кодовых сигналов, определяемые спецификацией, а также их случайные отклонения, обусловленные различными факторами. Анализ схем замещения рельсовой линии, по которой передается кодовый сигнал, показал, что она представляет собой фильтр нижних частот. Для имитации влияния рельсовой линии на кодовый сигнал предложено использовать алгоритм цифрового фильтра Баттерворта. Параметры фильтра определены на основе электрических параметров рельсовой линии. Дополнительно на этом этапе учтено влияние случайных внешних помех. Для имитации приемного оборудования локомотива, которое содержит полосовой фильтр, также предложено использовать алгоритм цифрового фильтра Баттерворта. Таким образом, предложенная имитационная модель представляет собой совокупность последовательных алгоритмов. Изменяемые в заданных диапазонах параметры модели позволяют синтезировать осциллограммы кодовых сигналов с учетом различных условий работы компонентов электрической рельсовой цепи.

Предлагается конструктивный метод многокритериальной оптимизации процессов управления детерминированными и не полностью определенными управляемыми системами с распределенными параметрами, описываемыми линейными многомерными уравнениями в частных производных параболического типа с внутренними и граничными управляющими воздействиями в условиях заданной точности приближения конечного состояния объекта к требуемому пространственному распределению управляемой величины. Предлагаемый в статье подход базируется на однокритериальной версии в виде минимаксной свертки нормализуемых критериев качества и последующем переходе к эквивалентной форме типовой вариационной задачи с ограничениями. Анализ проводится применительно к детерминированной модели объекта, описываемой бесконечной системой дифференциальных уравнений относительно временных мод разложения управляемой величины в ряд по собственным функциям начально-краевой задачи. Дальнейшие процедуры предварительной параметризации управляющих воздействий на основе аналитических условий оптимальности и редукции к задачам полубесконечного программирования позволяют найти искомые экстремали с использованием их чебышёвских свойств и фундаментальных закономерностей предметной области в типичных для приложений условиях оценки в равномерной метрике точности приближения конечного состояния объекта к требуемому. Полученные результаты распространяются на задачи программного управления по принципу гарантированного результата ансамблями траекторий движения объекта в условиях интервальной неопределенности параметрических характеристик распределенной системы и множественных внешних возмущений. Приводится представляющий самостоятельный интерес пример решения предлагаемым методом задачи многокритериальной оптимизации передовой технологии индукционного нагрева металлических полуфабрикатов перед последующей обработкой давлением. В качестве компонент векторного критерия оптимизации рассматриваются расход энергии на нагрев, потери металла на термохимические взаимодействия и точность достижения заданной конечной температуры нагрева.

Пассивные радиолокационные системы позволяют обнаруживать и сопровождать источники радиоизлучения на значительно большей дальности, чем активные системы, обеспечивая при этом повышение скрытности и живучести носителей. Однако для эффективной реализации процесса наведения на источник радиоизлучения необходимо иметь на борту кроме оценок угловых координат оценки дальности и скорости. В случае однопозиционных пассивных систем такие оценки можно получить при полете по специальной траектории, однако их точность даже при сопровождении неподвижных объектов низка. Наиболее рациональным решением данной проблемы является использование многопозиционных пассивных систем. В статье рассмотрена задача оценивания координат в многопозиционных пассивных радиолокационных системах. На основе аппарата линейной аналого-дискретной фильтрации получен алгоритм оценивания дальности и скорости в двухпозиционной пассивной радиолокационной системе. Проведенное имитационное моделирование полученного алгоритма подтвердило его эффективность при существенно меньшей вычислительной сложности, чем у нелинейных вариантов.

Для систем облачных вычислений с веб-интерфейсом предлагается ряд вероятностных моделей. При этом рассматриваются модели Java-приложений с веб-интерфейсом, построенных на основе сервлетов и фильтров. Эти модели основаны на теории массового обслуживания и расширяют ее приложения путем изучения многоканальных систем с «разогревом», «охлаждением» и аппроксимирующими распределениями фазового типа для Марковских и немарковских процессов. Приводятся примеры диаграмм и матриц переходов между микросостояниями систем массового обслуживания, являющихся моделями приложений с веб-интерфейсом, а также разрабатывается схема для вычисления стационарного распределения числа заявок в системе, времени ожидания в очереди и пребывания в системе. В статье обсуждаются результаты численных расчетов, полученные с помощью предлагаемого подхода и их применение для оценки оперативности функционирования облачных систем с приложениями на основе сервлетов и фильтров.

