Скачати повний текст

Удосконалено математичні моделі сигналу зі стохастичними зсувами спектра для розробки обчислювальних методів його оперативного вірогідного виявлення за допомогою обмеженої кількості засобів. Побудовано нові лінійні математичні моделі аналогово-цифрового перетворення (АЦП) сигналу на базі власних функцій оператора, ядром якого є кореляційна функція сигналу. Одержано вирази функціонала відношення правдоподібностей, статистики виявлення та його характеристик. За допомогою означення кореляційних функцій періодичними показано можливість врахування у цих виразах зсувів спектра. Експериментально встановлено періодичну корельованість радіосигналу з псевдовипадковими стрибками несучої частоти, результат його цифрового спектрального аналізу адаптовано до відомих метрологічних норм, визначено індикаторну функцію стаціонарних компонент АЦП від даного сигналу. Розроблено метод індексації спектральних компонент і визначено екстремальні властивості варіації спектра. Запропоновано методи, алгоритми та програми екстремальної адаптації пристроїв до сигналу з розсіяним спектром, а також його ефективне виявлення з відношенням сигнал/шум меншим на 05-1 дБ у порівнянні з локально-оптимальними методами. За допомогою розпаралелювання вдвічі зменшено ступінь поліноміальної складності обчислень. Результати наукового дослідження верифіковано для радіосигналів з псевдовипадковими стрибками несучої частоти.

  Скачати повний текст

Із використанням фізико-географічної та палеогеографічної методологій досліджено етапи розвитку ландшафтів Українського Розточчя. Доведено вплив пізньопалеозойських тектонічних структур на формування давнього та сучасного рельєфу, а також ландшафтної структури досліджуваної території. З'ясовано, що у період раннього сармату Розточчя існувало у вигляді окремої палеогеографічної області, було вододілом і мало хвилястий, горбистий рельєф, утворений міоценовими відкаладами. Зроблено припущення, що за умов субтропічного клімату на даній території співіснували мезофільні рослини поряд з вічнозеленими реліктами палеогену, серед тварин були представники травоїдної гіпаріонової фауни. Виявлено, що прилегла частина Малого Полісся не була затоплена міоценовими морями, а масштаби ерозійного нищення гіпотетичної крейдово-третинної товщі Малого Полісся, окреслені попередніми дослідниками, є перебільшеними. Доведено, що у час максимального зледеніння у долинах на Розточчі панували болота, сирі та вологі луки, рідкі деревно-чагарникові острівки, сухіші межиріччя були зайняті тунролісовою рослинністю з островами лісів паркового типу, складеними холодостійкими породами. Зроблено висновок, що Українське Розточчя у регіональній системі сучасних фізико-географічних одиниць є частиною фізико-ландшафтної області Розточчя, що входить у склад Західної Європи, Середньо-Європейської (Німецько-Польської) рівнини. Запропоновано визначення Розточчя як зони хвойношироколистяних лісів Західної Європи. У межах Українського Розточчя виділено чотири ландшафти, окремі місцевості та складні урочища.

