Рассмотрена задача автоматизации дешифрирования данных дистанционного зондирования природных объектов. Показано, что существующие методы структурного анализа спектральных данных основаны на экспертном оценивании показателей используемых алгоритмов. Для автоматизации дешифрирования информации дистанционного зондирования разработан модифицированный метод структурного анализа данных, основанный на использовании составляющих компонент коэффициента корреляции пары спектральных признаков. Каждая компонента определяется произведением её составляющих в виде нормированных значений спектральных признаков. На основе знаков составляющих компонент коэффициента корреляции (положительные, отрицательные и знакопеременные) формируется четыре класса. По полученной информации определяется решающее правило для оценивания принадлежности контрольной ситуации в пространстве пары спектральных признаков к одному из обнаруженных классов. На примере обнаружения участков лесного массива, повреждённых сибирским шелкопрядом, проведено сравнение результатов применения предложенного метода и традиционных методов декомпозиции данных дистанционного зондирования с использованием нормализованных вегетационных индексов – NDVI (normalized difference vegetation index), GNDVI (green normalized difference vegetation index). Для характеристики обнаруженных классов модифицированным методом и определения пороговых значений NDVI, GNDVI использованы ядерные оценки плотностей вероятностей. Представлена процедура оптимизации ядерной оценки плотности вероятности, основанная на выборе коэффициентов размытости ядерных функций из условия максимума функции правдоподобия. Применение модифицированного метода структурного анализа данных дистанционного зондирования позволяет обойти проблему определения пороговых значений вегетационных индексов.

Рассмотрена коррекция динамической погрешности измерения путём восстановления входного сигнала датчика при аддитивном шуме на его выходе. Дан обзор публикаций по применению фильтра СавицкогоГолея в динамических измерениях. Разработана схема адаптивной динамической измерительной системы на основе дискретного дифференцирующего фильтра Савицкого-Голея. Предложено редуцировать передаточную функцию датчика к минимальной форме в виде интегрирующего звена, порядок которого равен разности порядков знаменателя и числителя передаточной функции. Предложенная редукция заключается в обработке последовательности дискретных отсчётов выходного сигнала датчика с помощью блока редукции, выходной сигнал которого эквивалентен выходному сигналу редуцированной передаточной функции датчика. Проанализирована динамическая погрешность восстановления входного сигнала и оценены её составляющие, обусловленные отличием передаточной функции датчика от идеальной функции и аддитивным шумом на его выходе. Адаптация параметра дифференцирующего фильтра к шуму осуществляется по минимуму среднего квадратического отклонения оценки динамической погрешности. Проведено компьютерное моделирование разработанной измерительной системы в присутствии аддитивного случайного шума на выходе датчика второго порядка. Эффективно восстановлены форма и амплитуда входного сигнала датчика на основе измерительной системы с дифференцирующим фильтром СавицкогоГолея. Разработанную модель динамической измерительной системы можно применять при обработке результатов измерений таких быстропеременных величин, как температура, давление, скорость и ускорение, в погрешности измерений которых доминирует динамическая составляющая погрешности, обусловленная инерционностью датчика, а также аддитивными шумами на его выходе.

Современные аддитивные технологии, в частности селективное лазерное плавление, позволяют создавать изделия со сложной геометрией и требуемыми физико-механическими характеристиками. На качество конечного изделия влияет состав газовой среды в рабочей камере установок, реализующих селективное лазерное плавление. Наиболее критично окисление расплавленного металла, которое приводит к образованию дефектов формы и ухудшению механических свойств готового изделия. Существующие стандартные системы мониторинга, основанные на удалённом расположении датчиков, не обеспечивают достаточной полноты информации о газовой среде в рабочей камере установок, например, о локальных флуктуациях состава газовой среды непосредственно в ванне расплава и образовании газообразных окислителей – оксидов азота NOx и паров воды. Предложен и экспериментально обоснован метод комплексногомониторинга газовой среды, основанный на детектировании суммарной концентрациимолекулярного кислорода, NOx и индикаторов влаги H2, NH3. Разработана архитектура информационно-измерительной системы комплексного мониторинга газовой среды. Система интегрируется в существующее промышленное оборудование без его конструктивных изменений. По результатам экспериментальных исследований на технологических машинах EOS M 280 (Electro Optical Systems, Германия) и Farsoon FS 121M (Farsoon, Китай) подтверждено образование NOx в процессе плавления и показано, что предложенным методом можно получить более точную информацию о составе газовой среды, чем с использованием стандартных систем. Разработанная информационно-измерительная система комплексногомониторинга предназначена длямногоуровневого контроля состава газовой среды путёмавтоматического управления подачей газов на основе многопараметрического анализа в реальном времени. Применение системы позволяет получить более полную картину о химическом составе среды в рабочей камере установки селективного лазерного плавления и адекватно реагировать на риски окисления, минимизируя дефекты и повышая качество изделий.

