Актуальность и цели. Целью работы является оценка информативности биометрических данных, представленных обычными гистограммами и сильно прореженными гистограммами, являющимися спектральными линиями на выходе хи-квадрат математической молекулы. Материалы и методы. При синтезе гистограмм из 7 столбцов на выборке в 21 пример биометрического образа используется специальное условие, по которому математическое ожидание выборки точно размещается в центре центрального столбца гистограммы. В этом случае выходной спектр хи-квадрат молекулы становится дискретным и имеет 415 спектральных линий значимой амплитуды. В статье предложено оценивать взаимную информативность столбцов гистограмм и линий спектра для нормального и равномерного законов распределения значений. Результаты. Оказалось, что информативность 7 столбцов обычной гистограммы всегда меньше 10,71 бит. При том же правиле вычисления информативности 218 спектральных линий хи-квадрат молекулы составляет 536,5 бита. Наблюдается более чем 50-кратный рост информативности данных малых выборок, если отказаться от традиционного применения хи-квадрат критерия. Выводы. Потенциал анализа выходного дискретного спектра хи-квадрат молекулы намного выше, чем потенциал обычной статистической обработки данных по хи-квадрат критерию. Вместо 7 столбцов гистограммы получается сильно прореженная гистограмма с 415 столбцами, при этом уровни средней информативности столбцов обычной гистограммы - 1,53 бита, а средней информативности спектральных линий (сильно прореженной гистограммы) - 1,29 бита. Информативность параметров обработки данных оказывается сопоставимой.
Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки
2018. — Выпуск 1
Содержание:
Актуальность и цели. Целью работы является сопоставительная оценка мощностей обычных нейронов с линейным суммированием и нейронов с квадратичным суммированием нормированных и центрированных биометрических данных. Материалы и методы. Обучение обычных нейронов преобразователя биометрии в код абсолютно устойчиво для клона алгоритмов ветви ГОСТ Р 52633.5-2011. Такой же устойчивостью обладают алгоритмы обучения радиально-базисных нейронов. В плане устойчивости нет разницы между обучением нейронов с линейным и квадратичным обогащением данных. Результаты. Показано, что вероятности ошибок первого и второго рода при обработке биометрических данных обычными нейронами намного больше, чем при обработке радиально-базисными нейронами. При этом наклон линии роста мощности квадратичных нейронов в зависимости от размерности задачи имеет наклон в несколько раз более крутой, чем для линейных нейронов. Наблюдается очень быстрый рост мощности квадратичных нейронов с ростом числа входов у них. Выводы. Высокая мощность квадратичных нейронов делает их крайне перспективными для применения в нейросетевых преобразователей биометрии. Необходимо направить усилия на то, чтобы разработать специальные меры, устраняющие недостаток квадратичных нейронов, хранящих открыто математическое ожидание и стандартное отклонение персональных биометрических параметров.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Производительность информационной системы - это один из главных показателей ее эффективности. Большинство существующих информационных систем используют реляционные базы данных для хранения информации. Проектирование базы данных для информационной системы заключается в последовательной разработке концептуальной, логической и физической модели. Эта последовательность проектирования доказала свою эффективность в случае, когда требования к базе данных, продиктованные предметной областью, строго формализованы, нагрузка на сервер баз данных прогнозируема. Но существуют случаи, когда информационных систем, работающих с базой данных, несколько. Каждая из них имеет свои требования, иногда противоречивые, к информации, которая должна быть предоставлена базой данных за минимально возможное время. В таких случаях задачи прогнозирования нагрузки, выделения наиболее ресурсоемких запросов требуют применения методов системного анализа. Целью работы является теоретическое обоснование методики повышения производительности информационной системы за счет оптимальной реструктуризации данных. Материалы и методы. Получение оптимального разбиения исследуемой табличной структуры на дочерние начинается с системного анализа способов хранения данных системой управления базой данных (СУБД). Для формализации предметной области выделены параметры и множества, влияющие на скорость обработки запросов на чтение информации к исследуемой таблице базы данных. Рассмотрен существующий подход к хранению строк данных таблиц в виде блоков на дисковом накопителе. Сформулирована задача оптимизации количества блоков данных, необходимых для обработки группы запросов на чтение информации. Предложена целевая функция, введены структурные ограничения. Предложен метод поиска субоптимального решения. Описан алгоритм методики. Выводы . Предложен подход к нахождению субоптимального разбиения исследуемой табличной структуры на дочерние. Предложенная методика особенно актуальна для таблиц баз данных, содержащих большой набор строк. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании отечественных СУБД. Дальнейшие исследования в этой области связаны с разработкой методик поиска оптимальных разбиений табличных структур баз данных без необходимости введения ограничений на максимально возможное число дочерних таблиц.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Объектом исследования являются распределительные электрические сети объектов индивидуального жилья. Предметом исследования являются процессы контроля, анализа и управления распределением (потреблением) электрической энергии в секторе индивидуального жилья. Цель работы - на основе разработки модели функционирования системы контроля распределения электрической энергии как процесса взаимодействия множеств предложить состав комплекса средств учета электроэнергии. Материалы и методы . Исследование вопросов распределения средств учета электроэнергии в электросетях как комплекса определенных средств учета выполнено на основе теории множеств, метода анализа иерархий и экспертных знаниях о предметной области. Результаты. Разработана базовая модель системы контроля распределения электрической энергии на основе теории множеств. На основе базовой модели разработаны модели системы контроля распределения электрической энергии с использованием теории нечетких множеств и нечетких соответствий. Приведены конкретные примеры использования данных моделей. Выводы. Описание функционирования системы контроля распределения электрической энергии в виде взаимодействия множеств позволяет предложить состав комплекса по учету и контролю за электроэнергией, основываясь на экспертных знаниях. Создание модели возможно с различными вариантами применения теории множеств. Полученные в моделях коэффициенты соответствия множества средств учета и контроля электроэнергии и множества элементов электрической сети показывают уровень необходимости наличия того или иного средства учета в каждой зоне сети, в совокупности определяя желаемый состав системы контроля распределения электроэнергии.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Заболевания сердечно-сосудистой системы представляют собой важную медицинскую и социальную проблему. Одним из возможных средств снижения последствий заболеваний сердца является использование мобильных средства мониторинга электрокардиосигналов, которые позволяют производить анализ электрокардиосигнала на протяжении продолжительного времени в условиях повседневной жизни. Объект исследования - мобильные системы мониторинга электрокадиосигналов. Предмет исследования - технические средства реализации основных этапов мониторинга. Материалы и методы. Исследования выполнены с использованием теории обработки сигналов, анализа и обработки информации, системного анализа, а также методов разработки прикладного программного обеспечения информационно-вычислительных систем на основе мобильных вычислительных платформ. Результаты. Разработаны и проанализированы: 1) архитектура системы мобильного мониторинга электрокардиосигналов; 2) требования к основным компонентам системы; 3) особенности длительного мониторинга электрокардиосигналов; 4) схема обработки данных для системы мобильного мониторинга. Выводы. Предложенные технические средства для мобильного мониторинга электрокардиосигналов учитывают специфику длительной регистрации сигнала в условиях свободной двигательной активности. Применение данных средств позволит разрабатывать портативные системы контроля работы сердца на современных мобильных платформах для использования широким кругом пользователей.