Журнал «Системы управления, связи и безопасности»
(Systems of Control, Communication and Security)

Журнал «Системы управления, связи и безопасности» является рецензируемым научным электронным изданием (ISSN 2410-9916). Журнал зарегистрирован как сетевое издание в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (РОСКОМНАДЗОР), свидетельство о регистрации средства массовой информации ЭЛ № ФС 77 - 61239 от 03 апреля 2015 г. Основное содержание издания представляет собой научные статьи и научные обзоры.

Учредитель журнала - ООО «Корпорация «Интел Групп» (Санкт-Петербург).

Главный редактор: Макаренко Сергей Иванович.
Адрес: 197372, Санкт-Петербург, пр. Богатырский, дом 32, корпус 1 лит. А, помещение 6Н.
E-mail: sccs@intelgr.com
Телефон: +7 (931) 579-10-59.

Информация предназначена для детей старше 12 лет.

Преимущества журнала:

• С 2017 года журнал на постоянной основе включен в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук, рекомендованный ВАК России.
  Журнал рекомендован ВАК для публикации основных результатов диссертаций, по научным специальностям: 2.2.13, 2.1.14, 2.2.15, 2.3.1, 2.3.5, 2.3.6 по номенклатуре научных специальностей, утвержденной приказом Минобрнауки РФ № 118 от 24.11.2021 г.
  Полный перечень научных специальностей, по которым журнал был рекомендован ВАК с 2017 г. и его ретроспективные изменения можно посмотреть здесь;
• журнал является высоко цитируемым изданием и в соответствии с рейтингом Sсince Index от РИНЦ за 2021 год занимает среди российских периодических научных изданий:
  - 1-е место по тематике "Связь",
  - 1-е место по тематике "Военное дело",
  - 1-е место по тематике "Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства";
• объем статьи - до 50 страниц, количество цитируемых источников - без ограничений;
• для высокоцитируемых авторов - публикация бесплатна (подробно о стоимости здесь);
• публикация статей в открытом доступе с одновременной передачей полных текстов статей в наукометрические базы учета цитирования;
• относительно короткие сроки обработки статьи: начальное оценивание научного уровня статьи и ее соответствия тематике журнала – 2-3 дня; рецензирование – 10-20 дней; публикация статьи и формирование выходных данных – в среднем 35 дней.

Периодичность выхода журнала 4 номера в год (без учета спецвыпусков).
Публикация в журнале является научным печатным трудом.

Текущий номер № 4 2022

Формирование номера завершено.
Данные в РИНЦ будут переданы 25 декабря 2022 г.

