Рассмотрена задача обработки измерительной информации при изменении статуса результатов измерений микромеханических датчиков интеллектуальной бортовой измерительной системы малого беспилотного летательного аппарата. Во время нахождения данного аппарата в воздухе статус результатов измерений изменяется с подтверждённого на ориентирующий, например, из-за дефектов датчика, деградации измерительного канала, появления ложных выходных измерительных сигналов микромеханических датчиков вследствие вибраций и ударов, обусловленных движением воздушных масс. В результате увеличивается вероятность потери устойчивости малого беспилотного летательного аппарата и требуется повышать точность оценки его ориентации в условиях изменения статуса результатов измерений. Синтезирована измерительная процедура калмановской структуры, уравнения которой определены с точностью до характеризующих измерительный процесс параметров матриц перехода и шума состояния, а также вектора возмущения. Значения параметров определяются математической моделью преобразования измерительной информации, построенной на базе динамической математической модели, что отличает разработанную измерительную процедуру от измерительной процедуры с классической переходной матрицей. Для нахождения неизвестных параметров применена нейронная сеть. Выбран многослойный персептрон как основа нейронной сети, для обучения которой использован алгоритм обратного распространения ошибки. По итогам математического моделирования и измерительного эксперимента установлено, что точность синтезированной на основе динамической математической модели измерительной процедуры выше точности измерительной процедуры на основе фильтра Калмана с классической переходной матрицей. Результаты исследования можно использовать при разработке интеллектуальных измерительных процедур бортовых измерительных систем, функционирующих в условиях изменения статуса результатов измерений.

Рассмотрена оценка функциональных свойств поверхности изделий, основанная на обработке результатов измерения пространственных параметров структуры поверхности методом морфологической фильтрации. В рамках данного метода предложена форма представления измеренных данных, позволяющая повысить эффективность итерационного алгоритма перебора координат поверхности. Показано, что для широкого внедрения пространственной морфологической фильтрации в метрологическую практику требуется создать эффективный алгоритм фильтрации. Разработан алгоритм, основанный на матричном представлении морфологических операций над координатами поверхности. Введена различная индексация точек первичной поверхности и структурирующего элемента. В качестве структурирующего элемента использована сфера или плоский сегмент. Производительность разработанного алгоритма выше, чем у некоторых других алгоритмов, за счёт того, что все вычисления осуществляются при переборе координат поверхности за один проход без вложенных циклов. Приведены схемы алгоритмов морфологических операций наращивания и эрозии, на основе данных операций построены фильтры замыкания и размыкания. Моделирование различных наборов данных и сравнение с известными алгоритмами морфологической фильтрации подтвердили высокую эффективность разработанного алгоритма. Полученные результаты можно применять при анализе функциональных свойств поверхностей изделий.

Отражено состояние обеспечения единства измерений энергетических характеристик мощного лазерного излучения. Описаны работы, в результате которых измеряемая мощность лазерного излучения увеличена до сотен киловатт. Исследования проведены во Всероссийском научно-исследовательском институте оптико-физических измерений. Формирование системы метрологического обеспечения измерений энергетических характеристик мощного непрерывного лазерного излучения потребовало создания трёх эталонов, в том числе одного Государственного первичного эталона средней мощности лазерного излучения ГЭТ 28-2022, и четырёх базовых средств измерений в спектральном диапазоне 1,07–10,6 мкм и диапазоне мощностей 1–500 кВт. Впервые разработан и использован динамический метод измерения больших уровней мощности лазерного излучения. Это обеспечило аттестацию средств измерений с помощью эталонного излучения мощностью меньше 100 кВт. Полученные результаты привели к значительному повышению уровня метрологического обеспечения технологического и специального лазерного оборудования большой мощности.

Рассмотрены вопросы оптимизации существующих методов идентификации фотосенсоров современных цифровых камер. Приведены пути повышения достоверности идентификации цифровых камер – определения цифровой камеры, которой был сделан тот или иной снимок. Оптически зарегистрированы однородные снимки для формирования шумового портрета и тестовый набор изображений бытовых сцен для идентификации трёх камер различных типов по снимкам. Оптимизированы цифровая фильтрация снимка и метрика идентичности изображений. Для оценки сглаженных изображений подобран оптимальный цифровой фильтр, с его использованием определены шумовые портреты идентифицируемых камер. Найден оптимальный критерий идентичности при сравнении шумовых портретов камер. Применение оптимального фильтра и критерия идентичности позволило повысить в среднем более чем в 60 раз достоверность идентификации камеры, с помощью которой сделан конкретный снимок. Полученные результаты можно использовать при решении задач в областях регистрации и обработки изображений, безопасности, криминалистики, анализа больших данных и др.

