Том 57 № 2 2021 (МАРТ – АПРЕЛЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ 

1. Зима Д. Н., Спектор А. А. Пространственно-временная обработка широкополосных сигналов в радиолокационных системах с линейной цифровой антенной решёткой в присутствии активных помех

Аннотация:
Рассматривается подход к математическому описанию сигналов и помех в качестве многомерных пространственно-временных сигналов. Предложен и описан алгоритм обработки сигналов при наличии внутренних шумов и внешних помех. Алгоритм применим для случаев приёма сигнала с полностью известными параметрами и сигнала со случайной начальной фазой. В работе исследован вариант линейной цифровой антенной решётки.

Страницы: 4-12
DOI: 10.15372/AUT20210201

2. Козик В. И., Нежевенко Е. С. Классификация гиперспектральных изображений с помощью свёрточных нейронных сетей

Аннотация:
Показано, что для классификации фрагментов гиперспектрального изображения весьма эффективны предварительная трансформация его спектральных признаков к главным компонентам и последующее распознавание с применением свёрточной нейронной сети, которая обучена на выборке, составленной из фрагментов этого изображения. Получены высокие проценты правильной классификации при работе с крупноформатным гиперспектральным изображением, причём часть классов, на которые разбито гиперспектральное изображение, очень близки между собой и соответственно трудноразличимы по гиперспектрам. Исследована зависимость правильной классификации от изменения размеров фрагментов, из которых составлены обучающая и валидационная выборки, и от параметров свёрточной нейронной сети.

Страницы: 13-21

DOI: 10.15372/AUT20210202

3. Бондарчук А. С., Шашев Д. В., Шидловский С. В. Синтез модели перестраиваемой вычислительной среды для определения характеристик градиента изображения

Аннотация:
Рассматривается новый подход к вычислению характеристик градиента полутонового изображения как массива признаков объекта интереса. Предлагается синтезировать модель перестраиваемой вычислительной среды, которая может одновременно в параллельном режиме обработать каждый пиксель исходного изображения и сформировать массив с характеристиками градиента. Благодаря архитектурным принципам построения модели расчёт градиента выполняется за 1 такт элементарного вычислителя перестраиваемой вычислительной среды.

Страницы: 22-31

DOI: 10.15372/AUT20210203

4. Вяткин С. И., Долговесов Б. С. Метод визуализации мультиобъёмных данных и функционально заданных поверхностей с применением графических процессоров

Аннотация:
Предложен метод визуализации мультиобъёмных данных и функционально заданных поверхностей с применением графических процессоров. В методе предусмотрена визуализация большого числа объёмов, комплекс полупрозрачных и функционально заданных объектов, сложных полупрозрачных объёмов, в том числе пересечений объёмов в конструктивном твердотельном моделировании. Рендеринг разных объёмов одновременно — более сложная проблема, чем визуализация одного объёма, потому что требуются операции пересечения и смешивания. Функционально заданные поверхности хорошо подходят для встраивания внешних объектов в объёмы.

Страницы: 32-40

DOI: 10.15372/AUT20210204

5. Лапко А. В., Лапко В. А. Проверка гипотезы о независимости двумерных случайных величин с использованием непараметрического алгоритма распознавания образов

Аннотация:
Предлагается новая методика проверки гипотезы о независимости двумерных случайных величин. Рассматриваемая методика основывается на использовании непараметрического алгоритма распознавания образов, соответствующего критерию максимального правдоподобия. В отличие от традиционной постановки задачи априори отсутствует обучающая выборка. Исходная информация представляется статистическими данными, которые составляют значения двумерных случайных величин. Законы распределения случайных величин в классах оцениваются по исходным статистическим данным для условий их зависимости и независимости. При выборе оптимальных коэффициентов размытости непараметрических оценок плотностей вероятностей в качестве критерия используется максимум функций правдоподобия. В этих условиях вычисляются оценки вероятности ошибки распознавания образов в классах. По минимальному значению оценки вероятности ошибки распознавания образов принимается решение о независимости либо зависимости случайных величин. Эффективность разработанной методики подтверждается результатами вычислительных экспериментов при проверке гипотезы о независимости либо линейной зависимости двумерных случайных величин.

Страницы: 41-48

DOI: 10.15372/AUT20210205

6. Артюшенко В. М., Воловач В. И. Статистические характеристики сигнала при наличии модулирующей помехи

Аннотация:
Рассмотрены статистические характеристики узкополосного сигнала при наличии модулирующих помех, включая случай определения одномерной плотности распределения сигнала. Установлена взаимосвязь между характеристической функцией мгновенных значений сигнала и плотностью распределения вероятностей (ПРВ) огибающей при равномерном законе распределения фазы. Получены выражения, описывающие ПРВ мгновенных значений сигнала и аддитивного шума при воздействии модулирующих помех. Проанализированы случаи, когда между флуктуациями амплитуды и фазы отсутствует и существует функциональная связь. Показано, что при законе распределения фазы, отличном от равномерного на интервале [0, 2π], сигнал является нестационарной случайной функцией, стремящейся к стационарной при увеличении глубины фазовых искажений. При равномерном распределении фазы сигнал является стационарной случайной функцией. Показано, что при функционально связанных амплитудно-фазовых искажениях ПРВ сигнала описывается через статистические характеристики его огибающей.

Страницы: 49-61

DOI: 10.15372/AUT20210206

7. Трофимов В. К., Храмова Т. В. Кодирование неравнозначными символами источников Мура и Мили при неизвестной статистике сообщений

Аннотация:
Найдена избыточность универсального кодирования неравнозначными символами марковских источников, задаваемых матрицами переходных вероятностей, имеющих фиксированное число различных строк. В качестве следствия получены оценки избыточности для марковских источников с памятью s и марковских источников Мили, заданных графом. Установлена скорость убывания избыточности в зависимости от характеристик графа, длины кодируемого блока и пропускной способности канала.

Страницы: 62-72

DOI: 10.15372/AUT20210207

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО- И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

8. Мешков О. И., Казаков В. В., Казаков В. Г., Потехина А. А., Темникова Е. А., Тихонова А. В. Квантограммы как новая техника визуализации электронной структуры атомных систем

Аннотация:
Для аналитической работы с электронной структурой атомных систем и целей подготовки специалистов в области спектроскопии существенное значение имеет научная визуализация уровней и переходов в атомной системе, обычно реализуемая в виде диаграмм Гротриана. В настоящее время такие диаграммы могут генерироваться программно по спектроскопическим базам данных. В отличие от печатных графических изображений графика, обрабатываемая и представляемая машинным образом, может иметь свойства интерактивности и динамики, что существенно влияет на эффективность работы специалиста. Можно предположить, что возможности машинной визуализации в состоянии вызвать к жизни новые типы графических представлений электронной структуры, ранее не используемые из-за их трудоёмкости или других причин. Предложен новый тип диаграмм электронной структуры атомных систем, называемых авторами квантограммами, ориентированный на компьютерную генерацию в сочетании с интерактивным динамическим представлением результатов. Описывается идея новой диаграммной техники и её основные особенности, приводится опыт программной реализации и работы с квантограммами, автоматически генерируемыми по базе спектральных данных.

Страницы: 73-81

DOI: 10.15372/AUT20210208

9. Афанасенко С. С., Ахметшин Р. Р., Григорьев Д. Н., Казанин В. Ф., Поросев  В. В., Тимофеев А. В., Щербаков Р. И. Детектор потоков жёстких гамма-квантов с минимизированным шумом изображения и увеличенной эффективностью регистрации

Аннотация:
Изложены проблемы, связанные с рентгенографией объектов из стали толщиной 100 мм и более. В классическом методе съёма информации полупроводниковые фотоприёмники располагаются непосредственно на сцинтилляторах. В результате рассеянное в сцинтилляторе гамма-излучение попадает в фотоприёмник, что определяет шум изображения и оказывает негативное воздействие на электронику чтения. Предложен метод построения системы регистрации с использованием спектросмещающего волокна без недостатков классического метода. Данный метод позволяет получить шум изображения меньше, чем классический, вывести электронику из-под воздействия гамма-излучения и увеличить эффективность регистрации. Экспериментально изучены различные способы реализации предложенного метода съёма сигналов и выбраны оптимальные. На основе проведённых исследований разработана конструкция регистрирующего элемента и приведены результаты измерения его параметров.