• Борисов В. В., Курилин С. П., Жарков А. П., Соколов А. М.
  Многомерное прогнозирование состояния неоднородных электромеханических систем для управления рисками нарушения их работоспособности на основе нечетких темпоральных онтологических и когнитивных моделей
  V. V. Borisov, S. P. Kurilin, A. P. Zharkov, A. M. Sokolov
  Multidimensional prediction of heterogeneous electromechanical systems for risk management based on fuzzy temporal ontological and cognitive models
• Аннотация / Abstract
  • Постановка задачи: при эксплуатации неоднородных электромеханических систем (НЭМС) существенно изменяются их энергетические, технические и эксплуатационные характеристики. При этом сложность решения задач прогнозирования состояния НЭМС негативно сказывается на качестве управления рисками нарушения их работоспособности. Топологический подход к комплексному исследованию НЭМС является основой для теоретического обобщения и развития перспективных интеллектуальных методов, моделей и технологий исследования НЭМС на всех этапах жизненного цикла, включая прогнозное оценивание и диагностику состояния, остаточного ресурса и эксплуатационных рисков этих систем НЭМС в условиях: многомерного и неоднородного пространства взаимозависимых параметров, их нелинейной зависимости, уникальности условий эксплуатации и нестабильности воздействия внешних факторов, существенно влияющих на интенсивность и однородность эксплуатационного старения; недостаточного объема, неопределенности и нечеткости данных о состоянии этих систем в процессе эксплуатации, существенных затрат и повышенной сложности проведения экспериментальных исследований. Именно этот подход позволяет обосновать целесообразность сочетания нечетких онтологических и когнитивных моделей для комплексного анализа и многомерного прогнозирования состояния НЭМС с целью управления рисками нарушения их работоспособности. При этом нечеткое онтологическое моделирование обеспечивает интероперабельное представление и комплексный анализ предметной области НЭМС на всех этапах жизненного цикла этих систем. Использование же нечетких когнитивных моделей для многомерного прогнозирования состояния НЭМС позволяет осуществить: анализ устойчивости состояния НЭМС и проблемных ситуаций; анализ непосредственного, агрегированного и опосредованного взаимовлияния системных и внешних факторов; оценку достижимости целевых ситуаций; сценарный анализ при различных воздействиях; прогноз изменения состояния НЭМС; моделирование и анализ динамики изменения состояния взаимозависимых параметров НЭМС. Целью работы является реализация предлагаемого подхода к совместному использованию разрабатываемых нечетких темпоральных онтологической и когнитивной моделей при решении задач комплексного анализа и многомерного прогнозирования состояния НЭМС для управления рисками нарушения их работоспособности. Используемые методы: решение задач комплексного исследования НЭМС основывается на топологическом подходе, выполнение задач представления проблемной области НЭМС на всех этапах жизненного цикла – на использовании методов нечеткого онтологического инжиниринга, а осуществление задач многомерного прогнозирования состояния НЭМС – на методах нечеткого когнитивного моделирования, нечетких и мягких измерений и вычислений. Новизна заключается в том, что впервые предлагается и реализуется подход к многомерному прогнозированию состояния НЭМС для управления рисками нарушения их работоспособности на основе сочетания разрабатываемых оригинальных нечетких темпоральных онтологических и когнитивных моделей. Результат: решена комплексная проблема представления предметной области НЭМС и многомерного прогнозирования параметров векторного пространства НЭМС за счет совместного использования нечетких темпоральных онтологических и когнитивных моделей, позволяющих осуществить прогнозную оценку состояния и рисков нарушения работоспособности НЭМС. Практическая значимость полученных результатов заключается в повышении точности прогнозирования состояния НЭМС для повышения качества управления рисками нарушения работоспособности такими системами.
  • Problem definition: The energy, technical and operational characteristics of heterogeneous electromechanical systems (HEMS) change significantly during their operation. The complexity of HEMS prediction negatively affects the quality of risk management. The topological approach to the complex study of HEMS is the basis for the development of intellectual methods, models and technologies for the research of HEMS (predictive analytics, condition diagnostics, resource and risk assessment). This approach indicates the expediency of combining fuzzy ontological and cognitive models for complex analysis and multidimensional prediction of HEMS. Fuzzy ontological modeling provides an interoperable representation and complex analysis of HEMS. Fuzzy cognitive models allow prediction of HEMS. The aim of the research is to implement the proposed approach to the joint use of fuzzy temporal ontological and cognitive models for complex analysis, multidimensional prediction and risk management of HEMS. Methods used: topological approach to HEMC research; fuzzy ontological engineering; fuzzy cognitive modeling; fuzzy and soft measurements and computing. Novelty: An approach to multidimensional prediction of NEMS for risk management based on a combination of original fuzzy temporal ontological and cognitive models is proposed. Result: The complex problem of representation, multidimensional forecasting and risk management of EMS has been solved through the joint use of fuzzy temporal ontological and cognitive models. Practical significance: The practical significance of the results lies in improving the accuracy of HEMS prediction and the quality of risk management.
• Ключевые слова / Key words
  • неоднородная электромеханическая система, топологических подход, нечеткая темпоральная онтологическая модель, нечеткая темпоральная когнитивная модель
  • heterogeneous electromechanical systems, topological approach, fuzzy temporal ontological model, fuzzy relational temporal cognitive model
• Ссылка на статью / Reference
  • Борисов В. В., Курилин С. П., Жарков А. П., Соколов А. М. Многомерное прогнозирование состояния неоднородных электромеханических систем для управления рисками нарушения их работоспособности на основе нечетких темпоральных онтологических и когнитивных моделей // Системы управления, связи и безопасности. 2022. № 4. С. 83-102. DOI: 10.24412/2410-9916-2022-4-83-102.
  • Borisov V. V., Kurilin S. P., Zharkov A. P., Sokolov A. M. Multidimensional prediction of heterogeneous electromechanical systems for risk management based on fuzzy temporal ontological and cognitive models. Systems of Control, Communication and Security, 2022, no. 4, pp. 83-102. DOI: 10.24412/2410-9916-2022-4-83-102 (in Russian).

