Електронний архів наукових та освітніх матеріалів КПІ ім. Ігоря Сікорського

ELAKPI – інституційний репозитарій, що накопичує, зберігає, розповсюджує та забезпечує довготривалий, постійний та надійний доступ через Інтернет до наукових та освітніх матеріалів професорсько-викладацького складу, співробітників, студентів, аспірантів та докторантів КПІ ім. Ігоря Сікорського. За посиланням можна ознайомитися з положенням про ELAKPI.

Доступ до матеріалів ELAKPI

Доступ до повних текстів матеріалів ELAKPI вільний в мережі Інтернет, крім:

  • частини матеріалів з зібрань факультетів/кафедр, завантажених до 2016 року, доступ до яких надається в локальній мережі університету, що вказано в описі матеріалу;
  • звітів про НДР – доступ з комп’ютерів у залі № 6.6 НТБ;
  • дисертацій та авторефератів, завантажених до 2016 року, які доступні тільки для перегляду з комп’ютерів у залі № 6.6 НТБ.

Щоб отримати права на перегляд/скачування повних текстів ресурсів, доступних тільки в локальній мережі університету, зареєстровані користувачі Бібліотеки КПІ ім. Ігоря Сікорського можуть скористатися послугою Віддалений доступ до "локальних" ресурсів.

Розміщення матеріалів в ELAKPI
Контакти

Бібліотека КПІ ім. Ігоря Сікорського, зал № 4.4, тел. +38 (044) 204-96-72, elakpi@library.kpi.ua, elakpi.ntb@gmail.com

 

Фонди

Виберіть фонд, щоб переглянути його зібрання.

Зараз показуємо 1 - 38 з 38

Нові надходження

Ескіз
ДокументВідкритий доступ
Енергоорієнтоване адаптивне керування криптографічним захистом Fog-вузлів IoT
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Савка, Максим Сергійович; Пілінський, Володимир Володимирович
Савка М.С. Енергоорієнтоване адаптивне керування криптографічним захистом Fog-вузлів IoT. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 171 «Електроніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, Київ, 2026. У дисертації одержано такі нові наукові результати: Вперше запропоновано метод адаптивного енергоорієнтованого керування криптографічним навантаженням Fog-вузла, який, на відміну від наявних підходів, у процесі функціонування динамічно узгоджує вибір симетричного криптографічного примітиву з поточним рівнем енергозапасу апаратної платформи. Це дає змогу реалізувати концепцію керованої деградації: тимчасовий перехід до алгоритмів із меншою обчислювальною складністю розглядається не як зниження рівня безпеки, а як механізм забезпечення живучості системи та протидії атакам на виснаження батареї. Набула подальшого розвитку концепція забезпечення апаратної живучості для мікропроцесорних систем мобільного IoT: запропоновано механізм, за яким у критичних енергетичних режимах система керування підтримує фізичну працездатність апаратного вузла внаслідок свідомого зниження обчислювального навантаження на мікропроцесор. Вперше обґрунтовано використання інтегрального критерію якості 𝐽 як аналітичного інструменту для формалізації компромісу між затримкою, енерговитратами та обчислювальними можливостями, що дає змогу математично підтвердити адекватність керування в досліджуваній електронній системі. Удосконалено методологію апаратно-програмного моделювання для верифікації енергоорієнтованих систем на автономному вузлі з ARM-архітектурою. Удосконалення полягає в інтеграції розробленої емпіричної моделі енергоспоживання, що встановлює прямий аналітичний зв’язок між завантаженням CPU та струмами розряджання елементів живлення. У дисертаційній роботі здійснено поглиблене дослідження апаратної живучості електронних Fog-вузлів мобільного Інтернету речей в умовах критичного обмеження електроживлення для удосконалення процесу проєктування вбудованих мікропроцесорних систем шляхом впровадження енергоорієнтованого адаптивного керування. Метою дослідження є підвищення апаратної живучості та енергоефективності електронних систем Fog-вузлів мобільного IoT що працюють в умовах автономного електроживлення шляхом розроблення методу адаптивного керування процесорним навантаженням (зумовленим криптозахистом) на базі нечіткої логіки. Об’єктом дослідження є керування обчислювальними ресурсами та забезпечення фізичної живучості в апаратних вузлах туманних обчислень (Fog Computing) мобільного IoT, процеси енергоспоживання. Предметом дослідження є методи та моделі адаптивного керування режимами роботи мікропроцесорної системи із застосуванням нечіткої логіки для забезпечення енергоефективного балансу «безпека–енергія-затримка». У роботі застосовано методи системного аналізу для формалізації енергетичних обмежень, методи теорії автоматичного керування (нечітка логіка) для динамічного вибору режимів навантаження, а також методи емпіричного й апаратно-програмного моделювання для калібрування сили струмів споживання на реальному фізичному пристрої. Зміст дисертаційного дослідження викладений у чотирьох розділах, у яких подано результати теоретичних і експериментальних досліджень. У вступі дисертаційної роботи обґрунтовано доцільність і актуальність обраного напряму досліджень. Показано, що в архітектурах мобільного IoT локальні апаратні вузли функціонують в умовах автономного електроживлення (резервне джерело, акумуляторна батарея). Водночас вони змушені застосовувати ресурсоємні алгоритми криптографічного захисту інформації, які створюють значне навантаження на електронні компоненти. За таких умов інтенсивні обчислювальні операції, особливо за відсутності виділених апаратних криптоприскорювачів, є головним споживачем енергії мікропроцесора. Це спричиняє швидке виснаження батареї та фізичну відмову устаткування. Зазначено потребу в розробленні систем керування, які балансують процесорне навантаження та витрату енергії на операційному рівні електронного пристрою. У першому розділі наведено результати критичного аналізу особливостей технічних рішень для побудови апаратних Fog-вузлів. Проаналізовано архітектуру вбудованих систем (System on a Chip (SoC)), обмеження автономних джерел електроживлення та вплив інтенсивних обчислювальних операцій на силу струму споживання мікропроцесора. З’ясовано, що фіксовані налаштування обчислювально складних алгоритмів є неефективними. Функціонування електронної компонентної бази в реальних умовах спричиняє динамічну зміну споживаної потужності, яка є прямо пропорційною тактовій частоті та квадрату напруги живлення. За високого мережевого навантаження ресурсоємні криптографічні перетворення експоненціально збільшують витрату енергії та ініціюють експоненціальне зростання паразитних струмів витоку в КМОН-транзисторах внаслідок нагрівання напівпровідникового кристала. Це