Дисертації (РЕ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Оцінка можливості перехоплення мовної інформації із виділеного приміщення та способи його захисту від витоків інформації технічними каналами(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Павленко, Євген Вікторович; Степанов, Михайло МиколайовичПавленко Є.В. Оцінка можливості перехоплення мовної інформації із виділеного приміщення та способи його захисту від витоків інформації технічними каналами. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 17 «Електроніка та телекомунікації» за спеціальністю 172 «Телекомунікації та радіотехніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2024. Дисертаційна робота присвячена вирішенню науково-практичної задачі підвищення ефективності та вдосконалення захисту приміщень від витоків інформації по акустичним каналам шляхом удосконалення розрахункового методу визначення словесної розбірливості з можливістю використання оптимальної по критерію мінімума інтегрального значення завади, що дозволить не тільки оцінити можливість перехоплення мовної інформації, а й забезпечити її захист. Крім того, була розширена математична модель оптико-електронного каналу витоку мовної інформації, що дозволяє оцінити можливість перехоплення мовної інформації засобами ЛСАР (лазерні системи акустичної розвідки), а у зв’язку з високою інформативністю даних каналів, дістала подальшого розвитку математична модель радіоелектронного каналу витоку інформації шляхом врахування параметрів передавача та приймача, що дозволило розрахувати оптимальний рівень небезпечного сигналу та маскуючого шуму в задачах протидії перехопленню інформації засобами технічної розвідки. У першому розділі дисертації проаналізовані технічні канали витоку інформації виділеного приміщення. Серед розглянутих каналів: прямий акустичний, акустовібраційний, акустоелектричний, оптико-електронний та електромагнітний канали. Розглянуто методи захисту мовної інформації від її витоків через акустичні канали, приведена послідовність заходів при організації захисту мовної інформації від її витоків із виділеного приміщення, наведений список засобів та способів перехоплення мовної інформації, а також заходів протидії для кожного з приведених акустичних каналів. Для забезпечення вимог по електромагнітній безпеці виділеного приміщення було розглянуто екранування електромагнітних хвиль. Показані основні положення і залежності екранування електричних, магнітних та електромагнітних екранів, розглянуті вимоги до електричних та магнітостатичних екранів. Показаний розрахунок ефективності екранування магнітних та немагнітних матеріалів на заданих частотах при різних значеннях провідності та товщини стінок екрану. Розглянуто показник словесної розбірливості для оцінки захисту виділеного приміщення від витоків акустичної інформації, приблизну шкалу оцінки перехопленого мовного повідомлення, критерії ефективності захисту виділених приміщень з точки зору показника словесної розбірливості, розрахунковий та інструментально-розрахунковий методи оцінки розбірливості мови, а також послідовність дій при здійсненні контролю ефективності захисту виділеного приміщення від витоків акустичної інформації при використанні інструментальнорозрахункового методу. У другому розділі дисертації проводиться аналітичний огляд та застосування математичних моделей акустичного, оптико-електронного та радіоелектронного каналів витоку інформації. Розглянута математична модель акустичного каналу витоку інформації дозволила оцінити стан захищеності потенційних акустичних каналів витоку мовної інформації розрахунковим методом, враховуючи можливі просторові і енергетичні умови розвідувального контакту в каналі та забезпечуючи високу точність оцінки захищеності мови, модель встановляє функціональну залежність розбірливості мови від характеристик сигнально-завадової обстановки в каналі. Для оцінки словесної розбірливості модель використовує формантний метод. Для забезпечення адекватності фізичних процесів протікаючих в каналі, приведена математична модель акустичного канала витоку інформації представлена у вигляді сукупності чотирьох взаємозв’язаних моделей, достатньо точно описуючих акустичний сигнал, який створюється джерелом мови, акустичні навмисні перешкоди і природні шуми, вплив неоднорідного середовища розповсюдження і можливості акустичного приймача по розпізнаванню мови. Використана в дослідженні математична модель оптико-електронного каналу витоку акустичної мовної інформації дозволила змоделювати загрози витоку мовної інформації через віконні отвори та пройоми з використанням оптикоелектронної апаратури дистанційного прослуховування мови. Дана загроза заснована на модулюванні відбитого лазерного випромінювання згинальними коливаннями віконних шибок, джерелом яких являються мовні сигнали, що циркулюють всередині приміщень. Дана модель дозволяє визначити відношення потужності корисного сигналу до потужності шуму на виході детектора та розрахувати словесну розбірливість мови на виході оптико-електронної апаратури дистанційного прослуховування мови з урахуванням всіх перетворень вихідного акустичного сигналу, шумових складових і відношень сигнал/шум в точках знімання інформації засобами дистанційного прослуховування мови. Приведена математична модель оптико-електронного каналу витоку мовної інформації була розширена залежностями для визначення величини сигнал/шуму на вході оптико-електронної апаратури та відповідної їй словесної розбірливості для отримання мінімального значення словесної розбірливості на виході оптикоелектронної апаратури дистанційного прослуховування мови. Також, в роботі приведений зв’язок зазначеної моделі з представленою методикою оцінки можливості перехоплення та захисту мовної інформації виділеного приміщення, що дозволяє оцінити можливість перехоплення мовної інформації