Информационно-управляющие системы

Матрицы семейства Адамара как срезы ортогонального гиперобъекта на смежных порядках

Николай Алексеевич Балонин — 2024-03-05

Введение: целочисленная постановка задачи поиска экстремальных по детерминанту матриц Адамара оставляет в неопределенности вопрос о том, завершаются ли итерации, которыми обычно ищется экстремум, целочисленными матрицами. Успешность разрешимости гипотезы Адамара о существовании всех таких матриц переборными методами мало эффективна в сравнении с методами некомбинаторной математики. Цель: показать разрешимость задачи поиска матриц семейства Адамара через срезы ортогонального гиперобъекта на смежных порядках, отвечающих последовательности натуральных чисел t. Результаты: выявлено, что поскольку матрицы семейства Адамара определены инвариантами вложенных в их структуру матриц меньшего порядка, гиперобъект является универсальной основой для их совместного нахождения. Открытие феномена ортогонального гиперобъекта позволило уменьшить размер шага по порядкам порождаемых на его основе ортогональных матриц с 4t (для матриц Адамара) до t. Практическая значимость: ортогональные матрицы как результаты срезов ортогонального гиперобъекта существенно расширяют семейство матриц Адамара, имеющих большое практическое значение для задач ортогональных преобразований информации.

Определение оптимального набора метрик подобия графов в задачах распознавания топологий техногенных космических объектов

Николай Валентинович Груздев — 2024-03-05

Введение: в условиях техногенного засорения околоземного космического пространства актуальной остается задача анализа результатов наблюдений за техногенными космическими объектами в целях выявления однотипных по топологии групп объектов. Для ее решения предлагается использовать инструментарий теории графов и теории распознавания для оценивания топологий техногенных космических объектов различного типа. Цель: выполнить сравнительный анализ метрик подобия графов, заключающийся в поиске оптимальной метрики в рамках показателей качества распознавания техногенных космических объектов. Результаты: проведенные исследования показали, что существует три основных подхода к расчету метрик подобия графов. Каждый из подходов основан на вычислении вектора параметров, характеризующих граф с различных сторон. Разработаны метрики, позволяющие различать группы техногенных космических объектов, представленных в виде графов. Вычислительный эксперимент показал, что оптимальный по критерию качества кластеризации состав признакового пространства отличается для различных типов графовых моделей. Это свойство играет важную роль при решении задач распознавания топологии техногенных космических объектов на новом качественном уровне. Применяя предложенные методы сравнительного анализа метрик подобия графов, возможно выбрать наилучшую метрику для распознавания топологии техногенных космических объектов. Практическая значимость: использование предлагаемых методов анализа метрик подобия графов позволит оценить изменения в группах однотипных техногенных космических объектов. Предложенные методы могут использоваться при решении задач контроля и каталогизации техногенных космических объектов.

Усовершенствованная система нейросетевого прогнозирования групп временных рядов с непрерывным обучением

Дмитрий Игоревич Милосердов — 2024-03-05

Введение: прогнозирование групп временных рядов является сложной прикладной проблемой, когда необходимо учитывать как внутрисерийные, так и межсерийные взаимосвязи, оперативно реагировать на изменения в законах формирования рядов. Цель: совершенствование систем прогнозирования групп временных рядов, позволяющее повысить точность получаемых прогнозов. Результаты: разработана усовершенствованная система нейросетевого прогнозирования групп временных рядов с непрерывным обучением, в состав которой включен блок корректировки, позволяющий автоматически подбирать гиперпараметры прогнозирования и производить наиболее корректный ассоциативный вызов информации из памяти нейронной сети. Предложены новые правила реализации системы в программном исполнении с улучшенным ассоциативным вызовом информации из нейросетевой памяти, что повысило устойчивость функционирования самих нейронных сетей. Разработан и программно реализован алгоритм работы блока корректировки, обеспечивающий подбор коэффициента ослабления, ретроспективной глубины компонентов группового временного ряда, а также порога возбуждения нейронов. Исследована зависимость точности прогнозирования от размера нейросетевых каналов. На примере прогнозирования рыночных показателей продемонстрировано преимущество разработанной системы по сравнению с известными аналогами. Практическая значимость: усовершенствованная программная система позволяет получать более точные прогнозы временных рядов для решения задач прикладной направленности. Так, средняя абсолютная ошибка снижается на 2–35 %, средняя абсолютная процентная ошибка на 4–37 % и среднеквадратическая ошибка на 3–29 %. Обсуждение: В дальнейшем для повышения эффективности системы необходима разработка правил автоматического выбора других гиперпараметров, а также оптимизация алгоритма их подбора для снижения вычислительных затрат.

