Дисертації (ІПЗЕ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Перегляд Дисертації (ІПЗЕ) за Автор "Пироговська, Тетяна Володимирівна"
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Результатів на сторінці
Налаштування сортування
Документ Відкритий доступ Методи та програмні засоби підвищення ефективності моделювання гідроакустичного сигналу на основі введення вагових коефіцієнтів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Пироговська, Тетяна Володимирівна; Мусієнко, Андрій ПетровичПироговська Т.В. Методи та програмні засоби підвищення ефективності моделювання гідроакустичного сигналу на основі введення вагових коефіцієнтів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 121 «Інженерія програмного забезпечення». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2024. Актуальність теми. Аналіз існуючого сучасного програмного забезпечення моделювання гідроакустичних сигналів доводить, що таке моделювання потребує детального дослідження фізичних процесів розповсюдження звуку у водних середовищах для досягнення максимального можливого наближення та точності до реальних показників, що може використовуватись у різноманітних сферах людської діяльності. Основні виклики сучасних методів моделювання та їх програмної реалізації виникають при моделюванні розповсюдження звуку у водних середовищах у проміжках часу та руху джерела звуку та приймача. Таке моделювання вимагає складних та ресурсозатратних розрахунків, що значно ускладнює роботу науковців. Питанням моделювання морського середовища та розповсюдження звуку має велику кількість досліджень, зокрема це питання досліджували такі науковці як Бріллюен Л., Бреховських Л., Манн Я. А., Тічі Я., Романо А. Дж., Мобараке П. С., Грінченко В. Т., Попов В. В., Солтання Б., Зражевський Г. М., Коржик О., Найда С., Курдюк С., Ніжинська В., Коржик М., Найда А., Ляо С., Сяо В., Ван Ю., Ван Л., Цинь Ц., Лі З., Лю Д., Распет Р., Грейвс Р., Нагл А., Убералл Г., Зарур Г., Вествуд Е.К., Тіндл К.Т., Чепмен Н.Р., Боннель Жюльєн, Фламан Жюльєн, Далл'Осто Девід, Ле Біан Ніколя, Даль Пітер та інші. Дослідження утворення гідроакустичних каналів, розробка підводного зв’язку та телеметрії вимагають більшої деталізації в заданні вхідних параметрів. Постановка хвильового рівняння має передбачати процес поширення акустичних збурень з врахуваннням впливу відбитого та розсіяного поля. Одним з способів вирішення даного питання є моделювання звукового поля методом нормальних хвиль. Розробка, моделювання та використання такого підходу потребує введення часової залежності між змінними динамічної системи. Це дозволить проводити більш глибоке дослідження процесу поширення звукових хвиль в підводному каналі, їх акустичних тиск в вертикальних перетиках середовища та встановлення коефіцієнтів збурення полі під час роботи з джерелом. Найбільш ефективне застосування методу нормальних мод є для випромінювачів, що генерують звук на низькій частоті. В роботах показано, що шум корабля, що віддаляється, можна віднести до низькочастотного. Під час подібних досліджень звукових хвиль та їх випромінювача, досить часто використовується тиск та акустична енергія, що визначені в кожній точці середовища. Спектри судового шуму та шуму перевезення з використанням методу нормальних хвиль, для оцінки точності методу використовуються дані отримані для профілю Мунка. Дно розглядається як шар з різною швидкість та щільністю, тож метод можливо застосовувати для більш широкого спектру задач. В більшості розглянутих задач, перехід до тривимірної моделі методу нормальних хвиль має певну проблематику пов’язану зі стійкістю нелінійних нормальних мод. Тривимірна модель, при застосуванні методу, не враховує в явному вигляді змінну часу. Вважається, що застосування методу нормальних мод можливе при умові, що моди є незмінними протягом певного часового періоду. Проте, при дослідженні випромінювання точкового джерела циліндричного хвилеводу, врахування часової