через віконні отвори та пройоми з використанням оптико-електронної апаратури дистанційного прослуховування мови. Використана в дослідженні математична модель радіоелектронного каналу витоку інформації при різних модифікаціях функції правдоподібності, яка по суті представляє собою математичний запис теореми Байеса, показує яким чином із апріорних даних і результатів аналізу прийнятого коливання формуються апріорні значення. Базуючись на положеннях теорії оптимального прийому, модель описує процес перетворення прийнятого розвідувальним приймачем електромагнітного коливання з метою прийняття рішення про наявність сигналу, враховуючи вимоги незаниження оцінки можливостей розвідки. При вирішенні задач в контексті даної теорії відповідь повинна бути отримана як на основі попередніх (апріорних) відомостей про сигнал та завади, так і результатів аналізу даних, що містяться в прийнятому коливанні. В контексті даної моделі була розглянута нерівність для винесення рішення про наявність або відсутність детермінованого сигналу на фоні білого шуму, а також функціональна схема оптимального приймача з чотирма можливими випадками виявлення сигналу, що порівнюються з встановленим порогом засобу радіоелектронної розвідки. У третьому розділі дисертації удосконалено розрахунковий метод визначення словесної розбірливості шляхом використання оптимальної по критерію мінімума інтегрального значення завади, для визначення рівня захищеності мовної інформації виділеного приміщення. Для практичної реалізації удосконаленого методу була представлена методика оцінки можливості перехоплення та захисту мовної інформації, приведені результати її розрахунків. Представлена методика проводить оцінку захищеності мовної інформації виділеного приміщення шляхом розрахунку відношення сигнал/шуму за огородженнями приміщення, а також оцінює можливість перехоплення мовної інформації на основі розрахунку значень словесної розбірливості при навмисному і ненавмисному прослуховуванні мовної інформації із суміжного приміщення через елементи його конструкції. Розрахунок значень словесної розбірливості заснований на врахуванні параметрів виділеного приміщення (площі та типу конструктивних елементів, наявність або відсутність спрямованого мікрофону) та не потребує використання широкого спектру інструментально-вимірювального обладнання. Також, в роботі приведений зв’язок зазначеної методики з оптикоелектронним каналом витоку мовної інформації, що дозволяє оцінити можливість перехоплення мовної інформації через віконні отвори та пройоми з використанням оптико-електронної лазерної апаратури дистанційного прослуховування мови. А у випадку невідповідності словесної розбірливості отриманої за результатами приведеної методики встановленим значенням, можна регулювати її величину за допомогою використаної в методиці оптимальної по критерію мінімума інтегрального значення завади. Реалізація даної завади заснована на врахуванні вагових коефіцієнтів, що характеризують вірогідність наявності формант мови в даній частотній смузі і відображаючих вклад даної смуги в словесну розбірливість. Таким чином, при розподіленні енергії шумового сигналу по частотним смугам у відповідності з ваговими коефіцієнтами, використана оптимальна з точки зору приведеної методики завада. Процес розрахунку значень словесної розбірливості та оптимальної по критерію мінімума інтегрального значення завади був автоматизований в програмному середовищі Mathcad, а результати розрахунку приведені в роботі. Також, в роботі дістала подальшого розвитку математична модель радіоелектронного каналу витоку інформації шляхом врахування параметрів передавача та приймача, що дозволило розрахувати оптимальний рівень небезпечного сигналу та маскуючого шуму. У першому випадку, на базі моделі радіоелектронного каналу витоку інформації, приведений розрахунок оптимального рівня сигналу між передавачем та приймачем в межах контрольованої зони, також представлені залежності умов не отримання корисного сигналу приймачем засобу радіоелектронної розвідки за межами контрольованої зони. У другому випадку, на базі моделі радіоелектронного каналу витоку інформації та одного з можливих випадків виявлення розвідувальним приймачем сигналу на фоні шуму, представлена можливість запобігання перехопленню сигнала, що виходить за межі контрольованої зони та перевищує заданий поріг засобу радіоелектронної розвідки, шляхом його маскування спеціально сформованим шумом, приведений алгоритм визначення оптимального рівня маскуючого шуму.Документ Відкритий доступ Підвищення якості прийому сигналу в сенсорних телекомунікаційних мережах міста шляхом використання відбиття радіохвиль міліметрового діапазону(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Лавріненко, Владислав Сергійович; Степанов, Михайло МиколайовичЛавріненко В.С. Підвищення якості прийому сигналу в сенсорних телекомунікаційних мережах міста шляхом використання відбиття радіохвиль міліметрового діапазону. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 17 «Електроніка та телекомунікації» за спеціальністю 172 «Телекомунікації та радіотехніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2024. За матеріалами дисертації опубліковано: 7 робіт, з яких 3 – це статті у журналах, що входять до переліку фахових видань затверджених МОН України за спеціальністю дисертації або у періодичних виданнях іноземних держав, 4 - публікації у матеріалах конференцій, у тому числі, міжнародних. Дисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної науково-практичної задачі підвищення якості передачі сигналу міліметрового діапазону, його енергетики у складних умовах міста сенсорних мереж п’ятого покоління для поліпшення можливості мереж радіодоступу. Дисертаційна робота є вагомим внеском у вирішенні актуальних завдань оптимізації та підвищення продуктивності телекомунікаційних