Научный архив: статьи

Фильтры с импульсной характеристикой (ИХ) в виде весовой (сглаживающей) функцией находят применение в абсолютно разных областях цифровой обработки сигналов, таких как спектральный анализ - с целью уменьшения эффекта Гиббса, в формировании амплитудного распределения - для уменьшения уровня боковых лепестков, в том числе для радиотехнических систем с синтезированной апертурой и других. В статье рассмотрена структура рекурсивного КИХ-фильтра (РКИХ-фильтра) с ИХ в виде аппроксимированного окна Ханна при ограниченном фиксированном количестве операций перемножения и суммирования для любой длительности окна. Такая структура имеет существенно меньшую вычислительную сложность по сравнению с классической структурой КИХ-фильтра, и применять её можно во встраиваемых системах с ограниченными вычислительными ресурсами. Функция, аппроксимирующая окно Ханна, представляет собой полином третьей степени, коэффициенты которого рассчитаны с использованием дискретного интегрирования квазисинусной функции. Получена аналитическая формула для коэффициентов нерекурсивной части фильтра путём вычисления обратной конечной разности четвертой степени от аппроксимирующей функции окна Ханна. Коэффициентами нерекурсивной части являются целые числа, значения которых зависят от числа отсчетов (длины) полупериода квазисинусной функции, что упрощает реализацию подобного РКИХ-фильтра на базе программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС). Вычислена средняя абсолютная ошибка аппроксимации при росте длины окна. При числе отсчетов ИХ менее 600 ошибка не превышает 4,5%, что является показателем высокой точности соответствия аппроксимирующей функции окну Ханна. Авторами предложена дальнейшая перспектива развития структуры РКИХ-фильтра с ИХ в виде аппроксимирующей функции окна Ханна. Данная структура позволяет реализовать РКИХ-фильтр с изменением длины окна Ханна во временной области при сохранении устойчивости за счет точного выполнения операций вычисления благодаря использованию коэффициентов нерекурсивной части, которые являются числами с фиксированной точкой, и их линейной зависимости от длины полупериода квазисинусной функции.

В современных условиях перехода к шестому технологическому укладу и обострения глобальной конкуренции первостепенное значение приобретает проблема обеспечения технологического суверенитета и технологического превосходства на национальном и корпоративном уровнях. В основе решения этой проблемы лежит организация эффективного развития научных исследований и, в первую очередь, исследований, направленных на создание новых высокоэффективных технологий в различных сферах деятельности. В работе предлагается методика анализа и развития технологических трендов и технологий в условиях неполноты и нечеткости информации. Методика обеспечивает прогнозирование и оценку развития общемировых технологически трендов для заданных предметных областей, а также определение возможных альтернатив технологического развития и разработки стратегии достижения технологического паритета и технологического превосходства в условиях ограничений. Реализация предлагаемых в методике процедур позволяет определить организационную стратегию достижения технологического паритета на различных уровнях рассмотрения, а также сформировать перечень технологий развития технологических трендов, обеспечивающих технологическое превосходство. Определено, что методика построения дорожных карт развития технологических трендов и технологий в условиях ограничений должна обеспечивать: 1. Анализ развития общемировых технологических трендов для заданных предметных отраслей на национальном (на пример в РФ), отраслевом и корпоративном уровнях. 2. Анализ и разработку стратегии обеспечения технологического паритета и технологического превосходства в условиях ограничений. В отличие от имеющихся исследований представленная методика позволяет: - получать количественные прогнозные оценки развития технологических трендов и составляющих технологий, с учетом их связности, на основе конструирования будущих событий; - обеспечивать возможность построения дорожных карт развития технологических трендов и технологий на национальном, отраслевом и корпоративном уровнях в условиях ограничений. В основу проведенного исследования по созданию методического аппарата положен системный подход, при котором стратегия построения дорожных карт развития технологических трендов и технологий рассматривается как цельный комплекс взаимосвязанных элементов, обеспечивающих решение поставленных задач. В результате реализации предложенной процедуры возможно определить: - организационную стратегию достижения технологического паритета; - время достижения технологического паритета; - сформировать перечень технологий развития технологических трендов, обеспечивающих технологическое превосходство.