Формально описаны нелинейные детерминированные дискретные отображения непрерывных каналов связи на основе функциональных рядов Вольтерра. Оценка сложности реализации нелинейных дискретно-аналогового и аналого-дискретного преобразований с заданными степенью нелинейности и размерностью сигналов демонстрирует значительную вычислительную сложность дискретно-аналогового и аналого-дискретного преобразований. Предложена структурная схема нелинейных дискретно-аналогового и аналого-дискретного преобразований на основе функциональных рядов.

Рассмотрена актуальная проблема совместного влияния развитой атмосферной турбулентности, рассеивающей молекулярно-аэрозольной атмосферы и параметров бортовой оптической аппаратуры на качество спутниковой многоспектральной видеоинформации о природной среде, получаемой при дистанционном зондировании Земли из космоса в видимой области спектра λ=400-850нм. Представленные результаты получены в рамках теории динамических систем и Фурье-преобразований линейных оптических сигналов. При анализе указанной проблемы использованы репрезентативные данные о вертикальной зависимости структурной функции атмосферной турбулентности, характеристиках бортовой оптической аппаратуры и параметрах пространственно-частотной фильтрации космической видеоинформации, определяемых многократным некогерентным рассеянием солнечных фотонов в подсистеме «молекулярно-аэрозольная атмосфера Земли – горизонтально-неоднородная подстилающая поверхность». Рассчитаны соответствующие передаточные функции и частотно-контрастные характеристики общего комплексного оптического канала. Показано, что в этом случае качество космических изображений и спектров яркости наземных (надводных) объектов среднего (Δ~10–10 2 м) и низкого (Δ~10 3 –10 4 м) пространственного разрешения практически не зависит от атмосферной турбулентности. При этом ее влияние по сравнению с многократным некогерентным молекулярно-аэрозольным рассеянием и бортовым оптическим регистратором наиболее существенно только для наиболее высокочастотных и мелкомасштабных фрагментов космических изображений (Δ<<10м).

В статье рассмотрены модели и методы автоматизации проектирования процессов функционирования человеко-машинных систем на основе функционально-структурной теории человеко-машинных систем и обобщенного структурного метода проф. А.И. Губинского. Описаны основные понятия и определения функционально-структурной теории.  Представлен алгоритм генерации последовательно-параллельных соединений операций с учетом дополнительных ограничений, алгоритм генерации альтернативных вариантов процесса функционирования человеко-машинных систем на основе совпадения целей операций, алгоритм генерации параметрических альтернатив на основе шаблона. Приведены основные понятия и определения, необходимые для алгоритма генерации фрагментов процесса с учетом обязательных сочетаний операций. Предложено использование матрицы обязательных сочетаний операций, в которой ненулевые элементы строк имеют смысл единственно возможных сочетаний способов выполнения соответствующих типовых функциональных единиц в альтернативах. Введено понятие состав и понятие парной несовместимости составов, на основе которой происходит распределение выполняемых функций составами. Описана интеграция оптимизационных моделей процессов функционирования человеко-машинных систем с методом имитационного моделирования, так как функциональная структурная теория применима только для процессов без последействия и при отсутствии зависимых операций. Предлагается способ устранения данного ограничения путем интеграции  технологии проектирования процессов функционирования человеко-машинных систем на основе функционально-структурной теории с методом имитационного моделирования тех участков процесса, для которых не выполняются указанные выше требования функционально-структурной теории.

Предложена феноменологическая модель непрерывного канала связи. На ее основе разработаны модели линейного непрерывного канала связи в форме оператора преобразования метрических пространств с заданными базисами, а также частный случай, в котором базисом является система координатных функций интегрального канонического представления В.С. Пугачева.

Предложен многомодельный (полимодельный) подход к описанию процессов функционирования информационной системы наземно-космического мониторинга (ИС НКМ) эколого-технологических объектов в условиях, когда их параметры и структуры изменяются под действием объективных (субъективных), внешних (внутренних) причин. Данные процессы в статье названы процессами управления структурной динамикой ИС НКМ. На основе разработанной ранее концепции активного подвижного объекта (АПО) проводится содержательная постановка рассматриваемого класса задач управления и её теоретико-множественное описание.

Рассмотрена задача формирования системной составляющей наблюдаемого случайного процесса, отражающего значимые изменения состояния динамической системы. Показано, что критерии качества формирования системной составляющей должны определяться требованиями иерархически вышестоящей метасистемы. При этом возникает новая постановка задачи оценивания, приводящая к необходимости построения вычислительных схем, существенно отличающихся от известных алгоритмов статистической фильтрации.