Измерения времени и частоты – одни из самых массовых видов измерений. Информация о точном значении времени и национальной шкале времени крайне востребована самыми различными потребителями, начиная от систем коммерческого учёта электроэнергии, где требуемая точность синхронизации составляет несколько секунд, до космических навигационных систем, предъявляющих требования по синхронизации на уровне единиц наносекунд. При этом требования потребителей к точности измерений времени и частоты, а также к оперативности получения частотновременной информации, неуклонно растут, что влечёт за собой необходимость модернизации средств воспроизведения, хранения и передачи единиц времени, частоты и шкалы времени. Для удовлетворения современным требованиям потребителей к точности измерений времени и частоты в состав Государственного первичного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1-2022 введены технические средства воспроизведения, хранения и передачи единиц, позволяющие значительно увеличить вклад ГЭТ 1-2022 в формирование шкалы Всемирного координированного времени UTC. Дан краткий обзор состава ГЭТ 1-2022, проведён сравнительный анализ вклада национальных эталонов времени разных стран в формирование шкалы Всемирного координированного времени UTC, а также анализ нестабильности частоты и смещений шкал времени рассматриваемых эталонов относительно UTC. Показано, что с сентября 2022 г. по март 2023 г. вклад ГЭТ 1-2022 в формирование шкалы Всемирного координированного времени UTC значительно увеличился и превышал аналогичный показатель эталона Военно-морской обсерватории США, в настоящее время вклады данных эталонов сопоставимы. По таким показателям, как нестабильность частоты и средний вклад в формирование UTC, атомные стандарты из состава ГЭТ 1-2022 существенно превосходят аналогичные приборы из составов национальных эталонов других стран. Установлено, что национальная шкала координированного времени Российской Федерации UTC(SU) является одной из лучших национальных реализаций UTC, а национальная шкала атомного времени TA(SU) занимает лидирующие позиции по нестабильности среди шкал времени, реализованных ведущими зарубежными лабораториями времени.

Рассмотрена альтернативная интерпретация данных, на основании которых в 1998–1999 гг. сделан вывод об ускорении расширения Вселенной. Исходными пунктами такой интерпретации стали сомнение в правомерности пренебрежения эффектом локальной пустоты, а также ряд результатов, полученных при решении измерительных задач космологии по специальным программам «ММК-стат», «ММК-стат М» и «ММИ-поверка». Программы разработаны с целью автоматизации статистического анализа данных в задачах поверки и калибровки средств измерений. Первые две программы применены при структурно-параметрической идентификации соответственно изотропной и анизотропной моделей Фридмана-Робертсона-Уокера в виде зависимости между фотометрическим расстоянием и красным смещением сверхновых типа SN Ia в классе степенных рядов. Эта зависимость проанализирована как математическая модель шкалы космологических расстояний на основе красного смещения. В качестве физического механизма для массового ускоренного движения потоков галактик принят гравитационный диполь неоднородности крупномасштабной структуры Вселенной. Диполь такого рода состоит из пары сверхскоплений галактик и гигантской пустоты на противоположных областях небесной сферы. Неуравновешенность гравитационного взаимодействия в такой паре воспринимается как дополнительная сила отталкивания порядка, сопоставимого с влиянием сверхскопления. Показано, что существует минимум пять гравитационных диполей такого рода, которые концентрируются в области галактических полюсов и образуют гигантский Галактический полярный гравитационный диполь. Совпадение Галактического полярного гравитационного диполя с системой гигантских сверхскоплений галактик в Северном галактическом полушарии и системой гигантских пустот в Южном галактическом полушарии названо совпадением совпадений и рассмотрено в качестве гипотезы, альтернативной гипотезе ускорения расширения Вселенной. При этом для объяснения наблюдаемых фактов не требуется вводить экзотические понятия «тёмная материя» и «тёмная энергия».

Рассмотрена задача проверки гипотезы о независимости случайных величин в условиях больших объёмов статистических данных. Результаты решения задачи необходимы при оценивании плотностей вероятностей случайных величин и синтезе алгоритмов обработки информации. Предложена непараметрическая методика проверки гипотезы о независимости случайных величин в выборке, содержащей большой объём статистических данных. Методика основана на сжатии исходной статистической информации путём декомпозиции области значений случайных величин. Сформированный массив данных состоит из центров интервалов дискретизации и соответствующих им частот принадлежности наблюдений исходной выборки. Полученная информация применена при построении непараметрического алгоритма распознавания образов, соответствующего критерию максимального правдоподобия. Законы распределения в классах оценены в предположении независимости и зависимости сравниваемых случайных величин. При восстановлении законов распределения случайных величин в классах использованы регрессионные оценки плотностей вероятностей. Для этих условий вычислены оценки вероятностей ошибок распознавания образов в классах и по их минимальному значению приняты решения о независимости либо зависимости случайных величин. Методика применена при анализе данных дистанционного зондирования лесных массивов, определены линейные и нелинейные связи между спектральными признаками объектов исследования.