Рассматривается проблема генерации карт занятости окружающего пространства для робототехнических платформ по данным от мультиспектральной системы технического зрения. Целью работы является качественное улучшение генерируемой модели проходимости путем комплексирования геометрических и семантических данных от лидаров и стереокамер, а также прямых измерений скорости от радаров миллиметрового диапазона. Представленные алгоритмы и их модификации являются универсальными по отношению к источнику данных и не требуют физической синхронизации сенсоров. В исследовании решается задача построения как статических априорных, так и работающих в реальном масштабе времени динамических карт занятости. Предложен подход по объединению априорной семантической карты с генерируемой в процессе автономного движения робота. Описаны подходы к накоплению и обновлению семантической информации в картах. Также рассматривается задача обнаружения динамических препятствий в картах занятости на основе модифицированного алгоритма фильтрации частиц. Описанный в статье комбинированный метод увеличивает точность определения динамических препятствий и позволяет корректно детектировать препятствие даже в случае ошибки алгоритма определения динамики. Выделены метрики по количественной оценки карт занятости. Разработанный алгоритм был протестирован на открытых датасетах Semantic KITTI, nuScenes в автомобильном домене данных, а также на малом сервисном роботе-уборщике как в симуляторе CARLA, так и в реальных условиях с активным пешеходным движением. Программная реализация алгоритма работает в реальном масштабе времени на встраиваемых вычислителях Jetson AGX Xavier и Jetson AGX Orin.

В системах управления и контроля чаще всего используются фильтры нижних частот и полосовые фильтры. Для ограничения спектра сигналов от датчиков широко применяются аналоговые, дискретно-аналоговые и цифровые фильтры, амплитудно-частотные характеристики которых аппроксимируются различными математическими функциями, в т.ч. полиномами Лежандра. Применение фильтров Лежандра в контуре системы автоматического управления приводит к изменению ее динамических характеристик. Характер этого влияния зависит от порядка передаточной функции фильтра, а также от вида аппроксимации, которые выбираются при проектировании системы управления и контроля. Задержка информации в таких фильтрах является причиной появления динамической составляющей их погрешности, влияющей на общую погрешность системы управления и контроля, что снижает допустимую скорость её работы. В статье дается аналитическая оценка зависимости величины динамической погрешности для фильтров Лежандра нижних частот и полосовых. Это позволяет оперативно решать прямую и обратную задачи распределения погрешностей системы управления и контроля и обосновать скорость её работы. В статье проводится анализ схем полосового фильтра Лежандра первого, второго и третьего порядков, а далее, полученные результаты обобщаются на полосовой фильтр Лежандра произвольного порядка. Показано, что для фильтров нижних частот величины максимальных динамических погрешностей могут быть получены с высокой точностью. Для полосовых фильтров Лежандра погрешности аппроксимации математической зависимости максимальных динамических погрешностей от параметров фильтров определяются единицами процентов, но в некоторых случаях могу достигать 20%.

Актуальность данного исследования заключается в минимизации антропогенного воздействия загрязненных водных сред на окружающую природную среду путем разработки и применения новых математических моделей с целью оптимизации процессов проектирования аппаратов очистки сточных вод и технологических жидкостей. Авторами получены выражения для определения эффективности сепарации эмульсий и суспензий с учетом различных механизмов осаждения, где основой информацией является гидравлическое сопротивление рабочей зоны аппарата, которые могут применяться при модернизации аппаратов. На основе анализа гидродинамических особенностей движения капель и твердых частиц в тонкослойных отстойниках и режимов их работы представлены математические модели и расчетные выражения для эффективности сепарации смесей с учетом различных механизмов переноса. Рассмотрены различные механизмы переноса дисперсной фазы в жидкостях в проточных тонкослойных отстойниках, которые применяются в водоподготовке, в очистке сточных вод и других жидкостей в химической технологии и теплоэнергетике.

В статье рассматриваются проблемы современного российского образования, связанные с формированием этнокультурной идентичности обучающихся, определяется модель формирования этнокультурной идентичности обучающихся сельских школ в процессе проектной деятельности. Производится теоретический анализ понятия этнокультурной идентичности, сравнительная характеристика таких категорий, как национальная идентичность, социальная идентичности, этническая идентичность, социокультурная идентичность и этнокультурная идентичность. Определяется структура феномена этнокультурной идентичности, в которой выделяются ценностно-ориентировочный, когнитивный, эмоционально-оценочный и поведенческий компоненты. Анализируется массовый опыт формирования этнокультурной идентичности у детей и молодёжи, который на данном этапе развития педагогической практики характеризуется отсутствием системной деятельности, направленной на формирование этнокультурной идентичности обучающихся в учреждениях основного и дополнительного образования, а также фрагментарностью. Предлагается модель формирования этнокультурной идентичности обучающихся сельских школ в процессе проектной деятельности и определяются основные содержательные этапы её реализации.

