2017 год, №1

Содержание выпуска
МОДИФИКАЦИЯ АЛГОРИТМОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ДАННЫХ С ИНДЕКСНЫМИ СТРУКТУРАМИ ДАННЫХ
Фролов Константин Михайлович, Князев Виктор Николаевич
Стр. 5 — 13
Актуальность и цели. Для хранения данных, полученных в ходе работы измерительных систем, используются базы данных. Для эффективного доступа к хранимой информации используются различные механизмы оптимизации хранения данных и поисковых запросов к ним. Современные системы управления базами данных (СУБД) имеют встроенные механизмы индексирования данных. Индексирование данных позволяет обеспечить более высокую скорость доступа к строкам таблицы за счет уменьшения объема записи в индексах, а также за счет упорядочивания индексных записей. Поэтому исследования возможностей улучшения существующих индексных структур и алгоритмов взаимодействия СУБД с индексными структурами данных являются актуальными. Цель работы - рассмотрение возможных методов оптимизации операций модификации индексных структур и предварительная оценка эффективности применения модифицированных алгоритмов . Материалы и методы. Для оценки эффективности модифицированных алгоритмов использовалась О-нотация, позволяющая сравнивать асимптотическое поведение функций. Результаты. В ходе исследований получены модифицированные алгоритмы разбиения узлов и удаления элементов, а также разработан алгоритм индексации элементов для В-деревьев. Для хеш-таблиц разработаны алгоритмы добавления и удаления элементов, которые учитывают модификации этой индексной структуры. Выводы. Полученные алгоритмы позволяют реализовать эффективное взаимодействие разрабатываемой СУБД специального назначения с индексными структурами данных. Модифицированные алгоритмы позволяют достичь увеличения скорости выполнения запросов, а также способствуют уменьшению объема используемой оперативной памяти в случае индексов, имеющих в своей структуре хеш-таблицы.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ В КОД
Князьков Александр Владимирович, Сапунов Евгений Владимирович, Светлов Анатолий Вильевич
Стр. 14 — 19
Актуальность и цели . Рассмотрен преобразователь интервалов времени в код, предназначенный для построения измерителей интервалов времени, например длительностей фронта и спада импульсных сигналов при определении максимальных скоростей нарастания и спада выходного напряжения операционных усилителей. Материалы и методы . Исследование преобразователя выполнено с применением специально разработанного стенда с двумя синхронизированными DDS-генераторами АD9851. Результаты . Приведены структурная схема стенда для исследования преобразователя интервалов времени в код ТDС7200, методика исследования преобразователя интервалов времени в код. Исследование преобразователя интервалов времени в код ТDС7200 показало, что после коррекции выявленной аддитивной составляющей погрешности измерений относительная погрешность измерений интервалов времени преобразователем ТDС7200 по сравнению с частотомером Ч3-64/1 не превышает 1,2 % в диапазоне от 0,2 до 10,0 мкс. Выводы . Подтверждена возможность использования преобразователя интервала времени в код ТDС7200 для построения измерителей малых интервалов времени и измерителя скорости нарастания (спада) выходного напряжения ОУ.
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ
Бастрыгин Кирилл Игоревич, Трофимов Алексей Анатольевич, Баранов Александр Сергеевич, Громова Анна Андреевна, Ефимов Павел Николаевич
Стр. 20 — 28
Актуальность и цели. Имитационное моделирование является мощным инструментом исследования поведения реальных систем. Методы имитационного моделирования позволяют собрать необходимую информацию о поведении системы путем имитационного эксперимента. Целью имитационного моделирования является определение влияния воздействия внешних факторов на работоспособность пьезоэлектрического датчика давления, предназначенного для преобразования в электрический сигнал быстропеременных давлений в жидких и газообразных средах («оксид» или «нафтил»). Материалы и методы . В качестве метода исследования использовалось имитационное моделирование, при котором изучаемый объект (датчик) заменяется его моделью, с которой проводятся эксперименты с целью получения информации об этом объекте. В эксперименте применялось специализированное программное обеспечение Аnsys и Sоlidwоrks, позволяющее избежать дорогостоящих и длительных циклов «проектирование - изготовление - испытания». Результаты . В результате моделирования влияния внешних факторов на работоспособность датчика определены: коэффициент запаса прочности по пластической деформации при воздействии статических давлений и давления с перегрузкой для корпуса чувствительного элемента; коэффициент запаса прочности по разрушению при воздействии статических давлений и давления с перегрузкой; время полного выравнивания температурных полей; коэффициент запаса прочности по разрушению при воздействии синусоидальной вибрации; напряжения, возникающие при воздействии механических ударов в каждом направлении. Выводы . Заложенные конструктивные решения датчика быстропеременных давлений подтверждают стойкость датчика к таким дестабилизирующим факторам, как резкий перепад температур, перепады давлений, высокие уровни вибрационных и ударных нагрузок.
