Описываются результаты экспериментального исследования эффективности применения процедур оптимизации систем булевых функций, предварительно выполняемых при синтезе комбинационных схем. Процедуры используют алгоритмы разбиения систем функций на подсистемы и алгоритмы оптимизации многоуровневых представлений функций на основе разложения Шеннона. Показывается, что разбиение исходной системы булевых функций на подсистемы и оптимизация подсистем на основе разложения Шеннона с нахождением инверсных подфункций, входящих в разложения (BDDI-оптимизация), во многих случаях позволяют при синтезе уменьшать площадь комбинационных схем из библиотечных элементов. Совместная BDDI-оптимизация является более предпочтительным методом по сравнению с раздельной технологически независимой BDDI-оптимизацией, так как площадь схем, построенных по совместным BDDI, в подавляющем числе случаев меньше площади схем, построенных по раздельным BDDI.

Разработана математическая модель, которая описывает распространение монохроматических электромагнитных волн в среде с пространственной дисперсией, содержащей вытянутые вдоль заданного направления сфероидальные частицы. Исходная классическая интегро-дифференциальная модель для электромагнитных полей в среде с пространственной дисперсией преобразована с точностью до величин третьего порядка малости в дифференциальную модель, в которой интегро-дифференциальные уравнения Максвелла представлены в виде системы дифференциальных уравнений второго порядка. При этом электрическая и магнитная поляризации среды представлены через операторы Лапласа. Система уравнений решена аналитически, и построена полная система четырех прямых и четырех обратных, распространяющихся в противоположных направлениях электромагнитных волн. Аналитическое представление полей содержит вектор, определяющий направление распространения плоских волн. Волновые числа полей также зависят от направления их распространения, что указывает на анизотропный характер разработанной математической модели.

Приводятся результаты анализа базового аппаратного и программного обеспечения существующих недорогих и коммерчески доступных вычислительных микроплатформ с целью выбора подходящего решения при разработке бортового микромодуля предварительного распознавания и отбора изображений подстилающих поверхностей заданных типов. Предполагается, что соответствующие варианты микромодуля могут быть установлены на борту малых космических аппаратов либо легких беспилотных летательных аппаратов (дронов). Рассматривается вариант микромодуля для дронов. Основным ограничением при выборе микроплатформы был ее небольшой вес (не более 300 г, включая камеру и интерфейсное оборудование) при относительно высокой производительности (время распознавания кадра цветного изображения размером 320×240 пикселов не более 300 мс). Другими важными ограничениями являлись невысокая цена и коммерческая доступность микроплатформы на рынке Беларуси. Приведенные в работе сведения могут быть полезны инженерам и научным работникам, разрабатывающим компактные бюджетные мобильные системы обработки, анализа и распознавания изображений.

В настоящее время методологии проектирования систем на кристалле основываются на высокопараметризированных IP-компонентах (IP – intellectual property), которые для конкретного целевого приложения обеспечивают широкий диапазон регулировки затрат ресурсов, форматов данных арифметики с фиксированной запятой и производительности системы. В статье предложена гибкая технология быстрого прототипирования архитектур процессоров целочисленных обратимых параунитарных банков фильтров в алгебре кватернионов (Int-Q-ПУБФ) на основе FPGA, в основу которой положен Q-MUL IP-компонент оператора умножения кватернионов на распределенной арифметике на сумматорах. Осуществлена реализация Int-Q-ПУБФ на FPGA Xilinx Zynq 7010, при этом восьмиканальный 8х24 Int-Q-ПУБФ имеет перфективную реконструкцию входных данных для заданного формата фиксированной запятой, малые аппаратные затраты и небольшую задержку конвейера по сравнению с известными решениями на CORDIC-процессорах и распределенной арифметике на памяти.

Рассматривается метод синтеза фильтров случайных последовательностей при отсутствии априорной статистической информации о характеристиках полезного сигнала и шумов. При синтезе используются лишь данные о текущих измерениях и ограниченный объем эмпирической информации, что приводит к необходимости применения детерминированного подхода на основе метода наименьших квадратов. В целях получения рекуррентного алгоритма фильтрации предлагается расширение структуры функции потерь метода за счет включения в ее состав дополнительного слагаемого, задающего экстраполяцию оценки на следующий период измерений. Оптимальная текущая оценка находится с учетом как результатов измерений, так и экстраполированных значений. Выбор функции экстраполяции осуществляется исходя из желаемого класса синтезируемого фильтра. В работе рассматривается вариант полиномиальной экстраполяции с учетом предшествующих оценок и измерений. Использование только предшествующих оценок приводит к структуре фильтра с обратной связью, а использование только предшествующих измерений формирует трансверсальный фильтр. Проводится математическое моделирование, и на конкретном примере оцениваются потери точности фильтрации за счет неучета априорной статистической информации.

Исследуются свойства популярной меры сравнения цифрового изображения с эталоном – индекса структурного сходства, называемого в литературе SSIM. Доказывается, что SSIM и производные от него функции не являются метриками. Описываются варианты модификации индекса SSIM. Показывается, что меры, подобные этому индексу, оценивают не качество изображений, а их пофрагментное сходство. Кроме того, отмечается, что усредненные оценки, выставляемые экспертами и называемые MOS, очень субъективны и не могут в точности коррелировать с вычисляемыми количественными оценками сходства сравниваемых изображений. Для подсчета индекса SSIM вычисляется матрица локальных оценок. Каждая оценка определяет сходство двух анализируемых пикселов с одинаковыми координатами с учетом соседних пикселов. Обычно в качестве индекса SSIM используется средняя арифметическая величина полученной матрицы. Вместо нее для усовершенствования индекса SSIM предлагается использовать параметр масштаба распределения Вейбулла, аппроксимирующего гистограмму локальных оценок индекса SSIM. На множестве изображений общедоступной базы TID2013 показывается, что предложенный параметр является более точной характеристикой сходства изображений, чем среднее множество локальных оценок.

Авторы: М. Я. Ковалев, О. В. Горох

 

Рассматривается усовершенствованный вариант алгоритма, реализующего метод пропорционального наведения для управления сверхзвуковыми беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) в ограниченном секторе углового сопровождения, связанном с линией визирования аэродинамической цели. Метод обеспечивает устойчивое наведение объекта управления с углами упреждения, не превышающими предельно допустимые. Приводятся аналитические выражения, описывающие алгоритм формирования команд управления и сигналов коррекции, адаптивных к параметрам движения. Сопровождение и наведение БПЛА при этом реализуются в широком диапазоне дальностей, высот и скоростей движения объекта перехвата. Представлены результаты математического моделирования задачи пространственного перехвата аэродинамической цели, а также сравнительного анализа и предварительной оценки точности наведения классических и модифицированных вариантов метода пропорционального наведения.

С развитием технологий мобильной связи ресурсов беспроводного спектра становится недостаточно. Исследователи ищут новые технологии мобильной связи, которые будут не только отвечать ожиданиям пользователей, но и улучшат эффективность беспроводного спектра. Ключевые технологии исследования беспроводной сети следующего поколения основаны на сложных алгоритмах управления множественным доступом на физическом уровне. В статье предлагается новый алгоритм гибкого множественного доступа (неортогонального множественного доступа, НОМД), анализируется производительность системы для НОМД восходящей линии связи с усовершенствованным приемником последовательного подавления помех, применяемым на стороне базовой станции. С помощью Matlab показывается, что производительность системы, достигнутая в НОМД, выше на 30 % по сравнению с системой ортогонального множественного доступа.