систем, зокрема бездротових сенсорних мереж. Зміст дисертаційного дослідження викладено у трьох розділах, у кожному з яких представлено з поясненням основні результати дослідження: У вступі виконано обґрунтування актуальності обраної теми дисертаційної роботи: пояснена важливість бездротових сенсорних мереж та окреслено складнощі, з котрими стикається та може зітнутися в майбутньому галузь Інформаційнокомунікаційних технологій. Із розвитком критично важливих IoT-сервісів та збільшенням обсягу даних зростає попит на пропускну здатність, технічні засоби та енергію, роблячи використання частотного ресурсу міліметрових хвиль ключовим для підвищення швидкості та якості бездротового зв’язку. Проте, міліметровий діапазон зустрічає перешкоди у вигляді високого рівня затухання сигналів та чутливості до перешкод, особливо в міському середовищі з його високою густонаселеністю та численними об'єктами. Саме це обмежує дальність та надійність зв'язку. Використання штучних відбивачів, що дозволяють керувати дифракцією та відбиттям хвиль, стає стратегією для подолання цих обмежень, забезпечуючи поліпшення пропускної спроможності та дальності зв'язку. Ці технологічні новації відкривають дорогу для оптимізації міліметрових телекомунікаційних мереж, що є вирішальним для розширення бездротових мереж, включно з IoT-пристроями та сенсорними мережами, забезпечуючи стабільне покриття та високоякісний зв'язок у складних умовах міського середовища. Виходячи з цього сформульовано мету та визначено завдання дослідження, надано інформацію про наукову та практичну новизну роботи, апробацію основних результатів дослідження на науково-практичних конференціях та їх публікацію у формі статей у фахових виданнях. У першому розділі на основі розгляду наукових джерел висвітлено різні аспекти телекомунікаційних технологій. Розглянуто поняття бездротових сенсорних мереж, їх роль та вплив у контексті зеленої комунікації, що є фундаментом для розуміння їх ролі та потенціалу в сучасному світі комунікацій. Пропонується огляд потрібних технологій, а також основних викликів, з якими стикаються мультимедійні бездротові сенсорні мережі, визначається широкий спектр застосувань даних мереж у різних секторах, окреслено практичну важливість. Також представлено основні характеристики сенсорних мереж та визначені вимоги до ефективності та надійності. У розділі детально аналізуються основні компоненти, включаючи види сенсорних вузлів, програмне забезпечення, розглядаються стандарти та технології, що стосуються транспортних протоколів для бездротових мереж, особливий акцент робиться на технологіях бездротової передачі даних, їх характеристиках та архітектурних особливостях. Завершуючи розділ, підбито висновки, які резюмують ключові аспекти, розкриті в контексті сучасних і прогресуючих сенсорних мереж. У другому розділі розглянуто та проаналізовано ряд архітектурних моделей для сервісів Інтернету речей, включно з трирівневою, програмно-конфігурованою та восьмирівневою структурою спеціалізованою для 5G-IoT, що призначені для оптимізації та підвищення продуктивності IoT-мереж. На основі аналізу існуючих пропозицій стосовно архітектур, виділено та описано ключові рівні для ефективного функціонування розгортуваного сервісу. Розглядаються архітектури 5G New Radio, включаючи сценарії використання, варіативність у розгортанні мереж та властивості мережі радіодоступу. Заключна частина розділу – проаналізований розрахунок зони покриття для IoT-сервісів на основі 5G, виділяються ключові компоненти для роботи сервісу та конкретизуються теоретичні аспекти, що підкреслює вплив високої щільності під’єднаних пристроїв та розміщення базових станцій на комплексність та ресурсоємність мереж. Третій розділ дослідження присвячений вирішенню окресленої науковоприкладної задачі за рахунок аналізу поширення хвиль міліметрового діапазону, увага приділяється питанням ліцензування та особливостям поширення радіохвиль міліметрового діапазону в різних умовах та сценаріях, зокрема міського середовища, описані деякі вже існуючі моделі каналів міліметрового діапазону хвиль. Також розглядається бюджет радіосистеми з врахуванням підсилення, акцент зроблено на аналізі дифракції, посиленні та загасанні сигналу міліметрового діапазону, розглядаються ефекти відбиття та розсіювання з метою створення моделі поширення та підсилення хвиль. Зокрема, пошук варіантів створення зон зі штучними відбивачами, що може покращити ефективність та розширити зону покриття мобільних систем міліметрового діапазону в міському середовищі без втручання на пряму в складні гетерогенні структури бездротових сенсорних та стільникових мереж. Наукова новизна одержаних результатів при виконанні дисертаційної роботи полягає у наступному: 1. Отримали подальший розвиток теоретичних досліджень щодо використання стільникової мережі п’ятого покоління в сенсорних мережах, зокрема використання міліметрового діапазону 60-65 ГГц, для підвищення якості передачі сигналу, розширення частотного ресурсу, підвищення пропускної здатності телекомунікаційних мереж. 2. Запропоновано застосування суперпозиції та відбиття для посилення сигналу в міліметровому E-діапазоні радіохвиль сенсорних мереж, які використовуються в мобільних системах міського середовища. Це дає можливість розширити зону покриття або зменшити енерговитрати у приймальнопередавальних пристроях. 3. Вперше отримано модель радіоканалів, яка дозволяє моделювати проходження сигналів міліметрового діапазону 60-65 ГГц телекомунікаційних систем у місті з урахуванням відбиття. Також на основі моделі розроблено методику для покращення проходження сигналу і підвищення якості його прийому в телекомунікаційних системах міліметрового діапазону каналів 5G. Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що: На основі аналізу розповсюдження сигналів міліметрового діапазону в сенсорних мережах у складних умовах міста виявлено, що якість передачі сигналу може бути підвищена шляхом застосування рішень, які використовують суперпозицію та відбиття для посилення сигналу. В конкретних умовах міського середовища важливими є штучні відбивачі, які здатні посилити сигнал, тим самим теоретично розширити зону покриття та енергоефективність для критично важливих систем IoT, які розгортаються на базі сенсорних мереж. Загалом, також можна констатувати важливість подальших досліджень та розробок у галузі з використанням міліметрового діапазону в телекомунікаційних системах, зокрема продовжувати вивчення особливостей поширення хвиль у цьому діапазоні, із використанням запропонованої моделі, щоб ефективно впроваджувати нові технології для забезпечення надійності та швидкості мобільного зв'язку. Отримані в ході дисертаційних досліджень нові теоретичні та практичні результати були впроваджені в навчальний процес кафедри прикладної радіоелектроніки радіотехнічного факультету Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», згідно з актом впровадження, під час підготовки лабораторних та практичних занять з навчальної дисципліни [RE-200] «Мультимедійні технології в радіозв'язку» для студентів за спеціальністю 172 — «Електронні комунікації та радіотехніка».Документ Відкритий доступ Акустичне виявлення безпілотних літальних апаратів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Сокольський, Сергій Олегович; Мовчанюк, Андрій ВалерійовичСокольський С.О. Акустичне виявлення безпілотних літальних апаратів. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 172 «Телекомунікації та радіотехніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2023. У дисертаційній роботі вирішено актуальне науково-технічне завдання — розроблення пристрою з одним вхідним сенсором-мікрофоном для виявлення малих безпілотних літальних апаратів на основі аналізу акустичних сигнатур. Розроблена модель системи дає змогу підвищити ефективність виявлення дронів за рахунок використання нейронної мережі для обробки акустичних сигналів. Основний зміст дисертаційної дослідницької роботи наведено в чотирьох розділах, де представлено та обґрунтовано основний результат. У вступній частині підтверджена актуальність роботи, сформульована мета, завдання та методи дослідження, надана інформація про наукову новизну, а також практичне значення отриманих результатів. У першому розділі був проведений порівняльний та критичний аналіз потенційних можливостей основних методів виявлення малих безпілотних летальних апаратів (МЛА): оптичного, радiолокацiйного та акустичного. Кожним із методів розраховано теоретичну максимальну дальність виявлення безпілотника моделі «DJI Mavic 3» який зараз активно використовується військовими для розвідки. Встановлено, що оптичний метод передбачає використання камер високої розділової здатності у світлу пору дня, але він занадто залежний від природних чинників навколишнього середовища, наприклад, дощу або туману. У темну пору доби зазвичай використовують інфрачервоні оптичні пристрої. Основними недоліками такого підходу є невисока максимальна дальність виявлення цілі та поглинання атмосферою IЧ випромінювання, крім «вікон» із межами довжин хвиль 3 – 4 та 8 – 12 мм. У результаті наведених розрахунків встановлено, що дальність визначення цілі оптичним методом складає біля 250 м, а з використанням ІЧ приймача — 79,5 м. Зазначено, що радіолокаційні методи поділяються на активні та пасивні. Радіолокаційні системи можуть працювати в будь-яку частину доби та дають змогу виявляти МЛА на відстанях до кількох кілометрів (9,8 км). У результаті аналізу спектру радіочастотного сигналу можна отримати найбільш детальну інформацію про ціль. Основним недоліком радіолокаційних методів є те, що всі РЛС не працюють у ближній зоні. Встановлено, що акустичні сенсори дають змогу ефективно виявляти безпілотні летальні апарати, незважаючи на рельєф оточуючого середовища, але результати залежать від наявних акустичних фонових шумів та завад. Ефективна дальність виявлення дрону склала біля 78 м. У висновках зазначено, що оскільки МЛА мають невисокий рівень ІЧ випромінювання та радіолокаційних сигнатур, то актуальним стає питання розроблення детектора із використанням акустичного методу виявлення дронів та великою максимальною відстанню до цілі. У другому розділі розглянуто реалізацію простого та дешевого для конструювання акустичного детектора з одним мікрофоном. Він дає змогу виявляти акустичні коливання, що видають двигуни та лопоті дрону, і який потім можна проаналізувати для визначення місцезнаходження та траєкторію руху МЛА. Для реєстрації детектором звукових хвиль було запропоновано використовувати електретний мікрофон CMA-4544PF-W із поролоновою вітрозахисною насадкою, а для забезпечення широкого динамічного діапазону та захисту детектора від перевантаження — підсилювач із системою автоматичного регулювання підсилення зі зворотним регулюванням на базі інтегральної мікросхеми МАХ9814. Для подальшої цифрової обробки сигналів на ПК, буде використовуватись аналого-цифровий перетворювач із частотою дискретизації 48 кГц і розрядністю 16 біт, та зовнішня звукова карта CM6206 із лінійним входом. За результатом тестових випробувань була створена база аудіофайлів шуму квадрокоптера «DJI Mavic 3». Спектри отриманих аудіозаписів випромінювання квадрокоптера надають змогу визначити основні частоти тонів, кількість яких збігається з кількістю електромоторів та є важливими ознаками під час розроблення алгоритму класифікації безпілотників. Третій розділ описує процес розроблення алгоритму для ефективного виявлення та класифікації аудіосигналів МЛА із використанням згорткової нейронної мережі глибокого навчання, побудови архітектури та теоретичного оцінювання ефективності її роботи. Перед подачею набору аудіозаписів дронів на вхід нейронної