Рассмотрено метрологическое обеспечение контроля сточных вод, в частности, на производствах химической промышленности. Применение на предприятиях систем автоматизированного контроля, который включает оценку первичного качества стоков и проверку качества их очистки перед выпуском в природный водоём, позволяет уменьшить загрязнение водных объектов. Для повышения эффективности контроля необходимо решить приоритетную инновационнуюзадачу водоёмких производств химической промышленности – обеспечение достоверной сопоставимости результатов измерений различных показателей состава и свойств воды и последующее селективное уменьшение концентрации особо опасных токсикантов. Показана необходимость совершенствования методики выявления (для последующего удаления) загрязняющих веществ, в наибольшей степени повышающих экологически опасные значения информативных показателей антропогенного загрязнения вод. К таким показателям в гигиене, гидрохимии, экологии относятся химическое и биологическое потребление кислорода. Проведён сравнительный анализ методов обработки данных – результатов измерений параметров сточных вод промышленных предприятий. Выбор наиболее эффективного метода обработки позволит повысить качество выявления особенно опасных токсикантов и селективного снижения их концентрации. Проанализированытакиеметодыобработки, какпредсказательнаяматематика, традиционныйрегрессионный анализ и нейросетевое моделирование на примере исследования сточных вод канализационной системы Кемеровского предприятия азотной промышленности (КАО «АЗОТ»). Показана высокая эффективность применения нейронных сетей, с помощьюкоторых установлено наиболее полное, максимальное по сравнению с другимиметодами, количество причинноследственных связей, в томчисле нелинейных связеймежду загрязняющими веществами и химическими биологическим потреблением кислорода. По итогам сравнения рассмотренных методов обработки данных для анализа причинноследственных связей измеренных значений состава и свойств сточных вод рекомендовано использовать нейронные сети. Полученные результатыбудут полезныдляметрологическогообеспечения системэкологическогоуправления, мониторинга и контроля (учёта) выбросов и сбросов загрязняющих веществ на объектах по производству азотных удобрений.

Проанализировано состояние эталонной базы, предназначенной для воспроизведения единицы крутящего момента силы в области больших значений. Анализ публикаций о эталонных установках подтвердил актуальность разработки и внедрения высокоточных эталонных установок, воспроизводящих единицу крутящего момента силы в диапазоне более 20 кН·м. Для достижения высокой точности воспроизведения единицы крутящего момента силы в установках применяют специальные конструктивные решения, исключающие влияние паразитных компонент вектор а силы и радиус-вектора плеча на измеряемую (воспроизводимую) величину – модуль вектора крутящего момента силы. Кроме того, используют дорогостоящие материалы и предъявляют высокие требования к точности изготовления деталей. Для успешного решения задач по созданию эталонных установок, воспроизводящих единицу крутящего момента силы в диапазоне более 20 кН·м, в условиях ограниченных финансовых возможностей разработана обобщённая физикоматематическая модель процесса измерений крутящего момента силы на основе классического определения крутящего момента силы как векторного произведения вектора силы и радиус-вектора плеча. Разработанная обобщённая физикоматематическая модель учитывает влияние на результаты измерений конструктивных особенностей измерительных установок, методических и инструментальных факторов, связанных с методиками измерений векторов силы и радиусвектора плеча, а также технических средств, применяемых при воспроизведении и передаче единицы крутящего момента силы в соответствии с методиками измерений. Проведено предварительное математическое моделирование процесса воспроизведения единицы крутящего момента силы, дана оценка влияния погрешности измерений радиуса вектора плеча и точности расположения оси вращения на неопределённость измерений крутящего момента силы. В результате показана применимость разработанной обобщённой физико-математической модели процесса измерений крутящего момента силы для оценки неопределённости измерений методом Монте-Карло и определения требований к компонентампроектируемой установки. Полученные результаты позволяют проектировать установки для воспроизведения единицы крутящего момента силы в области больших значений с помощью цифрового моделирования.

