Введение. При разработке и тестировании высокоскоростных линий связи цифровых электронных устройств проводится контроль формы электрических сигналов и наводок в линиях передачи с использованием глазковых диаграмм. В настоящее время контроль осуществляется с использованием многоканальных измерительных приборов, позволяющих определять форму импульсных сигналов и связанных с ними импульсных перекрестных помех.

Цель работы. Разработка способа слепой идентификации модели неизвестного сигнала, измеренного цифровым осциллографом в микрополосковых линиях передачи.

Материалы и методы. В работе использована модель сигнала, представляющего собой сумму информационного сигнала, межсимвольной интерференции и перекрестной помехи от соседней линии передачи в предположении статистической независимости символов их источников. Реализованный способ слепой идентификации позволил выполнить разделение трех компонент сигнала и определить их парциальные импульсные отклики. Предложенная процедура оценки характеристик модели сигнала включает в себя предварительную обработку измеренных данных с использованием метода главных компонент и последующий анализ независимых компонент на основе статистических характеристик четвертого порядка.

Результаты. В статье представлены результаты параллельной и независимой обработки экспериментальных данных, измеренных в микрополосковых линиях передачи двух близкорасположенных печатных плат, демонстрирующие эффективность предложенного способа разделения сигналов. Проведено сравнение методов слепого разделения сигналов на основе статистик второго порядка, кумулянтов четвертого порядка и метода независимых компонент. Результаты проведенного моделирования показали, что для произвольной формы парциальных импульсов метод независимых компонент обеспечивает наилучшее качество восстановления.

Заключение. Разработанный способ слепой идентификации параметров сигналов, измеренных в высокоскоростных линиях связи цифровых электронных устройств, позволит расширить функционал систем проектирования и тестирования многоканальных проводных линий связи.

Введение. Автоматический захват и сопровождение движущихся объектов в видеоданных, получаемых видеокамерой, установленной на подвижном носителе, является сегодня одной из самых востребованных задач. К факторам, затрудняющим ее успешное решение, относятся сложная фоновая обстановка, наличие ситуаций перекрытия объектов фоном и друг другом, существенное и быстрое изменение размеров объекта интереса, существенно нелинейная траектория с резкими изменениями направления движения подвижного носителя, на котором установлен сенсор.

Цель работы. Разработать метод автоматического захвата и сопровождения движущихся объектов в видеоданных, полученных в сложных условиях наблюдения. Дополнительным требованием к методу на этапе сопровождения является ограничение на вычислительные ресурсы.

Материалы и методы. Автоматический захват основан на сверточной нейронной сети с архитектурой YOLOv8. Сопровождение объектов реализовано без нейросетевых решений. Для обеспечения устойчивого сопровождения использованы одновременно несколько детекторов с последующим анализом получаемых ими данных. Применен детектор на основе гистограмм ориентированных градиентов (HOG), дополненный детектором на основе корреляционной фильтрации и предсказанием траектории движения на основе фильтра Калмана.

Результаты. На этапе автоматического захвата значение оценки вероятности правильного обнаружения TPR равно 0.81, оценка вероятности ложной тревоги параметра FPR соответствует 0.10. На этапе сопровождения интенсивность отказов (срывов сопровождения) 6·10 ^–5.

Заключение. Предложенный метод позволяет обнаруживать и успешно сопровождать объекты на расстоянии 1500 м при размере проекции объекта на плоскость кадра 5 × 5 пикселов в условиях глобального движения, сложного фона и существенной динамики свойств объекта интереса.

Введение. Дистанционное зондирование и мониторинг морской поверхности имеют огромное значение в контексте решения задач оперативной океанографии, экологического мониторинга и ряда др. Возможность оперативной оценки состояния морской поверхности особенно актуальна в зонах, представляющих опасность для судоходства, где быстрое и точное реагирование становится критически важным. Современные радиолокационные станции (РЛС) при обзоре формируют последовательности цифровых радиолокационных изображений (РЛИ), аналогичные последовательностям кадров в видеопотоке, что обусловливает возможность применения для их вторичной обработки градиентных методов, зарекомендовавших себя при анализе видеоданных.