Страницы: 82-92

DOI: 10.15372/AUT20210209

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

10. Киншт Н. В., Петрунько Н. Н. Дискретная диагностическая модель множества дефектов изоляции высоковольтного оборудования

Аннотация:
Предлагается задача диагностики дефектов в изоляции высоковольтного электрооборудования на основе мониторинга частичных разрядов (ЧР), которые недоступны для прямых измерений, но являются основным диагностическим признаком дефектов. Рассматриваются вопросы построения диагностической модели дефекта в изоляции как источника серий ЧР и задача дифференциальной диагностики отдельных дефектов на основе интерпретации интегральной картины ЧР как множества доступных измерению моментов времени единичных ЧР. Для диагностики привлекается идея математической задачи покрытия множества. Рассмотрен модельный пример.

Страницы: 93-100

DOI: 10.15372/AUT20210210

11. Добровольский П. П., Кремис И. И., Федоринин В. Н., Сидоров В. И. Сравнительный анализ амплитудно-частотных характеристик вибрации микрокриогенных машин роторного типа

Аннотация:
Виброактивность микрокриогенных машин является важным фактором, определяющим ресурсные характеристики матричных фотоприёмных устройств (ФПУ), работающих в ИК-диапазоне спектра. Приводятся амплитудно-частотные характеристики виброактивности ФПУ разных производителей с различными сроками службы. Осуществляются измерения виброактивности с помощью датчика деформации, жёстко связанного с основанием ФПУ. Анализируются влияние центробежных и компрессионных сил на виброактивность ФПУ и возможность их взаимной компенсации.

Страницы: 101-107

DOI: 10.15372/AUT20210211

12. Колтакова А. Е., Радченко С. Е., Филатова С. Г., Вострецов А. Г. Статистический алгоритм оценивания энергии радиоимпульса при измерении сверхпроводниковой системы кубит—резонатор

Аннотация:
Предложен алгоритм оценивания энергии радиоимпульса при измерении сверхпроводниковой системы кубит—резонатор, состоящей из сверхпроводникового резонатора и связанного с ним кубита. Алгоритм основан на использовании полных достаточных статистик, не требует априорных сведений об уровне аддитивного белого гауссовского шума, присутствующего в наблюдаемом процессе, а также об амплитуде, начальной фазе и временном положении радиоимпульса. Полученные с его помощью оценки являются эффективными и состоятельными. Оценка эффективности предложенного алгоритма проводилась методом компьютерного моделирования.

Страницы: 108-116

DOI: 10.15372/AUT20210212

13. Денисов Е. С., Шафигуллин И. Д., Евдокимов Ю. К. Квазираспределённый резистивный датчик с древовидной структурой

Аннотация:
Предложен и экспериментально исследован квазираспределённый резистивный датчик с древовидной структурой, который позволяет измерять пространственное распределение физических величин при коммутации измерительных цепей только к внешним терминалам. Показано, что применение древовидной структуры обеспечивает высокую точность при малых вычислительных затратах.

Страницы: 117-121

DOI: 10.15372/AUT20210213

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

 14. Голдина Н. Д. Трансформация оптических характеристик отражающего интерферометра в поляризованном свете

Аннотация:
Новый вариант отражающего интерферометра для S-поляризованного света состоит из тонкой металлической плёнки, размещённой перед многослойным диэлектрическим интерферометром. От расположения металлической плёнки в узле или пучности стоячей волны, отражённой от интерферометра, зависит появление узких экстремумов (максимумов или минимумов) в спектральной или угловой зависимости коэффициента отражения.

Страницы: 122-126

DOI: 10.15372/AUT20210214

Том 57 № 3 2021 (МАЙ – ИЮНЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ 

1. Громилин Г. И., Косых В. П. Межкадровая обработка последовательности изображений, формируемых сканирующим  ФПУ с пространственно-неравномерной чувствительностью

Аннотация:
Для улучшения эксплуатационных характеристик многоэлементных фотоприёмников, обладающих пространственно-неравномерной чувствительностью, применяется выравнивание чувствительности, основанное на их калибровке, которая в процессе эксплуатации время  от  времени  должна  повторяться  из-за  временного  дрейфа  параметров  приёмника. Особый интерес специалистов привлекают методы калибровки и коррекции, не требующие применения источников эталонного освещения фотоприёмника. Предлагаемый метод оценки и коррекции неравномерной чувствительности сканирующего фотоприёмного устройства ориентирован на ослабление влияния этой помехи при межкадровой обработке и основан на анализе пары изображений, формируемых в процессе взаимного смещения фотоприёмного устройства и регистрируемой сцены. При известном смещении изображений по столбцам, находящимся в зоне перекрытия изображений, строится недоопределённая система уравнений, для решения которой применяется метод наименьших квадратов. Приводится способ коррекции ошибки решения, обусловленной недоопределённостью системы. Численным экспериментом подтверждена эффективность метода в применении к межкадровому подавлению фона и обнаружению подвижных малоразмерных объектов.

Страницы: 3-9
DOI: 10.15372/AUT20210301

2. Мурасев А. А., Спектор А. А. Пространственно-временные сигналы и их фильтрация в радиотехнических системах с антенными решётками в условиях активных помех

Аннотация:
Предложен метод подавления активных помех, основанный на различии спектральных характеристик пространственно-временных сигналов и помех в радиотехнических системах с антенными решётками. Получено выражение для спектра пространственно-временного сигнала на линейной антенной решётке. Представлены результаты экспериментального исследования разработанного алгоритма для различного числа источников активных помех.

Страницы: 10-18
DOI: 10.15372/AUT20210302

3. Мигов Д. А., Волжанкина К. А.,  Родионов А. С. Генетические алгоритмы оптимальной по критерию надёжности расстановки стоков в беспроводных сенсорных сетях

Аннотация:
Рассматриваются задачи структурной оптимизации сетей в целях получения наиболее надёжных топологий в условиях случайных отказов элементов. В качестве надёжности приведены несколько показателей, отказам при этом подвергаются узлы сети. Для ускорения поиска оптимальных решений используется подход с кумулятивным уточнением границ надёжности сети, позволяющий отсекать ненадёжные варианты на ранних этапах. В рамках этого подхода предлагается на промежуточных этапах оптимизации давать оценку надёжности по тренду для заведомо надёжных вариантов. Приводятся результаты численных экспериментов.

Страницы: 19-29
DOI: 10.15372/AUT20210303

4. Лихачев А. В., Табанюхова М. В. Оценка расстояния от  заданной  точки до максимума интерференционной полосы

Аннотация:
Ставится задача определения расстояния от произвольной точки до центра интерференционной полосы с известным профилем по данным, искажённым случайными помехами. В разработанном алгоритме на финальной стадии получения оценки используется фильтрация Винера — Колмогорова. Численное моделирование показало, что усреднённая ошибка оценки, вычисленной предлагаемым методом, на 50–75 % меньше той, которая получается в предположении отсутствия шума. Результаты обработки экспериментальных данных также подтвердили эффективность предложенного метода.

Страницы: 30-38
DOI: 10.15372/AUT20210304

5. Байбикова Т. Н., Доморацкий Е. П. Метрологические аспекты импульсной оптической томографии микрообъектов ядерного топлива

Аннотация:
Рассмотрены созданные и апробированные методы динамического контроля микрообъектов (МО) ядерного топлива, основанные на реконструкции пространственных геометрических характеристик МО по контурам двумерных теневых проекций. Для описания размеров МО выбраны габаритные размеры и средний проектированный диаметр, для описания их формы используется коэффициент несферичности, определяемый как отношение максимального габаритного размера объекта к минимальному. Приведены метрологические характеристики методов контроля.