явище формує ризик апаратного перезавантаження або спрацьовування механізмів термального тротлінгу (thermal throttling). З огляду на це доведено, що статичне застосування максимального захисту зумовлює нераціональне використання енергії та стрімке виснаження акумулятора. На завершення розділу сформульовано вимоги до енергоорієнтованого керування ресурсами мікропроцесора, обґрунтовано актуальність роботи та визначено завдання дослідження. Встановлено потребу реалізації стратегії контрольованої деградації, за якої зниження рівня захисту відбувається керовано, зберігаючи фізичну працездатність пристрою. У другому розділі виконано теоретичне моделювання процесів адаптивного керування процесорним навантаженням. Fog-вузол формалізовано як керований об’єкт із обмеженими ресурсами. Вектор стану моделі поєднує енергетичні, обчислювальні та безпекові параметри (поточний заряд батареї, завантаження центрального процесора, інтенсивність трафіку та агрегований індикатор рівня загроз). Обґрунтовано застосування контролера на базі нечіткої логіки (Fuzzy Logic Controller), який динамічно змінює параметри роботи ядра залежно від стану системи. Керувальний вихід моделі інтерпретують як вибір одного з дискретних криптографічних профілів: Safe, Survival, Balanced або Max. Сформовано математичну модель, у якій введено інтегральний критерій якості для аналітичного оцінювання компромісу між продуктивністю системи та економією енергії. Функціонал агрегує три базові нормовані показники: затримку сервісу, енергетичні витрати та відхилення від цільового рівня безпеки. Застосування такого багатокритеріального підходу дає змогу математично збалансувати суперечливі вимоги щодо забезпечення високого рівня конфіденційності та необхідності збереження енергоресурсів пристрою. Доведено, що запропонований метод забезпечує керовану деградацію функцій на користь подовження часу роботи електронної апаратури: в умовах критичного дефіциту електроживлення система свідомо обмежує ресурсоємні операції (наприклад, переходить до полегшених алгоритмів хешування або шифрування), уникаючи повної відмови вузла. Третій розділ містить опис практичної реалізації розробленої системи на базі контейнерної мікропрограмної архітектури. Обґрунтовано вибір мікрокомп’ютера Raspberry Pi 5 з багатоядерним ARM-процесором (Cortex-A76) як базової електронної платформи для створення дослідного апаратно-програмного стенда. Спроєктовано програмно-апаратний комплекс ASM-фреймворку (Adaptive Security Manager), який складається з ізольованих модулів: сервісу прикладного інтерфейсу (ASM API) та адаптивного агента безпеки (ASM-Agent). Побудовано емпіричну модель енергоспоживання, яка встановлює прямий зв’язок між обчислювальним навантаженням, завантаженням процесора та струмами розряджання. У межах реалізації нечіткий контролер типу Такаґі-Сугено (Takagi-Sugeno) нульового порядку періодично зчитує системну телеметрію (рівень заряду, завантаження ядер) та показник рівня загрози, після чого формує узагальнений показник рівня безпеки. Для запобігання високочастотним перемиканням режимів (ефекту брязкоту) застосовано порогову дискретизацію та трапецієподібні функції належності. Відповідно до рішення контролера, система динамічно застосовує один із профілів захисту. Імітація криптографічного навантаження забезпечує відтворення пропорційної обчислювальної складності різних криптопримітивів (від еквівалента AES-256-GCM до ChaCha20-Poly1305), маючи безпосередній вплив на тепловиділення та динамічну витрату енергії апаратної платформи. У четвертому розділі проаналізовано результати експериментальних досліджень, виконаних із застосуванням методології Hardware-in-the-Loop (HiL) у реальних апаратних умовах. Проведено порівняльний аналіз динаміки розряджання батареї під керуванням нечіткої логіки (адаптивні стратегії) та в режимі фіксованого навантаження (статичні стратегії Fixed Max та Fixed Balanced). Для об’єктивності всі стратегії тестували за ідентичного часового профілю мережевого навантаження, що імітував фонову роботу, фазу масованої DDoS-атаки (високий рівень загрози) та фазу релаксації. Експерименти охоплювали сценарії повного забезпечення енергією (початковий заряд близько 100%) та критичного дефіциту (початковий заряд близько 35%). За результатами апаратного-програмного моделювання з’ясовано, що у штатному сценарії за повного забезпечення енергією витрата заряду в адаптивному режимі становить 15.53% порівняно з 16.71% у статичному профілі Fixed Max. За умов критичного енергодефіциту адаптивна система демонструє найбільшу ефективність: витрата дорівнює 10.04% в адаптивному режимі проти 16.71% у статичному. Практичні вимірювання сили струмів споживання та навантаження процесора беззаперечно підтвердили висновки теоретичних розрахунків. У критичному сценарії контролер примусово знижує обчислювальне навантаження до профілів Survival або Balanced, стабілізуючи середнє завантаження процесора на безпечному рівні 31.06%. Це дає змогу уникнути перегріву напівпровідникового кристала, мінімізувати ризики відмов в обслуговуванні через переповнення апаратних буферів та подовжити час автономної роботи fog-вузла під мережевим навантаженням в 1.7 раза. Застосування інтегрального критерію якості математично підтвердило адекватність роботи алгоритму керування: за наявності достатнього ресурсу стратегія мінімізує сумарний штраф, наближаючись до еталонних показників безпеки статичного профілю, а в разі енергодефіциту – безальтернативно надає пріоритет фізичному виживанню апаратного вузла. Окреслено межі застосування розробленої системи. Встановлено, що відсутність виділених апаратних криптоприскорювачів на багатьох промислових платформах жорстко пов'язує безпекові алгоритми з енергоспоживанням процесора, що зумовлює потребу калібрування моделі для кожного нового типу SoC. Отримані результати досліджень мають практичне значення і є прийнятними для використання під час проєктування та обслуговування вбудованих пристроїв IoT. Розроблені математичні та алгоритмічні моделі уможливлюють формування мікропрограмного забезпечення для розумних контролерів живлення, спрямованого на підтримання фізичної працездатності електроніки в умовах жорсткого дефіциту енергії. Наявність чітко розмежованих апаратних профілів завантаження створює основу для розроблення стійких до атак промислових шлюзів. Запропонована HiLметодика є ефективною для апаратного калібрування сили струмів та тепловиділення під час перенесення розробленого адаптивного фреймворку на інші промислові електронні платформи.
