Цели. В то время как объем персональных данных, передаваемых по сети, продолжает расти, законодательные органы все более жестко регулируют процессы хранения и обработки цифровой информации. В работе рассматривается проблема защиты персональных данных и другой конфиденциальной информации (КИ), например, банковской или врачебной тайны, физических лиц. Одним из способов защиты конфиденциальных данных является их обезличивание – преобразование, в результате которого становится невозможно установить принадлежность этих данных конкретному субъекту. Цель работы – построение автоматической системы, позволяющей быстро и безопасно обезличивать данные с помощью технологий машинного обучения.

Методы. Предлагается использовать модели искусственного интеллекта для реализации системы автоматического обезличивания КИ, т.к. это дает возможность распознавать КИ даже в неструктурированных данных с достаточно высокой точностью без привлечения человеческого труда. Для повышения точности всей системы обезличивания предлагается использовать алгоритмы на основе правил.

Результаты. На конфиденциальных данных, размеченных авторами для решения данной задачи, обучена модель распознавания именованных сущностей, которая в связке с алгоритмами на основе правил в результате имеет значение F1-меры больше, чем 0.9. Реализовано несколько вариаций алгоритмов обезличивания, что позволяет выбирать между ними для каждой конкретной задачи.

Выводы. Разработанная система решает задачу автоматического обезличивания КИ. Это открывает возможность для безопасной обработки и передачи КИ во многих областях, например, в банковской деятельности, государственном управлении, рекламных кампаниях. Также автоматизация процесса обезличивания делает возможной передачу КИ в тех случаях, когда это необходимо, но невозможно в силу правовых ограничений. Отличительная особенность разработанного решения заключается в том, что обезличиваются как структурированные данные, так и неструктурированные, в т.ч. с сохранением контекста.

Цели. Быстрая классификация данных на основе имеющихся в них закономерностей является одним из главных вопросов для построения систем адаптивного искусственного интеллекта. Цель работы – предложить и верифицировать метод такой классификации на основе представления данных в виде квантового состояния или (альтернативно) в виде геометрического объекта в пространстве, свойства которого позволяют производить машинное обучение «на лету» (онлайн-обучение).

Методы. В работе используется фейнмановский формализм для представления квантовых состояний и операций над ними, представление квантовых вычислений в виде квантовых схем, геометрические преобразования, топологическая классификация, а также методы классического и квантового машинного обучения. В качестве инструмента разработки использовался язык программирования Python, средства оптимизации для машинного обучения взяты из модуля SciPy. Размеченные данные для анализа взяты из открытых источников. Препроцессинг данных произведен методом отображения признаков в числовые векторы, затем применен метод приведения данных к нужной размерности и далее – отображение данных в квантовое состояние. Используется собственный эмулятор квантовых вычислений (находится в открытом доступе).

Результаты. Результаты вычислительных экспериментов выявили способность очень простых квантовых схем к классификации данных без оптимизации. Получены сравнительные показатели качества классификации без использования оптимизации, а также с ее использованием. Эксперименты проведены с различными датасетами и для различных значений размерности пространств признаков. Работоспособность предложенных в работе моделей и методов машинного обучения, а также методов их объединения в сетевые структуры, подтверждена практически.

Выводы. Предложенный метод машинного обучения и построения квантовых нейронных сетей может быть применен для создания систем адаптивного искусственного интеллекта в составе модуля онлайн-обучения. Отсутствие оптимизации в процессе онлайн-обучения позволяет применять его в потоке данных, т.е., адаптироваться к изменениям среды. Разработанное алгоритмическое обеспечение не требует наличия квантовых компьютеров и может быть применено при разработке программного обеспечения систем искусственного интеллекта на языке Python в качестве импортируемых модулей.

Цели. Целью работы является исследование шероховатости поверхности токонесущей топологии и диэлектрика верхней (Top Layer) и нижней (Bottom Layer) сторон СВЧ-модулей, изготовленных по аддитивной технологии трехмерной печати при прототипировании опытных образцов СВЧ-модулей на 3D-принтере многослойных печатных плат DragonFly 2020 LDM.