Страницы: 39-47
DOI: 10.15372/AUT20210305

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

6. Боровик В. С., Шидловский С. В. Обучение с подкреплением в системах управления объектами с транспортным запаздыванием

Аннотация:
Обсуждается возможность применения систем обучения с подкреплением для решения задач регулирования в условиях недостатка априорной информации об объекте управления. Представлено решение проблемы обучения системы методом Deep Deterministic Policy Gradient для объектов с транспортным запаздыванием, а также сравнение эффективности предлагаемого решения с классическим методом на основе ПИД-регулирования, параметры которого рассчитаны с применением метода расширенных амплитудно-фазочастотных характеристик и метода Циглера — Никольса.

Страницы: 48-57
DOI: 10.15372/AUT20210306

7. Жученко Е. И., Червонюк  В. В., Стасевич А. А. Исследование возможности идентификации касания вентиляторных лопаток корпуса газотурбинного двигателя в полёте

Аннотация:
В работе представлено обоснование опасности задевания лопаток рабочего колеса вентилятора о корпус газотурбинного двигателя (ГТД), установлены факторы, влияющие на величину радиального зазора в полёте, выявлены основные причины задевания, проведён анализ современных средств определения радиального зазора ГТД, предложен метод выявления задевания рабочих лопаток вентилятора корпуса ГТД в полёте, основанный на комплексной обработке сигнала вибраций корпуса вентилятора и датчиков пульсаций давления за вентилятором. Внедрение метода идентификации, основанного на обработке сигналов вибраций и пульсаций давления, повысит безопасность полётов, особенно опытных ГТД на первых стадиях лётных испытаний, без необходимости дополнительного препарирования и установки сложных систем контроля зазора. Этот метод можно применять для идентификации задевания при чрезмерном уменьшении радиального зазора, что позволит своевременно принять решение о понижении режима (если это возможно на этапе полёта, в котором оно произошло) для предотвращения нанесения значительных повреждений задеваниями.

Страницы: 58-65
DOI: 10.15372/AUT20210307

8. Будников К. И., Курочкин А. В. Программное моделирование устройства обработки сетевого трафика в информационной системе

Аннотация:
Представлен метод имитационного компьютерного моделирования сетевого устройства с использованием его цифрового эмулятора, для которого создаётся виртуальное окружение, предназначенное для генерации сетевого трафика. В процессе эмуляции моделируемые объекты задаются множеством функциональных и интерфейсных потоков, взаимодействующих через виртуальные линии связи, в роли которых выступают общие области памяти. Предложенный подход позволяет минимизировать временные издержки передачи пакетов между цифровыми объектами и сосредоточить внимание на алгоритмической составляющей моделируемого устройства. В качестве иллюстрации метода показано имитационное компьютерное моделирование работы устройства фильтрации протокола HTTP в составе информационной Web-системы.

Страницы: 66-74
DOI: 10.15372/AUT20210308

9. Chakravarthi M. V. N., Chandramohan B. Компенсация погрешностей АЦП с временным чередованием каналов для приёмника с ортогональным частотным разделением с помощью алгоритма дифференциальной эволюции

Аннотация:
Аналого-цифровые  преобразователи  с  временным  чередованием  каналов  (АЦПВЧК)  используются, если требуется высокая частота дискретизации. Однако сигнал АЦПВЧК включает в себя погрешности усиления, смещения нуля и сдвига фазы. Из-за этих погрешностей реконструированный сигнал от АЦПВЧК содержит ошибки. Такие погрешности должны быть оценены, а затем исправлены. Предлагаемая работа сосредоточена на оценке и корректировке погрешностей. Для оценки погрешностей используется алгоритм дифференциальной эволюции и применяется коррекция сигнала с использованием расчётных погрешностей. Ошибка оценивается путём нахождения частоты ошибочных битов и отношения сигнал/шум плюс искажение. Оценка и коррекция осуществляются для 7- и 8-канальных АЦПВЧК в системе мультиплексирования с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) и квадратурной фазовой модуляцией. Техника коррекции погрешностей оценивается приложением синусоидальных сигналов и их образов к системе OFDM.

Страницы: 75-84
DOI: 10.15372/AUT20210309

10. Багинский И. Л. Предельная удельная мощность ёмкостных электростатических двигателей со структурой металл—тонкоплёночный сегнетоэлектрик

Аннотация:
Определена величина предельной удельной мощности ёмкостных электростатических двигателей со структурой металл—тонкоплёночный сегнетоэлектрик с большой величиной удельной ёмкости—нанозазор—подвижный электрод. Была проведена оценка предельно возможной частоты преобразования энергии для таких двигателей. Используя определённую ранее величину предельной плотности энергии для преобразователей энергии на основе таких структур, было показано, что предельная мощность достигает 5 ·10⁸ Вт/кг и превышает мощность индуктивных моторов на 5 порядков величины.

Страницы: 85-91
DOI: 10.15372/AUT20210310

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

11. Алантьев Д. В., Борзов С. М., Жуков С. Н., Потатуркин О. И., Узилов С. Б., Чихонадских А. П. Оптико-электронная система обнаружения световозвращающих объектов на основе зондирования импульсным лазерным излучением

Аннотация:
Работа посвящена созданию и исследованию макета системы лазерной импульсной локации (ЛИЛ) без применения электронно-оптического преобразователя (ЭОП) в качестве внешнего затвора. Система предназначена для обнаружения световозвращающих объектов (СВО), в том числе оптических и оптико-электронных приборов наблюдения. Представлено описание аппаратной части и возможностей созданного специального программного обеспечения. Приведены результаты измерения зависимости величины сигнала от угла поворота СВО относительно направления оптической оси системы ЛИЛ, от дальности до объекта и от значения диафрагмы его объектива. Экспериментально определены показатели световозвращения (ПСВ) типичных приборов видеосъёмки в реальных условиях. Предложена и продемонстрирована методика расчёта максимальной дальности обнаружения СВО при наличии информации об их ПСВ путём измерения информативного сигнала на заведомо меньших дальностях при увеличенной степени диафрагмирования.

Страницы: 92-101
DOI: 10.15372/AUT20210311

12. Чугуй Ю. В. Формирование в когерентном свете изображений асимметричного абсолютно отражающего края 3D-объекта

Аннотация:
В аналитическом виде исследованы особенности формирования изображений граней объёмного асимметричного края объекта с абсолютно отражающей внутренней поверхностью применительно к размерному контролю. Получены формулы для расчёта полей в изображениях граней объекта в идеальных и дифракционно-ограниченных системах в зависимости от величины скоса объекта c, сдвига фазы ϕ волны, отражённой от внутренней поверхности объекта, и угловой апертуры 2θ₀ когерентно-оптической системы формирования и фильтрации изображений. Установлено, что для металлических трёхмерных (3D) объектов (ϕ = π) значение поля в изображении задней грани в точке x˜₁ = c, соответствующей положению её границы, пренебрежимо мало при глубине фокусировки системы много меньше толщины объекта.  Показано,  что при скосах c  объекта,  много меньшего размера зоны Френеля δ_d ~ √λd (λ — длина волны света, d — толщина объекта) и большего глубины фокусировки ∆z, смещение профиля интенсивности в изображении передней грани пропорционально c/δ_d  и зависит от фазы ϕ. При больших скосах, когда c ≥ δ_d и ∆z ≥ d, смещение границы передней грани обратно пропорционально величине c/δ_d. Указанные смещения могут приводить к систематическим погрешностям измерений положения границ граней 3D-объекта и их нужно учитывать при прецизионном размерном контроле.