Ескіз
ДокументВідкритий доступ
Термомагнітні ефекти в багатошарових наноструктурах на основі сильних і розбавлених феромагнетиків та антиферомагнетиків
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Козлов, Олексій Анатолійович; Решетняк, Сергій Олекандрович; Кравець, Анатолій Федорович
Козлов О. А. Термомагнітні ефекти в багатошарових наноструктурах на основі сильних і розбавлених феромагнетиків та антиферомагнетиків. — Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії з галузі знань 10 Природничі науки за спеціальністю 104 Фізика та астрономія. — Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026. Дисертаційні дослідження присвячені встановленню фізичних механізмів термічно індукованого перемикання міжшарового обмінного зв'язку у п'ятишарових магнітних наноструктурах Fe/Cr/Fe17,5Cr82,5/Cr/Fe (Кюріперемикачах), систематизації режимів їхньої роботи та розробці теоретичних моделей, що кількісно описують поведінку цих структур у широкому діапазоні температур. Актуальність теми зумовлена потребою у створенні спінтронних пристроїв із зовнішнім керуванням міжшаровим обмінним зв'язком. У класичних металевих багатошарових структурах Fe/Cr взаємодія Рудермана--Кіттеля--Касуя-- Йосіди (РККІ) визначається товщиною немагнітного спейсера і слабко піддається зовнішньому впливу після виготовлення. Концепція Кюрі-перемикача усуває це обмеження: введення розбавленого феромагнітного прошарку FexCr1−x з температурою Кюрі поблизу кімнатної температури забезпечує повністю оборотний перехід між феромагнітним та антиферомагнітним типами міжшарового зв'язку при незначному нагріванні. Реалізація такого перемикання виключно електричним способом (через джоулеве нагрівання постійним струмом) відкриває перспективи застосування у термічно активованій магніторезистивній пам'яті (MRAM) та наноосциляторах. Об'єктом дослідження є п'ятишарові магнітні наноструктури Fe(2)/Cr(0,4)/FexCr100−x(0,9)/Cr(0,4)/Fe(2) (товщини в нм) з трьома концентраціями заліза в розбавленому прошарку: x = 17,5 ат.% (зразок NFC17), x = 20 ат.% (NFC20) та x = 21 ат.% (NFC21), виготовлені методом DCмагнетронного розпилення на підкладках Si(100). Від кожного зразка відділено два фрагменти: для магнітометричних вимірювань (VSM, SQUID-VSM) та для літографічного формування мікросмужок та магнетотранспортних досліджень. Предметом дослідження є температурозалежний міжшаровий обмінний зв'язок, магнітна анізотропія, магнітні фазові переходи та магнетотранспортні ефекти у зазначених структурах, а також вплив концентрації заліза та морфології розбавленого прошарку на параметри Кюрі-перемикача. Методи дослідження Для синтезу зразків використовувався метод DC-магнетронного розпилення . Шари розбавленого сплаву FexCr100−x осаджувались методом спільного розпилення з окремих мішеней Fe та Cr із роздільним керуванням потужністю. Статичні магнітні характеристики вивчались методами VSM та SQUID-VSM (Quantum Design MPMS 3 ). Транспортні властивості досліджувалися шляхом вимірювання магнетоопору двопровідним методом на мікросмужках, сформованих УФ-літографією та реактивним іонним травленням . Теоретичний аналіз здійснювався в рамках макроспінових моделей міжшарового обмінного зв'язку, а саме: векторної моделі когерентного обертання, яка враховує білінійний та біквадратичний внесок у міжшаровий обмін, та колінеарної моделі метамагнетика, яка враховує обертальну анізотропію . Вплив просторового розподілу заліза на властивості розбавленого спейсера досліджувався методом Монте-Карло з використанням алгоритму Метрополіса . Дисертація складається із чотирьох розділів: Перший розділ містить огляд фундаментальних фізичних принципів, що лежать в основі роботи Кюрі-перемикача. Розглянуто механізми формування магнітного моменту атомів, класифікацію магнітних матеріалів та їх температурні залежності. Розглянуто теорію феромагнетизму, антиферомагнетизму та критерій Стонера для зонного магнетизму. Детально описано пряму (гайзенбергську) та непряму (РККІ) обмінні взаємодії, феноменологію міжшарового обмінного зв'язку з білінійною та біквадратичною складовими, а також ефект гігантського магнетоопору (ГМО) у планарних багатошарових, гранульованих та гібридних системах. Проаналізовані кристалографічні та магнітні властивості об'ємного хрому та заліза. Проаналізовано магнітну фазову діаграму об'ємних сплавів FexCr1−x за даними двох незалежних експериментальних підходів (Бурка та Такзея--Дорофеєва), зокрема детально проаналізовані магнітні властивості Fe17,5Cr82,5 і особливості концентраційного фазового переходу в ньому. Розглянуто концентраційний перехід у багатошарових плівках; з'ясовано, що введення тонких шарів Cr у композитну архітектуру Cr/FexCr1−x/Cr ефективно пригнічує прямий обмін і зберігає канал непрямого РККІ-обміну у значно ширшому діапазоні концентрацій, що є перевагою конструкції Кюрі-перемикача. У другому розділі описано методи фабрикації та експериментальних вимірювань. Наведено технологічні параметри виготовлення п'ятишарових структур методом DC-магнетронного розпилення, включаючи особливості спільного розпилення розбавленого сплаву Fe17,5Cr82,5 з двох незалежних мішеней. Описано методи контролю якості зразків (XRR, XRD, ФМР). Детально розглянуто принципи роботи вібраційної магнітометрії та магнітометрії на основі надпровідного квантового інтерферометра (SQUID-VSM), а також технічні характеристики установки Quantum Design MPMS 3. Описано процес літографічного формування мікросмужок для транспортних вимірювань та конфігурацію установки для вимірювання магнетоопору. У третьому розділі наведено результати експериментальних досліджень. Досліджено три серії зразків з різним вмістом заліза у розбавленому прошарку (x = 17,5; 20 та 21 ат.%). Для кожного складу визначено температуру орієнтаційного фазового переходу в зразках: TC ≈ 325, 360 та 380 К відповідно. Встановлено відсутність вираженого напрямку одновісної внутрішньоплощинної анізотропії, що узгоджується з моделлю обертальної анізотропії. Температурозалежні SQUIDVSM вимірювання виявили поступовий оборотний перехід від феромагнітного до антиферомагнітного типу міжшарового зв'язку. Магнетотранспортні вимірювання на мікросмужках шириною 9, 7 та 4 мкм підтвердили можливість електричного перемикання при кімнатній температурі. Встановлено параболічний закон T(j 2), що однозначно підтверджує джоулевий механізм перемикання з критичною густиною струму jc = 1,39 × 1011 А/м2 . Максимальний ефект ГМО становить ≈ 0,2%. Аналіз кутової залежності магнетоопору виявив, що внесок анізотропного магнетоопору (АМО) у паралельному стані (≈ 0,12%) порівнянний з ГМО, що обґрунтовує вибір геометрії H ∥ I для коректних вимірювань. У четвертому розділі проведено комплексне теоретичне моделювання в рамках трьох взаємодоповнюючих підходів. У рамках векторної моделі когерентного обертання для синтетичного антиферомагнетика (САФ) у макроспіновому наближенні відновлено температурні залежності білінійної та біквадратичної констант міжшарового зв'язку J1 та J2 шляхом апроксимації експериментальних петель гістерезису. Встановлено, що |J1|зростає від ∼ 0 при 200 К до ∼ 100 мкДж/м2 вище TC, тоді як J2 зменшується на ≈ 40 %, що відповідає покращенню якості інтерфейсу. У рамках колінеарної моделі метамагнетика у макроспіновому наближенні систематизовано чотири характерні режими роботи Кюрі-перемикача (A, B, C, D), що відрізняються кількістю та симетрією піків похідної dM/dH. Отримано аналітичні вирази для критичних полів перемикання та встановлено їх зв'язок з магнітною сприйнятливістю розбавленого шару: Jeff 12 (T) = −χ(T)J 2. Мікроскопічне моделювання прошарку Fe17,5Cr82,5 методом Монте-Карло на тривимірній ґратці ∼ 104 вузлів з гамільтоніаном Ізінга та алгоритмом Метрополіса дозволило дослідити вплив ступеня кластеризації атомів заліза на магнітну сприйнятливість та температуру перемикання. Показано, що при T > 325 К обидві макроспінові аналітичні моделі однаково добре описують поведінку структури, тоді як при T < 325 К необхідно враховувати гранулярну морфологію прошарку. Встановлено, що ступінь кластеризації є додатковим параметром оптимізації, який дозволяє одночасно керувати температурою перемикання та амплітудою ГМО-сигналу. Наукова новизна одержаних результатів На основі комплексного дослідження структур Fe(2)/Cr(0,4)/FexCr1−x(0,9)/Cr(0,4)/Fe(2) методами температурної магнетометрії (SQUID/VSM), магнетотранспортних вимірювань, моделюванням в наближенні макроспіна і методом Монте-Карло встановлено наступне. 