ВЛИЯНИЕ ОТКЛОНЕНИЯ ФОРМЫ СИГНАЛОВ ОТ ГАРМОНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ НА ПОГРЕШНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
Мелентьев Владимир Сергеевич, Иванов Юрий Михайлович, Пескова Анастасия Сергеевна
Стр. 29 — 36
Актуальность и цели. Предметом исследования является метод измерения интегральных характеристик, основанный на пространственном разделении мгновенных значений гармонических сигналов. Целью работы является исследование нового метода определения интегральных характеристик гармонических сигналов, реализация которого предусматривает формирование двух дополнительных напряжений и их сравнение с сигналом, инверсным входному напряжению. Материалы и методы. Предложен новый подход к определению интегральных характеристик на основе формирования и сравнения дополнительных напряжений и сигнала, инверсного входному. При анализе погрешности, обусловленной отклонением реальных сигналов от принятой гармонической модели, используется известная методика, основанная на оценке погрешности результата измерения параметра как функции, аргументы которой заданы приближенно с погрешностью, характеризующей отклонение модели от реального сигнала в соответствующих точках. Результаты. Использование нового подхода к определению интегральных характеристик гармонических сигналов позволило разработать метод, в котором, в отличие от большинства известных методов, основанных на использовании дополнительных сигналов, формируется еще и сигнал, инверсный входному напряжению. Это позволяет при определении характеристик гармонических сигналов применять только мгновенные значения входного напряжения и тока, что значительно сокращает аппаратурные затраты при его реализации. Приведены результаты оценки влияния степени отклонения реальных сигналов от гармонической модели на результирующую погрешность определения параметров. Выводы. Реализация разработанного метода определения интегральных характеристик обеспечивает существенное сокращение аппаратурных затрат. Полученные в работе результаты позволяют оценивать погрешность определения параметров при отклонении входных сигналов от гармонической модели, а также выбирать параметры блоков сдвига фазы, осуществляющих формирование дополнительных напряжений, в соответствии со спектральным составом сигналов и требованиями по точности измерения.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ПОГРЕШНОСТИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ФАРАДЕЯ В BiSiOИ BiGeO
Смыслов Владимир Иванович, Бурков Валерий Дмитриевич, Потапов Тимофей Владимирович, Демин Андрей Николаевич
Стр. 37 — 44
Актуальность и цели . Рассматривается актуальный вопрос экспериментального определения дополнительной погрешности волоконно-оптических датчиков электрического тока (ВОДТ). ВОДТ по сравнению с другими датчиками тока обладают рядом преимуществ, что вызывает к ним значительный практический интерес и уже обеспечивает их применение. Объектом исследования являются ВОДТ на основе кристаллов с кубической симметрией BiSiO и BiGeO. Предметом исследования является дополнительная температурная погрешность измерения таких ВОДТ. Целью работы является экспериментальный анализ градуировочной характеристики и дополнительной температурной погрешности ВОДТ. Материалы и методы . Рассмотрена структурная схема однопроходного ВОДТ на кристаллах с кубической симметрией BiSiO и BiGeO. Предложена методика и установка для калибровки ВОДТ, позволяющая осуществлять построение градуировочной характеристики датчика и производить анализ его дополнительной температурной погрешности. При калибровке ВОДТ помещается в длинный соленоид, в котором при протекании тока создается однородное магнитное поле, пропорциональное току. Величина тока в соленоиде задается и регулируется по заданной программе с помощью компьютера. Также имеется