Страницы: 102-116
DOI: 10.15372/AUT20210312

13. Новоселов А. Р., Алдохин П. А., Добровольский П. П., Гусаченко А. В., Новгородов Б. Н., Шатунов К. П., Чурилов С. М. Исследование отражения диафрагмами ИК-излучения в тепловизионных приборах

Аннотация:
Исследовано отражение инфракрасного излучения покрытиями диафрагм в фотоприёмных устройствах тепловизионных приборов: чёрной полимерной краской, анодным окислом, травлёным коваром, взвесью графита или окиси титана в криогенностойком лаке и др. Выяснены спектры и интегральные коэффициенты отражения покрытиями диафрагм в диапазоне длин волн 2–14 мкм при углах падения излучения 15 и 45^◦. Также изучены в спектральных диапазонах 3,4–4,8 и 7,5–13,5 мкм уровни отражённого инфракрасного излучения в широком диапазоне углов от 0 до 80^◦ при угле падения излучения около 15^◦. По результатам исследований определено, что наименьший уровень отражения ИК-излучения имеет покрытие из взвеси графита в криогенностойком лаке (разработанном в филиале ИФП СО РАН «КТИПМ», г. Новосибирск). Интегральные коэффициенты отражения для данного покрытия составили 3,98 % (в спектральном диапазоне 3–5 мкм) и 5,69 % (в диапазоне 8–12 мкм).

Страницы: 117-125
DOI: 10.15372/AUT20210313

Том 57 № 4 2021 (ИЮЛЬ – АВГУСТ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

1. Золотухин Ю. Н., Котов К. Ю., Мальцев А. С., Нестеров А. А., Ян А. П. Управление вектором скорости летательного аппарата

Аннотация:
Рассмотрена задача управления вектором скорости летательного аппарата в траекторной системе координат. На основе метода структурного синтеза предложен алгоритм управления, обеспечивающий достижение заданной скорости полёта при согласованном управлении рулями и тягой двигателя. Результаты численного моделирования демонстрируют эффективность предложенного подхода.

Страницы: 3-9
DOI: 10.15372/AUT20210401

2. Белоконь С. А., Деришев Д. С., Золотухин Ю. Н., Котов К. Ю., Мальцев А. С. Мобильный программно-аппаратный комплекс для проведения лётных экспериментов

Аннотация:
Представлен разработанный и реализованный программно-аппаратный комплекс для проведения лётных экспериментов, обеспечивающий работу в режимах стенда полунатурного моделирования, комплекса подготовки экипажа летательного аппарата и наземного пункта управления. Выделены назначение и функциональные особенности каждого из режимов работы комплекса. Приведены результаты исследований с использованием разработанного комплекса на примере дистанционно управляемого летательного аппарата — летающей лаборатории.

Страницы: 10-16
DOI: 10.15372/AUT20210402

3. Рапопорт Э. Я., Плешивцева Ю. Э. Оптимальное по расходу энергии управление в системах с распределёнными параметрами

Аннотация:
Предложен метод аналитического конструирования оптимальных регуляторов в задачах управления с минимальным энергопотреблением линейными системами с распределёнными параметрами в условиях заданной точности равномерного приближения конечного состояния объекта к требуемому пространственному распределению управляемой величины. Развиваемый подход базируется на разработанном ранее альтернансном методе построения параметризуемых алгоритмов оптимального программного управления.  Показано, что искомая процедура синтеза оптимального регулятора сводится к построению системы управления с линейными обратными связями по неполному измерению состояния, коэффициенты передачи которых являются известными функциями времени и конечных значений управляемой величины, определяемых предварительным расчётом программного управляющего воздействия.

Страницы: 17-28
DOI: 10.15372/AUT20210403

4. Вотрина О. А., Мелешкин К. Н., Французова Г. А. К проблеме синтеза регулятора на основе скользящих режимов для модельного объекта в виде двойного перевёрнутого маятника на тележке

Аннотация:
Предлагается процедура синтеза регулятора для линеаризованной системы в виде двойного перевёрнутого маятника на тележке, основанная на методе скользящих режимов. Особенностью подхода является двухэтапный расчёт регулятора, причём на первом этапе осуществляется преобразование модели объекта к каноническому базису и формирование алгоритма управления в виде функции канонических переменных. На втором этапе путём обратного преобразования переменных получаем описание регулятора в исходном базисе. Поскольку для рассматриваемого типа объектов имеется возможность непосредственного измерения части его внутренних переменных, то для реализации регулятора необходимо получить оценку остальных. С этой целью предлагается использовать несколько однотипных фильтров оценки состояния, что позволяет определить весь вектор состояния, хотя непосредственному измерению доступны только некоторые из его координат. Рассчитанный регулятор обеспечивает стабилизацию маятника в верхнем положении при малом отклонении угла от вертикали. Результаты численного моделирования системы в интегрированной среде MATLAB/Simulink иллюстрируют её основные свойства.

Страницы: 29-36
DOI: 10.15372/AUT20210404

5. Юркевич В. Д. Расчёт ПИР-регулятора на основе метода разделения движений и принципа внутренней модели для подавления гармонических возмущений

Аннотация:
Рассматривается модифицированная структура пропорционально-интегрального резонансного регулятора и методика настройки его параметров. Показано, что применение метода разделения движений даёт возможность выполнить расчёт пропорционально-интегральной составляющей регулятора независимым образом от выбора параметров резонансных компонент регулятора. Предлагаемый подход к расчёту параметров регулятора позволяет обеспечить точное слежение для заданного гармонического воздействия в системе управления в условиях действия внешних гармонических возмущений и неполной информации о параметрах объекта управления. Приведены результаты численного моделирования.

Страницы: 37-44
DOI: 10.15372/AUT20210405

6. Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Конструктивные аспекты метода потенциальных полей в мобильной робототехнике

Аннотация:
В работах, посвящённых методу потенциальных полей в мобильной робототехнике, ключевое значение придаётся механизму силового воздействия на движение робота, определяющему закон изменения скорости его движения. Предлагается новая методология использования виртуальных полей: силовой аспект исключается, а линии напряжённости создаваемого поля задают лишь желаемые траектории движения робота, причём следование по заданной траектории осуществляется двухконтурной системой управления направлением и скоростью движения робота. Обсуждается вопрос конструирования притягивающего и отталкивающего потенциалов. Приводятся результаты имитационного моделирования траекторного управления движением двухколёсного робота.

Страницы: 45-53
DOI: 10.15372/AUT20210406

7. Бардамова М. Б., Ходашинский И. А. Формирование структуры нечёткого классификатора комбинацией алгоритма экстремумов классов и алгоритма «прыгающих лягушек» для несбалансированных данных с двумя классами

Аннотация:
Предложен способ применения метаэвристического алгоритма «прыгающих лягушек» в качестве инструмента для расширения первичной базы правил нечёткого классификатора. Такой алгоритм актуален в случае, когда имеющихся правил недостаточно для качественного распознавания всех классов, например при наличии дисбаланса в данных. Дополнительные правила, генерируемые метаэвристикой, способны не только улучшить качество классификации, но и предоставить более полное описание исследуемой предметной области. Для генерации первичной структуры классификатора был использован алгоритм, основанный на экстремальных значениях признаков классов. Исследуемая комбинация была проверена на 36 несбалансированных наборах данных из репозитория Knowledge Extraction based on Evolutionary Learning и показала увеличение средней геометрической точности на 34 наборах, а также удовлетворительные результаты по сравнению с аналогичными алгоритмами. Достоинства предложенного способа формирования структуры заключаются в отсутствии необходимости дополнения данных синтетическими образцами, низком разбросе результатов на отдельных запусках и возможности улучшить качество классификации при добавлении небольшого количества правил.

Страницы: 54-64
DOI: 10.15372/AUT20210407

8. Мухопад Ю. Ф., Мухопад А. Ю., Пунсык-Намжилов Д. Ц., Маниковский А. С. Структурная организация управляющих автоматов вычислительных и информационно-измерительных систем

Аннотация:
В целях снижения сложности комбинационных схем предложена новая методология синтеза управляющих автоматов, основанная на вводе ограниченного числа пустых операторов в граф-схему управления, и три способа организации адресной подсистемы: через ввод счётчика состояний и унитарное кодирование, ввод в структуру управляющего автомата мультиплексора для выбора одного логического условия из всего множества {α} и ввод в схему управляющего автомата адресного блока из q двухвходовых элементов «И», одного «ИЛИ» и RS-триггера для выбора одного α_j∈{α}. Во всех вариантах реализации управляющих автоматов число входов в программируемую логическую матрицу уменьшается в 1,5–3 раза в зависимости от сложности алгоритма управления.