Статья основана на реализации коллективного проекта по исследованию идентичностей современной молодежи и практик ее консолидации в Самарской области (рук. С.Ю. Митрофанова, N = 541 (количественный этап), N = 12 (качественный этап), 2023 г.), в котором использована стратегия смешивания методов. Одна из задач проекта состояла в выявлении механизмов вовлечения молодежи в общественные объединения. Кейс Самарской области послужил основой для достижения поставленной цели. Предложено авторское понимание механизма вовлечения молодых в деятельность общественных объединений. Особое внимание уделяется активностям самих молодых, а также каналам и обстоятельствам вовлечения молодежи в общественные объединения. Доказывается первостепенная роль субъекта в работе механизма. Собственные активности молодых связаны с их желанием «внутренней» и/или «внешней» самореализации. Выявлены формальные и неформальные каналы вовлечения молодежи в общественные объединения. Указаны обстоятельства, которые могут быть как способствующими, так и препятствующими вовлечению в общественную деятельность. Выделены два вида механизмов вовлечения молодых в общественные объединения: «открытых дверей» и селекции. Утверждается, что на разных этапах транзиции по общественным организациям и в объединениях различной направленности действуют различные механизмы.

В статье рассматривается медиация как новая форма посредничества с методической точки зрения. Медиативная деятельность лежит в основе коммуникации в поликультурном обществе и является необходимым условием комфортного взаимодействия. Впервые шкала дескрипторов для онлайн-взаимодействия и медиативной деятельности вышла в 2020 году как дополнительный том к документу «Общеевропейские компетенции владения иностранным языком: обучение, преподавание, оценка (CEFR)». Представленные коммуникативные сферы и роли, предполагающие медиацию, согласованы с глобальной шкалой уровней владения иностранным языком, что позволяет развивать необходимые медиативные умения, а также могут стать основой для моделирования коммуникативных ситуаций в процессе профессионально ориентированного обучения иностранному языку в высшей школе. Профессионально ориентированное обучение иностранному языку в вузе нацелено на подготовку профессионалов, конкурентоспособных и готовых к успешной коммуникации в избранной сфере деятельности. Медиативная деятельность преподавателя и студентов на занятиях по иностранному языку позволяет осуществить продуктивное взаимодействие с целью моделирования коммуникативных ситуаций, содержащих не только коммуникативную задачу, но и профессиональный контекст, свойственный изучаемой лингвокультуре. Моделирование коммуникативных ситуаций для указанной цели возможно на основе коммуникативно-деятельностного и конструктивистского подходов. Последний отражает ценностные установки коммуникантов и их попытки ценностно-рационального выбора смыслов и концептов в процессе коммуникации, что также является основой для медиативной деятельности как посредничества в языке и посредничестве в отношениях.

Целью данной статьи является рассмотрение вопроса применения малогабаритных регенерационных установок для сбора и утилизации отработанных масел на производствах с целью уменьшения пагубного воздействия неправильно утилизированных отработанных масел на окружающую среду, а также уменьшения экономических затрат предприятия на их переработку. В качестве методики исследования были использованы сбор и анализ литературных источников, исследований и статистических данных в этой области.

Статья посвящена решению научной проблемы создания верхнеуровневого описания модели онтологии знаний для интеллектуальных систем обработки и анализа текстов на естественном языке, построенной на основе оригинальной компонентной архитектуры, обеспечивающей необходимый уровень детализации спецификаций анализируемой текстовой информации. Актуальность данной задачи обусловлена необходимостью развития теоретических основ построения информационных моделей семантических зависимостей внутри текстов на естественном языке. Автором даны определения основным терминам исследуемой предметной области. Представлена формализованная постановка решаемой задачи. Проблема «информационного взрыва», причиной возникновения которой стал экспоненциальный рост объемов цифровой информации, привела к ситуации, когда до 95% информационного потока содержит неструктурированные данные. В подобных условиях, крайне актуальной становится задача создания эффективных интеллектуальных систем поиска и приобретения знаний, в том числе, интеллектуальных систем обработки и анализа текстов на естественном языке. Научным направлением решения этой частной задачи является Text Mining (TM) - раскопка знаний в текстовой информации. В качестве примера прикладной задачи использования приобретенных знаний, в данном исследовании, рассматривается значимая проблема информационной поддержки процессов предупреждения и/или ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. В данной задаче исходными данными являются потоки текстовых сообщений (новостной информации, отчетов о техническом состоянии техногенных объектов, информации о природных явлениях и т.п.), поступающих в центры принятия решений, а на выходе формируются прогностические оценки и/или конкретные инструкции относительно оценки ситуации и предпринимаемых действий определенными специалистами. Одной из причин, сдерживающих развитие интеллектуальных систем обработки и анализа текста для решения задач поиска, приобретения и использования знаний, является недостаточно высокий уровень эффективности моделей и алгоритмов, обеспечивающих комплексное решение описанных выше задач искусственного интеллекта с учетом особенностей семантики и контекста.