мережі, підвищили їхню якість, застосувавши нормалізацію, Вінеровську фільтрацію, сегментацію — поділили аудіо на кадри тривалістю 25 мс із перекриттям 50% та віконне керування за допомогою вікна Хеммінга, оскільки в завданні оброблення аудіосигналів важливіша точність у часовій області. Отримані дані розділили в співвідношенні 60/20/20 на три набори: для навчання, валідації та тестування. Далі представили дані спрощеним набором ознак, визначивши з кожного кадру оброблених аудіосигналів мелспектрограми, для фіксації часових та спектральних характеристик. Діапазон частот аналізу становить межі робочих частот моделі мікрофону (20 Гц — 20 кГц), частотна розділова здатність 50 Гц, а кількість робочих мел-смуг дорівнює 30. Використовуючи навчальні дані та витягнуті ознаки аудіосигналів, розробили архітектуру нейронної мережі для досліджень роботи алгоритму виявлення та класифікації дронів. Вона складається із 10 пар шарів згортки, ReLU, пакетної нормалізації та шарів максимального пулингу. Їхня кількість визначається розміром вікна об'єднання вздовж часового виміру. Далі ідуть шари згладжування, відсікання, повнозв'язний та Softmax. Для нормалізації вихідних даних і отримання фінальних ймовірностей застосовується шар класифікації. У якості оптимізатора для навчання моделі обрано Adam. Відповідно до характеристик набору даних, початкова швидкість навчання дорівнює 0.001, а після проходження 75% епох поступово зменшується в 10 разів, для покращення збіжності. Точність розпізнавання вхідних даних складає 99 %, оцінка F1 — 0.93, що вказує на високий рівень загальної продуктивності архітектури. У четвертому розділі проведено практичне тестування роботи готової моделі згорткової нейронної мережі. Ефективна дистанція виявлення МЛА алгоритмом дорівнює 200 м, що за методом експертних оцінок, значно перевершує можливості людського слуху з максимальною відстанню до 120 м. Підтверджено, що розроблений алгоритм може замінити людський персонал в операціях спостереження за дронами, пропонуючи підвищену ефективність і надійність під час захисту громадян, об’єктів критичної інфраструктури та національної оборони. Також надані рекомендації для подальшого покращення продуктивності та адаптивності алгоритму: використання різноманітних наборів даних, мультимодальне зондування, постійне вдосконалення, співпраця та використання передових методів машинного навчання. Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що: 1) Вперше запропоновано математичну модель ідентифікатора МЛА, наукова новизна якої полягає в тому, що вона ґрунтується на використанні бази аудіозаписів акустичних сигнатур дронів та надає можливість зменшити похибку під час класифікації їхньої моделі. 2) Вперше розроблено метод цифрової обробки акустичних сигналів дронів, наукова новизна якого полягає в тому, що він ґрунтується на теорії штучного інтелекту та використовує згорткову нейронну мережу глибокого навчання з оптимізатором Adam для підвищення швидкості та ефективності ідентифікації типу малих безпілотних літальних апаратів. 3) Удосконалено методику розрахунку кількості мел-фільтрів та їхнього частотного діапазону, що, на відміну від існуючих, враховує бажану частотну розділову здатність та дає змогу підвищити швидкість та точність отримання основних представлень аудіосигналу МЛА під час використання техніки зважування коефіцієнтів ШПФ за допомогою банків мел-фільтрів. Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що: 1) На основі розробленої математичної моделі, створено базу аудіосигналів малих безпілотних літальних апаратів моделей «Mavic 2 Pro», «Mavic 3» та «FPV», що використовуються військовими в розвідувальних операціях, а також цивільного квадрокоптера «Feilun Fx137». 2) На основі розробленого методу та методики, написано програмне забезпечення для швидкого та ефективного оброблення аудіосигналів малих безпілотних літальних апаратів із використанням згорткової нейронної мережі глибокого навчання з оптимізатором Adam. 3) Створено акустичний детектор малих безпілотних летальних апаратів з ефективною відстанню виявлення об’єктів до 200 метрів. 4) Надано відповідні універсальні рекомендації для подальшого вдосконалення системи детекції малих безпілотних літальних апаратів. Практичний результат дисертаційного дослідження може бути використаний під час побудови ефективних антидронних систем для оборони громадян та об’єктів критичної інфраструктури. Частину результатів дисертаційної роботи отримано та впроваджено на підприємстві ТОВ «ТІНСТРУМ» за договором № Дндч/0201.01/2100.02/47/2023.Документ Відкритий доступ Модуль ЦОС для вивчення сейсмічно-магнітосферної кореляції(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Єзерський, Нікіта Валерійович; Мовчанюк, Андрій ВалерійовичЄзерський Н.В. Модуль ЦОС для вивчення сейсмічно-магнітосферної кореляції. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктор філософії з галузі знань 17 Електроніка та телекомунікаціїза спеціальністю 172 Телекомунікації та радіотехніка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023. Землетруси завдають великої шкоди як у матеріальному вимірі, так і забирають багато людських життів. Було запропоновано багато різноманітних методів їх прогнозування, але достовірність таких методів є вкрай низькою. В ході вивчення напрямку досліджень для було обрано шлях дослідження потоків плазми у радіаційних поясах Землі. Вперше збурення радіаційних поясів Землі було зафіксовано ще у 1964 році, також було запущено декілька супутникових місій з метою дослідження потоків плазми на низькій навколоземній орбіті, але вивчивши матеріали науковців про висновки, щодо фіксації передвісника землетрусу не можна створити достовірну модель його прогнозування. Для аналізу змін концентрації потоків плазми в поясах Ван-Аллена було прийнято рішення обрати метод ідентифікації типу та сорту заряджених