1. Вперше експериментально визначено критичну температуру орієнтаційного фазового переходу для x = 17,5%: TC ≈ 325 К . Нижче TC прошарок зумовлює феромагнітноподібне непряме зв'язування між шарами Fe; вище — система переходить до непрямого обмінного зв'язку (РКKІ) антиферомагнітного типу. 2. Вперше підтверджено повністю електричне безпольове ФМ↔АФМ перемикання через джоулеве нагрівання. Зіставлення mr(T) і MR(j) з параболічним законом T = T0 + α · j 2 dc підтверджує еквівалентність електричного та температурного перемикання; критична густина струму jc = 1,39 × 1011 А/м2 відповідає нагріванню до TC ≈ 325 К . 3. Вперше продемонстровано ефект ГМО у Кюрі-перемикачі на мікросмужках шириною 9, 7 та 4 мкм; величина ефекту ≈ 0,2%. Показано оборотне P↔AP перемикання при нульовому полі . 4. Вперше продемонстровано якісну зміну механізму перемагнічування: при T = 200 К структура поводиться як одновісний феромагнетик, тоді як при T ≥ 340 К намагніченість при H = 0 зникає . Початок формування АФМ плато при ∼ 240 К проявляється у розщепленні піку похідної; з ростом температури плато зміщується до H = 0 . 5. Встановлено ізотропність петель гістерезису відносно напрямку поля в площині зразка та наявність польово-індукованої одновісної анізотропії, вісь якої орієнтується вздовж останнього поля насичення . Запропоновано метод відновлення поля анізотропії та обмінного поля через похідну 1 Ms dM dH : Ha = 1 2 [H1(T) + H2(T)], Hex = 1 2 [H1(T) − H2(T)]. 6. Побудовано дві макроспінові моделі для відновлення обмінних параметрів системи: векторну модель когерентного обертання з урахуванням біквадратичного обміну та колінеарну модель метамагнетика, що враховує виключно колінеарні стани, проте аналітично описує конкуренцію непрямої ФМ та прямої АФМ компонент міжшарового зв'язку. Обидві моделі відтворюють температурні залежності обмінних параметрів . 7. Вперше показано методом Монте-Карло, що кластеризація прошарку Fe17,5Cr82,5 спричиняє появу малої петлі гістерезису та зміщення температури фазового переходу. Кластерні неоднорідності можуть призвести до виникнення додаткових каналів прямої обмінної взаємодії, а також впливають на величину непрямого міжшарового обміну завдяки появі суперпарамагнітних частинок. Показано, що розміри кластерів Fe є додатковим параметром оптимізації Кюрі-перемикача. Практичне значення одержаних результатів. Результати дисертації демонструють принципову можливість неруйнівного безпольового перемикання магнітного стану спінового вентиля при кімнатній температурі через інжекцію постійного струму. Запропонований підхід оптимізації архітектури спейсера Cr/Fe17,5Cr82,5/Cr може бути застосований при проектуванні Кюрі-перемикачів з наперед заданими температурами та полями перемикання для термічно активованої MRAM і спін-торк наноосциляторів. Основні результати дисертаційної роботи опубліковані у 2 статтях у фахових наукових журналах (1 стаття у виданні першого квартилю міжнародних наукометричних баз Scopus та Web of Science; 1 стаття у фаховому вітчизняному виданні) та 4 тезах доповідей на конференціях.
Ескіз
ДокументВідкритий доступ
Система керування мультироторним БПЛА на основі нейромережевої візуально-інерціальної одометрії
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Біганський, Богдан Миколайович; Ковалюк, Дмитро Олександрович
Біганський Б. М. Система керування мультироторним БПЛА на основі нейромережевої візуально-інерціальної одометрії. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології» – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2026. Дисертація присвячена розв'язанню актуальної науково-практичної задачі підвищення ефективності керування безпілотними літальними апаратами, які відіграють ключову роль у розвитку сучасних технологій, знаходячи застосування у широкому спектрі задач: від інспекції інженерних споруд та інфраструктури до пошукових або рятувальних робіт у небезпечних зонах. У таких системах необхідна надійна навігація та керування, особливо при відсутності сигналу глобальної супутникової системи. Тому, забезпечення точної оцінки траєкторії руху, пози та орієнтації в конкретний момент часу в невідомому середовищі є критично важливим для безпеки та ефективного виконання місії. Еволюція алгоритмів навігації сьогодні нерозривно пов’язана з злиттям сенсорних даних, серед яких візуально-інерціальна одометрія відіграє роль базового джерела просторової інформації. Дослідження традиційних методів візуальної навігації виявило їхню критичну вразливість: вони ефективні лише за умови високої текстурності середовища. Зокрема, алгоритми, що оперують розрідженими ознаками (такі як ORB-SLAM3, VINS-Mono) різко втрачають надійність під час польотів у тунелях, індустріальних коридорах або приміщеннях з однотонними стінами. Втрата візуального відстеження у таких випадках провокує швидке накопичення навігаційного дрейфу, що неминуче викликає збої в контурі керування БПЛА. Відповідно, створення алгоритмів щільної одометрії постає як актуальне практичне завдання. В дисертаційному дослідженні детально розглянуто специфіку побудови щільних карт місцевості та способи оцінювання глибини за відеопотоком. З’ясовано, що точність і безперебійність навігаційного процесу прямо корелюють із тим, наскільки якісно реконструйовано геометрію сцени. Враховуючи суттєві обмеження класичних стереосистем і традиційних нейромереж для прогнозування глибини, у роботі доведено необхідність переходу до нових архітектур. Зокрема, обґрунтовано застосування сучасних геометрично-орієнтованих нейромереж. Їх головна перевага полягає у здатності генерувати інваріантну просторову структуру навіть за наявності лише одного монокулярного зображення. Встановлено ключову роль етапу геометричної реєстрації як основної стадії формування візуальних обмежень для корекції інерціального дрейфу. Також для підвищення ефективності процесу візуально-інерціальної одометрії необхідна реалізація оптимального алгоритму комплексування даних. Описані вище етапи знайшли своє відображення у розробленні системи монокулярної візуально-інерціальної одометрії, яка поєднує нейромережеві оцінки щільної геометрії сцени та алгоритми прямої геометричної реєстрації у схему оптимізації на основі фактор-графа, що забезпечує низький дрейф навігації в умовах відсутності текстур. У результаті проведеного аналізу сучасних інструментів глибинного навчання визначена модель MoGe (Monocular Geometry) як основа візуального фронтенду. Для математичного моделювання процесу оцінки стану розроблена модель, що включає фактори інерціальної преінтеграції на многовиді 𝑆𝑂(3) та щільні візуальні фактори, отримані в результаті реєстрації хмар точок. Обґрунтовано математичне моделювання системи у вигляді імовірнісного фактор-графа, як найбільш ефективного способу врахування невизначеності вимірювань різнорідних сенсорів. Сформовано методику та порядок проведення обробки