Рассмотрены задачи информационно-измерительной техники, моделируемые обыкновенными дифференциальными уравнениями, когда некоторую физическую переменную невозможно измерить, но её значение можно определить по функционалу (или оператору) другой, доступной для измерения физической переменной. Непосредственное применение моделей с обыкновенными дифференциальными уравнениями для восстановления входных сигналов измерительных преобразователей не получило должного развития из-за необходимости вычисления производных (возможно, высоких порядков) от зашумлённых сигналов. Предложен метод восстановления входных сигналов, в котором для приближённого вычисления производных использован аппарат гиперсингулярных интегралов. Представлены приближённые методы вычисления производных, выраженные квадратурными формулами для гиперсингулярных интегралов. Метод восстановления входных сигналов апробирован для одной модели акселерометра. Продемонстрирована высокая эффективность предложенного метода.

Рассмотрена задача текущей идентификации линейной динамической измерительной системы при неизвестном входном сигнале в условиях воздействия на параметры системы различных дестабилизирующих факторов. Решение этой задачи позволит уменьшить погрешность измерительных систем в динамическом режиме измерений. При идентификации вводится дополнительный канал преобразования измеряемой величины в пространственной области, оператор которого удовлетворяет условию некоммутативности с оператором исследуемой системы. Задача текущей идентификации решена для линейной динамической характеристики основного канала измерительной системы первого порядка. Для исключения некорректных операций дифференцирования выходных сигналов структурно-избыточной измерительной системы в процессе текущей идентификации использован метод модулирующих функций. Представлены зависимости среднего квадратического отклонения приведённой погрешности оценки входной величины от количества измерений при идентификации для различных уровней среднего квадратического отклонения шума измерений, приведённого к шкале входного сигнала, а также от частоты дискретизации выходных сигналов структурно-избыточной измерительной системы. Значение частоты дискретизации обусловливает объём выборки наблюдения, формируемой при цифровой обработке значений выходных сигналов системы в вычислительном устройстве. Показано, что наибольшая точность идентификации достигается при квадратичном преобразовании входного сигнала в дополнительном канале структурно-избыточной измерительной системы, а выбор не слишком высокой частоты дискретизации её выходных сигналов повышает устойчивость алгоритма идентификации. При этом зависимость среднего квадратического отклонения приведённой погрешности оценки входной величины от частоты дискретизации выходных сигналов структурно-избыточной измерительной системы имеет минимум. Результаты исследований могут быть использованы для повышения точности измерительных систем в динамическом режиме измерений, а также для метрологического самоконтроля интеллектуальных измерительных систем.

Приведены результаты оценки ресурсов, необходимых для управления возможностями калибровочной лаборатории. Исследования проведены во Всероссийском научно-исследовательском институте метрологии им. Д. И. Менделеева. Отмечена взаимосвязь методов оценки рисков деятельности калибровочной лаборатории с проблемой управления возможностями. Методы идентификации рисков являются частью наращивания возможностей для достижения целей и задач лаборатории. Управление возможностями предполагает применение новых подходов к распределению ресурсов лаборатории. Рассмотрены подходы на основе распределения Парето и логистических кривых. Отмечена перспективность применения гиперболических распределений при управлении ресурсами, необходимыми для реализации новшеств. Управление рисками и новшествами целесообразно выполнять с учётом характеристических показателей гиперболических распределений. Учёт характеристических показателей направлен на оптимизацию сочетания часто выполняемых и уникальных работ. Показано, что новый подход позволяет проводить необходимый отбор решений для управления возможностями и обеспечения устойчивого развития калибровочных лабораторий. Метод применим при выполнении работ по совершенствованию вторичных эталонов и рабочих эталонов высших разрядов.

Изучена проблема оптимизации непараметрических оценок плотностей вероятностей, актуальность которой обусловлена уменьшением эффективности непараметрических алгоритмов обработки информации при увеличении объёма статистических данных. Рассмотрена методика оптимизации ядерной оценки плотности вероятности двухмерной случайной величины с независимыми составляющими. Обоснована возможность использования оптимальных коэффициентов размытости ядерных оценок плотностей вероятностей одномерных случайных величин при синтезе непараметрической двухмерной плотности вероятности случайной величины с независимыми составляющими. В основу предлагаемого подхода положены результаты исследования асимптотических свойств непараметрической оценки плотности вероятности Розенблатта-Парзена. Для двухмерной случайной величины показано, что основной вклад в асимптотическое выражение среднего квадратического отклонения внесли соответствующие критерии для одномерных случайных величин. При оценивании двухмерной плотности вероятности возможно использование коэффициентов размытости, минимизирующих средние квадаритческие отклонения одномерных случайных величин. Полученные выводы подтверждены результатами вычислительных экспериментов при анализе нормальных законов распределения. Показана возможность развития предлагаемой методики при оптимизации непараметрических оценок плотностей вероятностей многомерных случайных величин с независимыми составляющими.