частинок високих енергій питомих втрат енергії та повної енергії з розділів ядерної фізики запуском малогабаритного реєстратора-аналізатора потоків плазми на навколоземну орбіту у форматі наносупутника. На жаль, через сучасні проблеми економічного, соціального характеру та реалізації різних стадій проекту групами інженерів, що ніяк не взаємодіють між собою накладаються додаткові проблеми з фінансуванням та, відповідно, серіями випробувань на шляху до реалізації проекту, тож постає необхідність у заміні серії випробувань іншими операціями для налагодження роботи усіх складових наносупутника разом. Метою даної роботи є розроблення науково-методичних підходів у методиках сортування заряджених частинок за їхніми типами та сортами, зареєстровані системою сцинтиляційних детекторів для накопичення статистики та фіксації передвісника землетрусу. У дисертаційній роботі вирішено такі науково-технічні завдання: - Виявити найдоцільніші в застосуванні методи прогнозу сейсмічної активності. - Встановити критерії достовірності відпрацювання алгоритмів сортування заряджених частинок за їхніми типами та сортами. - Описати єдиною математичною моделлю джерела шуму для їхньої оптимізації - Удосконалити методики покращення співвідношення сигнал/шум. - З’ясувати такі параметри супутникового каналу зв’язку, що зведуть до мінімуму кількість прийнятих помилок. - Адаптувати характеристики спектрометричних каналів для оптимізації процедури калібрування модулю ЦОС. - Розробити модуль ЦОС фіксації передвісників землетрусу реалізуючи алгоритми сортування заряджених частинок - Розробити модуль імітатора сигналів з сцинтиляційного детектора для оптимізації процедури калібрування модулю ЦОС. Основний зміст дисертаційної дослідницької роботи наведено в п’яти розділах, де представлено та обґрунтовано основний результат. У вступній частині підтверджена актуальність роботи, сформульована мета, завдання та методи дослідження, надана інформація про наукову новизну, а також практичне значення отриманих результатів. В першому розділі було проведено огляд методів прогнозування землетрусів, процес виникнення сейсмічної активності, опис феномену радіаційних поясів Землі, методу ідентифікації типу та сорту заряджених частинок високих енергій питомих втрат енергії та повної енергії та досвіду попередніх наукових місій. Наприкінці розділу було сформульовано мету дослідження та висунуто вимоги до модулю ЦОС. В другому розділі описується розробка алгоритму з ідентифікації сортів та енергій заряджених частинок для вивчення явища сейсмічно-магнітосферної кореляції. Початковою точкою було обрано результати розрахунку розподілу енергій електронів і протонів, продетектованих системою з сцинтиляційних детекторів методом Монте-Карло з використанням ПЗ CERN GEANT-4. В підсумку було розроблено програму, за допомогою якої можна здійснити перевірку достовірності розподілу кількості частинок по діапазонах енергій при різних співвідношеннях С/Ш, що є перевіркою вірності функціонування алгоритму. В третьому розділі було розроблено модуль ЦОС, реалізуючи алгоритм з ідентифікації сортів та енергій заряджених частинок. Показано взаємозв’язок між алгоритмом ідентифікації та програмно-апаратною частиною модулю ЦОС. При побудові класифікатору заряджених частинок за сортами та енергіями було запропоновано перехід від енергій, з якими заряджені частинки було поглинуто детекторною системою до напруги, яка дискретизується АЦП та фіксацією кодів АЦП з якими збільшується лічильник відповідних діапазонів енергій на борту модулю ЦОС. В четвертому розділі запропоновано механізм випробування модулю ЦОС без залучення інших складових корисного навантаження наносупутника та іонізаційної камери. Також показано програмно-апаратну реалізацію модулю імітатора сигналів зі сцинтиляційних детекторів. В п’ятому розділі йдеться про методику прогнозування та зменшення рівня шумів, що будуть накладатися на результати через нюанси проектування підсилювачів слабких сигналів модулю АОС та встановлення критерію достатності придушення шумів. Наукова новизна отриманих результатів полягає в: 1) Дістала подальшого розвитку модель для ідентифікації сортів та енергій заряджених частинок для вивчення явища сейсмічно-магнітосферної кореляції. 2) Вперше було запропоновано метод заміщення корисного навантаження та іонізаційної камери імітатором сигналів зі сцинтиляційних детекторів з довільним співвідношенням С/Ш для налаштування модулю ЦОС. 3) Вперше запропоновано методику оптимізації аналогового спектрометричного каналу для зменшення впливу рівня шумів на достовірність реєстрації сортів та енергій частинок у потоках плазми. Практичне значення отриманих результатів полягає в: 1) Прикладному застосуванні моделі для ідентифікації сортів та енергій заряджених частинок, створенням модулю ЦОС для вивчення явища сейсмічномагнітосферної кореляції. 2) Сформульовано метод спрощення процедури калібрування модуля ЦОС, шляхом заміщення високовартісних процедур налаштування корисного навантаження одним дешевим модулем імітатора сигналів зі сцинтиляційних детекторів. 3) Створені рекомендації, щодо подальшої модернізації реєстраторааналізатора заряджених частинок. Результати цього дослідження можуть бути використані при розробці аналізаторів потоків плазми заряджених частинок, проектуванні підсилювачів слабких сигналів, та покращення шумових характеристик метрологічного обладнання в цілому. Основні результати використовуються в лабораторних та практичних занять з навчальної дисципліни [RE-248] «Дизайн цифрових та аналогових схем. Частина 1» для студентів за спеціальністю 172 — «Телекомунікації та радіотехніка».Документ Відкритий доступ Удосконалення методики оцінки втрат в дроселях з одношаровою обмоткою(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Середін, Андрій Павлович; Мовчанюк, Андрій ВалерійовичСередін А.