• Смирнов Г. Е.
  Модель анализа защищенности объекта информатизации железнодорожного транспорта и методика обоснования набора тестовых информационно-технических воздействий для этого
  G. E. Smirnov
  Model for analyzing the security of an informatization object of railway transport and method for justifying a set of test cyber attacks for this
• Аннотация / Abstract
  • Актуальность. В настоящее время вопросы безопасности информационных систем объектов критической инфраструктуры приобретают важное значение. Вместе с тем текущие задачи аудита информационной безопасности (ИБ) объектов критической инфраструктуры, как правило, ограничиваются проверкой их на соответствие требованиям по ИБ со стороны руководящих документов. Однако при таком подходе к аудиту, зачастую, остается неясным защищенность этих объектов от реальных атак злоумышленников. Для объективной проверки такой защищенности объекты подвергают процедуре тестирования, а именно – тестированию на проникновение. Анализ отечественных и зарубежных публикаций в этой области показывает, что в настоящее время отсутствует какой-либо формальный подход к выбору тестовых информационно-технических воздействий при проведении такого тестирования. Целью работы является формирование модели анализа защищенности объекта информатизации железнодорожного транспорта и методики обоснования набора тестовых информационно-технических воздействий для этого, обеспечивающих рациональную полноту аудита защищенности объекта критической информационной инфраструктуры. Методы исследования. Для достижения цели исследования в работе использованы методы теории вероятностей и математической статистики, методы теории графов и теории множеств. Результаты. В статье представлена модель анализа защищенности объекта информатизации железнодорожного транспорта и методика обоснования набора тестовых информационно-технических воздействий для этого. Методика основана на модели и формализует процесс выбора тестов в виде двухэтапной процедуры. На первом этапе на основе топологической модели тестирования объекта формируется множество путей тестирования, причем эти пути упорядочиваются по степени повышения веса. При этом, под весом пути понимается показатель «эффективность/стоимость» отдельной комбинации ресурса тестового воздействия, уязвимости элемента объекта и уровня ущерба, наносимого объекту по определенному свойству информационной безопасности. На втором этапе методики из упорядоченного множества путей тестирования производится выбор такого множества тестовых информационно-технических воздействий и формирование из них тестового набора, который бы обеспечивал максимизацию абсолютной суммарной стоимости обнаруженного ущерба, в рамках заданных ограничений на расход ресурса при тестировании. Использование представленной методики в практике аудита позволит обосновать наиболее эффективные воздействия по критерию «эффективность/стоимость», а также сформировать тестовые наборы, которые обеспечат рациональную полноту аудита объекта критической инфраструктуры.
  • Relevance. Security issues of information systems in critical infrastructure objects become important now. However, current tasks of information security audit of critical infrastructure objects are mainly limited to checking them for compliance with requirements of standards and documents. With this approach to the audit, security of these objects from real attacks by hackers remains unclear. Therefore, objects are subjected to a testing procedure, namely, penetration testing, in order to objectively verify their security. An analysis of publications in this area shows that there is not mathematical approaches to selection of test cyber attacks for penetration testing set. The goals of the paper is to form the model for analyzing the security of an informatization object of railway transport and method for justifying a set of test cyber attacks for this, that ensure the rational completeness of the security audit of a critical information infrastructure object. Research methods. Methods of probability theory and mathematical statistics, methods of graph theory and set theory are used in the paper to achieve the research goals. Results. Model for analyzing the security of an informatization object of railway transport and method for justifying a set of test cyber attacks for this is presented in the paper. The method is based on the model. This method formalizes the selection process in the form of a two-stage procedure. At the first stage, based on the topological model of the object testing, a set of testing paths is formed, and these paths are ordered by the degree of weight increase. The path weight is the efficiency/cost indicator that takes in account the test resource for realized of a test cyber attack, the vulnerability of an object element, and the level of damage caused to the element by this test cyber attack. At the second stage of the method, from an ordered set of test paths are selected of such, which would ensure the maximization of the whole absolute cost of the detected damage, within the limits on the resource making of test cyber attacks. It is using of this method in audit practice will allow us to justify the most effective test cyber attacks according to the "efficiency/cost" criterion, as well as to form test sets that will ensure the rational completeness of the audit of the critical infrastructure object.
• Ключевые слова / Key words
  • критическая информационная инфраструктура, тестирование на проникновение, аудит информационной безопасности, информационно-техническое воздействие
  • critical information infrastructure, penetration testing, information security audit, information technology impact
• Ссылка на статью / Reference
  • Смирнов Г. Е. Модель анализа защищенности объекта информатизации железнодорожного транспорта и методика обоснования набора тестовых информационно-технических воздействий для этого // Системы управления, связи и безопасности. 2022. № 4. С. 137-189. DOI: 10.24412/2410-9916-2022-4-137-189.
  • Smirnov G. E. Model for analyzing the security of an informatization object of railway transport and method for justifying a set of test cyber attacks for this. Systems of Control, Communication and Security, 2022, no. 4, pp. 137-189. DOI: 10.24412/2410-9916-2022-4-137-189 (in Russian).