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Диагностика психических расстройств осуществляется в рамках медицинских стандартов и норм. Оценка состояния пациента с пограничными психическими расстройствами осуществляется на основе результатов психометрического обследования (тестовые методы) и осмотра состояния пациента врачом. Целью представленной работы является внедрение в клиническую практику врача методов оценки состояния психического здоровья человека посредством анализа ЭКГ-сигналов. Материалы и методы. Для анализа ЭКГ-сигналов используются преобразование Гильберта - Хуанга и обработка данных в системе координат энергия-частота-время. Для изучения сигналов и определения новых параметров психического здоровья человека используется запатентованная верифицированная база ЭКГ-сигналов пациентов с пограничными психическими расстройствами. Результаты. Разработан алгоритм определения пограничных психических расстройств на ЭКГ-сигнале, позволяющий на амплитудно-временных и энергетических составляющих сигнала, полученных в результате преобразования Гильберта - Хуанга, определить период возникновения психотравмирующей ситуации. Выводы. Разработан и исследован новый оригинальный алгоритм определения пограничных психических расстройств на ЭКГ-сигнале, позволяющий с высокой точностью оценивать по результатам обработки ЭКГ состояние психического здоровья человека.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Широкое внедрение интеллектуальных сетей электроснабжения нового поколения (сетей Smart Grid ) и цифровых подстанций (ЦПС) определяет необходимость автоматизации большинства этапов их проектирования, включая разработку человеко-машинного интерфейса (ЧМИ). Целью данной работы является разработка методики автоматической генерации системы функциональных блоков международного стандарта МЭК 61499 (как элемента распределенной SCADA-системы) для взаимодействия оператора с устройствами ЦПС, построенных в соответствии с международным стандартом МЭК 61850. Материалы и методы. При проведении исследования использовался волновой алгоритм Ли для трассировки соединений, шаблон MVC для проектирования структуры системы автоматизации ЦПС и технология функциональных блоков стандарта МЭК 61499 для реализации распределенных приложений. Результаты. В ходе выполнения работы были получены следующие научные и практические результаты: 1) инженерная методика генерации функциональных блоков, реализующих ЧМИ для автоматизации ЦПС МЭК 61850; 2) модифицированный алгоритм Ли, отличающийся от известных возможностью соединения не только узла с узлом, но и узла с уже проложенным соединением, причем в качестве исходной вершины для распространения волны всегда выбирается неподключенная вершина или вершина с наименьшей степенью связности, что позволяет ускорить процесс трассировки пути, а также повысить читабельность экранных представлений электрических схем в ЧМИ; 3) библиотека функциональных блоков, моделирующих и визуализирующих типы устройств ЦПС, а также управляющих ими; 4) автоматический транслятор, преобразующий исходное SCD-описание ЦПС в систему функциональных блоков, реализующую ЧМИ, который в дальнейшем может интегрироваться в систему автоматизации ЦПС в целом. Выводы. Эффективность предложенной методики автоматической генерации функциональных блоков для создания ЧМИ подтверждается опытом создания и эксплуатации соответствующих инструментальных программных средств, в том числе опробованных на реальных примерах на стенде в лаборатории AIC3 Lab (университет LTU, Швеция).
Ключевые слова
Актуальность и цели . В настоящее время теория и техника антенн является одной из наиболее быстро развивающихся областей радиотехники. Современные достижения в теории и технике антенн основываются на последних достижениях в физике и математике. В связи с необходимостью миниатюризации антенн, применяемых в мобильных устройствах, происходит внедрение методов фрактальной геометрии в радиотехнику. В течение последних десятилетий наблюдается возрастающий интерес к настроению и исследованию фрактальных и генетических антенн. В связи с этим возникает необходимость в разработке аналитических, численных и программных методов анализа и синтеза фрактальных и генетических антенн. Статья посвящена исследованию фрактальных антенн, построенных на топологии «совершенного» множества Кантора и «ковра» Серпинского. Материалы и методы . В работе используются методы вычислительной математики, математического моделирования, вычислительной физики. Результаты . Получены электродинамические характеристики фрактальных антенн, построенных на предфракталах совершенного множества Кантора и предфракталах «ковра» Серпинского (третьих и вторых итерациях соответствующих фракталов). Проведен анализ влияния топологии фрактальных антенн на электродинамические характеристики. Выводы . Продемонстрировано влияние геометрической структуры антенны на ее электродинамические характеристики. Показана возможность синтеза фрактальных антенн на основе численных методов. Результаты работы могут быть использованы при исследовании и конструировании фрактальных антенн с различной топологией.