Интегральные схемы и системы на кристалле являются ключевыми звеньями различных промышленных систем и систем обороноспособности государства. Появление контрафактных интегральных схем, проблемы пиратства, перепроизводства, несанкционированное вмешательство в проект микросхемы, аппаратные трояны требуют развития методов и средств их своевременного обнаружения. Трояны могут быть внесены в структуру интегральных схем при разработке и в процессе производства на этапах спецификации, проектирования, верификации и изготовления. Включение в структуру интегральных схем дополнительных элементов ставит под угрозу функциональную пригодность и надежность системы в целом. С целью аппаратной защиты проектов в настоящее время применяются методы аппаратного кодирования.

В работе рассматриваются особенности и надежность логического кодирования комбинационных схем. Предлагается алгоритм взлома кода комбинационных схем, основанный на описании закодированной структуры функцией разрешения и сведении задачи к КНФ-выполнимости. Исходными данными для декодирования структуры цифрового устройства являются структурная реализация закодированной схемы, полученная, например, методом обратного проектирования (проектирования по прототипу), а также активированный физический образец интегральной схемы, в защищенную от несанкционированного доступа память которой загружено правильное значение ключа. Этот образец может использоваться в виде модели черного ящика. Основная идея взлома ключа состоит в том, чтобы решить задачу, не прибегая к исследованиям на большом интервале значений входных и выходных переменных.

Показывается актуальность задачи тестирования запоминающих устройств современных вычислительных систем. Исследуются математические модели неисправностей этих устройств и используемые методы тестирования наиболее сложных из них на базе классических неразрушающих маршевых тестов. Вводится понятие адресных последовательностей (pA) с четным повторением адресов, которые являются основой базового элемента, входящего в структуру новых неразрушающих маршевых тестов March_pA_1 и March_pA_2. Приводятся алгоритмы формирования подобных последовательностей и примеры их реализации. Показывается максимальная диагностическая способность новых тестов для случая простейших неисправностей, таких как константные (SAF) и переходные (TF), а также сложных кодочувствительных неисправностей (PNPSFk). Отмечается существенно меньшая временная сложность тестов March_pA_1 и March_pA_2 по сравнению с классическими неразрушающими тестами, которая достигается за счет меньших временных затрат на получение эталонной сигнатуры. Вводятся новые метрики расстояния для количественного сравнения эффективности применяемых pA при однократной реализации тестов March_pA_1 и March_pA_2. В основе новых метрик лежит расстояние D(A(j), pA), определяемое разностью индексов повторяющихся адресов A(j) в последовательности pA. Исследуются свойства новых характеристик последовательностей pA и оценивается их применимость для выбора оптимальных тестовых последовательностей pA, обеспечивающих высокую эффективность новых неразрушающих тестов. Приводятся примеры вычисления метрик расстояний и показывается зависимость эффективности новых тестов от численных значений метрик расстояния. Как и в случае классических неразрушающих тестов, рассматривается многократное применение тестов March_pA_1 и March_pA_2. Вводится характеристика V(pA), которая численно равняется количеству отличающихся значений расстояния D(A(j), pA) адресов A(j) последовательности pA. Экспериментально показывается справедливость аналитических оценок и подтверждается высокая эффективность обнаружения неисправностей однократными и многократными тестами типа March_pA_1 и March_pA_2 на примере неисправностей взаимного влияния для p = 2.

В задачах анализа потоков данных актуальны проблемы статистического принятия решений о параметрах наблюдаемых потоков. Для их решения в работе предлагается использовать последовательные статистические решающие правила. Такие правила построены в статье для трех моделей потоков наблюдений: последовательности независимых однородных наблюдений; последовательности наблюдений, образующих временной ряд с трендом; последовательности зависимых наблюдений, образующих однородную цепь Маркова. Для каждого случая рассмотрена также ситуация, когда модель описывает наблюдаемые стохастические данные с искажениями. В качестве допустимых искажений используются «выбросы» («засорения»), которые адекватно описывают наиболее часто встречающиеся на практике ситуации. Предложены семейства последовательных решающих правил, в рамках которых строятся робастные решающие правила, позволяющие снизить влияние искажений на характеристики эффективности. Для иллюстрации преимуществ построенных решающих правил приводятся результаты компьютерных экспериментов.

Построено аналитическое решение граничной задачи, описывающей процесс проникновения низкочастотного магнитного поля через тонкостенный цилиндрический экран в присутствии цилиндра, с использованием приближенных граничных условий. Источником поля является тонкая нить бесконечно малой длины с бесконечно малым поперечным сечением, по которой циркулирует ток. Нить расположена в плоскости, перпендикулярной оси цилиндрического экрана, во внешней области по отношению к экрану. Первоначально потенциал исходного магнитного поля был представлен в виде сферических гармонических функций, затем с помощью теорем сложения, связывающих сферические и цилиндрические гармонические функции, стал представлен в виде суперпозиции цилиндрических гармонических функций. Вторичные потенциалы магнитного поля также представлены в виде суперпозиции цилиндрических гармонических функций в трехмерном пространстве. Показано, что решение поставленной граничной задачи сведено к решению системы линейных алгебраических уравнений относительно коэффициентов, входящих в представление вторичных полей. Численно исследовано влияние некоторых параметров задачи на значение коэффициента экранирования внешнего магнитного поля при прохождении через цилиндрический экран из меди в присутствии цилиндра. Результаты вычислений представлены в виде графиков. Полученные результаты могут быть использованы для экранирования технических устройств и биологических объектов от воздействия магнитных полей и обеспечения экологической среды вокруг работающих электроустановок и устройств.