• Линец Г. И., Воронкин Р. А., Говорова С. В.
  Функциональное преобразование самоподобного трафика сетей связи на основе многомерной меры близости вероятностных параметров входного и выходного потоков
  G. I. Linets, R. A. Voronkin, S. V. Govorova
  Functional transformation of the self-similar network teletraffic based on the multidimensional measure of similarity between probability parameters of input and output packet flows
• Аннотация / Abstract
  • Постановка задачи: проблема оценки производительности современных телекоммуникационных сетей состоит в отсутствии аналитических моделей, точно описывающих особенности самоподобного трафика. Наиболее развитыми с аналитической точки зрения оказались сети связи, использующие экспоненциальный закон распределения интервалов времени между пакетами входного потока пакетов. Цель работы: разработка метода функциональных преобразований, позволяющего минимизировать меру близости вероятностных распределений входного и выходного потока пакетов на основе использования аппарата теории множеств и методов многомерной оптимизации; определение обобщенной аналитической модели функциональных преобразований не зависящей от вероятностных законов распределений входного и выходного потока пакетов. Используемые методы: теория вероятностей, теория множеств, методы многомерной оптимизации, дифференциальные и интегральные исчисления, методы системного анализа, методы математического моделирования. Новизна: впервые в общем виде представлена аналитический метод функциональных преобразований входного самоподобного потока пакетов, позволяющая определять параметры выходного закона распределения пакетов узлов коммутации за счет использования минимального значения известной априори преметрики. В отличие от результатов, полученных ранее, для случая преобразования самоподобного входного потока пакетов в поток, имеющий экспоненциальный закон распределения, при равенстве их математических ожиданий, с использованием в качестве меры близости дивергенции Кульбака-Лейблера, представлено математическое обоснование, позволяющее получить аналитическое выражение интенсивности выходного потока пакетов. Результат: разработан метод функциональных преобразований самоподобного потока пакетов в выходной поток пакетов не имеющий самоподобных свойств; получено строгое математическое обоснование возможности функциональных преобразований самоподобного входного потока пакетов, позволяющее определять интенсивность выходного потока, имеющего экспоненциальный закон распределения без потерь. Практическая значимость: разработанные метод и обобщенная аналитическая модель позволяют повысить качество обслуживания в телекоммуникационных сетях связи.
  • Statement of the problem. The problem of assessing the performance of modern telecommunication networks is the lack of analytical models that accurately describe the features of self-similar traffic. From an analytical point of view, communication networks that use the exponential distribution of time intervals between packets of the input packet stream turned out to be the most developed from an analytical point of view. Purpose. Development of a method of functional transformations, which allows minimizing the measure of proximity of the probability distributions of the input and output packet streams based on the use of set theory and multidimensional optimization methods; definition of a generalized analytical model of functional transformations that does not depend on the probabilistic laws of distributions of the input and output stream of packets. Methods. Probability theory, set theory, methods of multidimensional optimization, differential and integral calculus, methods of system analysis, methods of mathematical modeling. Novelty. For the first time, an analytical method of functional transformations of the input self-similar packet flow is presented in a general form, which makes it possible to determine the parameters of the output law for the distribution of packets of switching nodes by using the minimum value of a priori known premetric. In contrast to the results obtained earlier, for the case of transforming a self-similar input stream of packets into a stream with an exponential distribution law, if their mathematical expectations are equal, using the Kullback-Leibler divergence as a measure of proximity, a mathematical justification is presented that allows one to obtain an analytical expression for the intensity of the output packet stream. Result. A method of functional transformations of a self-similar packet stream into an output packet stream that does not have self-similar properties has been developed; a rigorous mathematical substantiation of the possibility of functional transformations of a self-similar input stream of packets is obtained, which makes it possible to determine the intensity of the output stream, which has an exponential lossless distribution law. Practical significance. The developed method and generalized analytical model can improve the quality of service in telecommunication networks.
• Ключевые слова / Key words
  • самоподобный поток пакетов, оценка производительности, показатель Херста, функциональные преобразования, преметрика, дивергенция Кульбака-Лейблера, научно-методический аппарат, аналитическая модель, телекоммуникационные сети
  • self-similar packet flow, performance estimation, Hurst exponent, functional transformations, premetric, Kullback-Leibler divergence, scientific and methodological apparatus, analytical model, telecommunication networks
• Ссылка на статью / Reference
  • Линец Г. И., Воронкин Р. А., Говорова С. В. Функциональное преобразование самоподобного трафика сетей связи на основе многомерной меры близости вероятностных параметров входного и выходного потоков // Системы управления, связи и безопасности. 2022. № 4. С. 38-63. DOI: 10.24412/2410-9916-2022-4-38-63.
  • Linets G. I., Voronkin R. A., Govorova S. V. Functional transformation of the self-similar network teletraffic based on the multidimensional measure of similarity between probability parameters of input and output packet flows. Systems of Control, Communication and Security, 2022, no. 4, pp. 38-63. DOI: 10.24412/2410-9916-2022-4-38-63 (in Russian).