змінної є необхідним. Моделювання гідроакустичного середовища потребує високої деталізація моделей, що підвищить точність результатів моделювання, а також забезпечить можливість задання специфічних умов експерименту. Проте такий спосіб моделювання потребує врахування багатьох фізичних параметрів, що в свою чергу створює потребу в обробці великих масивів даних, що знижує швидкість обчислень і вимагає більш потужних обчислювальних систем. Інтеграція нових підходів до моделювання гідроакустичного поля дозволить комплексно вирішувати задачі моделювання. Проте нові підходи також мають підвищувати ефективність методу безвтрати точності розрахунків. Зокрема існує необхідність в комбінуванні існуючих методів для забезпечення подальшого розвитку систем визначення морських об’єктів. Для розв’язання протиріччя, яке було визначене, в дисертаційній роботі розв’язується актуальне наукове завдання щодо розробки методів та програмного забезпечення моделювання сигналу дальнього поля на основі введення вагових коефіцієнтів в методі нормальних мод для врахування нелінійності моделі морського середовища. Дисертаційне дослідження виконане відповідно до планів наукової та науковотехнічної діяльності Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» і кафедри інженерії програмного забезпечення в енергетиці та є частиною досліджень в рамках науково-дослідних робіт: "Методи забезпечення функціональної стійкості розподілених інформаційних систем підприємств". Державний реєстраційний номер: 0121U108334, КПІ, 2021-2025 рр. Терміни виконання: початок – 01.03.2021 р. закінчення – 28.02.2025 р; “Дослідження інтелектуальних комп’ютерних моделей та алгоритмів аналізу сигналів морського середовища”, договір № Д/020.01/0204.02/58/2020 від 23 грудня 2020 р. між КПІ ім. Ігоря Сікорського та Інститутом Океанографічного Приладобудування Академії наук провінції Шандунь (КНР) про виконання наукової теми; договір № DLN-20-DP-01 від 15 грудня 2020 р. (зареєстровано в КПІ ім. Ігоря Сікорського за № д/0201.01/0204.02/55/2020 від 23.12.2020р.) з надання Послуг з розробки програмного забезпечення між КПІ ім. Ігоря Сікорського та Товариством з обмеженою відповідальністю «Науково–виробниче підприємство «СИМВОЛ». Мета дисертаційної роботи полягає в підвищенні ефективності програмних засобів комп'ютерного моделювання сигналу дальнього гідроакустичного поля за рахунок удосконалення класичного методу нормальних мод та розроблення узагальненого методу для моделювання сигналу. Основні завдання дослідження включають: 1. Дослідити існуючі методи моделювання гідроакустичного поля, з метою вибору методу для подальшого використання при розробленні програмного забезпечення. 2. Проаналізувати існуюче програмне забезпечення моделювання гідроакустичних сигналів та визначити його переваги та недоліки для пошуку способів покращення існуючих методів моделювання. 3. Удосконалити класичний метод нормальних мод для моделювання сигналу дальнього поля на основі введення зміни швидкості звуку з глибиною та часової змінної з метою врахування особливостей розповсюдження звуку у водних середовищах. 4. Удосконалити класичний метод нормальних мод введенням вагових коефіцієнтів з метою врахування нелінійності морського середовища. 5. Розробити узагальнений метод нормальних мод на основі розроблених удосконалень: введення залежності зміни швидкості з глибиною, часової змінної та вагових коефіцієнтів. 6. На основі модельно-орієнтованого підходу розробити архітектуру програмного забезпечення та користувацький інтерфейс моделювання сигналу дальнього поля на основі введення вагових коефіцієнтів з метою врахування нелінійності морського середовища. 