Рассматриваются вопросы повышения энергоэффективности и улучшения качества автоматического регулирования температуры воздуха в промышленных теплицах. Предлагается метод управления температурой воздуха в промышленной теплице на основе принципа компенсации возмущения с использованием данных прогноза погоды. Динамические свойства объекта управления приближенно описываются линейным апериодическим звеном первого порядка с запаздыванием. Для решения проблемы наличия транспортного запаздывания в объекте управления при выработке управляющего сигнала в цепи компенсации возмущения помимо сигнала датчика наружной температуры учитываются также данные прогноза изменения наружной температуры на определенный предстоящий интервал времени, что позволяет заблаговременно осуществлять соответствующее компенсирующее управляющее воздействие. Приводятся структурная схема системы автоматического регулирования температуры в помещении, теоретические математические выражения для синтеза регулятора и анализа качества регулирования, а также результаты численного моделирования процесса регулирования температуры. Предлагаемый метод управления может быть использован при регулировании температуры воздуха в зданиях и сооружениях с повышенными требованиями к параметрам микроклимата.

Предложен метод моделирования эффекта ухудшения частотного разрешения уха у больных нейросенсорной тугоухостью, особенностью которого является возможность его настройки по аудиограмме конкретного человека. Метод основан на пофреймовой обработке сигнала в частотной области. Моделирование эффекта ухудшения частотного разрешения уха достигается за счет обработки составляющих амплитудного спектра исходного звукового сигнала «размывающей» функцией. «Размывающая» функция формируется из амплитудно-частотных характеристик слуховых фильтров, ширина полос которых определяется исходя из аудиограммы тугоухого человека. Предложенный метод реализован в среде MATLAB. Проведено экспериментальное исследование влияния эффекта ухудшения частотного разрешения уха с использованием теста на разборчивость речи. В эксперименте участвовало 15 человек, которым давали прослушивать записи, обработанные предложенным методом с различными настроечными параметрами, в том числе с добавлением белого шума и без добавления. Экспериментальные данные показали, что ухудшение частотного разрешения уха приводит к ухудшению разборчивости речи, особенно сильному при наличии фонового шума. На основании ответов участников эксперимента составлены таблицы спутывания звуков, отражающие факт неразличимости схожих по частоте звуков, что подтверждает корректность работы предложенного метода.

В задачах машинного обучения исходные данные часто заданы в разных единицах измерения и типах шкал. Такие данные следует преобразовывать в единое представление путем их нормализации или стандартизации. В работе показана разница между этими операциями. Систематизированы основные типы шкал, операции над данными, представленными в этих шкалах, и основные варианты нормализации функций. Предложена новая шкала частей и приведены примеры использования нормализации данных для их более корректного анализа.

На сегодняшний день универсального метода нормализации данных, превосходящего другие методы, не существует, но нормализация исходных данных позволяет повысить точность их классификации. Кластеризацию данных методами, использующими функции расстояния, лучше выполнять после преобразования всех признаков в единую шкалу.

Результаты классификации и кластеризации разными методами можно сравнивать различными оценочными функциями, которые зачастую имеют разные диапазоны значений. Для выбора наиболее точной функции можно выполнить нормализацию нескольких из них и сравнить оценки в единой шкале.

Правила разделения признаков древовидных классификаторов инвариантны к шкалам количественных признаков. Они используют только операцию сравнения. Возможно, благодаря этому свойству классификатор типа «случайный лес» в результате многочисленных экспериментов признан одним из лучших при анализе данных разной природы.

Известны три основных семейства алгоритмов вывода в логике первого порядка: прямой логический вывод и его применение к дедуктивным базам данных и продукционным системам; процедуры обратного логического вывода и системы логического программирования; системы доказательства теорем на основе метода резолюции. При решении конкретных проблем наиболее эффективными являются алгоритмы, позволяющие охватить все факты и аксиомы, которые должны быть учтены в процессе логического вывода. Рассматривается пример применения логики первого порядка с целью выявления виновных в противоправных действиях. На основании высказываний формируется база знаний из выражений, с помощью которых составляется выражение логики первого порядка. Приводятся доказательства рассуждений, полученных в прямом логическом выводе с помощью дерева доказательств. Прямой логический вывод предусматривает выполнение допустимых этапов логического вывода на основе всех известных фактов, поэтому также рассматривается метод на основе резолюции при реализации обратного логического вывода с учетом выражения, полученного при прямом логическом выводе. Данное выражение преобразуется в конъюнктивную нормальную формулу с помощью законов булевой алгебры и доказывается методом исключения событий с помощью операции конъюнкции.

Показывается необходимость создания информационной системы, имеющей специализированные сервисы, которые позволяют ученым и специалистам выполнять тематическую обработку данных дистанционного зондирования Земли, изменяя определенным образом параметры обработки данных, и самостоятельно анализировать полученную информацию.

Рассматривается разработка специализированной информационной системы для оперативного предоставления информации на примере создания программного комплекса распространения оперативной космической информации и работающего во взаимодействии с ним программного комплекса прогноза урожайности зерновых культур.

Представляется структура программного комплекса распространения оперативной космической информации. Приводятся технические и функциональные характеристики его отдельных элементов. Показываются связи подсистем комплекса при приеме, обработке, анализе данных и предоставлении информации заинтересованным специалистам и исследователям. Обращается внимание на возможности широкого применения комплекса для решения научных и прикладных задач в различных областях знаний. Описывается практическое применение вегетационных индексов при анализе оперативной космической информации. Приводятся данные о практических результатах прогнозирования развития зерновых сельскохозяйственных культур и количественных показателях сеансов с космических аппаратов. Показывается возможность дальнейшего совершенствования и развития созданной информационной системы.