Дан обзор публикаций по методам оценивания погрешности динамических измерений и рассмотрены способы её коррекции. Составляющие этой погрешности обусловлены динамическими свойствами (инерционностью) датчика и аддитивным шумом на его выходе. Предложен способ оценивания и уменьшения погрешности динамических измерений на основе принципа адаптивного линейного предсказания или адаптивного линейного усиления сигналов. Способ заключается в формировании сигнала оценки погрешности по результату сравнения задержанной копии восстанавливаемого сигнала с тем же восстанавливаемым сигналом, прошедшим через адаптивный нерекурсивный фильтр с линейной фазовой характеристикой. На основе данного подхода разработана структура измерительной системы, позволяющей оценивать погрешность динамических измерений и уменьшать её путём коррекции динамических характеристик датчика и адаптивной фильтрации шума измерения. Проведено компьютерное моделирование предложенной измерительной системы для датчика второго порядка. Получены оптимальные (в смысле среднеквадратичной оценки погрешности) значения порядка восстанавливающего адаптивного фильтра в присутствии аддитивного гармонического шума переменной частоты на выходе датчика. Показано, что свойства предложенной структуры измерительной системы с оценивателем погрешности динамических измерений адаптивны к параметру шума. Область применения полученных результатов – обработка результатов измерений быстропеременных процессов (в том числе в режиме реального времени), когда доминирующей является составляющая погрешности динамических измерений, обусловленная динамическими свойствами (инерционностью) датчика, а также аддитивными шумами на его выходе. Решение такой задачи актуально, например, при обработке результатов наземных испытаний космической техники.

Рассмотрен переход к использованию экологически безопасных хладагентов в низкотемпературной технике. Предложен новый экологически безопасный хладагент четвёртого поколения транс-1,3,3,3-тетрафторпропен R1234ze(E) в качестве альтернативы хладагенту R134а в чиллерах и тепловых насосах, а также хладагенту R22 в системах кондиционирования воздуха. Разработана методика построения единого фундаментального уравнения состояния жидкости и газа, реализованная для транс-1,3,3,3-тетрафторпропена. Предложенное фундаментальное уравнение в окрестности критической точки удовлетворяет требованиям масштабной теории для асимметричных систем, а в области разреженного газа сводится к вириальному уравнению состояния. На базе данного фундаментального уравнения рассчитаны таблицы стандартных справочных данных по давлению, плотности, энтальпии, изобарной и изохорной теплоёмкостям, энтропии, теплоте парообразования и скорости звука транс-1,3,3,3-тетрафторпропена в области параметров состояния в диапазонах температуры 169–420 К и давления 0,1–100 МПа. Рассчитан ряд статистических характеристик – абсолютное среднее отклонение, систематическое отклонение, стандартное отклонение, среднее квадратическое отклонение, которые характеризуют точность предложенного фундаментального уравнения при описании опытных значений равновесных свойств, полученных в общепризнанных международных теплофизических центрах. Установлено, что значения указанных статистических характеристик существенно меньше значений соответствующих характеристик приведённых в литературе международно признанных фундаментальных уравнений состояния при описании как термических, так и калорических опытных данных транс-1,3,3,3-тетрафторпропена. Оцененные расширенные неопределённости табулированных данных, полученных на основе предложенного фундаментального уравнения, составили 0,26 % по плотности, 0,57 % по давлению, 1,7 и 1,2 % по изохорной и изобарной теплоёмкостям, 0,38 % по скорости звука. Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что предложенное единое фундаментальное уравнение состояния адекватно передаёт термодинамические характеристики транс-1,3,3,3-тетрафторпропена в указанном диапазоне температур и давлений.