возможность задания и поддержания различных температур соленоида в месте ВОДТ в диапазоне температур от 20 до 120 °С. Для измерения температуры используется дополнительный датчик температуры. Магнитное поле соленоида, пропорциональное току, измеряется ВОДТ. Его сигнал через аналого-цифровой преобразователь вводится в компьютер, где сравнивается с заданным значением тока. Дополнительно в компьютер вводится сигнал с датчика температуры, что позволяет получать и сравнивать выходные сигналы с ВОДТ при различных температурах. Методика измерения коэффициента преобразования ВОДТ основывается на одновременной регистрации и анализе вышеуказанных сигналов: сигнала с фотоприемного устройства ВОДТ; сигнала, пропорционального величине магнитного поля в соленоиде; сигнала датчика температуры. Требования по точности измерений по каждому из параметров - не хуже 0,1 %. Выводы . Предложена методика и установка для экспериментальных исследований дополнительной температурной погрешности волоконно-оптического датчика электрического тока на основе эффекта Фарадея в BiGeO, которые позволяют проводить построение градуировочной характеристики и измерение дрейфов коэффициента преобразования чувствительного элемента ВОДТ с точностью 0,1 % в диапазоне температур от 20 до 120 °С. Проведенные измерения и исследования температурных зависимостей коэффициента преобразования чувствительного элемента ВОДТ на основе кристаллов BiSiOпоказали, что теоретически и практически достижимой является дополнительная температурная погрешность 0,4 % на 100 °С.
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ИНТЕНСИВНОСТИ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ НА ОСНОВЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННОГО ПОДХОДА
Гришко Алексей Константинович
Стр. 45 — 49
Актуальность и цели. Проведено исследование процессов функционирования радиоэлектронной системы, подвергающейся в процессе работы интерференционным помехам. Предметом исследования является геопространственная модель радиоканала. Цель работы состоит в том, чтобы оценить интенсивность интерференции в радиоэлектронных системах с учетом влияния рельефа местности. Материалы и методы . Предлагается интерференционная модель функционирования радиоканала, построенная на основе применения геоинформационных систем и методов геометрической оптики. Результаты. Получены модели для расчета и анализа эффективности функционирования радиоэлектронных систем, учитывающие отражения от постилающей поверхности. Выводы . На основе предложенных моделей можно осуществлять оптимальное планирование частотного ресурса с целью уменьшения уровня помех для радиоэлектронных средств, а также оптимизировать размещение приемопередающих станций с учетом рельефа окружающей местности.
ПЕРВИЧНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЯ ВЫХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛОСКИХ СПИРАЛЬНЫХ ПРУЖИН
Шекриладзе Майя Давидовна, Кравченко Николай Александрович, Галимов Фарид Мисбахович
Стр. 50 — 57
Актуальность и цели . Объектом исследования является измерение выходных характеристик плоских спиральных пружин, которые являются ответственным элементом измерительных приборов и устройств. Предметом исследования являются первичные преобразователи момента от угла закручивания плоских спиральных пружин. Цель исследования - разработка первичного преобразователя выходных характеристик плоских спиральных пружин, основанного на методе уравновешивающего преобразования. Материалы и методы . При разработке первичного преобразователя предложены методы магнитоэлектрического и электромагнитного уравновешивания. Проведен анализ линейной модели первичного преобразователя с учетом внешних факторов, влияющих на точность измерения. Результаты . Предложен вариант конструкции первичного преобразователя выходных характеристик плоских спиральных пружин с принципиально новой схемой уравновешивания. Выводы . Предложенный вариант позволяет уменьшить влияние трения опор и подвижных элементов конструкции на процесс измерения.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ КВАНТОВОЙ СУПЕРПОЗИЦИИ ПРИ РЕГУЛЯРИЗАЦИИ ВЫЧИСЛЕНИЙ СТАНДАРТНОГО ОТКЛОНЕНИЯ НА МАЛЫХ ВЫБОРКАХ БИОМЕТРИЧЕСКИХ ДАННЫХ