Рассматривается задача управления распределением энергетической мощности на территории, покрытой интеллектуальной энергосетью. Целью управления является стабилизация потока энергии при наличии внешних воздействий, вызванных изменением состояния окружающей среды. Присутствие уязвимостей обусловлено природой энергетических сетей и при определенном стечении обстоятельств провоцирует аномалии энергоснабжения. Воздействие факторов внешней среды разнообразно по содержанию, не позволяя уверенно прогнозировать актуальные угрозы. Описываются геоинформационные модели, использующие представление знаний образами. Ее использование дает возможность оценивать актуальность известных угроз. Концептуально образ включает в себя центр и допустимые преобразования центра в некотором контексте. Рассматривается случай, когда угроза нарушения работы интеллектуальной сети оценивается трансформированием образа в заданную область пространства, в которой размещается интеллектуальная сеть. Принципиальной особенностью предлагаемого подхода является оценка реализуемость явления или события в заданной области пространства. Операция переноса ситуации заставляет учитывать особенности топологии заданной области. Основную роль начинают играть не столько атрибуты ситуации, как параметры порождающей ее инфраструктуры. Особенностью предлагаемого подхода следует считать перенос смыслового контекста, который представлен допустимыми преобразованиями образа. Программная функция трансформирования связывается со слоем картографического изображения. Для заданного объекта, входящего в прецедент-оригинал, определяется область размещения. Ее граница определяется свойствами объекта. Если размер области размещения позволяет сконструировать объект соответствующего класса, этот объект создается. Оценивается достоверность результата путем применения экспертного знания о качестве объектов рассматриваемого класса. Перечисленные действия выполняются не только над геометрией пространственного объекта. Аналогично концепции образного представления геометрии используются временные и семантические атрибуты. Формирование списка угроз при заданном состоянии внешней среды составляет суть управления устойчивости. Анализируются особенности алгоритмизации процедуры трансформации образов. Приводится способ оценки достоверности трансформирования. Применение предложенного подхода перспективно для интеллектуальных систем энергоснабжения, поведение которых сложным образом зависит от факторов внешней среды.

Предлагается гибридная модель системы текстонезависимой динамической верификации пользователей информационных систем, которая основана на комплексном использовании искусственных иммунных систем и искусственных нейронных сетей. Подлежащие верификации данные текстонезависимой динамической биометрии пользователей представлены, двумя последовательностями информационных единиц фиксированного размера векторов признаков, соответствующих образам двух классов - «свой» и «чужой». Такое представление ориентировано на массово-параллельную децентрализованную обработку данных, принятую в искусственных иммунных системах. Последующая верификация пользователей обоих классов реализуется с помощью вероятностной искусственной нейронной сети, которая в признаковом пространстве вычисляет плотности вероятности концентрации информационных единиц обоих классов. В дополнение к характеристикам плотности вероятности информационных единиц используются допустимые цены ошибок 1-го и 2-го рода для образов каждого класса. Итоговый результат биометрической верификации работающего пользователя контролируется на основании текущего сравнения совокупных статистических оценок плотности вероятности и допустимой цены ошибок образов каждого из двух классов. Предлагаемый подход к верификации личности работающего пользователя позволяет предложить общую схему этой процедуры для существенно различных модальностей динамической биометрии: голоса, рукописи и клавиатурного набора. Реализация такого подхода для биометрии конкретной модальности будет несколько отличаться, но общая схема верификации может быть сохранена. Преимуществами предлагаемого подхода являются: возможность текстонезависимого анализа динамической биометрии различной модальности, произвольного объема, содержания и языка; возможность принятия верификационного решения в непрерывном режиме в темпе поступления работы пользователя; в перспективе повышать точность работы системы верификации путем увеличения размерности нейронной сети; возможность использования истории анализа результатов верификации реальных пользователей для последующей более точной настройки системы. Относительным недостатком работы является необходимость программной реализации нейронной сети большой размерности. Однако в перспективе этот недостаток быстро нивелируется с повышением производительности средств вычислительной техники.