Рассмотрены особенности контроля технологических параметров процесса изотермической штамповки оребрённых панелей, связанные со строгим соблюдением температурно-скоростных условий деформации. Показано, что для изготовления бездефектных панелей часто недостаточно контролировать технологические параметры только по результатам измерений датчиков температурных полей из-за погрешностей и внешних возмущений. Отмечено, что температуру металла в очаге деформации можно оценить только косвенно. По аналогии с фильтром Калмана предложен способ контроля технологических параметров процесса изотермической штамповки оребрённых панелей по совокупности результатов, полученных от датчиков и рассчитанных методом конечных элементов. Исследованы точность и скорость расчёта конечноэлементной модели штамповки в четырёх широко распространённых специализированных программных продуктах – DeForm, QForm, Forge NxT, Simufact Forming. При сравнении полученных при анализе данных подтверждена высокая степень достоверности результатов моделирования и показана потенциальная возможность контроля технологических параметров производства бездефектной продукции предложенным способом. Метод конечных элементов в двухмерной постановке задачи обеспечил приемлемую скорость численного моделирования при контроле хода операций в режиме реального времени. Полученные результаты актуальны для металлургических предприятий, где изготавливают ответственные детали для авиастроительной и космической отрасли, и поэтому предъявляются повышенные требования к производственным процессам по соблюдению диапазона допустимых изменений технологических параметров.

Рассмотрены широко используемые при добыче нефти штанговые глубинно-насосные установки. Показано, что добыча нефти зависит от режима работы данных установок, который выбирают по результатам анализа замкнутых динамограмм. Динамограммы описывают нагрузку на подвеску в зависимости от хода полированного штока установки, качество построения динамограмм является определяющим для диагностики технического состояния установки. Проанализированы тенденции развития существующих систем динамометрирования и методов диагностики состояния штанговой глубиннонасосной установки. Приведён один из путей создания интеллектуального межтраверсного динамографа на базе месдозы карманного динамографа с применением современных датчиков давления, ускорения, температуры, контроллеров STM32, графического жидкокристаллического дисплея с интерфейсом I2C, протоколов радиосвязи и цифровых технологий обработки периодических сигналов датчиков. Проанализированы существующие системы динамометрирования и датчики усилия и хода, устанавливаемые в различных местах конструкции установки, и показана возможность разработки интеллектуального стационарного динамографа с учётом современных достижений техники и технологий анализа шумов измеряемых сигналов. Данный динамограф должен обеспечивать раннюю диагностику технического состояния установки и отвечать следующим критериям: низкая стоимость; простота монтажа; высокие чувствительность, надёжность, гибкость и точность. Представлена структурная схема интеллектуального межтраверсного динамографа штанговой глубинной насосной установки на базе месдозы карманного механизированного гидравлического динамографа. Предложенный интеллектуальный межтраверсный динамограф будет полезен для ранней диагностики технического состояния глубинных насосов и насосно-компрессорных труб для связи с наземным оборудованием, что в итоге будет способствовать повышению надёжности технологического оборудования добычи нефти. Предложенный интеллектуальный межтраверсный динамограф также можно применять в других областях техники, где возникает необходимость измерения усилия.

Рассмотрены интерферометры, применяемые для высокоточных спектроскопических измерений. Обоснован выбор голографического интерферометра, реализующего пространственно-спектральный метод голографической интерферометрии. С помощью данного голографического интерферометра в реальном времени измеряют перемещения фазового центра когерентного светового потока в широком динамическом диапазоне и регистрируют измерительную информацию в цифровом виде. На основе математических соотношений, предложенных авторами в предыдущих публикациях, и по результатам экспериментальных исследований численно оценена чувствительность голографического интерферометра к пространственным перемещениям фазовых центров (точек фокусировки) световых потоков – точечных источников света, формирующих голографическую интерферограмму. Установлена зависимость уровня нормированной интенсивности светового потока в центральной области голографической интерферограммы от перемещения действительного точечного источника света по нормали к плоскости фурье-голограммы. По результатам математического моделирования показано, что чувствительность голографического интерферометра к перемещениям действительного точечного источника света по нормали к плоскости фурье-голограммы зависит от параметров оптической схемы голографического интерферометра при экспонировании голограммы и в процессе измерений. При этом чувствительность голографического интерферометра к указанным перемещениям действительного точечного источника света можно оценить только экспериментально. Предложено повышать чувствительность голографического интерферометра путём использования в его оптической схеме тонкой собирающей линзы. Получено и исследовано математическое соотношение для коэффициента усиления набега фазы светового потока со сферическим волновым фронтом. При известных параметрах тонкой собирающей линзы в оптической схеме по данному соотношению можно численно оценить увеличение чувствительности голографического интерферометра, реализующего пространственно-спектральный метод голографической интерферометрии. Показано, что чувствительность голографического интерферометра к перемещениям мнимого точечного источника света по нормали к плоскости фурье-голограммы в 2,86 раза больше его чувствительности к таким же перемещениям действительного точечного источника света. Установлено, что чувствительность голографического интерферометра с объёмной фурье-голограммой и тонкой собирающей линзой в его конструкции может быть увеличена не менее, чем на порядок по сравнению с чувствительностью известных оптических интерферометров. Результаты оценки чувствительности голографического интерферометра, реализующего пространственно-спектральный метод голографической интерферометрии, к перемещениям точечных источников действительного и мнимого световых потоков, а также полученное соотношение для коэффициента усиления набега фазы светового потока тонкой собирающей линзой будут полезны при высокоточных измерениях линейных и угловых перемещений объектов, а также при построении конструкций фотонных устройств. По итогам исследования на основе голографического интерферометра разработан и изготовлен экспериментальный образец акустоэлектрического преобразователя, который имеет высокую чувствительность в широких динамическом и частотном диапазонах и предназначен для использования при акустической локации беспилотных летательных аппаратов.