Рассмотрены жидкокристаллические пространственно-временные модуляторы света для точной динамической манипуляции когерентными световыми полями в пространстве, используемые в дифракционных оптоэлектронных системах оптической обработки данных. Для анализа возможности скоростной модуляции световых полей представлены результаты исследования временной динамики жидкокристаллического пространственно-временного модулятора света HoloEye PLUTO-2 VIS-016. Проведены эксперименты с применением бинарных фазовых компьютерно-синтезированных голограмм и бинарных фокусирующих фазовых дифракционных оптических элементов. По экспериментальным данным определены временные характеристики отклика модулятора. При выводе модели дифракционной структуры на экран пространственно-временного модулятора света время нарастания дифракционной эффективности составило 146 мс, при переключении на новую модель время спада составило 97 мс. Полученные результаты позволили реализовать динамическое формирование переменного дифракционного поля на частоте обновления 2 Гц с уровнем помехи –16 дБ. Увеличение частоты обновления моделей дифракционных структур повышает уровень межкадровой помехи в формируемом дифракционном поле, а при обновлении с частотой, указанной в спецификации, фактически невозможно разделить сформированные распределения. Согласно полученным результатам исследованная модель модулятора рекомендуется для высокоточного формирования комплексных дифракционных полей с более низкой частотой обновления кадров, чем заявлено. Определение фактической частоты смены кадров по временам нарастания и спада дифракционной эффективности позволяет корректно определять минимальное время работы информационной оптической системы, содержащей жидкокристаллический пространственно-временной модулятор света.

Рассмотрена роль средств измерений эталонного уровня (рабочих эталонов 1-го и 2-го разрядов) в обеспечении единства измерений коэффициента гармоник, а именно передача единицы коэффициента гармоник от первичного эталона всем средствам измерений из огромного парка рабочих средств измерений. Требуется непрерывный поиск путей уменьшения погрешности этих средств измерений. Исследованы способы уменьшения одной из составляющих погрешности средств измерений эталонного уровня – дополнительной погрешности, вызванной искажениями в измерительном кабеле из-за рассогласования сопротивлений на выходе калибратора и входе измерителя. До недавнего времени влияние параметров измерительного кабеля на результаты измерений коэффициента гармоник считалось пренебрежимо малым, потому что средства измерений коэффициента гармоник работают на достаточно низких частотах (менее 1 МГц). Однако для современных средств измерений эталонного уровня такое влияние стало заметным, его необходимо исследовать. Показано, что для калибраторов с большим (600 Ом) выходным сопротивлением, значительно превышающим волновое сопротивление измерительного кабеля, дополнительная погрешность из-за искажений в измерительном кабеле может быть существенной. Выведена аналитическая зависимость указанной погрешности от параметров измерительного кабеля и сигнала калибратора, а также выходного сопротивления калибратора. Установлены условия, при которых данная дополнительная погрешность отсутствует или ей можно пренебречь ввиду малости. При поверках средств измерений коэффициента гармоник наиболее часто используют измерительный кабель длиной 1 м с волновым сопротивлением 50 Ом. Для кабеля с такими параметрами и разных значений выходного сопротивления калибратора теоретически рассчитана и экспериментально оценена указанная дополнительная погрешность. Для сигнала с частотой основной гармоники 200 кГц и равномерно уменьшающимся распределением уровней гармоник при выходном сопротивлении калибратора 600 Ом дополнительная абсолютная погрешность формирования коэффициента гармоник, равного 100 %, составляет 3 %. Применение заводской коррекции суммарной погрешности формирования коэффициента гармоник выпущенного калибратора позволяет уменьшить дополнительную погрешность только частично. Для существенной минимизации дополнительной погрешности применяемого калибратора необходимо использовать измерительный кабель из комплекта поставки калибратора либо кабель с идентичными параметрами. Экспериментальная оценка дополнительной погрешности хорошо согласуется с результатами её расчётов. Дополнительную абсолютную погрешность формирования коэффициента гармоник рекомендовано учитывать при разработке и поверке средств измерений коэффициента гармоник.

Чувствительность радиоприёмных устройств и систем, используемых во всех областях практического применения электроники, определяется при заданном отношении сигнал-шум. Приведены примеры систем, для которых это отношение является одним из важных показателей качества. Цель исследования – решение актуальной проблемы измерения отношения сигнал-шум в широком диапазоне частот, упрощение требований к средствам измерений, повышение их технических и метрологических характеристик. Теоретически обоснован принцип измерения отношения сигнал-шум, состоящий в установлении точных связей этого отношения с параметрами шумовой амплитудной, фазовой и частотной модуляции сигнала. Доказана правомерность применения измерителей модуляции без изменения режима работы в качестве измерителей отношения сигнал-шум. При этом сигнал и шум не разделяются и отдельно не измеряются. Точные связи обусловливают отсутствие методических погрешностей измерения. Имеются три варианта реализации разработанного принципа измерения при использовании одного промышленного прибора (измерителя модуляции) и обеспечении прямого отсчёта отношения сигнал-шум. В двух из них нет ограничений по происхождению и виду шума. С учётом однозначной связи фазовой и частотной модуляции экспериментально проверены все варианты реализации рассмотренного принципа. Расхождения результатов измерений с исходными данными формирователя смеси сигнала и шума лежат в пределах погрешности приборов формирователя. Проведено математическое моделирование разработанного принципа измерения отношения сигнал-шум в программном пакете Mathcad, даны рекомендации по использованию принципа. Главные достоинства предложенного принципа – реализация с помощью одного промышленного прибора и метрологическое обеспечение режима измерения отношения сигнал-шум. Этот режим совпадает с основным режимом измерения модуляции. Метрологическое обеспечение режима измерения отношения сигнал-шум осуществлено в рамках существующих государственных поверочных схем. Полученные при применении рассмотренного принципа основные технические и метрологические характеристики измерителей отношения сигнал-шум определяются параметрами существующих измерителей модуляции – это широкий (до 26 ГГц) диапазон частот и малая (8 %) погрешность измерения.