П. Удосконалення методики оцінки втрат в дроселях з одношаровою обмоткою. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії в галузі знань 17 «Електроніка та телекомунікації» за спеціальністю 172 «Телекомунікації та радіотехніка». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» МОН України, Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної науковопрактичної задачі підвищення енергетичної ефективності силових індуктивних елементів з одношаровими обмотками без осердя в ультразвуковому діапазоні частот шляхом підвищення точності та коректності розрахунків величини втрат в їх обмотках за відомими аналітичними методиками. Останнє досягнуто шляхом емпіричного уточнення розрахункових виразів методик введенням ряду геометричних параметрів, знехтуваних у початкових виразах, та розрахунком коефіцієнтів для найбільш застосовуваних випадків в інженерноконструкторській практиці (робочих частот, діаметрів провідників, типорозмірів каркасів, кількості витків обмотки). Зміст дисертаційного дослідження викладено у чотирьох розділах, у кожному з яких представлено та пояснено основні результати дослідження: У вступі виконано обгрунтування актуальності обраної теми дисертаційної роботи: визначено роль силових індуктивних елементів у сучасних РЕА, розглянуто особливості їх роботи у різних частотних діапазонах, виділено силові індуктивні елементи, що працюють у діапазоні ультразвукових частот, пояснено, чому стандартні методи боротьби з впливом частотних ефектів, які успішно використовуються в інших частотних діапазонах, в даному випадку малоефективні або недоцільні. Виходячи з цього визначено, що пошук шляхів мінімізації величини втрат в обмотках силових індуктивних елементах є актуальним завданням. Визначено два основні шляхи мінімізації втрат в даних індуктивних елементах – шляхом оптимізації конструкції обмотки індуктивного елемента або шляхом підвищення точності теоретичного розрахунку за відомим методиками. Обгрунтовано вибір останнього способу. Розглянуто особливості роботи силових індуктивних елементах у складі узгоджуючих фільтрів ультразвукового технологічного обладнання, підкреслено важливість коректного розрахунку величини втрат дроселів фільтрів. Виходячи з цього сформульовано мету та визначено завдання дослідження, виконано опис методологічного апарату, надано інформацію про наукову та практичну новизну роботи, апробацію основних результатів дослідження на науково-практичних конференціях та їх публікацію у формі статей у фахових виданнях. У першому розділі на основі розгляду наукових джерел виконано системний підхід до аналізу факторів, що впливають на величину втрат індуктивних елементів (втрати в осерді, втрати в діелектрику, втрати у провіднику обмотки). Проаналізовано кожен із них. Визначено, що в ультразвуковому діапазоні частот найбільший вплив матимуть втрати у провіднику обмотки. Детально розглянуто складові втрат у провіднику з представленням відповідних пояснень механізму виникнення кожного з вказаних частотних ефектів. Розглянуто та проаналізовано поширені методики розрахунку індуктивності як одиночного прямого циліндричного провідника, так і одиночного витка, згорнутого з нього. Проаналізовано методики розрахунку величини втрат обмоток індуктивних елементів – графо-аналітичні та аналітичні, визначено переваги та недоліки кожної з них, відмічено більшу досконалість та універсальність аналітичних методик. Виконано розгляд поширених аналітичних методик, запропонованих Dowell та Ferreira. Визначено, що більш нові наукові праці за останні роки тим чи іншим чином базуються на основних результатах вищевказаних методик (як правило, теоретичного характеру без експериментальної перевірки результатів). Обгрунтовано передумови початку дисертаційного дослідження, зазначено, що розрахунок обмоток силових індуктивних елементів узгоджуючих фільтрів ультразвукових пристроїв за даними методиками дає некоректні результати, що проявлялося у перегріві обмоток, хоча розрахунок накопичувальних дроселів імпульсних джерел живлення у цьому ж частотному діапазоні за вказаними методиками проблем не проявляв. Відповідно, розглянуто особливості роботи індуктивних елементів данного діапазону частот у складі узгоджуючих фільтрів та імпульсних джерел живлення, визначено можливі причини появи некоректних результатів розрахунків у випадку дросселя узгоджуючого фільтра. Виконано аналіз підходу до вирішення задачі та відповідні розрахункові вирази кожної з вказаних методик. Визначено їх основні переваги та недоліки, висунуто припущення, що причиною появи некоректних результатів є нехтування у методиках певними геометричними параметрами обмотки. Для загального ознайомлення розглянуто підхід до аналітичного розрахунку розподілу струму в одиночному круглому витку, запропонованого В.А. Фоком. Визначено складність поширення данного підходу до багатовиткової обмотки, що стало причиною відмови від використання аналітичного підходу до розв'язання задачі у даній дисертаційній роботі. Обгрунтовано вибір емпіричного методу з виконанням ряду експериментальних досліджень. Зроблено висновок про необхідність проведення подальших досліджень, зроблено загальні висновки по розділу. У другому розділі дисертації виконано дослідження впливу знехтуваними у методиках геометричних параметрів одношарової обмотки на величину її втрат. Попередньо було обгрунтовано вибір тих чи інших геометричних параметрів індуктивних елементів, виходячи із практичного досвіду, обгрунтовано заміну натурних експериментальних вимірювань на машинні, у середовищі кінцево-елементного аналізу, виконано перевірку адекватності та коректності результатів машинного експерименту. Виконано дослідження впливу діаметра одиночного витка на його величину втрат з поясненням результатів та ілюстрацією явищ, що впливають на розподіл струму у провіднику при його згортанні у