Описана ключевая проблема в области речевых технологий – оптимизация обработки речевого сигнала в условиях априорной неопределённости его тонкой структуры. Рассмотрена задача автоматического (объективного) анализа тембра голоса диктора по речевому сигналу конечной длительности. Для решения этой задачи предложен универсальный теоретико-информационный подход. На основе дивергенции Кульбака-Лейблера получено выражение для асимптотически оптимальной решающей статистики различения речевых сигналов по тембру голоса. Указано на острую проблему при практической реализации данной статистики – синхронизацию последовательности наблюдений с основным тоном речевых сигналов. Для преодоления описанной проблемы предложена объективная мера тембровых различий речевых сигналов в терминах акустической теории речеобразования и её модели голосового тракта диктора типа «акустическая труба». Рассмотрены возможности практической реализации новой меры на базе адаптивного рекурсивного фильтра. Поставлен и проведён натурный эксперимент. По его результатам подтверждены два основных свойства предложенной меры – высокая чувствительность к различиям речевых сигналов по тембру голоса и инвариантность к частоте основного тона. Полученные результаты можно применять при проектировании и исследовании систем цифровой обработки речи с настройкой на голос диктора, например систем цифровой передачи речи, биометрических и биомедицинских систем и др.

Описан наиболее информативный, прямой и неинвазивный радиоаэрозольный метод исследования основных защитных механизмов органов дыхания, процессов отложения ингалированных веществ и очищения от них лёгких за счёт функции мукоцилиарной системы (мукоцилиарного клиренса). Метод предусматривает ингаляцию диагностического препарата, меченого радиоизотопом, и последующий анализ динамики распределения и выведения этого препарата. По результатам анализа судят об указанных выше процессах отложения ингалированных веществ и очищения от них лёгких. Точность оценки данных процессов зависит от аэродинамических свойств ингалянта, в качестве которого выбраны дисперсионные системы альбумина как наиболее физиологичный материал. С целью оптимизации измерения параметров аэродинамических свойств диагностического аэрозоля выполнен сравнительный анализ разных методов измерения и различных дисперсионных систем альбумина. Наиболее информативным и экономически целесообразным при оценке аэродинамических свойств ингалянта определён метод сканирующей электронной микроскопии. Методом сканирующей электронной микроскопии оценены дисперсионные системы – макроагрегаты альбумина, выпускаемые зарубежными производителями, и микросферы альбумина, изготовленные по отечественной технологии. Показано, что для исследования процессов отложения ингалированных веществ и мукоцилиарного клиренса лёгких оптимальными аэродинамическими параметрами обладают микросферы альбумина. Для окончательной оценки возможностей использования микросфер альбумина необходима прямая оценка их отложения в лёгких.

Статьи следует направлять в редакцию: ➢ через сайт www.izmt.ru «Отправить статью» (предпочтительный вариант); ➢ по электронной почте* izmt@vniims.ru, izmt@yandex.ru *При отправке материалов обязательно указывать тему и содержание письма, позволяющие понять с какой целью направляются материалы, авторство и название статьи. При оформлении материалов статьи руководствоваться следующими изданиями: ➢ Мильчин А., Чельцова Л. Справочник издателя и автора: Редакционно-изд. оформление издания. М.: Изд-во Студии Артемия Лебедева, 2014. ➢ ГОСТ Р 7.0.7-2021. СИБИД. Статьи в журналах и сборниках. Издательское оформление. (См. файл «Оформление статей-2023»).