Исследование направлено на повышение точности бесконтактных измерений вязкости в условиях ограниченного объёма пробы контролируемойжидкости. Рассмотрен бесконтактный аэродинамическийметод, основанный на деформации поверхности жидкости струёй газа и позволяющий измерять вязкость непосредственно в технологическом аппарате или таре с жидкостью либо в любом сосуде произвольной формы, размеры которого превышают минимально допустимые. С целью определенияминимальных размеров сосуда экспериментально исследовано влияние расстояний от стенок и дна прямоугольного сосуда до области взаимодействия струи и контролируемойжидкости на результаты измерений её вязкости. Эксперименты выполнены на импульсном бесконтактном устройстве с наклонным аэродинамическим воздействием (бесконтактном аэрогидродинамическом вискозиметре). Для изменения размеров сосуда применены дополнительные подвижные стенки и затопленное перемещаемое дно. Исследованы жидкости вязкостью 0,710 Па·с (касторовое масло) и 26,1 Па·с (эпоксидная смола) при 25 °C. Углы аэродинамического воздействия составляли 20° и 50°, давление газа перед отверстием истечения газовой струи варьировали на двух уровнях – 5,4 и 7,0 кПа. Определены минимальные размеры сосуда – длина 80 мм, ширина 40 мм, толщина слоя жидкости 20 мм, при которых дополнительная погрешность измерений вязкости, обусловленная влиянием стенок сосуда, не превышает 1,5 %. Минимальный объём пробы жидкости в прямоугольном сосуде составляет 64 мл. Полученные результаты полезны сотрудникам химико-аналитических лабораторий на предприятиях химической, нефтяной, электротехнической и пищевой промышленности.

Описаны недостатки геометрии проточной части типовой напорной трубопроводной системы и компоновки блока расходомеров из состава поверочной установки. Важной проблемой при течении потока воды по проточной части сложной геометрической формы напорной трубопроводной системы является отрыв потока на стенках, возникновение кавитации и вибраций трубопроводной системы. Предложен подход, исключающий возникновение кавитации в потоке воды и вибраций стенок участков сложной геометрической формы напорной трубопроводной системы. Это достигается в результате формирования вихревой структуры потока воды в ресиверах блока расходомеров с пассивной закруткой потока. Построены геометрическиемодели проточных частей напорных трубопроводных системи блоков расходомеров (типового и перспективного с пассивной закруткой потока). Сгенерированы адаптированные к расчётам сеточные модели высокого разрешения со сгущениемв пристеночных областях. Определеныбезразмерные координаты (локальные числаРейнольдса в ячейках), которыеможно использовать для расчётовмоделей турбулентности, основанных на осреднении уравнений НавьеСтокса по числуРейнольдса. Верификация результатов численных прогнозов выполнена по результатамэкспериментального исследования потерь давления в блоке расходомеров типовой трубопроводной системы. Выполнено численное моделирование потерь давления в блоке расходомеров с пассивной закруткой потока перспективной трубопроводной системы, по результатам которого данная система спроектирована, создана и экспериментально исследована. Оценены качество турбулентного профиля скорости потока воды в выходном поперечном сечении перспективной трубопроводной системы и влияние парной вихревой структуры в напорном трубопроводе на структуру потока и формирование профиля скорости в измерительной линии. Обоснована гидравлическая эффективность блока расходомеров с пассивной закруткой потока. Реализовано напорное однофазное (безкавитационное) течение потока воды. Представленный подход и полученные результаты можно использовать при разработке новых поверочных установок и модернизации существующих.

Используемые в настоящее время данные о теплоёмкости висмута получены в 1980-х гг. разными методами с применением различной измерительной аппаратуры. Опубликованные в разных источниках данные отличаются на значение, большее допускаемой погрешности используемых средств измерений и методик, при этом не описаны методы регистрации входных данных и применяемых неунифицированныхметодик статистической обработки. В этой связи невозможно оценить достоверность результатов измерений теплоёмкости висмута. Висмут в чистом виде и в сплавах широко применяется в промышленности и технике, и недостоверность значений его теплоёмкости приводит к нескольким проблемам: отсутствию опорных значений удельной теплоёмкости висмута, необходимых при входном контроле материалов в электротехнической промышленности; завышению допусков при конструкторских расчётах; урезанию рабочих диапазонов сплавов. В статье представлены результаты исследования удельной теплоёмкости чистого висмута в период 2021–2025 гг. Оценены стабильность воспроизведения удельной теплоёмкости висмута при хранении без специальных условий и возможность применения данного материала для контроля шкал температур и средств измерений термического анализа. Полученные результаты будут полезны метрологам и пользователям средств измерений комплексного термического анализа, материаловедам, исследующим теплофизические свойства полуметаллов и слоистых структур, разработчикам электротехнической и приборостроительной отрасли, технологам химической и фармацевтической промышленности.