Синтез гибридного классификатора подстилающих поверхностей на основе нечеткой логики с использованием токовых энергозатрат движения мобильного робота

Александр Сергеевич Беляев — 2024-03-05

Введение: одним из подходов при решении задач навигации и управления мобильными роботами, работающими на открытом воздухе, является использование классификации типа подстилающих поверхностей, по которым перемещается робот в реальном времени. Знания о типе подстилающей поверхности позволяют использовать ранее известные характеристики поверхностей для улучшения точности локализации и алгоритмов управления. Цель: исследовать применимость данных об энергозатратах движения для решения задачи классификации поверхностей с различными физическими свойствами для робота со сложной кинематикой. Результаты: анализ многокомпонентных типов движения всенаправленного робота показал, что лучшая разделимость поверхностей достигается при использовании значений токов двигателей. При этом классификацию поверхностей целесообразнее осуществлять по значениям тока двигателя, наиболее влияющего на процесс движения. Нечеткий классификатор синтезирован на основе данных, сгруппированных по критерию наиболее влияющего на выбранное направление движения двигателя. Проведено сравнение нечеткого классификатора с методами машинного обучения. Предложен каскад нечеткая логика — машинное обучение с целью сохранить обобщающую способность нечеткого классификатора и улучшить точность определения поверхностей через учет большего количества закономерностей с помощью методов машинного обучения. Предложенная методика анализа данных и метод классификации позволяют с высокой точностью разделять поверхности, отличающиеся по энергозатратам, в том числе сформированным за счет разных параметров поверхности. Практическая значимость: результаты исследований могут быть использованы как для создания самостоятельного классификатора поверхностей, так и в рамках комплексного классификатора с использованием разных видов входной информации.

Методика повышения защищенности сети передачи данных объектов критической информационной инфраструктуры при многоэтапных атаках

Валерий Алексеевич Липатников — 2024-03-05

Введение: стремительное развитие информационных технологий приводит к появлению новых угроз и уязвимостей в информационных системах в различных областях жизни общества, эксплуатация которых увеличивает вероятность успешной атаки злоумышленника. В связи с этим возникает необходимость исследовать методы повышения защищенности сетей передачи данных в условиях многоступенчатых атак. Цель: повысить защищенность сети передачи данных путем проактивного управления безопасностью при многоэтапных атаках. Результат: разработана методика повышения защищенности сетей передачи данных при многоступенчатых атаках на основе проактивного управления безопасностью. Методика включает в себя превентивный анализ динамики нарушителей, выявление несоответствий политики безопасности, определение параметров аномалий сетевого трафика, классификацию типов атак и определение геолокации нарушителей. Процесс обеспечения безопасности сети передачи данных был формализован с использованием математического аппарата теории марковских процессов с дискретными состояниями и непрерывным временем, что позволило получить зависимости вероятности обеспечения безопасности сети передачи данных от времени протекания различных подпроцессов системы информационной безопасности в наглядном графическом виде. Результаты моделирования показали, что предложенная методика позволяет повысить вероятность обеспечения безопасности сети передачи данных в течение заданного времени и, следовательно, создает условия для своевременного предоставления конечным пользователям услуг по обеспечению качества сети передачи данных. Практическая значимость: методика является математической основой системы информационной безопасности, учитывающей параметры процессов воздействия и защиты для принятия эффективных мер по парированию многоступенчатых атак с использованием машинного обучения. Результаты исследования могут быть применимы при разработке или устранении неисправностей в системах информационной безопасности сетей передачи данных объектов критической информационной инфраструктуры.

Соотношения для расчета диаграммы направленности MIMO РЛС при различающихся антеннах приемных и передающих элементов, формирующих ее

Максим Андреевич Степанов — 2024-03-05

Введение: синтез антенных решеток MIMO отличается от синтеза классических антенных решеток тем, что диаграмма направленности первых формируется виртуальной апертурой, которая образуется путем свертки координат физических приемных и передающих элементов, что приводит к формированию большого числа виртуальных элементов. Цель: получить соотношения для вычисления диаграмм направленности антенных решеток MIMO радиолокационной станции при различающихся антеннах приемных и передающих элементов, формирующих ее. Результаты: получено выражение для расчета множителя направленности антенной решетки MIMO радиолокационной станции, позволяющее уменьшить количество математических операций в сравнении с расчетом по расположению элементов виртуальной апертуры. На его основе определено выражение, позволяющие учесть влияние диаграмм направленности антенн приемных и передающих элементов MIMO антенной решетки на ее направленные свойства. Оно позволяет рассчитать диаграмму направленности антенной решетки MIMO радиолокационной станции по известным диаграммам направленности антенн приемных и передающих элементов и множителю направленности виртуальной апертуры. Приведена модель антенной решетки MIMO с классическим для нее расположением элементов. Ее множитель направленности получен двумя способами: традиционным в зависимости от расположения элементов виртуальной апертуры; с помощью предложенного в работе выражения. Их разность тождественно равна нулю для всех угловых направлений. Исходя из полученного множителя направленности рассчитана диаграмма направленности MIMO антенной решетки для случаев использования одинаковых и различных антенн приемных и передающих элементов. Показаны пути снижения уровня боковых лепестков диаграмм направленности MIMO антенных решеток. Практическая значимость: полученное в работе выражение учитывает диаграммы направленности антенн приемных и передающих элементов MIMO антенной решетки, что дает возможность анализировать искажение формы диаграммы направленности антенной решетки MIMO радиолокационной станции при сканировании. Вычислительная эффективность приведенного в работе выражения при 20 приемниках и 10 передатчиках составила 6,3 раза.

.

. . — 2024-03-05