---

• Растегаев И. Г.
  Повышение качества проведения анализа и оценки характеристик связи линии управ-ления и контроля беспилотного летательного аппарата по результатам летных испытаний
  I. G. Rastegaev
  Improving the Quality of Analysis and Evaluation of the Communication Performance of the Command and Control Data Link of an Unmanned Aerial Vehicle Based on the Results of Flight Tests
• Аннотация / Abstract
  • Постановка задачи: неснижаемый интерес к беспилотным летательным аппаратам (БпЛА) со стороны различных государственных структур, расширение области применения и высокая эффективность применения комплексов с БпЛА обуславливают постоянное совершенствование требований к ним и увеличение работ по созданию перспективных комплексов с БпЛА. Существующие методическое и программное обеспечения летных испытаний линий управления и контроля (ЛУК) БпЛА не обеспечивает объективность оценки соответствия задаваемым требованиям при одновременном сокращении сроков испытаний и возрастании количества выполняемых опытно-конструкторских работ. Целью работы является повышение качества проведения анализа и оценки характеристик связи ЛУК БпЛА по результатам летных испытаний за счет вновь разработанных информационных моделей процессов обработки полетных данных, анализа и оценки характеристик связи ЛУК БпЛА, обеспечивающих внедрение OLAP (On-line Analytical Processing) технологий в систему обработки и анализа результатов летных испытаний. Предлагается учесть в моделях особенности современных и перспективных линий управления и контроля БпЛА, повысить оперативность и информативность анализа результатов летных экспериментов за счет разработанной модели хранения обработанных полетных данных, математического и алгоритмического аппаратов оперативного анализа и форм представления результатов. Используемые методы: при решении задач оценки характеристик связи линий управления и контроля БпЛА используется метод экспертной оценки выполняемой внешними пилотами БпЛА. Задачи повышения оперативности и информативности анализа результатов летных экспериментов решаются методами, основанными на использовании отдельных элементов теории планирования эксперимента, математической статистики, системного анализа и теории баз данных. Новизна: элементами новизны являются: 1) Новые алгоритмы послеполетной обработки и анализа полетной информации, в которых учитывается показатель непрерывности связи, а также обеспечивается оперативный подбор критериев оценки характеристик связи без повторной обработки первичной полетной информации; 2) Использование в процессе оценки характеристик связи ЛУК БпЛА экспертных оценок для уточнения критериев оценки готовности и непрерывности связи; 3) Включение в процесс анализа описательных и непараметрических статистик для выявления влияющих факторов; 4) Модель данных, реализующая предметную ориентированность полетных данных, разработанная для упрощения создания аналитических запросов. Результат: использование предлагаемых информационных моделей повышает технические характеристики технологических процессов обработки и анализа результатов летного эксперимента и позволяет снизить объем трудозатрат в 4,8 раза по сравнению с использованием существующего программного обеспечения технологической линии обработки испытательной информации. Практическая значимость: представленное решение предлагается реализовать в виде специального программного обеспечения. Включение реализованного программного обеспечения на основе предложенных решений в линию технологической обработки и анализа результатов испытаний позволит повысить оперативность и достоверность выполняемой оценки характеристик связи ЛУК БпЛА в условиях сокращения сроков испытаний и возрастания количества выполняемых опытно-конструкторских работ.
  • Purpose. The irreducible interest in unmanned aerial vehicles (UAVs) on the part of various government agencies, the expansion of the scope and high efficiency of the use of complexes with UAVs determine the constant improvement of requirements for them and an increase in work on the creation of promising complexes with UAVs. The existing methodological testing apparatus and information-analytical software for flight testing of UAV command and control data links (C2) do not provide an objective assessment of compliance with the specified requirements while reducing the testing time and increasing the number of development work performed. The purpose of the present paper is to improve the quality of the analysis and evaluation of the UAV C2 link communication performance based on the results of flight tests through newly developed information models for the flight data processing, analysis and evaluation of the UAV C2 link communication performance, which ensure the introduction of OLAP (On-line Analytical Processing) technologies into the analysis system of flight test results. It is proposed to take into account in the models the features of modern and future UAV C2 link, to increase the efficiency and information content of the analysis of the results of flight experiments due to the developed model for storing the processed flight data, mathematical and algorithmic apparatus for operational analysis and forms for presenting the results. Methods. When solving the problems of evaluation of the performance of the UAV C2l link, the method of expert evaluation performed by external UAV pilots is used. The tasks of increasing the efficiency and informativeness of the analysis of the results of flight experiments are solved by methods based on the use of individual elements of the theory of experiment planning, mathematical statistics, system analysis and database theory. Novelty. Novelty elements are: 1) New algorithms for post-flight processing and analysis of flight information, which take into account the indicator of communication continuity, and also provides for the rapid selection of criteria for assessing communication performance without re-processing the primary flight information; 2) The use of expert assessments in the process of evaluating the communication performance of the UAV C2 link to clarify the criteria for assessing the availability and continuity of communication; 3) Inclusion in the process of analysis of descriptive and non-parametric statistics to identify influencing factors; 4) Data model that implements the subject orientation of flight data, designed to simplify the creation of analytical queries. Result. The use of the proposed information models improves the technical characteristics of the technological processes for processing and analyzing the results of a flight experiment and reduces the amount of labor costs by 4.8 times compared with the use of the existing software for the technological line for processing test information. Practical relevance. The presented solution is proposed to be implemented in the form of special software. The inclusion of the implemented software based on the proposed solutions in the line of technological processing and analysis of test results will increase the efficiency and reliability of the evaluation of the UAV C2 link communication performance in the context of reduced testing times and an increase in the number of development work performed.
• Ключевые слова / Key words
  • характеристики связи, оценка соответствия, технологическая линия обработки и анализа результатов летных испытаний, линия управления и контроля БпЛА
  • communication performance, conformity assessment, technological line for processing and analyzing the results of flight tests, UAV command and control data link
• Ссылка на статью / Reference
  • Растегаев И. Г. Повышение качества проведения анализа и оценки характеристик связи линии управ-ления и контроля беспилотного летательного аппарата по результатам летных испытаний // Системы управления, связи и безопасности. 2022. № 4. С. 103-136. DOI: 10.24412/2410-9916-2022-4-103-136.
  • Rastegaev I. G. Improving the Quality of Analysis and Evaluation of the Communication Performance of the Command and Control Data Link of an Unmanned Aerial Vehicle Based on the Results of Flight Tests. Systems of Control, Communication and Security, 2022, no. 4, pp. 103-136. DOI: 10.24412/2410-9916-2022-4-103-136 (in Russian).