Методы. Использованы методы металлографического анализа в светлом и темном поле, профилографирование шероховатости поверхностей, компьютерное моделирование.

Результаты. Получены экспериментальные образцы микрополосковых СВЧ-элементов модулей многослойных плат заданной конфигурации, датчиков телеметрии, PCB-антенн (антенн на печатных платах). Исследованы топологические и радиофизические особенности аддитивно сформированных верхнего и нижнего поверхностных слоев экспериментальных образцов плат полосковых модулей. Проведены оптические профилограммные измерения шероховатости наружных сторон платы по 10 точкам, которые составили для верхнего слоя топологии – 2 мкм, для нижнего – 0.3 мкм, а также определен средний размер зерна диэлектрической основы – 0.007 мм2. Показано, что шероховатость токопроводящей топологии и диэлектрика верхней стороны соответствует 6–7 классам точности. При этом шероховатость микрополосковой токопроводящей топологии и диэлектрика нижней стороны платы соответствует 10–12 классам точности.

Выводы. Установлено, что неравномерное формирование нижнего и верхнего полосковых слоев печатного модуля способно оказывать влияние на неоднородность распределения радиофизических параметров (диэлектрическую проницаемость, поверхностную проводимость и т.д.), а также на нестабильность конструктивных характеристик (адгезионной способности, теплопроводности и т.д.) полоскового модуля, что необходимо учитывать при прототипировании устройств по технологии струйной 3D-печати, в т.ч. при адаптации Gerber-проектов PCB-модулей, созданных под технологию классического производства плат.

Цели. Повышение надежности радиоэлектронных средств достигается применением структурного и нагрузочного резервирования. Эффективность структурного резервирования зависит от кратности резервирования и от интенсивности отказов элементов радиоэлектронных средств. При нагрузочном резервировании путем облегчения электрических, тепловых и механических режимов работы элементов можно снизить их интенсивности отказов. Выбор способа резервирования определяется требованиями к показателям безотказности, которые часто находятся в противоречии. Поэтому весьма актуальной является проблема эффективного сочетания методов структурного резервирования и способов нагрузочного резервирования. В радиоэлектронных средствах длительного срока действия, например, в ретрансляторах спутниковых систем связи, при ограничении на массогабаритные параметры и потребляемую энергию применяется скользящее резервирование. Цель работы – оценка эффективности скользящего резервирования по различным показателям надежности при изменении кратности резервирования, режима работы резерва, интенсивности отказов элементов и переключающего устройства.

Методы. Для описания структуры сложной системы скользящего резервирования используется логиковероятностный метод, в котором зависимость показателей надежности системы от показателей надежности элементов формулируется в виде логической функции работоспособности. Для сравнения различных вариантов логических схем надежности применяются графоаналитические методы.

Результаты. Получены математические модели для оценки эффективности скользящего резервирования. Проведен сравнительный анализ эффективности скользящего резервирования с нагруженным и ненагруженным резервом по вероятности безотказной работы, по гамма-процентному ресурсу, по интенсивности отказов при изменении дробной кратности резервирования и интенсивности отказов элементов. Исследовано влияние надежности переключающего устройства на эффективность скользящего резервирования.

Выводы. Построенные математические модели коэффициентов эффективности скользящего резервирования по разным показателям надежности позволяют дать практические рекомендации по выбору режима резерва. Определено соотношение показателей безотказности элементов и переключающего устройства, при котором надежностью переключающего устройства можно пренебречь. Для повышения эффективности скользящего резервирования радиоэлектронных средств необходимо сочетать кратность резервирования, режим работы резерва и способы уменьшения интенсивности отказов элементов.