Цель работы. Определение характеристик морского волнения по РЛИ с использованием методов градиентной оценки движения. Использование градиентных методов позволит реализовать дополнительные инструменты обработки изображений, формируемых при отражении зондирующих сигналов от морской поверхности.

Материалы и методы. Для оценки характеристик морской поверхности по РЛИ использованы градиентные методы. Для их обучения служили серии синтезированных изображений морской поверхности, полученные методом математического моделирования. Эффективность градиентных методов оценивалась по экспериментальным РЛИ, предоставленным ИО РАН им. Ширшова.

Результаты. С помощью градиентных методов вычислены направление и скорость волнения по нескольким последовательным обзорам РЛС. Построены регрессионные модели зависимости вычисленных значений от заданных. При определении направления волнения высокую эффективность продемонстрировали методы Fаrnеback и TV-L1.

Заключение. Алгоритм вычисления скорости и направления смещения морской поверхности с помощью градиентных методов был предварительно обучен с применением модельных данных. Выполнена верификация реализованных методов и алгоритмов оценки скорости и направления морского волнения на предмет адекватности и реалистичности получаемых результатов сравнением с экспериментальными изображениями, найденными с использованием корабельных РЛС.

Введение. Существующие средства САПР электродинамического моделирования, применяемые для анализа сложных волноведущих структур СВЧ-диапазона, используют метод конечных элементов. Однако в области терагерцового диапазона определение канализирующих свойств слоистых диэлектрических волноводов становится сложной задачей. В первую очередь это связано с построением сетки разбиения слоистой структуры с учетом особенностей, накладываемых на поведение электромагнитного поля на границах сред с различной относительной диэлектрической проницаемостью. В данной статье использована идея метода конечных элементов для решения задачи поиска постоянной распространения в плоском многослойном диэлектрическом волноводе и показано как уменьшить количество элементов при задании оптимальных граничных условий. На основе полученной расчетной модели рассмотрена возможность построения дифракционных антенн, работающих в терагерцовом диапазоне.

Цель работы. Построение вычислительной модели расчета плоского диэлектрического волновода методом конечных элементов, определение дисперсионных характеристик анализируемой структуры в терагерцовом диапазоне частот (ТГц). Обсуждение вопроса построения дифракционной антенны на диэлектрической структуре в различном конструктивном исполнении.

Материалы и методы. Вычислительная математическая модель для анализа сложной слоистой структуры выполнена на базе уравнений Максвелла и метода конечных элементов с применением граничных условий для касательных и нормальных компонент электромагнитного поля.

Результаты. Проведен численный анализ дисперсионных характеристик структур со сложным диэлектрическим заполнением, рассмотрены варианты дифракционных антенн для применения в ТГц-диапазоне.

Заключение. Созданные математические модели позволили численно оценить канализирующие свойства диэлектрических структур в терагерцовом диапазоне, на основе которых возможно построение дифракционных антенн.

Введение. Использование спинтронной компонентной базы значительно повышает быстродействие, уменьшает размеры и снижает энергопотребление современных электронных устройств. Неотъемлемой частью спинтронных устройств является спинтронный осциллятор (СО). Связывание многих СО (> 100) в ансамбли с дальнейшей синхронизацией позволяет нивелировать такие недостатки СО, как малая выходная мощность и высокие фазовые шумы, так как выходная мощность ансамбля СО увеличивается в сравнении с единичным осциллятором, в то время как ширина спектральной линии ансамбля уменьшается.

Цель работы. Исследование влияния топологии связи, механизмов связи и отказов в работе СО на синхронизацию ансамбля осцилляторов.

Материалы и методы. Для упрощения численного моделирования синхронизации ансамбля N связанных СО была использована фазовая модель Курамото.

Результаты. Получено уравнение Курамото для фаз связанных в ансамбль СО, продемонстрировано влияние топологии связи и отказов в работе СО на параметры синхронизации ансамбля N связанных осцилляторов.