Страницы: 65-73
DOI: 10.15372/AUT20210408

9. Ерёмин Е. Л., Никифорова Л. В., Шеленок Е. А. Комбинированное нелинейное управление системой перевёрнутых маятников при ограничении управляющих сигналов

Аннотация:
С использованием критерия гиперустойчивости, быстродействующих фильтров-корректоров и неявной эталонной модели в условиях ограничений управляющих воздействий и априорной параметрической неопределённости рассматривается решение задачи синтеза системы комбинированного управления перевёрнутыми маятниками, соединёнными пружиной. С помощью вычислительных экспериментов исследуется качество работы предложенной системы децентрализованного управления.

Страницы: 74-84
DOI: 10.15372/AUT20210409

10. Лебедев А. О., Васильев В. В. Алгоритм управления полётом БПЛА над железной дорогой в автоматическом режиме с использованием компьютерного зрения

Аннотация:
Предложен алгоритм управления полётом беспилотного летательного аппарата (БПЛА) над железной дорогой в автоматическом режиме без участия оператора и использования спутниковых навигационных систем. Алгоритм основан на компьютерном анализе видеоизображения с камеры БПЛА, выделении рельсов, определении их направления относительно движения БПЛА и управлении полётными характеристиками (тангаж, рыскание, крен) таким образом, что полёт осуществляется над железной дорогой на заданной высоте. Особенностью алгоритма является его простота, не требующая значительных вычислительных ресурсов. Реализация алгоритма не сказывается на массогабаритных параметрах и энергопотреблении БПЛА и не влияет на дальность и продолжительность его полёта. Лётные испытания подтвердили надёжность алгоритма.

Страницы: 85-90
DOI: 10.15372/AUT20210410

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ 

11. Пакулич Д. В., Алямкин С. А. Использование свёрточных нейронных сетей для обнаружения подмены лица его изображением

Аннотация:
Увеличение доли компьютерного зрения для систем биометрической идентификации и использование его в качестве меры безопасности приводит к росту попыток фальсификации. В связи с этим увеличивается и количество способов автоматического определения подобных ситуаций. Но как и большинство систем, использующих компьютерное зрение в различных ситуациях, точность распознавания атак может снижаться в некоторых случаях. В предлагаемой работе рассмотрены существующие подходы к распознаванию спуфинг-атак и дана оценка их устойчивости к изменению условий записи данных.

Страницы: 91-97
DOI: 10.15372/AUT20210411

12. Терещенко С. Н., Перов А. А., Осипов А. Л. Особенности применения предобученных свёрточных нейронных сетей к задачам стегоанализа графических изображений

Аннотация:
Исследовано использование свёрточных нейронных сетей в целях анализа контейнера графических изображений на наличие данных, внедрённых методами стеганографии. Показано, что глубокая свёрточная нейронная сеть обучается классифицировать присутствие скрытых данных в графических изображениях, достигая точности по метрике weighted AUC, равной 0,928. Проверена гипотеза об эффективности применения концепции «transfer learning» в сфере стеганографии. Эффективность предложенной технологии продемонстрирована на большом экспериментальном материале.

Страницы: 98-105
DOI: 10.15372/AUT20210412

13. Жуков А. О., Гладышев А. И., Тучин М. С., Захаров А. И., Крусанова Н. Л., Миронов А. В., Мошкалев В. Г., Прохоров М. Е., Стекольщиков О. Ю., Кузнецова И. В. Систематические погрешности имитаторов звёздного неба, использующих растровые экраны

Аннотация:
Для лабораторных испытаний цикла функционирования звёздного датчика ориентации предназначены динамические стенды, в состав которых входят имитаторы звёздного неба. В последнее время для получения изображения звёздного неба чаще всего используются растровые экраны (компьютерные или телевизионные). Однако изображения звёзд на таких экранах имеют существенные отличия от реального звёздного неба, что необходимо учитывать при проведении динамических испытаний звёздных датчиков и обработке их результатов.

Страницы: 106-117
DOI: 10.15372/AUT20210413

14. Чинкин В. Е., Гетманов В. Г., Яшин И. И. Синтез цифрового низкочастотного квазигауссовского фильтра для снижения шумов в пуассоновских наблюдениях

Аннотация:
Рассмотрен синтез цифрового низкочастотного квазигауссовского фильтра с конечной импульсно-переходной характеристикой, единичным коэффициентом усиления на нулевых частотах и неотрицательными весовыми коэффициентами. Фильтр предназначен для снижения шумов в пуассоновских наблюдениях. Использовалась гауссовская функция для фильтра-прототипа, формировался аппроксимационный функционал. Для синтеза применялась стохастическая глобальная минимизация данного функционала с помощью модифицированного алгоритма имитации «отжига». Квазигауссовский фильтр исследовался на модельных и экспериментальных пуассоновских наблюдениях, подтверждена его эффективность.

Страницы: 118-125
DOI: 10.15372/AUT20210414

Том 57 № 5 2021 (СЕНТЯБРЬ – ОКТЯБРЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

НАНОТЕХНОЛОГИИ В ОПТИКЕ И ЭЛЕКТРОНИКЕ

1. Гайслер В. А., Деребезов И. А., Гайслер А. В., Дмитриев Д. В., Бакаров А. К., Торопов  А. И., Качанова М. М., Живодков Ю. А., Латышев А. В., Скворцов М. Н., Игнатович  С. М., Вишняков В. И., Квашнин Н. Л., Месензова И. С., Тайченачев А. В., Багаев С. Н., Блинов И. Ю., Пальчиков В. Г., Самохвалов Ю. С., Парёхин Д. А. Лазеры с вертикальным резонатором для миниатюрных квантовых стандартов частоты

Аннотация:
Представлены результаты разработки лазеров с вертикальным резонатором на основе твёрдых растворов Al_xGa_1-xAs и In_yGa_1-yAs. Лазеры демонстрируют устойчивый одномодовый режим генерации на длинах волн 794,9 нм и 894,6 нм, что открывает перспективы их использования в миниатюрных квантовых стандартах частоты на основе ⁸⁷Rb и ¹³³Cs.

Страницы: 4-10
DOI: 10.15372/AUT20210501

2. Дмитриев Д. В., Колосовский Д. А., Торопов А. И., Журавлев К. С. Механизмы удаления оксидов с поверхности InP при прогреве в потоке мышьяка

Аннотация:
Методом дифракции быстрых электронов на отражение in situ изучены механизмы трансформации поверхности при отжиге epi-ready подложек InP(001) в потоке молекул мышьяка. Исследовано влияние температуры отжига и потока мышьяка на процессы удаления оксидов с поверхности InP, происходящие в результате термического разложения и химического взаимодействия оксидов с мышьяком.

Страницы: 11-17

DOI: 10.15372/AUT20210502

3. Дворецкий С. А., Ступак М. Ф., Михайлов Н. Н., Макаров С. Н., Елесин А. Г., Верхогляд А. Г. Характеризация кристаллического совершенства слоёв гетероструктур (013)HgCdTe/CdTe/ZnTe/GaAs методом генерации второй гармоники

Аннотация:
Проведён анализ процессов генерации второй гармоники в слоях CdTe, Cd_xHg_1−xTe и подложки из GaAs гетероструктуры Cd_xHg_1-xTe /CdTe/ZnTe/GaAs ориентации (013). Осуществлены измерения азимутальной зависимости сигналов второй гармоники в сравнении с расчётными данными, полученными при численном моделировании идеального кристалла заданной ориентации вблизи среза (013). Показано, что подложка и эпитаксиальные слои после выращивания имеют разворот плоскости ориентации, который составил для подложек из GaAs +8 и -3 угл. град. от идеальной плоскости (013), для слоёв КРТ — до 8 угл. град. от ориентации подложки, которые имеют слабую зависимость от состава по толщине. Наблюдаемые развороты плоскости ориентации зависят от несоответствия параметров решётки сопрягаемых материалов гетероструктуры Cd_xHg_1-xTe/CdTe/ZnTe/GaAs. Зафиксированное увеличение шума в минимумах азимутальной зависимости сигнала второй гармоники в слоях Cd_xHg_1-xTe обусловлено присутствием разориентированных микроучастков.