• Белоусов А. О., Гордеева В. О.
  Анализ характеристик трёхпроводного модального фильтра в экстремальных условиях
  A. O. Belousov, V. O. Gordeyeva
  Analysis of the characteristics of three-conductor modal filter under extreme conditions
• Аннотация / Abstract
  • Постановка задачи: проблема обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) современных радиоэлектронных средств (РЭС) все больше актуализируется с каждым годом. Причиной этому служит растущая функциональная сложность РЭС и тенденция к их миниатюризации, в т.ч. за счет увеличения плотности монтажа трассировки печатных плат (ПП). Электромагнитные помехи (ЭМП) различной природы способны привести к дестабилизации и разрушению элементов критичных РЭС. Под ними понимаются такие РЭС, выход из строя которых влечет за собой различные негативные последствия. Одним из видов ЭМП искусственной природы, отличающихся высоким напряжением, малой длительностью и широким спектром, являются сверхкороткие импульсы (СКИ). Последняя декада отмечена активным исследованием защитных структур с модальными явлениями для защиты критичных РЭС от СКИ, отличающихся рядом достоинств по сравнению с традиционными защитными устройствами. Принцип действия таких структур заключается в разложении СКИ на последовательность импульсов меньшей амплитуды из-за различия задержек мод в линии передачи. Их называют модальными фильтрами (МФ) и реализуют как в полосковом, так и в кабельном исполнениях. При проектировании МФ, одним из важнейших этапов является оптимизация, возможности которой, применительно к МФ, в настоящее время исследованы недостаточно. Кроме этого, без должного внимания остается вопрос функционирования МФ в экстремальных условиях. В частности, целесообразна оценка защитных характеристик МФ (ослабления СКИ, разности погонных задержек мод и др.) при воздействии температуры и влаги. Наконец, представляется важным определение оптимальных значений геометрических параметров МФ в экстремальных условиях и оценка возможности сохранения требуемых защитных характеристик. Целью работы является исследование защитных характеристик МФ на основе 3-проводной микрополосковой линии (МПЛ) при влиянии температуры и влаги при одно- и двухкритериальной оптимизации. Используемые методы: при вычислениях использована система квазистатического моделирования, основанная на методе моментов, а при оптимизации использовались простой генетический алгоритм (ГА) и модифицированный алгоритм эволюционных стратегий (ЭС). Оптимизация выполнялась по амплитудному критерию и критерию согласования. Моделирование влияния температуры выполнено с учетом известной модели вида P(T) с учетом термического изменения геометрических и электрофизических параметров МПЛ. Новизна: впервые выполнена одно- и двухкритериальная оптимизация с использованием ГА и модифицированного алгоритма ЭС МФ на основе 3-проводной МПЛ при влиянии температуры и влаги. Достигнута высокая сходимость результатов при оптимизации: отклонение максимального значения напряжения на выходе МФ не превышает 1% при использовании температурной модели и 6% при исследовании влияния влаги. В результате двухкритериальной оптимизации получены равные амплитуды импульсов разложения на выходе МФ при согласовании МФ с трактом. Установлено, что наименьшее значение максимального напряжения на выходе МФ достижимо при более низкой температуре окружающей среды. Продемонстрирован рост результирующего значения максимального напряжения на выходе при моделировании МФ с учетом конденсата. Результат: в результате двухкритериальной оптимизации удалось получить равные амплитуды импульсов разложения на выходе МФ при его согласовании с трактом. Таким образом, продемонстрирована возможность обеспечения высоких защитных характеристик МФ на основе 3-проводной МПЛ в экстремальных условиях. Практическая значимость: выявленные особенности поведения защитных характеристик МФ при воздействии температуры и влаги, а также их высокий уровень при функционировании в подобных средах, открывают возможность детализации и оценки параметрических и электрофизических параметров ПП, в т.ч. за счет оптимизации, с учетом воздействий окружающей среды еще на этапе проектирования ПП. Наконец, открывается возможность практического применения исследуемого МФ для защиты РЭС от СКИ (ввиду малой массы, радиационной стойкости, надежности и улучшенных характеристик) в самых различных сферах, в т.ч. в экстремальных условиях.