Цели. Программируемая логика типа field programmable gate array (FPGA) на основе статической конфигурационной памяти широко применяется в электронике бортовых систем космических аппаратов. Под воздействием космической радиации в конфигурационной памяти FPGA могут возникать ошибки. Основными методами защиты от них являются различные варианты резервирования триггеров, а также применение помехоустойчивых кодов в специальных схемах детектирования и исправления ошибок. Цель работы – определение из группы помехоустойчивых кодов тех, которые с учетом их избыточности наилучшим образом подходят для реализации внутреннего скраббинга конфигурационной памяти программируемых логических интегральных схем.

Методы. В работе рассмотрены методы скраббинга конфигурационной памяти FPGA, которые применяются для ее очистки от ошибок, вызванных действием космической радиации. Предлагается для повышения эффективности внутреннего скраббинга конфигурационной памяти FPGA использовать коды, исправляющие как однократные, так и двукратные смежные ошибки SEC-DED-DAEC. В этом случае уменьшается необходимость выполнения внешнего скраббинга конфигурационной памяти путем ее перезаписи эталонной конфигурацией из энергонезависимой радиационно-стойкой памяти. Таким образом, снижается время неработоспособного состояния FPGA, вызванное процедурой внешнего скраббинга. В связи с тем, что известные коды SEC-DED-DAEC имеют ненулевую вероятность ошибочного детектирования, а затем – ошибочного исправления двойной несмежной ошибки, а также обладают разной избыточностью и сложностью реализации, было приведено исследование наиболее эффективного кода для внутреннего скраббинга.

Результаты. Результаты исследования показали, что наилучшими с указанных позиций являются коды Датта, Нила и Хоюна – Йонгсурка. Приведены результаты сравнения кодов по выбранным критериям. Даны рекомендации для выбора конкретного кода в зависимости от возможных требований к планируемой космической миссии.

Выводы. Проведенное исследование показало эффективность защиты памяти программируемой логики с помощью применения кодов с исправлением двух ошибок.

Цели. Актуальность исследования магнитоэлектрических (МЭ) характеристик кольцевых гетероструктур «ферромагнетик-пьезоэлектрик» обусловлена созданием на их основе МЭ-устройств с улучшенными характеристиками. Целью настоящей работы является детальное исследование нелинейного МЭ-эффекта в кольцевой композитной гетероструктуре на основе пьезокерамики цирконата-титаната свинца (ЦТС) и аморфного ферромагнитного (ФМ) сплава Metglas® при ее циркулярном намагничивании.

Методы. МЭ-эффект исследован методом низкочастотной модуляции магнитного поля. Возбуждающее переменное и постоянное магнитные поля смещения были созданы при помощи тороидальной катушки, намотанной на гетероструктуру, для циркулярного намагничивания ферромагнитного слоя.

Результаты. Обнаружен нелинейный МЭ-эффект, заключающийся в генерации высших гармоник МЭ-напряжения при возбуждении структуры циркулярными магнитными полями в нерезонансном режиме. Исследованы полевые и амплитудные зависимости первых трех гармоник МЭ-напряжения. Получены МЭ-коэффициенты для линейного МЭ-эффекта α(1) = 5.2 мВ/(Э·см) и для нелинейного МЭ-эффекта α(2) = 6 мВ/(Э2·см) и α(3) = 0.15 мВ/(Э3·см) при частоте переменного магнитного поля f = 1 кГц. Максимумы амплитуд 1-й и 3-й гармоник наблюдались при постоянном магнитном поле H ~ 7 Э, что почти в два раза меньше, чем в планарных гетероструктурах ЦТС–Metglas®.

Выводы. Обнаружен и исследован нелинейный МЭ-эффект в кольцевой структуре на основе пьезокерамики ЦТС и аморфного ФМ-сплава Metglas®. Вследствие отсутствия размагничивания при циркулярном намагничивании замкнутого ФМ-слоя нелинейные МЭ-эффекты проявляются при значительно меньших амплитудах возбуждающего переменного и управляющего постоянного магнитных полей по сравнению с планарными гетероструктурами. Исследуемые кольцевые структуры могут быть использованы для создания на их основе умножителей частоты.