даних у реальному часі. Основну увагу при розробці системи приділено: попередній фільтрації кінематичного стану БПЛА за допомогою фільтра ковзного вікна (SWF), який нівелює високочастотні шуми та формує стабільне початкове наближення для подальшої оптимізації; прямій регресії карт точок без використання матриці інтринсиків; адаптивній фільтрації шумів нейромережі за допомогою масок впевненості; використанню алгоритму ICP (Point-to-Point) з адаптивним порогом для швидкої реєстрації кадрів; а також розрахунку коваріації візуальних вимірювань на основі метрики відповідності (fitness score) для їх злиття у фінальному факторграфі. Проте реалізації щільної одометрії вимагають великих обчислювальних ресурсів, що ускладнює їх застосування на бортових комп’ютерах мобільних роботів. Це зумовило подальші дослідження пов’язані з оптимізацією архітектури системи та параметрів алгоритмів. Показано, що класичні підходи до оптимізації (Batch Optimization) потребують значного часу розрахунку при зростанні траєкторії і не можуть бути використані в системах керування реального часу. Обґрунтована необхідність використання інкрементального згладжування та механізму маргіналізації старих станів. Аналізіснуючих алгоритмів виділення ключових кадрів виявив неефективність просторових евристик. Щоб уникнути надмірного зростання графа, у дослідженні застосовано інформаційно-теоретичний підхід, де критерієм відбору слугує ентропія. Завдяки цьому система додає нові змінні не за фактом проходження певної відстані, а виключно тоді, коли вони забезпечують вагомий інформаційний приріст. Спільну роботу камери та інерціального вимірювального модуля (IMU) забезпечує спеціальний модуль преінтеграції. Його завдання полягає у тому, щоб агрегувати масив високочастотних показників IMU, перетворюючи їх на єдине компактне геометричне обмеження. Важливою складовою цього етапу є виведені у роботі аналітичні залежності. Вони необхідні для швидкого перерахунку преінтегрованих величин щоразу, коли система оновлює оцінку зміщень для гіроскопа та акселерометра. Експериментальна перевірка підтвердила дієвість запропонованого способу формування візуальних факторів. Завдяки застосуванню трансформерної моделі MoGe система здатна захоплювати глобальний контекст сцени. Це означає, що алгоритм зберігає стабільність навігації навіть за повної відсутності локальних текстур – у таких умовах він успішно орієнтується за загальною структурною геометрією простору (лінії перетину стін, площини підлоги та стелі). Оцінювання точності та надійності створеної системи MoGe-VIO довело її перевагу над класичними рішеннями. Тестування алгоритму виконувалося на базі загальноприйнятих датасетів EuRoC MAV та TUM-VI, де розрахована траєкторія зіставлялася з істинною за критерієм абсолютної похибки траєкторії. Отримані дані підтверджують: під час польотів у зонах зі слабо вираженою текстурою (наприклад, локації TUM-VI Outdoors або звичайні коридори) запропонований метод генерує значно меншу похибку позиціонування порівняно з ORB-SLAM3 та VINS-Mono. Крім того, система продемонструвала високу стійкість до накопичення дрейфу масштабу. Отримані результати підтверджують, що система здатна працювати на сучасних вбудованих платформах з частотою оновлення одометрії 10–15 Гц. Це дозволяє безпосередньо інтегрувати систему в контур керування БПЛА. Важливою перевагою створеного монокулярного рішення є його апаратна ефективність: на відміну від громіздких LiDAR-сенсорів чи стереокамер, воно потребує значно менше енергії та має компактні габарити, зберігаючи при цьому високу точність щільної реконструкції простору. Крім обчислення самої траєкторії польоту, алгоритм паралельно генерує щільну карту перешкод у режимі реального часу. Саме ця властивість відіграє ключову роль у безпечній навігації, оскільки забезпечує базу для планування шляху та своєчасного уникнення зіткнень. З урахуванням розробленої системи візуально-інерціальної одометрії було розглянуто задачу стабілізації висоти БПЛА під дією зовнішніх збурень, зокрема поривів вітру. Використано стандартну математичну модель такого об’єкту, що базується на жорсткому тілі з шістьма ступенями вільності (6-DOF), описаними рівняннями Ньютона та Ейлера. Розглядаються рівняння динаміки, що описують результуючу силу та момент, а також швидкості та кутові швидкості у відповідній системі координат. Для синтезу контурів керування було обрано три підходи: класичний PIDрегулятор, регулятор на базі нечіткої логіки та лінійно-квадратичний регулятор (LQR). Щоб максимально наблизити експеримент до умов реальної експлуатації, параметри керування розраховувалися з урахуванням апаратних часових затримок надходженню даних від навігаційного модуля. Детально проаналізовано ключові показники: якість перехідних процесів, загальний запас стійкості системи, а також її здатність реагувати на зовнішні збурення та повертатися до стану рівноваги. Результати демонструють відмінності у швидкості реакції, точності стабілізації та адаптивності методів керування, що дозволяє визначити оптимальні підходи для забезпечення надійного утримання висоти БПЛА в умовах змінного середовища. Моделювання систем керування БПЛА здійснено за допомогою MATLAB Simulink. Наукова новизна отриманих результатів дисертаційної роботи полягає в наступному: вперше розроблено систему монокулярної візуально-інерціальної одометрії, що поєднує нейромережеві оцінки щільної геометрії сцени (MoGe) та алгоритми прямої геометричної реєстрації (ICP) у схему оптимізації на основі фактор-графа; удосконалено критерій оптимізації для оцінки траєкторії та станів БПЛА, який комплексно враховує преінтегровані пози, зміщення хмар точок між кадрами та апріорні геометричні знання від нейромережі, що дозволяє в рамках єдиної задачі мінімізації похибки поєднати візуальні обмеження від ICP та інерціальні дані, підвищуючи точність оцінки масштабу; вперше розроблено систему підтримки прийняття рішень для конфігурації параметрів алгоритмів VIO/SLAM на бортових Еdge-платформах, яка на відміну від існуючих підходів використовує виявлені закономірності «точок перегину» часової складності обчислень та результати порівняльного аналізу ефективності бібліотек нелінійної оптимізації (GTSAM, SymForce, Ceres); дістали подальшого розвитку математичні моделі систем керування БПЛА в умовах дії висотних збурень на основі нечіткого (Fuzzy) та лінійно-квадратичного (LQR) регуляторів, параметри яких адаптовано до динамічних характеристик часової затримки, що виникає при роботі VIOалгоритмів; Практичне значення отриманих результатів полягає у наступному: розроблено робастну систему навігації для автономного інспектування інженерних споруд (промислових об'єктів, фасадів, мостів). У складних індустріальних чи міських середовищах алгоритм гарантує високоточну локалізацію БПЛА, що є критично важливим етапом для подальшої просторової 3D-реконструкції; Забезпечено апаратну оптимізацію та здешевлення комплексу: перехід від масивних LiDARсканерів до монокулярної камери дає змогу ефективно інтегрувати розроблену систему на дрони, обладнані бортовими нейроприскорювачами (Edge GPU); Розроблено методику адаптації обчислювального конвеєра спеціально для Edgeплатформ. Підхід дозволяє динамічно балансувати між деталізацією (щільністю) генерованих хмар точок та швидкістю оновлення навігаційних станів, гарантуючи роботу нейромереж в режиі реального часу; підвищено стабільність контуру керування під час виконання інспекційних польотів. Завдяки врахуванню апаратних часових затримок, притаманних обчисленням у глибоких нейромережах, апарат значно точніше утримує задану траєкторію та висоту навіть під впливом динамічних вітрових збурень.