Рассмотрены задачи повышения манёвренности и быстродействия мехатронного профилографа, а также расширения диапазона измерения профилей различных поверхностей. Для решения этих задач предложен метод измерения профиля поверхности мехатронным профилографом с параллельным управлением приводами датчиков по заданной траектории. Описана система управления мехатронным профилографом с распределённым управлением исполнительными приводами, эффективно реализующая программные движения исполнительного органа (лазерного датчика) профилографа. Применение данной системы управления позволяет повысить точность, чувствительность, быстродействие и надёжность мехатронного профилографа при эксплуатации, а также сократить время измерений и калибровки при одновременном существенном повышении точности результатов измерений. Разработана информационно-измерительная система мехатронного профилографа. Предложено программное обеспечение для управления электроприводами мехатронного профилографа. Установлены и при поверке подтверждены метрологические характеристики мехатронного профилографа: диапазон измерения расстояния от датчика до поверхности 100–500 мм; пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений ±0,05 % диапазона; диапазон измерения по окружности 0–360°; пределы допускаемой погрешности углового энкодера ±30″. В графическом виде представлены результаты измерения профиля поверхности гофрированного листа с прогибом в поперечном сечении вниз в полярных координатах и найден прогиб (13,8±0,05) мм. Результаты исследований будут полезны для различных отраслей народного хозяйства – машиностроения, сельского хозяйства, строительства и др.

Рассмотрена актуальная для отечественного машиностроения задача разработки и внедрения современных средств контроля геометрических параметров обечайки (оболочки вращения) – базовой детали аэрокосмической техники, нефтегазового, химического и энергетического оборудования. Проанализированы основные методические и инструментальные погрешности проекционного контрольно-измерительного робота для определения геометрических параметров крупногабаритных оболочек вращения, зависящие от параметров системы технического зрения. Предложена схема измерения геометрических параметров обечайки, получены методические и инструментальные погрешности робота и их аналитические зависимости от параметров системы технического зрения, а также выявлены пути минимизации данных погрешностей. С использованием аналитических зависимостей проведён метрологический анализ реального прототипа системы технического зрения и показана применимость выбранной структуры робота. Полученная относительная погрешность измерения составляет менее 0,3 %, что удовлетворяет требованиям нормативных документов.

Рассмотрена задача повышения точности определения массы и центра тяжести транспортных средств с целью уменьшения аварийности и увеличения безопасности перевозок. Выполнен сравнительный анализ различных систем и методов определения массы и центра тяжести транспортных средств, показаны преимущества бесконтактных методов и средств измерений массы. Приведена методика бесконтактного определения массы транспортного средства по вертикальному перемещению его корпуса. Разработана аналитико-имитационнаямодель системы бесконтактного определения и дистанционного контроля массы и центра тяжести транспортных средств. На примере воздушных судов рассмотрены возможности моделирования указанной системы с применением различных методов интерполяции. Для самолётов Airbus в программе MathCad проведены эксперименты с применениемлинейной интерполяции, методов подбора, наименьших квадратов и многочленных полиномов Лагранжа. Предложены принципы построения системы бесконтактного определения массы и центра тяжести воздушных судов. Обоснован выбор методов и средств измерений вертикального перемещения фюзеляжа самолётов для реализации такой системы. Результаты исследований обеспечивают возможность и перспективу построения системы бесконтактного дистанционного контроля массы и центра тяжести самолётов, а также других видов воздушных судов.