  Скачати повний текст

Дисертаційна робота присвячена вивченню методів опрацювання низькоінтенсивного електроретиносигналу, та розробці методу попередньої підготовки даних для застосування адаптивно-рекурсивної фільтрації. Встановлено, що для виявлення ризиків токсикації організму (тип токсинів, дози, тривалості впливу тощо) та ранньої діагностики, використовують оцінювання невеликих характерних змін у електроретиносигналі (ЕРС) чи його частинах (хвилях). Для збільшення точності та роздільної здатності, що є необхідним для визначення ризиків нейротоксикації, знижують енергію світлового подразнення. Отримано низькоінтенсивний ЕРС, який значно спотворений шумами внаслідок зниження відношення енергії сигналу до енергії шуму. Застосування відомих алгоритмів визначення параметрів математичної моделі ЕРС потребує значного часу обчислення, що унеможливлює швидке переналаштування фільтру при опрацювання низькоінтенсивного ЕРС. Для цього у роботі використано метод Хука-Дживса, котрий є комбінацію досліджуючого пошуку з циклічною зміною змінних і пошуку за зразком. При застосуванні алгоритму побудованого на основі методу Хука-Дживса скорочено час визначення коефіцієнтів у 120 разів, за інших однакових умов. Методом статистичного випробування, проведено визначення достовірності методу визначення коефіцієнтів та застосовано ROC-аналіз, який показав вищу чутливість та специфічність запропонованого методу в порівнянні з методом прямого направленого перебору.^UThe dissertation is devoted to the study of methods of processing low – intensity electroretinosignal, and the development of a method of preliminary data preparation for the application of the adaptive-recursive filter. It has been established that to identify the risks of toxicity of the organism (type of toxins, dose, duration of exposure, etc.) and early diagnosis, use the assessment of small characteristic changes in the electroretinosignal (ERS) or its parts (waves). To increase the accuracy and resolution, which is necessary to determine the risks of neurotoxicity, reduce the energy of light stimulation. A low-intensity ERS is obtained, which is significantly distorted by noise due to the decrease in the ratio of signal energy to noise energy. The application of known algorithms for determining the parameters of the mathematical model of ERS requires a significant calculation time, which makes it impossible to quickly reconfigure the filter when processing low-intensity ERS. To do this, we use the Hooke-Jeeves method, which is a combination of exploratory search with cyclic change of variables and sample search. When applying the algorithm based on the Hooke-Jeeves method, the time for determining the coefficients is reduced by 120 times, other things being equal. By the method of statistical testing, the reliability of the method of determining the coefficients was determined and ROC-analysis was applied, which showed higher sensitivity and specificity of the proposed method in comparison with the method of direct directed search.

У дисертаційній роботі розв'язано актуальну наукову задачу розробки математичної моделі високочастотних магнітних ключів та її інтеграції в обчислювальне середовище для автоматизації проектування джерел вторинного електроживлення.Обґрунтовано для моделі вихідної характеристики МК представлення лекальним методом фрагментами синусоїдальних функцій, що суттєво знизило її обчислювальну складність та лягло в основу комп'ютерної моделі високочастотних МК. Запропоновано та обґрунтовано реалізацію моделі МК з допомогою цифрових технологій, а саме – її представлення у вигляді цифрового мікроконтролера. Обґрунтовано принцип масштабування моделі та вибір параметрів АЦП вхідної та ЦАП вихідної напруг МК, що забезпечило інтеграцію моделі МК у обчислювальні середовища для САПР радіоелектронних кіл. Така інтеграція забезпечує скорочення часу проектування ДВЕЖ за рахунок автоматизації процесу вибору параметрів високочастотних МК.^UIn current thesis a topical scientific task of high-frequency magamp switches mathematical model development and its integration into computer-aided design (CAD) programmes for magamp power converters design automation is solved. Such power converters are widely used in biomedical, space, lighting engineering, computer and IT technologies, transport systems, cellular network stations, office equipment, etc. Power supplies design automation is provided with computer aided design (CAD) programmes for electric circuits.In the dissertation the author proposes and reasons a representation of the high-frequency magamp switch model as a component with an output characteristic in a shape of a hysteresis loop. For the first time it is proposed and reasoned to represent the model of magamp switch output characteristic with the decomposition of magamp switch output current and voltage signals into trigonometric Fourier series. It allowed representing the hysteresis of magamp switch output current and voltage with the sum of sinusoids of different frequencies and amplitudes. An approach to modeling magamp switch output characteristic with fragments of sine functions (curve fitting method) was proposed and investigated for a sine function of one given frequency. It significantly decreased model's computational complexity. A computer model of high-frequency magamp switch output characteristic was developed based on its mathematical model. There was reasoned the use of a digital sine generator, that consists of discreet digital components, as the prototype of its structure, that provided the integration of the mathematical model into CAD computational environments. In contrast to the existing models, whose realization requires a large number of high-quality data, its input parameters, in particular saturation magnetic inductance Bs and coercive force Hc, are defined for every magamp switch core type and are available in datasheets. Based on the proposed magamp switch output characteristic computer model, a new magamp switch computer model was built. Its realization based on a digital microcontroller, with the further integration into CAD programme computational environment, was suggested and reasoned. Since magamp power converters are analogue devices, and the developed magamp switch computer model is realized with digital technologies, there was a need for magamp switch input voltage analogue-to-digital conversion (ADC), and its output voltage digital-to-analogue conversion (DAC). The principle of model's scaling, and the choice of input voltage ADC and output voltage DAC parameters was reasoned. It allowed magamp switch model integration into computational environments for CAD programmes for electric circuits. Design automation of power converters based on magamp switches was provided, hence the time required for their design was decreased.The environment for computer modeling of devices based on magamp switches was further developed, compared to its former version, gaining an integrated realization of the magamp switch computer model. An experimental magamp switch B-H characteristic was obtained to verify the developed magamp switch model. For this purpose, an experimental electric circuit with high-frequency magamp switch was built and investigated. Absolute error ε and mean-square deviation σ between modeled data and experimental results were calculated.Automation of magamp power converters design enhances development of new topologies. Within the framework of this research there were developed a power inverter, controlled power supply with ac output, and pulse dc voltage stabilizer, where the magamp switch operates along full hysteresis loop. There was developed dc voltage stabilizer, where magamp switch operates along partial hysteresis loop. This topology was implemented in State Scientific Technical Enterprise TEKHAS-K.The representation of high-frequency magamp switch output characteristic's mathematical model with fragments of sine functions (curve fitting method), and its computer realization with digital technologies provided the integration of magamp switch computer model into the computational environment of CAD programmes for electric circuits. This provided the automation of magamp power converters design that decreased its time, computational complexity, allowed the choice of magamp switch parameters without its necessary manual testing, enhanced development of new power converters topologies and series production of multichannel power supplies and power converters with high load current, and it is a topical and important practically useful result of the dissertation research.