Страницы: 18-28

DOI: 10.15372/AUT20210503

4. Рубцова Н. Н., Ковалёв А. А., Ледовских Д. В., Преображенский В. В., Путято М. А., Семягин Б. Р. Оптические затворы на основе полупроводниковых квантовых ям A₃B₅

Аннотация:
Проанализировано влияние строения квантовых ям и особенностей технологии их изготовления на быстродействие и максимальную глубину модуляции оптических затворов на основе квантовых ям A₃B₅, предназначенных для синхронизации мод лазеров ближнего ИК-диапазона.

Страницы: 29-37

DOI: 10.15372/AUT20210504

5. Швец В. А., Марин Д. В., Азаров И. А., Якушев М. В., Рыхлицкий С. В. Эллипсометрические in situ методы контроля температуры в технологии выращивания слоёв МЛЭ КРТ

Аннотация:
Рассмотрена проблема in situ контроля температуры при выращивании эпитаксиальных слоёв CdHgTe методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Предложены различные подходы к решению проблемы с использованием спектральной эллипсометрии. Они основаны на температурной зависимости спектров оптических постоянных буферного слоя CdTe и растущего слоя CdHgTe. Представлены результаты экспериментального тестирования этих методик, которые показывают, что точность измерения температуры составляет несколько градусов, а чувствительность достигает долей градуса. На стадии стационарного роста из эллипсометрических спектров удаётся определить изменение не только температуры, но и состава растущего слоя.

Страницы: 38-47

DOI: 10.15372/AUT20210505

6. Преображенский В. В., Чистохин И. Б., Путято М. А., Валишева Н. А., Емельянов Е. А., Петрушков М. О., Плешков А. С., Неизвестный И. Г., Рябцев И. И. Детекторы одиночных фотонов на основе лавинных фотодиодов InP/InGaAs/InP

Аннотация:
Обсуждаются вопросы разработки и изготовления детектора одиночных фотонов на базе однофотонных лавинных фотодиодов (ОЛФД) InP/InGaAs/InP, работающих в гейгеровском режиме на телекоммуникационной длине волны 1550 нм. Приведено описание конструкции ОЛФД, способа получения гетероструктуры InP/InGaAs/InP методом молекулярно-лучевой эпитаксии, изготовления чипа ОЛФД методами планарной технологии, особенностей избирательного легирования цинком p-областей в слое InP, разработанных электронных схем измерения основных параметров ОЛФД. Представлены предварительные результаты измерений параметров, изготовленных ОЛФД.

Страницы: 48-57

DOI: 10.15372/AUT20210506

7. Уткин Д. Е., Царев А. В., Уткин Е. Н., Латышев А. В., Шкляев А. А. Широкополосные просветляющие покрытия из частиц SiGe субволнового размера

Аннотация:
Исследованы антиотражающие свойства покрытий из диэлектрических частиц SiGe субволнового размера, выращенных на подложках Si(100) c использованием эффекта несмачиваемости Si слоями SiGe. Средний размер частиц задавался количеством осаждённого Ge и варьировался в диапазоне от 0,2 до 1,4 мкм. Изучаемое возбуждение магнитных и электрических резонансов в диэлектрических частицах SiGe приводило к уменьшению отражения приблизительно на 60 % в зависимости от среднего размера частиц по сравнению с отражением поверхности Si, не покрытой частицами. Распределение частиц по размеру обеспечило получение антиотражающих свойств в широком спектральном диапазоне, в котором частицы меньшего размера создавали более сильный антиотражающий эффект по сравнению с частицами большего размера. Модельные расчёты показали, что для частиц, расположенных на подложке, эффективность возбуждения магнитных и электрических резонансов имеет сильную зависимость от отношения высоты частиц к размеру их основания.

Страницы: 58-69

DOI: 10.15372/AUT20210507

8. Русецкий В. С., Голяшов В. А., Миронов А. В., Дёмин А. Ю., Терещенко О. Е. Фотоэмиссионные свойства мультищелочного фотокатода

Аннотация:
Продемонстрирована возможность исследований фотоэмиссионных свойств мультищелочных фотокатодов (МФ) в вакуумных фотодиодах с двумя полупроводниковыми электродами. Исследованы спектральные зависимости фотолюминесценции и квантового выхода МФ, впервые получены спектры распределения фотоэлектронов по энергиям в МФ с высоким разрешением. Измерения проводились при освещении МФ монохроматичным светом в диапазоне длин волн 400–950 нм и температурном интервале 90–300 К. На основе полученных данных сделаны выводы о наличии эффективного отрицательного электронного сродства в МФ. Изучены свойства исследуемого вакуумного фотодиода как солнечного элемента.

Страницы: 70-76

DOI: 10.15372/AUT20210508

9. Хафизов Р. З., Старцев В. В., Москвичев В. Ю. Матричные болометрические детекторы с высоким быстродействием

Аннотация:
Рассмотрены теоретические соотношения, оптимизирующие конструкцию микроболометрического элемента матричного детектора и обеспечивающие улучшение его характеристик быстродействия. Сформулированы требования к параметрам элементов и к используемым для их изготовления материалам, которые предоставляют принципиальную возможность минимизации постоянной времени тепловой релаксации болометрического сенсора в целях увеличения кадровой частоты матриц. Представлены результаты их моделирования, позволяющие провести оптимизацию конструкции и её реализацию с использованием современных технологических процессов формирования высокоэффективных микроболометрических элементов с учётом требований конкретных применений.

Страницы: 77-87

DOI: 10.15372/AUT20210509

10. Деребезов И. А., Гайслер А. В., Миронов А. Ю., Гайслер В. А. Микрорезонатор для излучателей на основе одиночных полупроводниковых квантовых точек

Аннотация:
Разработана конструкция и методика изготовления микрорезонатора на основе полупроводникового брэгговского отражателя и микролинзы, формируемой в процессе селективного окисления градиентного слоя Al_xGa_1-xAs. Конструкция микрорезонатора обеспечивает высокую внешнюю квантовую эффективность вывода излучения (до 70 %) и высокую эффективность ввода излучения в оптическое волокно. Микрорезонатор может быть использован для создания излучателей одиночных фотонов и излучателей фотонных пар, запутанных по поляризации, на основе одиночных полупроводниковых квантовых точек.

Страницы: 88-92

DOI: 10.15372/AUT20210510

11. Александров И. А., Малин Т. В., Протасов Д. Ю., Pecz B., Журавлев К. С. Фотолюминесценция квантовых ям GaN/AlN

Аннотация:
Исследована фотолюминесценция структур с множественными квантовыми ямами GaN/AlN, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Проведено сравнение расчётной зависимости энергии максимума полосы фотолюминесценции квантовых ям от толщины слоя GaN с экспериментом для различных отношений толщин слоёв GaN и AlN. Толщины слоёв GaN и AlN определялись методом просвечивающей электронной микроскопии. Расчёты энергии максимума полосы фотолюминесценции проводились в 6-зонном kp-приближении с учётом спонтанной и пьезоэлектрической поляризаций. По результатам расчёта при увеличении отношения толщины слоя GaN к толщине слоя AlN наклон зависимости энергии излучения от толщины слоя GaN уменьшается в соответствии с уменьшением напряжённости электрического поля в слое GaN. В квантовых ямах достаточно большой толщины наблюдается увеличение энергии максимума полосы излучения по сравнению с расчётом для нелегированных структур из-за ненамеренного легирования квантовых ям, приводящего к экранированию встроенного электрического поля.