Цели. Исследование метрологических характеристик источников и приемников оптического излучения в инфракрасной (ИК), видимой и ближней ультрафиолетовой (УФ) областях спектра в значительной мере основано на использовании уникальных метрологических свойств синхротронного излучения. Целью работы является развитие высокоточного метода определения числа ускоренных электронов накопительного кольца, основанного на использовании синхротронного излучения отдельного электрона для воспроизведения единиц величин спектрорадиометрии и фотометрии.

Методы. Определение числа ускоренных электронов позволяет для любого накопительного кольца рассчитать характеристики синхротронного излучения на длинах волн, намного бо́льших критической длины волны, т.е. в видимой, ближней УФ- и ИК-областях спектра. Это обеспечивает возможность, вне зависимости от энергии электронов, определить нормированные на число электронов основные метрологические характеристики, такие как сила света, яркость, освещенность, сила излучения, энергетическая освещенность, энергетическая яркость и другие.

Результаты. Применение метода определения числа ускоренных электронов при малых токах электронного накопительного кольца позволяет обеспечить в широком динамическом диапазоне 1−1010 электронов на орбите значение суммарного среднеквадратического отклонения не более 0.01% для диапазона экспозиций приборов с зарядовой связью (ПЗС-матрицы) от 10−2 до 3 · 103 с.

Выводы. Применение радиометра-компаратора на основе телескопа с ПЗС-матрицей, откалиброванного по чувствительности на источнике синхротронного излучения, особенно актуально при контроле пороговых значений яркостного контраста и пространственного распределения яркости объекта и фона, а также определения метрологических характеристик оптико-электронных средств измерений, включая ПЗС-камеры, радиометры, спектрорадиометры и фотометры.

Цели. Цель работы – создание DC/DC-преобразователя для питания ламп с полым катодом, которые в настоящее время широко используются в качестве высокостабильных источников спектральных линий в установках спектрального абсорбционного анализа и в иных случаях. Зачастую для таких ламп используются сетевые источники питания, т.к. установки с использованием ламп с полым катодом выполняются в стационарном исполнении. Однако препятствий принципиального характера для выполнения такого рода установок в переносном варианте нет. Для этого, в первую очередь, следует отказаться от привязки питания к сети переменного тока. Особое внимание при этом должно быть обращено на питание самой спектральной лампы, т.к. от пульсаций ее питающего напряжения зависит амплитудная стабильность излучения. Следовательно, разработка импульсного DC/DC-преобразователя с высоким КПД и малыми пульсациями является актуальной и целесообразной проблемой.

Методы. Поставленная задача решена методами математических расчетов, схемотехнического моделирования в системе автоматизированного проектирования LTSpice XVII и экспериментальной проверки.

Результаты. Выполнен анализ топологий импульсных DC/DC-преобразователей, разработаны структурная и принципиальная электрические схемы преобразователя, проведены их расчеты и моделирование, разработана печатная плата. Для обеспечения высокостабильного излучения разработан и создан автономный высоковольтный DC/DC-преобразователь, имеющий малый уровень пульсаций (~250 мВ) выходного напряжения (~491 В) при токе нагрузке ~20 мА.

Выводы. Показана принципиальная возможность получения высокого напряжения при использовании топологии повышающего DC/DC-преобразователя с дросселем. Экспериментальная проверка подтвердила корректность расчетов и моделирования высоковольтного DC/DC-преобразователя для питания спектральных ламп с полым катодом.

Цели. Задача идентификации систем с несколькими нелинейностями является актуальной. Решение этой задачи зависит от наличия обратных связей, способов соединения нелинейных звеньев, свойств сигналов. Специфика нелинейных систем накладывает отпечаток на методы синтеза систем управления. В условиях полной априорной определенности обычно применяют линеаризацию систем. Если существует априорная неопределенность, то задача синтеза системы идентификации обеспечения усложняется. Целью настоящей работы является разработка подхода к идентификации нелинейных динамических систем с несколькими нелинейностями. Для решения проблемы применяется подход, основанный на декомпозиции системы на ряд подсистем и разработке метода адаптивной идентификации, использующего только доступную информацию о системе и измерениях. Необходимо оценить частотные свойства сигналов, которые должны гарантировать оценку параметров системы и обеспечивать структурную идентифицируемость нелинейностей в системе; оценить работоспособность синтезированной адаптивной системы.