Дисертацію присвячено вирішенню наукового завдання, яке полягає у математичному моделюванні черезшкірного трансферу електромагнітної енергії та розвитку обчислювальних методів синтезу ректени, та контролю заряджання акумулятора імплантата кардіостимулятора-дефібрилятора, що має істотне значення для підтримки життєдіяльності людини. Виконано аналіз стану та розвитку математичного моделювання та методів безпровідного трансферу електромагнітної енергії через шарувате біосередовище, що дало змогу до подальшої розробки математичної моделі та обчислювальних методів оптимізації черезшкірного трансферу електроенергії. Розроблено математичну модель процесу трансферу електромагнітної енергії через мінливе шарувате біосередовище, що дало змогу оцінити затрачену енергію в каналах трансферу і запровадити контроль рівня заряду акумулятора. Запропоновано нові підходи для побудови кардіостимуляторів зі застосуванням проблемно-орієнтованих засобів із базами знань для автоматизації процесу і прогнозування впливу невідомих чинників при підтримці здоров'я організму людини, що дало змогу оптимізувати форму і параметри випромінювальної ректени.^UThe dissertation is devoted to the solution of the scientific problem, which consists in mathematical modeling of percutaneous transfer of electromagnetic energy and development of computational methods of the rectenna synthesis and control of battery charge of a pacemaker-defibrillator implant, which is for human life support. When powering the implant's accumulator, it is necessary to control the energy consumption mode, to take into account the variability of biophysical parameters of the channel of energy transfer environment in order to optimize the battery charging process and to use all of its technical resource, which will significantly reduce invasion when using the implant. The methods of rectenna synthesis, in particular its shape, parameters of the radiation pattern are developed. The initial conditions are given, the choice of the criteria for optimizing the shape of the rectenna is substantiated. The method of finding the optimal shape of the rectenna by the non-gradient method is substantiated. The choice of such a non-gradient search method as a genetic algorithm is explained. This method of finding the extreme value of the optimality criterion of the rectenna was chosen because of biomedical constraints (the principle of non-invasiveness), and the interdependence of initial parameters. Optimization of the radiating rectenna's geometric parameters was performed using the MATLAB and ELCUT environments. Scientific novelty of the obtained results: For the first time the use of eikonal representation of electromagnetic radiation in the optimization of wireless energy transfer through the bioenvironment for charging the battery of the pacemaker-defibrillator implant substantiated. For the first time, the wave function of electromagnetic energy transfer through a layered bioenvironment is determined; a mathematical model of transfer and a method for optimizing battery charge are proposed. It is proposed to use a genetic algorithm for parametric synthesis of the optimal shape of the rectenna, the shape parameters of which are interdependent. For the first time the method and the scheme of remote control of charging of the implant battery is offered. New computational methods of computer simulation and verification of the obtained research results have been developed - mathematical modeling, optimal parametric synthesis of rectenna, and wireless transfer of electromagnetic energy for charging the implant battery. There was performed the analysis of the state and development of mathematical modeling and methods of wireless power transfer through a layered bioenvironment, which allowed further development of the mathematical model and computational methods of percutaneous electricity transfer optimization. A mathematical model of electromagnetic energy transfer through a variable layered bioenvironment has been developed, which allowed to estimate the energy consumed in the transfer channels and to control the battery charge level. New approaches to the construction of pacemakers were made, using problem-oriented tools with knowledge bases to automate the process and predict the impact of unknown factors in maintaining the health of the human body, which allowed to optimize the shape and parameters of the radiating rectenna. The obtained results of experimental researches make it possible to create a rectenna with geometrical parameters necessary to achieve the optimal radiation pattern.