Заключение. Показано, что для наименьшего времени перехода ансамбля СО в синхронный режим предпочтительнее выбирать топологии с бо́льшим числом связей между осцилляторами (например, "все со всеми"). На основании полученных результатов сделан вывод о преимуществах локальной связи ансамбля СО общим током, обеспечивающей топологию ансамбля "все со всеми", благодаря чему время перехода ансамбля СО в синхронный режим наименее зависимо от отказов в работе осцилляторов и увеличения количества синхронизируемых СО.

Введение. Быстрое развитие тепловизионной техники и наличие определенного опыта инструментального анализа тепловых процессов в теле пациента с целью определения его состояния создают предпосылки к разработке перспективного современного медицинского тепловизионного комплекса (тепловизора).

Цель работы. Создание отечественного "малобюджетного" медицинского тепловизионного комплекса для медицинской диагностики с расширенными функциональными возможностями.

Материалы и методы. Распределение температуры на поверхности тела человека зависит от его внутреннего состояния и внешней среды. Для каждого человека это распределение имеет свои физиологические особенности, изучение и интерпретация которых могут быть значимыми для диагностики конкретных патологий или оценки общего (психофизического) состояния. Результаты анализа температурных полей на поверхности тела человека позволяют диагностировать различные патологические процессы, которые проявляются в виде локальных изменений температуры на отдельных его участках. Предлагаемая методика термодиагностики предполагает измерение температуры в каждой точке такого участка одномоментно (в статике) или на протяжении некоторого времени (в динамике). В отличие от традиционного подхода для этой цели используется два тепловизионных датчика: матричный малоформатный, а потому "малобюджетный", и точечный. Такая комбинация датчиков при съемке с уменьшенного в разы, по сравнению с традиционным подходом, расстояния обеспечивает необходимую дискретизацию картины температурного поля даже больших по площади участков поверхности тела человека.

Результаты. Разработаны принципиальная электрическая схема и конструкция современного тепловизионного комплекса. Оценены его преимущества перед аналогичными устройствами. Предложена и апробирована методика регистрации и анализа температуры в точке, а также температурного поля как отдельного участка, так и больших по площади областей на поверхности тела человека.

Заключение. Апробация материального макета тепловизионного комплекса на базе крупных медицинских учреждений Санкт-Петербурга показала его широкие функциональные возможности при простоте и удобстве эксплуатации.

Введение. Развивается подход к построению гироскопического инклинометра (ГИ) на основе одного одноосного датчика угловой скорости (ДУС). Констатируется, что такой ГИ следует считать модификацией продольной схемы, сохраняющей известный недостаток тактико-технических характеристик – отсутствие адаптивности к траектории, т. е. соизмеримости погрешностей ГИ при различных зенитных углах. Следующий значимый шаг в развитии схемы с одним ДУС является задачей настоящей работы – это кратное повышение точности измерения азимута для вертикальных и "прилегающих к вертикали" скважин при работе ГИ в непрерывном режиме.

Цель работы. Придание ГИ на базе одноосного ДУС свойства адаптивности к траектории скважины: конструктивная модификация, сравнительный анализ ошибок.

Материалы и методы. Алгоритмы идеальной работы новой схемы в непрерывном режиме синтезируются на основе матричных преобразований координат и уравнений Эйлера. При анализе свойств ошибок ориентации используются методы линеаризации, интегральное исчисление, основы вариационного исчисления и теория линейных дифференциальных уравнений.

Результаты. Придание модифицированной схеме ГИ свойства адаптивности к траектории достигнуто за счет предусмотренного в конструкции отклонения положения оси чувствительности ДУС на некоторый угол неортогональности к продольной оси ГИ. При проектировании ГИ на базе развитого подхода удается реализовать значение этого угла 20°, что обеспечивает эффективный уровень адаптивности к траектории ствола в непрерывном режиме, а увеличение погрешности компасирования не выходит за рамки неопределенности статистических характеристик дрейфа ДУС.