В рамках актуального направления исследований в области акустических измерений – неинвазивного анализа голосового источника речи – рассмотрена задача измерения параметров и формы сигнала возбуждения вокодера с линейным предсказанием. Указано на острую проблему большой вычислительной сложности известных алгоритмов решения описанной задачи на основеметодики анализа через синтез. Вцелях преодоления данной проблемы разработан быстродействующий метод акустических измерений, базирующийся на критерии минимума среднего выборочного значения ошибки линейного предсказания. Показано, что данный критерий реализует принципминимизации энергозатрат диктора на речепроизводство. Рассмотрен пример технической реализации разработанного метода, даны оценки его вычислительной сложности. Показано, что по сравнению с известным методом многоимпульсного возбуждения вокодера с линейным предсказанием, в котором используются две адресные книги – адаптивная и стохастическая, затраты на техническую реализацию предложенного метода сокращаются в несколько десятков раз. Для подтверждения этого вывода с использованием авторского программного обеспечения поставлен и проведён натурный эксперимент на множестве гласных фонем контрольного диктора. Показано, что оптимизация формы сигнала возбуждения позволяет существенно уменьшить среднее выборочное значение ошибки линейного предсказания. Полученные результаты могут быть полезны при разработке новых имодернизации существующих системи технологий кодирования и синтеза речи, мобильной речевой связи и других приложений цифровой обработки речевого сигнала со сжатием данных на основе модели линейного предсказания.

Рассмотрено повышение точности измерения влажности сыпучих материалов, имеющей критическое значение для обеспечения качества, сохранности продукции и эффективности технологических процессов в сельском хозяйстве, пищевой промышленности и строительстве. Дан краткий обзор методов измерения влажности и показано, что традиционные методы, включая гравиметрический анализ, хотя и отличаются высокой точностью, не обеспечивают оперативный и непрерывный контроль. Разработанметод измерения влажности с использованиемизмерительной системы, состоящей из сенсорной и интеллектуальной частей. Сенсорная часть – влагомер, содержащий ёмкостные датчики, регистрирует диэлектрическую проницаемость материала, сигналы датчиков поступают в блок сбора и предварительной обработки, где выполняется фильтрация и нормализация данных. Сенсорная часть обеспечивает стабильные измерения влажности пшеницы, кукурузы и песка в диапазоне 6–25 %. Интеллектуальная часть системы включает регрессионную модель, которая учитывает влияние диэлектрической проницаемости, объёмной плотности материала и температуры окружающей среды на точность измерений влажности и представляет собой многопараметрическую линейную модель, реализованную с помощью библиотеки scikit-learn (Python). Для оценки устойчивости модели применена десятикратная перекрёстная проверка. При экспериментальных исследованиях получены средняя абсолютная погрешность измерения влажности менее 1,8 % и коэффициент детерминации более 0,89, что подтверждает стабильность и воспроизводимость системы. Представленный подход демонстрирует, что интеграция ёмкостных сенсорных систем с интеллектуальными системами на основе регрессионных моделей позволяет повысить надёжность контроля и автоматизировать мониторинг влажности в производственных условиях. Разработанный метод измерения влажности и реализующую его систему можно адаптировать для различных сыпучих материалов и технологических сред.

Микрозеркальные пространственно-временны́е модуляторы света широко применяются для оптической обработки графической информации, в томчисле с целью построения системголографического отображения и адаптивного формирования световых пучков. Также модуляторы используются при создании дифракционных нейроподобных систем. Востребованность модуляторов данного типа обусловлена уникальным для оптических систем сочетанием высокой скорости переключения и большого пространственного разрешения. В настоящей работе представлены результаты экспериментального исследования микрозеркального пространственно-временно́ го модулятора света HDSLM54D67 (UPO Labs, Китай) с передовыми для своего класса характеристиками по заявлениям производителя. Оценены реальные значения пространственных и скоростных параметров указанного модулятора при отображении бинарных компьютерносинтезированных голограмм Фурье и двумерных распределений в виде графических примитивов. Выявлена аномальная модуляция левой половины матрицы микрозеркал, приводящая к паразитному двоению восстановленных из голограмм изображений. Проанализированы причины возникновения данных искажений, выявлена их связь с особенностями устройства управляющего блока модулятора. Определены ограничения применимости данной модели микрозеркального модулятора в соответствии с выявленными пространственными ограничениями (использование только половины матрицы микрозеркал с разрешением 1358×1600 пикселов) и сформулированы предложения по оптимальной интеграциимодулятора в оптическую систему. Применение модулятора возможно, однако пропускная способность будет в два раза меньше теоретически максимальной. Результаты исследования можно использовать в дальнейших оптических экспериментах с данным модулятором света, в том числе и для задачи построения дифракционной нейронной сети.

Дан краткийобзор произошедшей за последние тридесятилетия трансформации в отечественнойметрологии термина неопределённость результата измерения до утверждения о том, что вероятностное распределение полностью описывает вероятностные свойства неопределённости результата. Показано, что концепция погрешности и истинного значения основана на неизвестных величинах, а концепция неопределённости оперирует неизвестными распределениями вероятностей. Под погрешностью модели объекта измерений в целом автором предложено понимать неопределённую в широком смысле величину, характеризующую распределение возможных отклонений от систематической составляющей модели с учётом ненаблюдаемых компонентов параметрической и непараметрической неадекватности. Математической основой такого представления точности при решении измерительных задач является формула обращения как свёртка распределений вероятностей соответствующих компонентов неадекватности.