У дисертації розв'язано актуальну наукову задачу обґрунтування математичної моделі та розроблення методів аналізу пульсового сигналу для підвищення інформативності фотоплетизмографічних систем.Обґрунтовано вибір математичної моделі пульсового сигналу у вигляді періодично корельованого випадкового процесу. На базі обґрунтованої моделі пульсового сигналу розроблено методи та алгоритми його аналізу для обчислення усереднених кореляційних компонент як інформативних ознак стану ригідності судин. Розроблено обчислювальний метод та алгоритм оцінювання періоду пульсового сигналу для підвищення точності його аналізу. Розроблено програмне забезпечення в середовищі MATLAB та макет фотоплетизмографічної системи для реєстрації та аналізу пульсового сигналу.Розроблено метод та алгоритм верифікації та валідації методів аналізу пульсового сигналу на базі імітаційного моделювання та параметричного критерію Фішера. На підставі результатів верифікації та валідації встановлено, що методи та розроблені на їх основі алгоритми аналізу пульсового сигналу є істинно працездатними при виявленні ригідності судин у людини.^UIn the dissertation the actual scientific problem of a pulse signal mathematical model substantiation and development methods of its analysis of photoplethysmographic systems informativeness increasing is solved.The mathematical model of the pulse signal in the form of a periodically correlated random process is substantiated, which made it possible to take into account randomness, periodicity and correlation between different pulse waves (cycles) of one implementation to solve the problem of studying the dynamics of changes in the phase-time parameters of the signal as a sensitive indicator of the state of vascular rigidity. A computational method and algorithm for estimating the pulse signal period based on finding the minimum of the centered signal mean value variation function have been developed to increase the accuracy of its analysis by reducing the blurring of the calculated estimates of informative features in photoplethysmographic systems.A model of photoplethysmographic system for registration and analysis of pulse signal is developed. The results of metrological verification confirmed the authenticity of the layout. On the basis of a pulse signal substantiated model methods and algorithms of its analysis for calculation of averaged correlation components as informative (diagnostic) signs of a condition of human vessels rigidity are developed. The computational complexity of pulse signal analysis algorithms in relation to their software implementation is estimated. Specialized software as a component of photoplethysmographic systems for a pulse signal computer analysis by in-phase and component methods in MATLAB environment has been developed.A method and algorithm for analysis methods verification based on simulation of a pulse signal as periodically extended in time space sums of two time-shifted functions of normal distribution taking into account randomness of amplitude and phase-time indicators were developed. A software with a graphical user interface in the MATLAB environment to simulate high-probability implementations of test pulse signals by input parameters (wave amplitude, their time durations and moments, number of cycles, randomness, phase changes, etc.) was developed. According to the verification results using a pulse signal simulation model the interrelation between phase shifts of direct and reflected pulse waves in the structure of simulated signals with averaged correlation components as informative features is revealed which confirmed the fact of their informativeness and truth about the efficiency of the methods of analysis of the pulse signal at detection of the human vessels rigidity manifestations.The validation procedure to establish the truth of the efficiency of the pulse signal in-phase and component analysis methods and algorithms by comparing the analysis results of the simulated pulse signals with experimental data is carried out. Based on Fisher's parametric criterion, the similarity of the analysis results (averaged correlation components) of the simulated and experimental pulse signal with the reliability of the decision 0.95 (0.99) and the error of the decision 0.05 (0.01), was confirmed.