7. Розробити програмне забезпечення моделювання гідроакустичних сигналів дальнього поля та провести тестування з метою доведення коректності теоретичних результатів. Об'єктом досліджень є процес комп'ютерного моделювання гідроакустичних сигналів в дальньому полі. Предметом досліджень є методи, алгоритми та програмні засоби комп’ютерного моделювання гідроакустичних сигналів в дальньому полі. Дисертаційні дослідження проводились на основі гідроакустичної теорії. Теоретичні основи фізичних процесів розповсюдження звуку у водному середовищі комбінаторної теорії, аналітичного моделювання та дискретної оптимізації. Методи теорії обробки спостережень для аналізу експериментальних даних. Наукова новизна одержаних результатів. 1. Удосконалено класичний метод нормальних мод для моделювання гідроакустичного сигналу, який відрізняється від існуючих введенням залежностейшвидкості звуку від глибини для врахування особливостей водного середовища та зміни акустичного тиску з часом. 2. Вперше розроблено узагальнений метод нормальних мод на основі врахування змінної швидкості звуку, часової змінної та введення вагових коефіцієнтів для визначення як лінійних, так і нелінійних випадків, що дозволить підвищити точність обрахунків акустичного тиску в хвилеводі. 3. Вперше розроблено архітектуру програмного забезпечення моделювання гідроакустичних сигналів на основі удосконаленого та узагальненого методів нормальних мод, яка до того ж відрізняється від існуючих можливістю задання різних параметрів середовища моделювання, які збільшує швидкість обрахунків на 30%, та впливають на побудову сценарію руху об’єкта спостереження. Практичне значення отриманих результатів. 1. Вперше розроблено програмне забезпечення комплексної системи моделювання гідроакустичних сигналів на основі запропонованих удосконаленого методу. Зокрема в реалізації було запропоновано спосіб спрощення та пришвидшення обрахунків за використанням паралельних обчислень за законом Амдала. Впровадження зазначеного програмного забезпечення дозволяє з більшою точністю та швидкістю отримати результати моделювання розповсюдження звуку у водному середовищі. 2. Проведено аналіз ефективності запропонованих методів моделювання гідроакустичних сигналів. Аналіз показав, що, за результатами моделювання розповсюдження гідроакустичного сигналу в морському середовищі, розроблений узагальнений метод дозволяє зменшити час обрахунку в середньому на 30 % без погіршення точності отриманих результатів. Це надає можливість стверджувати, що ефективність моделювання гідроакустичних сигналів методом нормальних мод підвищується. Результати досліджень прийняті до впровадження в Конструкторському бюро «Шторм» КПІ ім. Ігоря Сікорського (акт від 26.02.2025 р.), в навчальний процес кафедри інженерії програмного забезпечення в енергетиці Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» при викладанні дисципліни «Інженерія даних та знань» для студентів освітнього рівня«Магістр» спеціальності 121 «Інженерія програмного забезпечення» денної та заочної форми навчання(акт від 26.02.2025 р.). Реалізація удосконаленого методу нормальних мод на основі вагових коефіцієнтів дозволяє: ефективніше моделювати фізичні процеси, які відбуваються у водному середовищі при поширенні звуку; знизити вимоги до устаткування, потрібного для запуску програмного забезпечення; експериментувати та порівнювати різні моделі поширення звукових хвиль у водному середовищі. Мета досліджень щодо підвищенні ефективності методів та програмного забезпечення моделювання сигналу дальнього поля на основі введення вагових коефіцієнтів в методі нормальних мод для врахування нелінійності моделі морського середовища досягнута і усі поставлені наукові часткові завдання вирішені повністю. Отримані наукові результати дисертаційних досліджень є внеском в розвиток інформаційних технологій для системного аналізу, дослідження, розроблення архітектури та методів побудови багаторівневих комп’ютерних систем моделювання гідроакустичних явищ, зокрема комерційного призначення. Перспективними шляхами досліджень є розробка нових і удосконалення існуючих моделей та методів підвищення ефективності моделювання гідроакустичних явищ, зокрема розширення врахованих факторів, які можуть впливати на обрахунок.