Страницы: 93-98

DOI: 10.15372/AUT20210511

12. Марченко А. В., Курусь Н. Н., Колосветов А. А., Милёхин А. Г. Эмиссия света монослоями дисульфида молибдена

Аннотация:
Проведено комплексное исследование монослоёв дисульфида молибдена MoS₂, сформированных на кремниевой подложке, с помощью комбинационного рассеяния света, фотолюминесценции в сравнении с данными атомно-силовой микроскопии. Построены карты распределения интенсивности комбинационного рассеяния света оптическими фононами и экситонной фотолюминесценции от монослойных плёнок MoS₂. Получены зависимости частот основных колебательных мод MoS₂ (A_1g и E_2g) от толщины монослойных покрытий. Обнаружено усиление моды комбинационного рассеяния света оптического фонона кремния бислоем дисульфида молибдена. Выдвинута гипотеза об интерференционном усилении комбинационного рассеяния света на фононных модах кремния.

Страницы: 99-105

DOI: 10.15372/AUT20210512

13. Кидяров Б. И., Колосовский Е. А., Царев А. В., Неизвестный И. Г., Асеев А. Л., Латышев А. В., Чаплик А. В., Двуреченский А. В. Научное наследие С. В. Богданова

Аннотация:
Посвящается известному учёному-физику, основателю школы акустоэлектроники и акустооптики, члену-корреспонденту РАН Сергею Васильевичу Богданову в связи со столетием со дня рождения (02.08.1921–14.02.2017).

Страницы: 106-110

DOI: 10.15372/AUT20210513

14. Козлов А. И. Фундаментальные основы технологии мозаичных фотоприёмников сверхвысокой размерности (концептуальный обзор)

Аннотация:
Фундаментальные исследования основ создания мозаичных фотоприёмников (МФП) сверхвысокой размерности позволили оптимизировать прототип мозаичной технологии с уменьшением «слепых зон». При этом обеспечиваются минимальные области повреждения на краях кристаллов при разделении пластин с достижением минимальных зазоров между кристаллами смежных субмодулей до величины не более 2–3 мкм для разных определяющих материалов. Исследованы параметры инфракрасных МФП в зависимости от длины волны максимума спектральной характеристики фоточувствительности многослойных структур с квантовыми ямами, от шага фоточувствительных элементов и формата субмодулей. В ряде предложенных технологических вариантов прототипов слепые зоны МФП оптически перекрываются и обеспечивается предельная, 100 %-ная эффективность преобразования изображений. Мозаичная технология является одним из фундаментальных принципов достижения сверхвысокой размерности МФП с максимальной эффективностью преобразования изображений.

Страницы: 111-118

DOI: 10.15372/AUT20210514

15. Павский К. В., Курносов М. Г., Ефимов А. В., Крамаренко К. Е., Перышкова Е. Н., Поляков А. Ю. Алгоритмы оптимизации выполнения параллельных программ на высокопроизводительных системах при решении задач моделирования физических процессов

Аннотация:
Предложены алгоритмы, позволяющие повысить эффективность исполнения параллельных программ на высокопроизводительных вычислительных системах, в частности при решении задач моделирования физических процессов. Разработанные алгоритмы ориентированы на оптимизацию выполнения коллективных операций на многопроцессорных SMP/NUMA-узлах в стандарте MPI. Алгоритмы блокировки чтения-записи повышают эффективность синхронизации доступа к общей памяти относительно алгоритмов, используемых в библиотеке Open PMIx.

Страницы: 119-128

DOI: 10.15372/AUT20210515

Том 57 № 6 2021 (НОЯБРЬ – ДЕКАБРЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

 1. Сысоев Е. В., Латышев А. В. Измерение межатомного расстояния в кристаллической решётке кремния с использованием оптического сканирующего интерферометра

Аннотация:
Исследовано влияние характеристик оптической системы интерферометра на распределение спектральной плотности мощности проходящего через неё частично когерентного света. Представлены результаты измерений эффективной длины волны для частично когерентного источника света, установленного в интерферометр. Показано, что оптическая система интерферометра искажает спектр источника света, что приводит к систематической погрешности при измерениях. Использование атомно-гладких поверхностей в качестве зеркал в опорном и измерительном плечах интерферометра позволило исследовать влияние оптической системы интерферометра на фазовые искажения. Установлено, что из-за фазовых искажений оптической системы имеет место систематическая погрешность измерения рельефа более 5 нм по высоте. Показано, что использование атомно-гладкой поверхности в качестве эталонного объекта измерения даёт возможность значительно снизить эту погрешность (до 0,12 нм). Приведены результаты измерений эшелона атомных ступеней со счётным числом одноатомных слоёв на поверхности кристаллического кремния. Впервые экспериментально методами оптической низкокогерентной интерферометрии измерено среднее значение межатомного (межплоскостного) расстояния в кристаллической решётке образца Si с ориентацией [111], которое составляет 3,145 ± 0,003 Å.

Страницы: 3-11

DOI: 10.15372/AUT20210601

2. Нюшков Б. Н., Иваненко А. В., Смирнов С. В. Управление режимами и параметрами генерации волоконных лазеров с синхронизацией мод: возможности и перспективы

Аннотация:
Уникальная вариативность современной волоконной и интегральной оптики, развитие физики комплексных нелинейно-оптических явлений и нанофотоники способствовали разработке качественно новых подходов к реализации и управлению режимами импульсной генерации в волоконных лазерах в последнее десятилетие. В данной работе приведены структурированный обзор и сравнительный анализ актуальных методов статического и динамического управления режимами и параметрами генерации в волоконных лазерах с синхронизацией мод излучения.

Страницы: 12-28

DOI: 10.15372/AUT20210602

3. Деревянко Д. И., Пен Е. Ф., Шелковников В. В., Алиев С. И. Тонкослойные голографические фотополимерные материалы с большим изменением показателя преломления

Аннотация:
Методом записи отражательных и пропускающих объёмных элементарных голограмм исследованы модифицированные голографические фотополимерные материалы (ГФПМ), разработанные в НИОХ СО РАН, обеспечивающие в результате постобработки высокую дифракционную эффективность (ДЭ) при малой толщине регистрирующего слоя. Получены образцы объёмных отражательных голограмм с ДЭ порядка 90 % при толщине регистрирующего слоя около 6 мкм и модуляции показателя преломления ∆n не менее 0,036. Полученные голограммы имеют высокую прозрачность во всём видимом диапазоне спектра, малую усадку и хорошую однородность пространственной структуры решётки, о чём свидетельствует чёткая картина боковых лепестков контура спектрального отклика.

Страницы: 29-37

DOI: 10.15372/AUT20210603

4. Дубнищев Ю. Н., Арбузов В. А., Арбузов Э. В., Золотухина О. С. Изотропная Бессель — Гильберт-визуализация полей фазовой оптической плотности

Аннотация:

Обсуждаются метод и возможность реализации изотропной бессель — гильбертдиагностики полей фазовой оптической плотности газовых, конденсированных и реагирующих сред. Зондирующее поле в таких системах формируется в виде моно- или полихроматической конфигурации бесселевых пучков, пространственно-частотный фурье-спектр которых оптически сопряжён с концентрической фазовой структурой изотропного гильберт-фильтра, а цветовая структура соответствует спектральной чувствительности фотоматрицы видеокамеры, подключённой к компьютеру, который анализирует покадровую последовательность полученных изображений. Структура такого зондирующего поля устойчива к дифракционным возмущениям, индуцируемым исследуемой средой, и их влиянию на изотропность гильберт-визуализации фазовой оптической плотности. Область возможных приложений — экспериментальная гидро- и газодинамика, теплофизика, океанология, а также соответствующие промышленные технологии.

Страницы: 38-48

DOI: 10.15372/AUT20210604

5. Кирьянов В. П., Кирьянов А. В. Применение когерентных решётчатых фильтров в гониометрии

Аннотация:
Показано, что применение ансамбля считывающих головок определённого формата, согласованного с параметрами измерительного растра и матрицей индикаторных растров считывающих головок, позволяет существенно снизить искажающее действие систематической составляющей инструментальной погрешности растра. Отмечается, что рассмотренное в предлагаемой работе конкретное техническое решение по согласованию параметров комплементарных решётчатых фильтров не является единственным для используемого растра.