Представлены методы повышения точности передачи эталонных сигналов частоты и времени с применением волоконно-оптического модема с компенсацией фазовой нестабильности. Рассмотрены алгоритмы передачи импульсного сигнала времени 1PPS с погрешностью синхронизации не более 200 пс. Приведены результаты измерений девиации Аллана при передаче эталонного сигнала частотой 100 МГц через двухкилометровую волоконную линию с дополнительным внешним температурным воздействием. С помощью разработанного имитатора волоконнооптической линии связи оценена точность передачи эталонных сигналов для волоконных линий длиной до 100 км, а также при наличии различных внешних воздействий. Разработан полнофункциональный прибор для передачи и приёма эталонных сигналов частоты и времени через волоконно-оптическую линию связи длинной до 100 км, характеристики нестабильности которого могут достигать порядка 1–3·10⁻¹⁷ в суточном интервале измерений.

Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований магнитных характеристик электромагнитной системы прототипа весов Киббла. На основе прототипа рассмотрены технические решения, которые могут быть применены при создании первичного эталона килограмма на фундаментальных физических константах. Использован метод конечных элементов для расчёта геометрических форм и размеров элементов системы с целью получения постоянного значения коэффициента преобразования BL вдоль оси системы. По результатам расчётов спроектирована и изготовлена электромагнитная система. На основе Государственного первичного эталона единиц мощности магнитных потерь, магнитной индукции постоянного магнитного поля в диапазоне от 0,1 до 2,5 Тл и магнитного потока в диапазоне от 1∙10–5 до 3∙10–2 Вб ГЭТ 198-2017 разработана установка, предназначенная для измерения топологии магнитного поля в зазоре магнитной системы. Проведены экспериментальные исследования распределения магнитной индукции в зазоре электромагнитной системы и снаружи этой системы. Определены силовые характеристики электромагнитной системы. Установлено влияние электрического тока, протекающего по катушке в режиме взвешивания, на изменение потокосцепления катушки. Определено положение катушки в режиме взвешивания, в котором коэффициент преобразования магнитной системы не зависит от силы электрического тока в катушке.

Рассмотрена задача повышения чувствительности измерительного преобразователя высокочастотных внешних электрических полей. Показано, что решить эту задачу можно путём применения кольцевого волновода с двумя горизонтальными или вертикальными щелями, заполненными электрооптическим полимером. Рассмотрена структура измерительного преобразователя кольцевого волновода с двумя горизонтальными или вертикальными щелями. В волноводах с двумя щелями достигается бóльшая интенсивность оптического излучения в области щелей по сравнению с волноводами с одной щелью. Определены значения оптимальных расстояний между щелями и их ширины, при которых достигается максимальная чувствительность измерительного преобразователя. В результате использования активного органического полимера SEO125 и волноводов с двумя щелями рассматриваемый преобразователь позволяет измерять напряжённость переменных электрических полей частотой 0–10 ГГц в диапазоне 150–16·10⁶ В/м с разрешающей способностью до 150 В/м. Измерительный преобразователь можно использовать для детектирования высокочастотных волн, электромагнитных импульсов, а также анализа внешних электромагнитных помех, диагностики высокочастотных электронных схем.

Рассмотрена актуальная в кардиологической диагностике проблема цифровой фильтрации сигнала пульсовой волны, на которую воздействуют различные физиологические помехи, такие как дрейф изолинии и артефакты движения. Разработана комплексная методика вейвлет-фильтрации сигнала пульсовой волны, позволяющая устранить дрейф изолинии и артефакты движения, искажающие форму биосигнала. Предложенная методика основана на кратномасштабном вейвлет-разложении биосигнала по ортогональным вейвлетам Добеши. В методику включены последовательные процедуры цифровой обработки сигнала пульсовой волны: кратномасштабное вейвлет-преобразование; модификация детализирующих коэффициентов вейвлет-разложения на основе пороговой обработки; восстановление сигнала пульсовой волны на основе исходных коэффициентов аппроксимации и модифицированных детализирующих коэффициентов с помощью обратного вейвлет-преобразования. Проведён сравнительный анализ предложенной методики и существующих подходов к фильтрации пульсовых волн – фильтрация скользящего среднего, медианная и полосовая частотная фильтрации. Для получения количественных характеристик оценки эффективности фильтрации использовано имитационное моделирование пульсовой волны с помехами различных интенсивности и природы. Высокое качество фильтрации сигнала пульсовой волны с применением разработанной методики на основе кратномасштабных вейвлет-преобразований может служить надёжной основой для разработки высокоэффективных алгоритмов и аппаратно-программных комплексов кардиологической диагностики.