Методы. Применяются метод адаптивной идентификации системы, неявное идентификационное представление, S-синхронизация нелинейной системы, метод векторных функций Ляпунова.

Результаты. Введено условие постоянства возбуждения переменных состояния с учетом S-синхронизируемости нелинейной части системы. Дано обобщение условия постоянства возбуждения. Предложен способ декомпозиции системы в выходном пространстве. Получены адаптивные алгоритмы на основе второго метода Ляпунова. Доказана ограниченность траекторий адаптивной системы в параметрическом и координатном пространствах на основе векторных функций Ляпунова. Получены условия, гарантирующие экспоненциальную устойчивость траекторий системы. Рассмотрены системы генерации автоколебаний и нелинейной коррекции нелинейной системы.

Выводы. Результаты моделирования подтвердили возможность применения предлагаемого подхода для решения задач адаптивной идентификации с учетом оценки структурной идентифицируемости (S-синхронизируемости) нелинейной части системы. Исследовано влияние структуры и связей системы на качество получаемых параметрических оценок. Предлагаемые методы могут использоваться при разработке систем идентификации и управления сложными динамическими системами.

Цели. Разработка математически модельных представлений энергетического эффекта в областях нецилиндрического типа с термоизолированной движущейся границей. Введение в аналитическую теплофизику и прикладную термомеханику нового граничного условия теплоизоляции движущейся границы как для локально равновесных процессов теплопереноса в рамках классической феноменологии Фурье, так и для более сложных локально-неравновесных процессов в рамках феноменологии Максвелла – Каттанео – Лыкова – Вернотта, учитывающих конечную скорость распространения теплоты. Рассмотрение прикладной задачи аналитической теплофизики и теории теплового удара для области с движущейся термоизолированной границей, свободной от внешних и внутренних воздействий. Получение точного аналитического решения сформулированных математических моделей для уравнений гиперболического типа. Исследование полученных решений с помощью вычислительного эксперимента при различных значениях, входящих в него параметров. Описание волнового характера кинетики рассматриваемых процессов.

Методы. Использованы методы и теоремы операционного исчисления, контурные интегралы Римана – Меллина при вычислении оригиналов сложных изображений с двумя точками ветвления. С учетом вычислительных трудностей при нахождении аналитических решений краевых задач для уравнений гиперболического типа в области с движущейся границей, развит новый математический аппарат эквивалентности функциональных конструкций для оригиналов полученных операционных решений.

Результаты. Представлено развитие новых математических моделей локально-неравновесного теплопереноса и теории теплового удара для уравнений гиперболического типа в области с движущейся термоизолированной границей. Показано, что, несмотря на отсутствие внешних и внутренних источников теплоты, наличие термоизолированной движущейся границы приводит к появлению в области градиента температуры и, следовательно, к появлению в области температурного поля и соответствующих ему термоупругих напряжений, имеющих волновой характер. Стохастический анализ указанного энергетического эффекта позволил высказать предположение о переходе кинетической энергии движущейся термоизолированной границы в тепловую энергию области. Приведенные модельные представления указанного эффекта подтвердили высказанное предположение.

Выводы. Развиты и исследованы математические модели для локально-неравновесных процессов теплопереноса и теории термических напряжений на основе определяющих соотношений теории теплового удара для уравнений гиперболического типа в области с термоизолированной движущейся границей. Проведен численный эксперимент и показана возможность перехода от одной формы аналитического решения теплофизической задачи к другой эквивалентной форме нового типа. Описанный энергетический эффект проявляется как для уравнений параболического типа на основе классической феноменологии Фурье, так и для уравнений гиперболического типа на основе обобщенной феноменологии Максвелла – Каттанео – Лыкова – Вернотта.