виток. Виконано дослідження впливу міжвиткової відстані на величину втрат багатовиткової одношарової обмотки також з поясненням отриманих результатів. Визначено, що обидва параметри суттєво впливають на розподіл струму та величину втрат, тому нехтувати ними не варто. Досліджено вплив форми поперечного перерізу провідника (квадратного та циліндричного) на розподіл струму у ньому за однакових площ перерізу. Обговорено отримані результати, зроблено відповідні висновки по розділу. У третьому розділі дисертації виконано дослідження впливу кількості витків на одношарову обмотку без осердя та з феромагнітним осердям. Попередньо обгрунтовано організацію експериментальної частини дослідження, де поєднано натурні експериментальні вимірювання з машинними у середовищі кінцево-елементного аналізу. Виконано дослідження впливу кількості витків на величину втрат одношарової обмотки без осердя, результати експериментальних вимірювань порівняно із теоретичними (Ferreira). Виконано аналогічне дослідження, але для обмотки із введеним феромагнітним осердям. Досліджено вплив феромагнітного осердя на величину втрат одношарових обмоток індуктивних елементів. Зроблено відповідні висновки по розділу. У четвертому розділі виконано модифікацію розрахункового виразу методики Ferreira шляхом внесення у вираз геометричних параметрів одношарової обмотки, упущених у початковому виразі, розраховано відповідні коефіцієнти для найбільш поширених на практиці геометричних параметрів одношарових обмоток (діаметрів каркасів, діаметрів провідників, кількості витків, робочих частот). Попередньо було проведено ряд експериментальних вимірювань для одношарових обмоток без осердя, проаналізовано можливі шляхи внесення в аналітичний вираз методики відповідних геометричних параметрів, визначено ряд залежностей, згідно з якими на основі експериментальних даних побудовано ряд кривих. Визначено вимоги до апроксимуючих функцій, за допомогою спеціалізованих математичних пакетів виконано апроксимацію отриманих кривих, розраховано відповідні коефіцієнти. Здійснено спробу безпосереднього введення у розрахунковий вираз методики знехтуваних параметрів для кількості витків та діаметра витка у вигляді уточнюючих множників, розраховано відповідні поправочні коефіцієнти. Виконано перевірку точності розрахунку доповненого (модифікованого) виразу відносно початкового виразу та відповідних експериментальних даних. Зроблено відповідні висновки про підвищення точності. Наукова новизна отриманих результатів, отриманих при виконанні дисертаційної роботи, полягає у наступному: 1) Вперше запропоновано метод оцінки величини втрат багатовиткової одношарової обмотки шляхом поєднання машинного моделювання (в середовищі FEM аналізу) та експериментальних вимірювань, що дозволяє оцінити вплив геометрії обмотки на розподіл струму у поперечному перерізі провідника; 2) Удосконалено методику розрахунку величини втрат індуктивних елементів з одношаровими обмотками, шляхом доповнення початкового виразу уточнюючими множниками в яку, на відміну від існуючих методик, включено знехтувані раніше геометричні параметри обмотки. Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що: 1) Визначено, що наявні методики розрахунку потребують додаткового дослідження впливу знехтуваних у них геометричних параметрів на розподіл струму у провідниках обмотки (величину їх втрат), з метою подальшого удосконалення виразів методик; 2) Встановлено, що похибка в розрахунках (відносно результатів експериментальних досліджень) лежить в межах від 20.6% до 39.6% (як наслідок нехтування впливом діаметра витка) та від 17.8% до 65.99% (як наслідок нехтування нерівномірністю розподілу струму у витках); 3) Виявлено, що за даних умов дослідження, форма поперечного перерізу провідника (кругла та квадратна) незначним чином впливає на розподіл струму, тому нею можна знехтувати; 4) Визначено, що аналітичну методику розрахунку можливо використовувати для розрахунку величини втрат Kf одношарових обмоток індуктивних елементів за умови, що обмотка без осердя, кількість витків становить N 30, а кінцевий результат розрахунку скориговано на величину відносного відхилення теоретичних та експериментальних даних (до 20.5% залежно від діаметра провідника та частоти для обмотки діаметром Dcoil = 10 мм (ETD-29)); 5) Встановлено, що розрахунок величини втрат одношарових обмоток індуктивних елементів з феромагнітним осердям за аналітичною методикою Ferreira проводити не можна, оскільки розходження теоретичних обчислень за даною методикою та експериментальними даними сягає приблизно 1000% (11 разів), оскільки вплив осердя на величину втрат обмотки у даній методиці не враховано; 6) Виявлено, що можливою причиною розходження є вплив зміни конфігурації силових ліній магнітного поля всередині обмотки на розподіл струму у її провідниках при введенні феромагнітного осердя. Втрати в осерді, у даному випадку, майже не впливають на загальну величину втрат обмотки (зміна величини втрат в осерді у 50 разів спричиняє приріст величини втрат обмотки Kf лише на 3%), тому ними можна знехтувати; 7) Запропоновано ряд уточнень розрахункового виразу методики Ferreira, які дозволили врахувати вплив знехтуваних у початковому виразі геометричних параметрів. В результаті модифікації розрахункових виразів зменшено розбіжність між експериментальними та теоретичними результатами з 59.5% до 11% (для Kf= f(N)) та з 63% до 4% (для Kf= f(d/Dcoil)). Результати наукових досліджень можуть бути використані у практичній інженерно-конструкторській діяльності при розробці та конструюванні силових обмоток індуктивних елементів, що працюють в ультразвуковому діапазоні частот (особливо дроселів узгоджуючих фільтрів ультразвукового технологічного обладнання) та інших індуктивних елементів, що працюють в даному частотному діапазоні у випадку переважаючої змінної складової струму.