Волчихин Владимир Иванович, Иванов Александр Иванович, Сериков Андрей Васильевич, Серикова Юлия Игоревна
Стр. 58 — 64
Актуальность и цели. Целью работы является снижение погрешности вычисления стандартного отклонения на малых выборках биометрических данных в рамках гипотезы нормального распределения значений. Материалы и методы. Рассматривается метод регуляризации оценки стандартного отклонения. Показано, что для этой цели нужно использовать еще один (второй) метод вычисления стандартного отклонения. Если ошибка второго метода слабо коррелирована с ошибкой классического метода вычисления корреляции, то появляется возможность их взаимного уточнения. При реализации второго метода использован один из эффектов квантовой суперпозиции, возникающий при квантовании континуума с переходом к симметричным гистограммам с регулируемой шириной интервалов. Результаты. Предложено усреднять результат вычисления стандартного отклонения, полученный двумя разными методами для повышения точности оценок на малых выборках. Выводы. Результирующая ошибка при вычислении стандартного отклонения двумя методами снижается примерно на 30 %, что эквивалентно повышению размеров тестовой выборки с 16 до 30 опытов. Это эквивалентно повышению числа обусловленности программ для вычисления стандартного отклонения примерно в 2 раза при примерном удвоении числа строк программной реализации для языков высокого уровня.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ВИБРАЦИИ
Бростилов Сергей Александрович, Голушко Дмитрий Александрович, Горячев Николай Владимирович, Трусов Василий Анатольевич, Юрков Николай Кондратьевич
Стр. 65 — 72
Актуальность и цели. Разработана экспериментальная информационно-измерительная система, позволяющая определять динамические характеристики, наиболее полно соответствующие свойствам объекта исследования. Результаты . Разработанная экспериментальная информационно-измерительная система является важным аспектом при выборе методов, средств и режимов проведения испытаний на воздействие вибрации. Информационно-измерительная система состоит из системы управления информационно-измерительной системы, многоканальной вибрационной установки индукционных виброизмерительных преобразователей прямого действия, цифрового генератора, дифференциального усилителя. Полученные экспериментальные данные сравнивались с результатами, полученными на вибростенде ВС132 при классическом закреплении объекта исследования на вибростоле. Анализ показал, что отдельные резонансы на вибростенде ВС132 возбуждаются со значительно меньшими амплитудами. На частоте 200 Гц амплитуда, полученная на вибростенде ВС132, на 75 % ниже амплитуды, полученной на разработанной информационно-измерительной системе. Кроме того, точность определения резонансных частот информационно-измерительной системы в низкочастотной области повышена на 5 %, что объясняется улучшенным усреднением при измерении и отсутствием пульсаций из-за увеличенного времени прохождения низкочастотной области частотного диапазона. Выводы. Разработанная информационно-измерительная система позволяет определять динамические характеристики, наиболее полно соответствующие свойствам объекта исследования. Такая возможность является важным аспектом при выборе методов, средств и режимов проведения испытаний на воздействие вибрации. Использование независимого возбуждения точек крепления объекта исследования позволяет возбуждать резонансы на всех собственных формах в исследуемом частотном диапазоне.