Описаны наиболее распространённый в настоящее время при исследованиях и контроле параметров конденсированных сред метод ядерного магнитного резонанса и реализующие данный метод ядерно-магнитные расходомеры-релаксометры. Установлены особенности определения времён продольной и поперечной релаксаций в ядерно-магнитных расходомерах-релаксометрах в различных режимах течения среды при контроле её параметров. Отмечены преимущества модуляционной методики регистрации сигнала в ядерно-магнитных расходомерах-релаксометрах по сравнению с другими методами регистрации. С использованием различных приближений методом Джулотто из уравнений Блоха получено соотношение для определения времени продольной релаксации по результатам измерений двух значений амплитуд сигнала ядерного магнитного резонанса или резонансных частот на разных частотах модуляции. Экспериментально доказано, что данное соотношение имеет ряд ограничений при применении для текущей жидкости. Указанные ограничения связаны со способом регистрации сигналов ядерного магнитного резонанса и возможностью их формирования на различных частотах модуляции постоянного магнитного поля, причём амплитуды сигналов различаются между собой за пределами погрешности измерения. Установлены причины, приведшие к такому расхождению в соотношении определения времени продольной релаксации. Найдены границы применимости полученного соотношения и экспериментально доказано, что в этих пределах его можно использовать для достоверных измерений констант релаксации. На основе экспериментальных данных исследовано соотношение для определения времени продольной релаксации. Доказано, что в ряде случаев невозможно определить искомое время с помощью указанного соотношения, хотя сигналы ядерного магнитного резонанса текущей жидкости регистрируются и она имеет времена релаксации. Полученные результаты позволяют исключить ошибки при использовании метода ядерного магнитного резонанса для исследования текущих жидкостей и решения ряда сложных задач в энергетической, нефтяной, химической и фармацевтической промышленности.

Освещены проблемы идентификации контрафактных моторных топлив в реальных условиях. Отмечено, что применение экспресс-анализаторов моторных топлив не обеспечивает необходимый уровень контроля точности и достоверности результатов измерений параметров исследуемого топлива. Рассмотрено метрологическое обеспечение экспресс-анализаторов, принцип работы которых основан на методе спектроскопии в ближней инфракрасной области. Данный метод предполагает отказ от классических спектроскопических подходов в пользу сложных многомерных математических моделей: результат анализа является прогнозом, поскольку количественный анализ заменяется новой формой качественного анализа; невозможно применять традиционные метрологические оценки; категория неопределённости заменяется значительно менее разработанной категорией достоверности; привычных процедур и средств контроля точности оказывается недостаточно. Предложен подход к оценке метрологических характеристик экспресс-анализаторов моторных топлив в условиях недоступности операций с математической моделью расчёта анализируемых показателей, которая является интеллектуальной собственностью разработчиков анализаторов. Такой подход позволит определить актуальность заложенной в экспресс-анализатор модели для конкретных сортов моторного топлива. Исследованы отечественные экспресс-анализаторы, принципы измерения которых базируются на диэлектрической проницаемости топлив. Для экспресс-анализаторов, основанных на принципах диэлькометрии и спектроскопии в ближней инфракрасной области, идентификация контрафактного топлива оказалась приблизительно одинаковой: добавка 8–10 % об. контрафактного компонента практически не изменяет результаты измерений. Ввиду невозможности исследовать оригинальную математическую модель в программном обеспечении экспресс-анализаторов предложены способы оценки достоверности результатов анализа на основе упрощённых моделей, построенных для топлив с добавками различных компонентов и присадок. Показано, что эти добавки позволяют оценить качество градуировки по данному компоненту. Разработан способ оценки чувствительности экспресс-анализаторов различных типов к несанкционированным добавкам (варианты метода добавок), используемым при изготовлении контрафактных моторных топлив. Предложенные варианты метода добавок рекомендованы для контроля достоверности результатов экспресс-анализа топлив.