Ескіз
ДокументВідкритий доступ
Оцінювання планування підземної інфраструктури великих міст на основі когнітивного моделювання
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Мусієнко, Данило Ігорович; Савченко, Ілля Олександрович; Панкратова, Н. Д.
Мусієнко Д.І. Оцінювання планування підземної інфраструктури великих міст на основі когнітивного моделювання — Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 124 – Системний аналіз (12 – Інформаційні технології). – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026. У дисертаційній роботі вирішено актуальну наукову задачу розробки методології оцінювання планування підземної інфраструктури великих міст на основі когнітивного моделювання в умовах невизначеності. Дослідження проблеми планування підземного простору є актуальним в контексті глобальної урбанізації, оскільки концентрація населення у великих містах вимагає активного освоєння підземного простору для розміщення транспортної, комунальної та інженерної інфраструктури. Складність геологічних умов, множинність факторів ризику та наявність різних типів невизначеності ускладнюють прийняття обґрунтованих рішень щодо планування підземних споруд. Особливої актуальності набуває проблема оцінювання планування підземної інфраструктури для міста Києва, де складні інженерно-геологічні умови правобережної частини, наявність зсувонебезпечних територій та ризики воєнного характеру створюють додаткові виклики для прийняття рішень. Існуючі методи аналізу не дозволяють у повній мірі врахувати багатофакторність та взаємозалежність ризиків підземного будівництва. Необхідність системного підходу до аналізу взаємозв’язків між факторами ризику та підтримки прийняття рішень в умовах невизначеності обумовлює актуальність розробки відповідної методології на основі когнітивного моделювання. Метою дослідження є розробка методології оцінювання планування підземної інфраструктури великих міст на основі когнітивного моделювання в умовах невизначеності. Для досягнення поставленої мети вирішено такі завдання: проведено аналіз світового досвіду планування підземного простору; розроблено теоретичні основи когнітивного моделювання складних систем; запропоновано методи структурного аналізу когнітивних карт на основі симпліціального аналізу та аналізу спільнот; здійснено практичне застосування розробленої методології на прикладі м. Києва з проведенням сценарного моделювання для підтримки прийняття рішень щодо доцільності будівництва тунельних конструкцій. Дослідження складається з чотирьох розділів, в яких послідовно проаналізовано світовий досвід планування підземного простору, розроблено теоретичні основи когнітивного моделювання складних систем, запропоновано методи структурного аналізу когнітивних карт та продемонстровано практичне застосування методології на прикладі м. Києва. У першому розділі проведено комплексний аналіз сучасного стану планування та розвитку підземної інфраструктури мегаполісів. Систематизовано світовий досвід планування підземного простору на прикладі Китаю, Німеччини, Фінляндії та Індії. Проаналізовано вплив геологічного середовища на підземне будівництво, включаючи характеристики ґрунтових масивів, гідрогеологічні умови та тектонічну активність. Досліджено природу та джерела невизначеності при плануванні підземних споруд, зокрема виділено параметричну невизначеність, структурну невизначеність та невизначеність, пов’язану з неповнотою знань про геологічне середовище. Обґрунтовано необхідність застосування когнітивного моделювання для аналізу складних систем факторів в умовах невизначеності, що зумовлена обмеженістю кількісних даних та суб’єктивністю експертних оцінок. У другому розділі розглянуто теоретичні методологічні основи когнітивного моделювання складних систем. Обґрунтовано застосування двоетапного підходу, що включає процес передбачення та когнітивне моделювання. Наведено формальне визначення когнітивної карти як знаково-орієнтованого графа та функціонального графа, як його розширення. Визначено етапи розробки когнітивної моделі: побудова когнітивної карти, обґрунтування структурної стійкості, обґрунтування чисельної стійкості, симпліціальний аналіз та аналіз модулярності. Розглянуто методи аналізу структурної стійкості на основі дослідження циклів позитивного та негативного зворотного зв’язку. Розглянуто методи аналізу чисельноїї стійкості когнітивної карти на основі критерію Ляпунова та зв’язок власних чисел матриці суміжності з характером динамічної поведінки системи. Описано процедуру приведення когнітивної моделі до стійкого стану шляхом коригування вагових коефіцієнтів зв’язків. Описано модель імпульсного процесу для когнітивного моделювання, яка дозволяє відстежувати розповсюдження збурень по вершинах когнітивної карти у дискретному часі. Представлено методологію сценарного аналізу, що дозволяє оцінювати реакцію системи на різні типи зовнішніх впливів шляхом задання початкових імпульсів у відповідних вершинах когнітивної карти та спостереження за динамікою зміни значень цільових концептів. У третьому розділі розроблено методи структурного аналізу когнітивних карт на основі симпліціального аналізу та аналізу спільнот. Представлено теоретичні основи симпліціального аналізу, включаючи поняття симплексів, симпліціальних комплексів, q-зв’язності та ексцентриситету. Показано, що ці інструменти дозволяють оцінити багатовимірну структуру зв’язків у когнітивній карті та виявити ізольовані або слабо інтегровані елементи системи. Детально описано алгоритми виявлення спільнот: Greedy Modularity, Walktrap, Louvain, Leiden та Leiden CPM з аналізом їх обчислювальної складності та особливостей застосування. Обґрунтовано застосування аналізу спільнот для обґрунтування кількісних вагових характеристик когнітивної карти, виявлення функціональних підсистем та сприяння досягненню структурної стійкості моделі. Проведено порівняльний аналіз алгоритмів виявлення спільнот за критеріями модулярності та внутрішньої щільності, що дозволяє обрати найбільш адекватний метод для конкретної когнітивної карти. У четвертому розділі проведено практичне застосування розробленої методології для оцінювання планування підземної інфраструктури м. Києва. Проаналізовано стратегічні плани розвитку підземної інфраструктури міста, зокрема генеральний план розвитку м. Києва, який передбачає будівництво мережі тунелів для вирішення транспортних та інфраструктурних проблем. Систематизовано інженерно-геологічні та структурно-функціональні фактори, що впливають на підземне будівництво, включаючи характеристики ґрунтів, глибину залягання підземних вод, наявність карстових порожнин та техногенне навантаження від існуючої забудови. Класифіковано ризики підземного будівництва, включаючи природні, техногенні ризики та