К ПРОБЛЕМЕ МОДЕЛЬНОГО СИНТЕЗА КОМПЛЕКСОВ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Жумабаева Асель Сагнаевна, Полтавский Александр Васильевич, Юрков Николай Кондратьевич
Стр. 73 — 81
Актуальность и цели . Цель работы - рассмотреть один из подходов в задачах формирования обликовых характеристик сложных организационно-технических систем на ранней стадии их разработки. Материалы и методы . Методы автоматизированного случайного поиска в задачах идентификации и оптимизации математических моделей новых объектов в современных комплексах с беспилотными летательными аппаратами находят широкое применение, особенно на ранней стадии исследований и предварительного проектирования. Исследования данных моделей, как правило, проводятся путем имитационного моделирования и лабораторных испытаний. Результаты. В качестве организационно-технических систем рассматривается математическая модель комплекса с беспилотными летательными аппаратами, необходимая для проведения структурно-параметрической оптимизации и оценки характеристик объектов комплекса с беспилотными летательными аппаратами алгоритмическими процедурами неградиентного случайного поиска. Предлагается структура информационно-измерительной системы управления комплексом беспилотных летательных аппаратов. Выводы. Создана новая информационная технология как система измерений параметров комплекса с беспилотными летательными аппаратами двойного назначения, аналитико-имитационного моделирования в проблемно ориентированной компьютеризированной системе и программного обеспечения системы поддержки принятия управленческих решений для структурного формирования и применения вновь проектируемого комплекса с беспилотными летательными аппаратами двойного назначения, предназначенного для решения поставленных задач. Доказана возможность оценивания основных показателей функциональной эффективности на этапе исследовательских испытаний.
КОНТАКТНЫЙ ЦИФРОВОЙ МЕДИЦИНСКИЙ ТЕРМОМЕТР ПОВЫШЕННОГО БЫСТРОДЕЙСТВИЯ
Ашанин Василий Николаевич, Мельников Анатолий Аркадьевич, Чувыкин Борис Викторович
Стр. 82 — 87
Актуальность и цели . При диагностическом обследовании физического состояния теплокровных биологических организмов (в частности, исследование колебаний температуры с малыми амплитудой и частотой, вызванных изменением тонуса кровеносных сосудов и скорости кровотока человека, массовое измерение температуры людей и животных во время эпидемии) важной является задача точного измерения температуры за минимальное время. Материалы и методы . Проведены анализ и описание алгоритмов работы быстродействующих контактных термометров, позволяющих обеспечить измерение температуры теплокровных биологических организмов с точностью измерения не ниже 0,1° за время не более 1 с. При цифровой обработке результатов частных тактов преобразования для уменьшения времени измерения предложено использовать алгоритм скользящего преобразования. Результаты . Сформулированы требования к разрабатываемому термометру: к типу первичного преобразователя, к элементной базе и источнику питания, к исполнению корпуса прибора. Выводы . Проведенные экспериментальные исследования разработанного макетного образца микропроцессорного термометра показали возможность измерения температуры биологических теплокровных организмов с погрешностью 0,1 ºС за время менее 0,9 с.
АЛГОРИТМ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЙ ОБРАБОТКИ РЕЧЕВЫХ КОМАНД ДЛЯ СИСТЕМ ГОЛОСОВОГО УПРАВЛЕНИЯ
Алимурадов Алан Казанферович
Стр. 88 — 94
Актуальность и цели. Повседневный ритм окружающей среды требует от систем голосового управления (СГУ) возможности функционировать в условиях интенсивных помех. Из-за шумов разница между зарегистрированными речевыми командами и шаблонами (полученными в процессе обучения системы) возрастает, а эффективность СГУ стремительно ухудшается. По этой причине актуальным является повышение помехоустойчивости СГУ. Материалы и методы. Для реализации помехоустойчивой обработки предложена модификация классической декомпозиции на эмпирические моды (ДЭМ) - комплементарная множественная ДЭМ. Для проведения исследований использовался пакет прикладных программ решения технических задач - МАТLАВ. Результаты. Представлен краткий обзор существующих алгоритмов помехоустойчивой обработки. На основе метода комплементарной множественной ДЭМ разработан алгоритм помехоустойчивой обработки речевых команд для СГУ. Проведены исследования предложенного алгоритма, результаты которых подтверждают повышение помехоустойчивости в широком диапазоне помех (от 20 до -5 дБ) в среднем на 3,1 %. Выводы. В соответствии с результатами исследований предложенный алгоритм помехоустойчивой обработки речевых команд рекомендуется для практического применения в СГУ, функционирующих в условиях интенсивных помех.