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Перспективным направлением для обеспечения высокоскоростных систем передач информации являются разработки приборов и устройств в терагерцовом диапазоне частот. Целью представленной работы является проектирование антенны в диапазоне 105-115 ГГц, имеющей высокий коэффициент усиления при малом значении ширины диаграммы направленности главного лепестка. Антенное устройство обеспечивает узконаправленное излучение для создания высокоэффективных систем связи. При этом минимизация массогабаритных параметров устройства рассматривается одним из важнейших критериев, предъявляемых к современным устройствам. В работе представлен вариант упрощения конструкции питающего слоя существующего прототипа антенны. Материалы и методы. После обоснованного выбора топологии устройства моделирование, оптимизация и расчет основных характеристик устройства производились в САПР СSТ Мiсrоwаvе Studiо. Электродинамический анализ структуры основан на использовании метода конечных элементов. Оптимизация, заключающаяся в более точной подстройке геометрических параметров устройства для достижения требуемых характеристик, основана на локальном методе Сlаssiс Роwеll (классический метод Пауэлла). Результаты. Разработаны компьютерные модели щелевых антенных решеток. Предложен компактный вариант исполнения устройства с планарным исполнением питающего слоя. Первичный анализ и оптимизация проводились для решеток размерностями 16×16 и 32×32. При реализации антенных решеток с большим количеством излучающих щелей предложена их модернизация с введением дополнительного питающего слоя. Сопоставлены основные характеристики анализируемых устройств и устройств прототипов. Исследовано влияние на характеристики антенной решетки ее конструктивных элементов, в частности, введенных согласующих выступов в питающем слое. Выводы. Показано, что введение согласующих выступов в питающем слое не только не улучшает основные характеристики устройства, но и увеличивает нежелательные отражения для топологии щелевой антенной решетки на высоких частотах. При увеличении размерности антенной решетки отрицательное влияние выступов на коэффициент отражения усиливается. Отказ от данных выступов позволил существенно упростить топологию питающего слоя конструкции и, как следствие, изготовление устройства в целом.
Ключевые слова
Актуальность и цели . Анализ инструментальной составляющей погрешности ΣΔ-АЦП, относящиеся к преобразователям информации неканонического вида, представляет весьма сложную задачу, поскольку отсутствует возможность использования принципа декомпозиции, т.е. разложения структуры Σ∆-АЦП на отдельные слабо связанные звенья. В связи с эти проведен анализ инструментальной составляющей погрешности данного класса преобразователей информации в программных средах NI Мultisim и Simulinк. Материалы и методы . В работе проведен анализ влияния реальных параметров элементов на инструментальную погрешность Σ∆-АЦП. Имитационная модель разработана в NI Мultisim. Результаты и выводы . Приведенные модельные исследования зависимости линейности передаточной функции ΣΔ-АЦП от параметров аналоговых элементов Σ∆-модулятора и аналого-цифрового фильтра показали достаточно сильную зависимость инструментальной составляющей погрешности от значений коэффициентов децимации и входного напряжения.
Ключевые слова
Актуальность и цели. Применение различных образцов артиллерийского вооружения по назначению в арктических регионах может быть осложнено климатическими условиями, главными из которых являются скорость ветра и температура окружающей среды. Задача заключается в определении ветровой нагрузки на образцы артиллерийского вооружения с учетом указанных особенностей. В настоящее время существуют нормативные документы по расчету ветровой нагрузки только на строительные и крановые конструкции. Цель исследования - провести анализ существующих методов расчета ветровой нагрузки и предложить способ ее определения на основе компьютерного моделирования. Материалы и методы. Для решения поставленной задачи использовались нормативные документы по расчету ветровой нагрузки: СНиП 2.01.07-85, ГОСТ 1451-77 и предлагаемый программный комплекс ХFlоw. Результаты. Предложен способ расчета ветровой нагрузки на образцы артиллерийского вооружения на основе применения предложенного программного комплекса ХFlоw. Проведены сравнительные расчеты ветровой нагрузки по нормативным документам и ХFlоw. Выводы. Определение ветровой нагрузки на образцы артиллерийского вооружения с использованием ЭВМ и программного комплекса ХFlоw позволяет учитывать климатические особенности арктического региона и геометрические формы конкретного объекта. Время выполнения расчетов существенно сокращается.