Заключение. Разработанная схема ГИ позволяет в несколько раз снизить влияние дрейфа ДУС на точность выработки азимута в зоне переходных зенитных углов (от "вертикальных" стволов к наклонно направленным) по сравнению с известной точностью для "продольной" схемы, сохраняя тем самым в процессе движения в скважине повышенную точность начальной выставки в ее устье.

Введение. Формирование контактной поверхности в протезировании и ортезировании имеет решающее значение для восстановления опорно-двигательных функций человека. Рассмотрены особенности методов снижения уровня шума поверхности трехмерной модели, полученной после оптического сканирования, разработан алгоритм изготовления индивидуального протезно-ортопедического изделия.

Цель работы. Исследование и разработка методов цифровой фильтрации 3D-поверхностей, полученных после оптического сканирования, для дальнейшего моделирования индивидуальных модулей протезноортопедических изделий.

Материалы и методы. Предлагается усовершенствовать этап предварительной обработки трехмерной модели с помощью методов сглаживания и шумоподавления. Для тестирования были отобраны 50 оптических 3D-сканов и выбраны алгоритмы устранения шума: билатеральная фильтрация, анизотропное сглаживание, средняя и медианная фильтрация.

Результаты. Исследование проводилось на 3D-сканах усеченных нижних конечностей и заготовок для изготовления ортезов – корсетов Шено, полученных от Института протезирования и ортезирования ФГБУ ФНOЦ МСЭ и Р им. Г. А. Альбрехта Минтруда России. Предложен метод очищения от шумов и сглаживания поверхностей 3D-моделей для изготовления протезно-ортопедических изделий. Описание применения подобных методов в литературе найти не удалось, возможно, потому, что для изготовления протезов и ортезов чаще всего используется гипсовая технология. Было рассчитано отношение сигнал/шум по метрике SNR – δSNR с усреднением по сканированиям и значениям SNR и среднее время фильтрации. Результаты исследования показывают, что лучшим является метод билатеральной фильтрации с δ-SNR = 11.3362 дБ и временем выполнения 8.8900 с.

Заключение. Применение вышеуказанных методов для предварительной обработки трехмерных оптических сканов человека обеспечило высокие результаты при формировании 3D-моделей модулей протезно-ортопедических изделий. Исследование представляет интерес для работы в направлении автоматизации процессов изготовления протезно-ортопедических изделий, особенно ввиду вызовов современной геополитической обстановки.

Введение. В настоящее время важнейшей задачей является экологический мониторинг акваторий морей и океанов и своевременное выявление на поверхности воды результатов техногенных катастроф, в том числе обнаружение загрязнения нефтепродуктами. Для эффективного выполнения данной задачи проводится контроль над акваториями морей и океанов с использованием средств космического и воздушного базирования. Однако из-за того, что водная поверхность занимает большую часть общей площади планеты, объем подлежащих контролю данных становится запредельно большим. Данная проблема решается с помощью отбора только тех фотои видеоматериалов, на которых обнаружены следы разливов нефтепродуктов и других техногенных катастроф.

Цель работы. Разработка научно-технического подхода, позволяющего автоматически осуществлять выборку изображений, полученных с систем видового контроля, предоставляя только актуальные изображения.

Материалы и методы. В теоретической части исследования применяется метод классификации на основе методов теории распознавания образов. Сравнивалось тестовое изображение, на котором присутствует разлив нефтепродуктов на поверхности Черного моря, с этим же изображением, представленным в формате BMP с разными кодировками глубины цвета, а также с этим же изображением, представленным в формате JPEG. В ходе работы использовалась ЭВМ для обработки растровых изображений. Моделирование проводилось в среде САПР MathCAD.

Результаты. Для подтверждения результата проведен эксперимент с 200 изображениями. В результате визуального анализа можно заключить, что наиболее близко к тестовому изображению изображение в формате JPEG, на котором приведенная граница позволяет четко выделить зону разлива нефтепродуктов.

Заключение. По результатам эксперимента с различными форматами файлов растровых изображений в качестве исходных данных представляется необходимым использовать изображения, полученные с помощью систем визуального контроля, представленные в формате JPEG. Сформированы направления дальнейшего исследования.

Памяти Виктора Михайловича Устинова