ризики воєнного характеру, що є особливо актуальним для сучасних умов України. Побудовано когнітивні карти двох тунелів: тунелю 1 (що проходить під Ботанічним садом НАН України від Наддніпровського шосе до вулиці Саперно-Слобідської) та тунелю 5 (що проходить через р. Дніпро від площі Перемоги до Броварського проспекту). Когнітивні карти включають концепти, що описують геологічні, конструктивні, екологічні та безпекові аспекти тунельних конструкцій, а також зв’язки між ними, що відображають причиннонаслідкові залежності. Застосовано методи симпліціального аналізу для обґрунтування структурної цілісності когнітивних карт. Побудовано примальні та дуальні симпліціальні комплекси, проведено q-аналіз та обчислено структурні Q-вектори. Вперше проведено аналіз ексцентриситетів вершин когнітивної карти підземної інфраструктури. Виявлено, що вихідні когнітивні карти мають вершини з ексцентриситетом ∞, що свідчить про структурну нецілісність та обмеження керованості системи. Вперше застосовано методи пошуку та аналізу спільнот до когнітивних карт підземної інфраструктури. Обчислено модулярність та внутрішню щільність спільнот. Метод Leiden CPM дозволив ідентифікувати вершини, видалення яких підвищує внутрішню щільність спільнот. На основі результатів симпліціального аналізу та аналізу спільнот проведено перебудову когнітивних карт тунелів 1 і 5. Після перебудови усі вершини симпліціальних комплексів мають скінченні значення ексцентриситету, що підтверджує структурну цілісність нових когнітивних карт. Побудовано когнітивні моделі тунелів шляхом приведення когнітивних карт до структурної та чисельної стійкості. Проведено сценарне моделювання для чотирьох типів загроз: терористична атака, реалізація техногенних загроз, зсуви порід та сейсмічні загрози. Порівняльний аналіз показав, що тунель 5 є більш стійким до всіх досліджуваних загроз, окрім терористичних, тоді як тунель 1 є більш вразливим до техногенних і природних загроз та має більший вплив на наслідки для навколишнього середовища у випадку реалізації загроз. Встановлено, що тунель 5 потребує дещо більшого часу на відновлення, що обґрунтовується довжиною та складністю локації тунелю. Результати сценарного моделювання надають інформаційну підтримку для прийняття рішень щодо доцільності побудови тунельної конструкції. Результати дисертаційного дослідження мають наукову та практичну цінність для планування та оцінювання підземної інфраструктури великих міст. Наукова новизна полягає у тому, що вперше застосовано методи симпліціального аналізу та аналізу спільнот до когнітивних карт підземної інфраструктури, що дозволило виявити структурні недоліки когнітивних карт та обґрунтувати їх перебудову. Набуло подальшого розвитку застосування методу Leiden CPM для ідентифікації вершин когнітивної карти, що потребують додаткових зв’язків для підвищення внутрішньої щільності спільнот. Розроблена методологія забезпечує системний підхід до аналізу складних взаємозв’язків між факторами ризику при оцінюванні планування підземної інфраструктури. Запропоновані методи симпліціального аналізу та аналізу спільнот дозволяють обґрунтовувати структурну цілісність когнітивних карт та виявляти невірні дані у кількісних вагових характеристиках. Практична цінність роботи полягає у можливості застосування розробленої методології для оцінювання планування конкретних об’єктів підземної інфраструктури, порівняння альтернативних варіантів будівництва та формування рекомендацій щодо зниження ризиків. Методологія може бути адаптована для оцінювання планування інших типів складних інфраструктурних об’єктів. Результати сценарного моделювання надають інформаційну підтримку для прийняття рішень в умовах невизначеності щодо доцільності побудови тунельної конструкції та порівняльного аналізу альтернативних сценаріїв будівництва.
Ескіз
ДокументВідкритий доступ
Підвищення ефективності методів відновлення зображень на основі модифікованої згорткової мережі
(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Линовський, Андрій Олексійович; Мухін, Вадим Євгенійович
Линовський А.О. Підвищення ефективності методів відновлення зображень на основі модифікованої згорткової мережі. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертаційна робота на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 122 «Компʼютерні науки». - Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», 2026. Об’єктом дослідження є процес шумозаглушення медичних зображень, пошкоджених імпульсним SaP-шумом. Зокрема згорткові нейронні мережі та модулі уваги. Предметом дослідження є методи й засоби нейромережевого шумозаглушення, зокрема модифікації архітектури SeConvNet, а також їхній вплив на якість відновлення (PSNR), обчислювальні витрати та стійкість до різних рівнів SaP-шуму на реальних і синтетичних даних. У першому розділі здійснено всебічний та комплексний аналіз існуючих методів відновлення зображень після шумових спотворень. Досліджено еволюцію підходів, починаючи від класичних методів обробки у просторовій області (лінійні та нелінійні фільтри, зокрема медіанна фільтрація) та методів у перетворюючій області (вейвлет-перетворення, DCT). Встановлено, що класичні просторові фільтри схильні до надмірного згладжування контурів та втрати дрібних деталей при високій щільності імпульсного шуму. Сучасні нелокальні алгоритми, такі як BM3D та NL-Means, забезпечують вищу якість та добре відновлюють повторювані текстури, однак їх використання жорстко обмежене значною обчислювальною складністю. Детально проаналізовано застосування методів машинного та глибокого навчання (CNN, RNN, GAN, дифузійні імовірнісні моделі та трансформери) для усунення шуму. Згорткові нейронні мережі (наприклад, архітектура DnCNN) продемонстрували високу ефективність для гаусівського шуму, проте їх здатність обробляти складний кластерний імпульсний шум залишається обмеженою. Особливу увагу в розділі приділено специфіці імпульсного шуму типу SaP на медичних рентгенівських зображеннях та наслідкам його появи для діагностики. У другому розділі проведено глибокий аналіз базової моделі згорткової нейронної мережі SeConvNet. Виявлено її системні обмеження під час обробки медичних рентгенівських знімків, пошкоджених великими кластерними плямами SaP-шуму. Доведено, що через локальну природу SeConv-блоків та використання цільової функції мінімізації середньоквадратичної помилки (MSE) під час навчання, мережа втрачає глобальний контекст. Для великих зашумлених зон гіпотеза математичного «усереднення» дає меншу сумарну помилку, що неминуче спричиняє залишкові артефакти, втрату різкості анатомічних контурів та деградацію локальних контрастів. Для подолання цих критичних недоліків було розроблено та теоретично обґрунтовано модифіковану архітектуру SeConvNet + CBAM. Запропоновано стратегічну інтеграцію модуля канально-просторової уваги безпосередньо після операцій залишкового додавання у згорткових секціях мережі. Канальна увага фокусується на виділенні найбільш інформативних ознак через механізми глобального усереднення та максимізації, а просторова увага детально локалізує ці важливі області на площині. Це дозволило моделі адаптивно підсилювати релевантні структурні ознаки, відрізняючи корисний медичний сигнал від шуму. У третьому розділі детально розкрито інструментальні засоби, механізми реалізації та алгоритм роботи модифікованої моделі в умовах обмежених обчислювальних ресурсів. Описано формальну математичну модель запропонованої архітектури та поетапний процес відновлення зображень, що поєднує локальні й глобальні стратегії. На першому етапі відбувається первинне локальне заповнення пошкоджених пікселів каскадом із семи селективних згорток, розмір ядра яких поступово зростає від 3x3 до 15x15 пікселів. На другому етапі отримані карти ознак проходять через глибоку згорткову підсистему із прямими шунтувальними (залишковими) зв’язками для видобутку високорівневих ознак. На третьому етапі відбувається адаптивне зважування ознак за допомогою модулів уваги CBAM. Фінальний шар генерує залишкову корекцію, яка через жорстке маскування застосовується виключно до тих пікселів, що були початково пошкоджені, залишаючи чисті ділянки незмінними. У розділі також глибоко деталізовано специфіку процесу підготовки даних та навчання моделі. Навчальна вибірка формувалася шляхом масштабування, нарізки зображень на фрагменти та інтенсивного розширення даних у 8 разів за рахунок геометричних перетворень. Навчання оптимізовано за допомогою алгоритму Adam з поступовим зменшенням швидкості навчання. Проаналізовано вплив апаратних платформ (CPU, GPU, TPU) на ефективність тренування та розглянуто методи зниження витрат оперативної пам'яті (Gradient checkpointing, змішана точність). У четвертому розділі представлено результати експериментальних досліджень та здійснено ретельний порівняльний аналіз ефективності зменшення шуму оригінальної та модифікованої моделей. Тестування проводилося на наборі медичних даних NIH Chest X-rays із моделюванням екстремального рівня синтетичного SaP-шуму. Аналіз підтвердив покращення результатів: модифікована модель SeConvNet + CBAM забезпечила систематичне зростання середнього показника PSNR на 4.7%. На особливо критичних ділянках із сильною концентрацією кластерного шуму приріст PSNR сягав 5-8%. Візуальний аналіз відновлених фрагментів довів перевагу модифікованої моделі. Запропонована архітектура значно точніше відновлювала дрібні анатомічні структури, контури ребер та судинний малюнок, успішно мінімізуючи ефект зернистості та розмиття, що були притаманні оригінальній базовій мережі. Аналіз обчислювальної ефективності підтвердив практичну придатність розробленої моделі для роботи в клінічних умовах. Збільшення кількості параметрів та часу обробки одного зображення (з 0.42 с до 0.47 с на базовому процесорі CPU) є мінімальним і повністю виправдовується суттєвим підвищенням діагностичної якості медичних знімків. Наукова новизна отриманих результатів Вперше запропоновано метод підвищення ефективності відновлення зображень, пошкоджених імпульсним шумом, який відрізняється інтеграцією механізму канально-просторової уваги (CBAM) у структуру селективної згорткової мережі після залишкових зв’язків, що дозволяє адаптивно підсилювати важливі структурні ознаки та мінімізувати артефакти згладжування при відновленні кластерних шумових плям. Запропоновано модифіковану модель нейронної мережі SeConvNet, яка відрізняється спеціальним розміщенням блоків уваги для обробки сумарного сигналу прямого поширення та корекційної гілки, що дозволяє підвищити точність відновлення дрібних анатомічних деталей (зріст PSNR до 8% на складних ділянках) при збереженні обчислювальної ефективності для використання в ресурснообмежених середовищах. Практичне значення отриманих результатів полягає в покращенні якості медичних зображень: модифікована SeConvNet + CBAM дозволяє більш акуратно відновлювати дрібні анатомічні деталі при високій щільності SaP-шуму, що підвищує інформативність знімків для попереднього аналізу і візуальної інтерпретації. Невеликі апаратні вимоги що надає можливість запускати на не вимогливих засобах: додавання CBAM незначно збільшує кількість параметрів (в середньому на 5%), тож впровадження можливе навіть у системах з обмеженими ресурсами (клінічні робочі станції), а для більш продуктивного навчання передбачено перенесення на GPU-середовища. Вперше запропоновано модифіковану архітектуру SeConvNet + CBAM, яка поєднує селективні локальні SeConv-блоки з послідовним канально-просторовим механізмом уваги (CBAM), що дозволяє адаптивно підсилювати важливі канали й локалізувати інформативні області для ефективного придушення імпульсного SaPшуму без значного зростання обчислювальних витрат. Розроблено засоби підвищення достовірності діагностичних процедур на основі стратегічної інтеграції механізму уваги CBAM після операції резидуального додавання у згорткових секціях мережі. Таке архітектурне розміщення гарантує доступ маски уваги до комбінованого представлення - сумарного сигналу початкового шляху й корекційної гілки. В результаті в критичних тестах із кластерним шумом досягнуто приросту PSNR до 8%, що забезпечує помітне покращення візуальної якості та інформаційної цінності зображень. Отримані результати демонструють можливість точного відновлення медичних зображень із мінімізацією надмірного згладжування, що дозволяє зберегти важливі анатомічні деталі. Актуальність та наукова новизна результатів дослідження повною мірою підтверджується їх апробацією та публікацією у провідних фахових виданнях. Зокрема, базові концепції та засоби покращення якості візуальних даних висвітлено у журналі «Телекомунікаційні та інформаційні технології» (2023), де основну увагу було приділено особливостям знешумлення зображень за допомогою комплексного застосування згорткових і рекурентних нейронних мереж, що дозволило закласти фундамент для ефективного виявлення та усунення артефактів. Подальший розвиток та адаптація запропонованих алгоритмічних рішень відображені у виданні «Кібербезпека: освіта, наука, техніка» (2024). А також публікація в журналі «Проблеми інформатизації та управління» (2024), яка описує найбільш глибоко оптимізований варіант системи. Інтеграція в архітектуру залишкових зв’язків (residual connections) та спеціалізованого модулю уваги (attention module) дала змогу стабілізувати процес глибокого навчання мережі, змушуючи алгоритм прицільно фокусуватися на значущих структурних елементах зображення і максимально нівелювати вплив складних шумових завад.