  • Problem statement: the problem of ensuring electromagnetic compatibility (EMC) of modern radio-electronic equipment (REE) is becoming more and more relevant every year. The reason for this is the growing functional complexity of REE and the tendency to their miniaturization, including by increasing the density of printed circuit board (PCB) routing. Electromagnetic interference (EMI) of various natures can lead to destabilization and destruction of critical REE elements. Critical are understood as such REE, the failure of which entails various negative consequences. Ultrashort pulses (USP) are one of the types of EMI of artificial nature and are characterized by high voltage, short duration and wide spectrum. The last decade is characterized by active research of protective structures with modal phenomena for the protection of critical REE from USP, which differ in a number of advantages compared to traditional protective devices. The principle of operation of such structures is to decompose the USP into a sequence of pulses of smaller amplitude due to the difference in mode delays in the transmission line. They are called modal filters (MF) and are implemented in strip and cable versions. One of the most important stages when designing an MF is optimization. Opportunities for optimization, in relation to the MF, are currently not studied enough. In addition, the issue of the MF operating in extreme conditions remains without due attention. In particular, it is expedient to evaluate the protective characteristics of the MF (USP attenuation, the difference in per-unit-length mode delays, etc.) when exposed to temperature and moisture. Finally, it seems important to determine the optimal values of the geometric parameters of the MF under extreme conditions and assess the possibility of maintaining the required protective characteristics. The purpose of this work is to study the protective characteristics of an MF based on a 3-conductor microstrip line (MSL) when exposed to temperature and moisture in single- and multicriteria optimization. Methods used: in calculations, we used a quasi-static simulating system based on the method of moments, and in optimization we used a simple genetic algorithm (GA) and a modified algorithm of evolutionary strategies (ES). We performed optimization according to the amplitude the matching criteria. We simulated the temperature exposure taking into account the well-known model of the P(T) type, taking into account the thermal change in the geometric and electrical MSL parameters. Novelty: for the first time, single- and multicriteria optimization of the MF based on a 3-conductor MSL was performed using GA and a modified ES algorithm when exposed to temperature and moisture. We managed to achieve high convergence of results during optimization: the deviation of the maximum voltage at the MF output does not exceed 1% when using the temperature model and 6% when exposed to moisture. As a result of multicriteria optimization, we obtained equal amplitudes of decomposition pulses at the MF output when matching the MF with the path. We have found that the lowest maximum voltage at the MF output is achievable at lower ambient temperatures. The resulting value of the maximum voltage at the MF output increases when MF is simulated with condensate on its surface. Results. As a result of multicriteria optimization, we managed to obtain equal amplitudes of decomposition pulses at the output of the MF when its matching with the path. Thus, the article demonstrates the possibility of providing high protective characteristics of an MF based on a 3-conductor MSL under extreme conditions. Practical relevance. The identified features of the behavior of the protective characteristics of the MF when exposed to temperature and moisture, as well as their high level when functioning in such environments, open up the possibility of detailing and evaluating the parametric and electrophysical parameters of the PCB, including through optimization, taking into account environmental exposures at the PCB design stage. Finally, the possibility of practical application of the investigated MF for the protection of REE from USP (due to its low mass, radiation resistance, reliability, and improved characteristics) opens up in a wide variety of areas, including under extreme conditions.
• Ключевые слова / Key words
  • электромагнитная совместимость, сверхкороткий импульс, модальная фильтрация, модальный фильтр, микрополосковая линия, оптимизация, генетический алгоритм, эволюционные стратегии, влияние температуры, влияние влаги
  • electromagnetic compatibility, ultrashort pulse, modal filtration, modal filter, microstrip line, optimization, genetic algorithm, evolutionary strategies, temperature exposure, moisture exposure
• Ссылка на статью / Reference
  • Белоусов А. О., Гордеева В. О. Анализ характеристик трёхпроводного модального фильтра в экстремальных условиях // Системы управления, связи и безопасности. 2022. № 4. С. 64-82. DOI: 10.24412/2410-9916-2022-4-64-82.
  • Belousov A. O., Gordeyeva V. O. Analysis of the characteristics of three-conductor modal filter under extreme conditions. Systems of Control, Communication and Security, 2022, no. 4, pp. 64-82. DOI: 10.24412/2410-9916-2022-4-64-82 (in Russian).