Страницы: 49-59

DOI: 10.15372/AUT20210605

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО- И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

6. Шелковников В. В., Микерин С. Л., Симанчук А. Э., Чубаков П. А., Коротаев С. В., Орлова Н. А., Бережная В. Н., Каргаполова И. Ю., Максимов А. М., Ищенко Р. А., Рязанов Н. Д. Нелинейно-оптические свойства полифтортрифенилпиразолиндицианоизофороновых красителей в матрице поликарбоната

Аннотация:
Представлены результаты экспериментальных работ по исследованию концентрационных зависимостей, временной и температурной стабильности квадратичного отклика материалов типа «гость—хозяин» на основе поликарбоната и оригинальных синтезированных красителей. Показано, что модификации хромофора дендронными боковыми заместителями существенно улучшают растворимость, позволяя создавать полимерные материалы с высоким содержанием оптически активных частиц. Материалы обладают высокой временной и температурной стабильностью и демонстрируют d₃₃  до 80 пм/В при концентрации хромофоров 2,5 • 10²⁰ см⁻³.

Страницы: 60-66

DOI: 10.15372/AUT20210606

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

7. Шипко В. В., Самойлин Е. А., Пожар В. Э., Мачихин А. С. Выделение контуров на гиперспектральных изображениях

Аннотация:
Рассмотрены основные подходы к выделению контуров объектов на гиперспектральных изображениях. Представлены алгоритмы выделения контуров спектрально-селективных объектов на основе пространственно-спектральной корреляции и межспектральной разности градиентов. Показана эффективность предложенных алгоритмов при обработке реальных гиперспектральных изображений при условии аддитивного гауссовского шума.

Страницы: 67-75

DOI: 10.15372/AUT20210607

8. Перепелкин Е. А. Инвариантность оценки состояния конечной цепи Маркова с дискретным временем

Аннотация:
Работа посвящена решению задачи построения оценки состояния конечной цепи Маркова с дискретным временем. Цепь Маркова рассматривается как линейная динамическая система с неполной информацией о состоянии. Оценка состояния строится на основе наблюдателя Люенбергера. Получены условия инвариантности оценки состояния к возмущениям вероятностей переходов в цепи Маркова. Рассмотрен численный пример.

Страницы: 76-81

DOI: 10.15372/AUT20210608

9. Шакенов А. К. Селекция особых точек, устойчивых к размытию и геометрическим искажениям изображений

Аннотация:
Предложен метод выбора устойчивых особых точек изображений, полученных с помощью алгоритмов BRISK и AKAZE. Метод основан на выделении точек, сохраняющихся на изображении после его значительного искажения. Приведены результаты численных экспериментов на базе 1000 изображений, подтверждающие эффективность предложенного метода. Установлено, что наборы точек, полученные с помощью предложенного метода, содержат в 3–5 раз больше устойчивых точек, чем случайные наборы такого же размера. Показано, что для выбора устойчивых точек более эффективным является использование значительных искажений изображений.

Страницы: 82-89

DOI: 10.15372/AUT20210609

10. Лапко А. В., Лапко В. А., Бахтина А. В. Исследование методики проверки гипотезы о независимости двухмерных случайных величин с использованием непараметрического классификатора

Аннотация:
Исследуются свойства методики проверки гипотезы о независимости случайных величин, основанной на использовании непараметрического алгоритма распознавания образов, соответствующего критерию максимального правдоподобия. Оценивание законов распределения в классах осуществляется по исходным статистическим данным в предположении независимости и зависимости сравниваемых случайных величин. В этих условиях вычисляются оценки вероятностей ошибок распознавания образов в классах. По минимальному их значению принимается решение о независимости либо зависимости случайных величин. Применение предлагаемой методики позволяет обойти проблему декомпозиции области значений случайных величин на многомерные интервалы. Эффективность предлагаемой методики при усложнении зависимости между случайными величинами и изменении объёма исходных статистических данных исследуется методом вычислительных экспериментов.

Страницы: 90-100

DOI: 10.15372/AUT20210610

МОДЕЛИРОВАНИЕ В ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

11. Макаров С. Н., Ступак М. Ф., Овчинников Д. А., Оберемок Ю. А. Расчёт допустимых погрешностей каналов 3D-сканера при измерении формы поверхности зеркальной системы обсерватории «Миллиметрон» в режиме эксплуатации на орбите

 Аннотация:
На базе разработанных ранее математической модели и алгоритмов функционирования системы контроля зеркальной системы обсерватории «Миллиметрон» представлены результаты численного моделирования получения допустимых значений погрешностей бортового 3D-сканера при предварительном измерении геометрических параметров пространственного расположения зеркальной системы обсерватории «Миллиметрон» с использованием оптических контрольных меток на поверхности зеркальной системы. При моделировании измерения геометрических параметров пространственного расположения контрольных меток рассмотрены два варианта их исполнения на панелях главного зеркала телескопа: вариант 1 — контрольные метки заданы в виде зеркальных сфер диаметром 10 мм, расположенных по четырём углам панелей главного зеркала; вариант 2 — контрольные метки варианта 1 дополнены миниатюрными поворотными зеркалами. Миниатюрные зеркала позволяют поворачивать измерительный луч так, чтобы через зеркало можно было измерить геометрические параметры контрольных меток, расположенных на смежных (для зеркал) панелях главного зеркала. Выявлено, что при достижении допустимых значений погрешностей работы 3D-сканера (9 мкм для дальномерного канала, 2 угл. сек для угломерных каналов) и применении комбинированных контрольных меток (вариант 2) потенциально возможно построение прибора для предварительной настройки зеркальной системы.

Страницы: 101-112

DOI: 10.15372/AUT20210611

12. Окольнишников В. В., Ордин А. А., Рудометов С. В. Разработка цифровой модели очистного забоя угольной шахты

Аннотация:
Представлены структура и цифровая модель очистного забоя угольной шахты. Цифровая модель содержит параметры угольного пласта, технические параметры используемых горных машин, экономические показатели. Цифровая модель может быть применена для поддержки принятия решений по увеличению производительности очистного забоя угольной шахты, оценки эффекта новой техники или новой технологии. Приведён пример использования цифровой модели для определения зависимости финансовых показателей функционирования очистного забоя от длины лавы и технологических схем добычи угля.

Страницы: 113-123

DOI: 10.15372/AUT20210612

13. Антипина Е. В., Мустафина С. А., Антипин А. Ф. Алгоритм решения задачи многоцелевой оптимизации на основе кинетической модели химической реакции

Аннотация:
Разработан численный алгоритм определения оптимальных режимных параметров химического процесса. В общем виде сформулирована постановка задачи многоцелевой оптимизации условий проведения химического процесса. Для решения поставленной задачи приведён генетический алгоритм, в основу которого положен метод FFGA, позволяющий определить множество оптимальных решений по Парето. Проведён вычислительный эксперимент для реакции аминометилирования тиолов в целях определения оптимальной температуры и времени протекания реакции, обеспечивающих максимальную конверсию исходных веществ и максимальную селективность образования целевого продукта реакции.

Страницы: 124-131

DOI: 10.15372/AUT20210613

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

14. Боровик С. Ю., Секисов Ю. Н., Блинов А. В., Лучшева М. В., Мухутдинов Ф. И. Средства диагностики и оценки остаточного ресурса пар трения в процессе эксплуатации газотурбинных двигателей

Аннотация:
Излагается подход к построению средств диагностики опасных состояний газотурбинных двигателей, вызванных разрушением подшипниковых узлов силовых установок. Подход основывается на непрерывном мониторинге воздействующих на подшипниковый узел внешних факторов и контроле наличия частиц металла в маслосистеме двигателя, которые осуществляются с помощью оригинальных одновитковых вихретоковых датчиков, моделировании износа подшипника и оценки его остаточного ресурса в изменяющихся рабочих условиях. Это позволяет оперативно определять остаточный ресурс подшипникового узла и прогнозировать время до его интенсивного разрушения, что, в свою очередь, обеспечивает возможность оперативного принятия мер по предупреждению развития аварийных ситуаций.

Страницы: 132-140

DOI: 10.15372/AUT20210614

Указатель статей, опубликованных в журнале "Автометрия" в 2021 году