• Борисов В. В., Дли М. И., Синявский Ю. В., Федулов А. С.
  Композиционное гибридное моделирование автономных комплексных энергетических систем
  V. V. Borisov, M. I. Dli, Yu. V. Sinyavsky, A. S. Fedulov
  Composite hybrid modeling of autonomous integrated energy systems
• Аннотация / Abstract
  • Постановка задачи: особую важность для удаленных, прежде всего, арктических, районов Российской Федерации имеют автономные энергетические системы, включающие в себя возобновляемые источники энергии, такие как ветрогенерирующие установки, фотоэлектрические установки, мини-гидроэлектростанции. Одной из основных проблем, препятствующих широкому внедрению таких энергетических систем, является существенная вариативность системных и внешних факторов, приводящая к большой нестабильности генерации электрической энергии. Для решения этой проблемы создаются автономные комплексные энергетические системы (АКЭС), включающие в себя, помимо установок на основе возобновляемых источников энергии, дизель-генераторные установки и системы накопления энергии. Для эффективной работы АКЭС необходимо обеспечение баланса между выработкой энергии, ее потреблением и уровнем энергии в накопителях. Однако это осложнено особенностями таких систем и внешними факторами, позволяющими обосновать целесообразность комбинирования различных подходов и методов для построения композиционных моделей АКЭС с целью повышения эффективности управления такими системами. При этом необходимо предусмотреть создание композиционных гибридных моделей АКЭС, учитывающих специфику разработки, обучения и взаимодействия разнотипных компонентных моделей. Целью работы является разработка и исследование композиционной гибридной модели АКЭС, а также процедуры ее построения и мониторинга. Используемые методы: решение задач композиционного гибридного моделирования АКЭС основывается на использовании методов системного анализа, построения, обучения и использования нейросетевых, нечетко-логических, нейро-нечетких, нечетко-нейросетевых компонентных моделей, на методах математической статистики. Новизна заключается в том, что предлагается композиционная гибридная модель АКЭС, включающая в себя компонентные модели различного типа (аналитические модели с четкими и нечеткими параметрами, нейросетевые, нечетко-логические, нейро-нечеткие, нечетко-нейросетевые компонентные модели), а также процедура ее построения и мониторинга состояния АКЭС в процессе моделирования и функционирования. Результат: предлагаемая композиционная гибридная модель АКЭС и процедура ее построения используются для решения интеллектуального моделирования и управления АКЭС. Практическая значимость полученных результатов заключается в повышении точности моделирования АКЭС для повышения эффективности управления такими системами.
  • Problem definition. These systems consist of renewable energy sources, such as wind farms, photovoltaic installations, mini-hydroelectric power plants. One of the main problems hindering the introduction of such energy systems is the significant variability of systemic and external factors, which leads to instability of electric energy generation. Therefore, the Autonomous Integrated Energy Systems (AIES) are being created, containing, in addition to renewable energy sources, diesel generator sets and energy storage systems. For the effective operation of the AIES, it is necessary to ensure a balance between energy production, its consumption and the level of energy in storage. However, there are difficulties due to the peculiarities of such systems and external factors. Therefore, it is advisable to combine various approaches and methods for constructing composite models of AIES in order to improve the management efficiency of such systems. At the same time, it is necessary to provide for the designing of composite hybrid AIES models that take into account the specifics of the development, training and interaction of different types of component models. The aim of the work is to develop and study a composite hybrid model of the AIES, as well as the procedures for its construction and monitoring. Methods used: system analysis, methods of designing, training and using neural models, fuzzy logic models, neuro-fuzzy models, fuzzy neural models, mathematical statistics. Novelty: the novelty is characterized by the composite hybrid model of the AIES, which consists of component models of various types (analytical models with clear and fuzzy parameters, neural models, fuzzy logic models, neuro-fuzzy models, fuzzy neural models). An original procedure for designing this model and a technique for monitoring the state of AIES in the process of modeling and functioning are also proposed. Result: The composite hybrid model of the AIES and the procedure for its construction are used for intelligent modeling and control of the AIES. Practical significance: The practical significance of the results is to increase the accuracy of AIES modeling to improve the management efficiency of such systems.
• Ключевые слова / Key words
  • автономные комплексные энергетические системы, композиционное гибридное моделирование, интеллектуальные модели
  • autonomous integrated energy systems, composite hybrid modeling, intelligent models
• Ссылка на статью / Reference
  • Борисов В. В., Дли М. И., Синявский Ю. В., Федулов А. С. Композиционное гибридное моделирование автономных комплексных энергетических систем // Системы управления, связи и безопасности. 2022. № 4. С. 1-37. DOI: 10.24412/2410-9916-2022-4-1-37.
  • Borisov V. V., Dli M. I., Sinyavsky Yu. V., Fedulov A. S. Composite hybrid modeling of autonomous integrated energy systems. Systems of Control, Communication and Security, 2022, no. 4, pp. 1-37. DOI: 10.24412/2410-9916-2022-4-1-37 (in Russian).