В настоящее время перед разработчиками информационно-управляющих систем морской подводной техники открываются новые возможности применения современных высокопроизводительных технологий для повышения качества процессов управления и точности выполнения операций. Так, например, для обеспечения синтеза алгоритмов управления движением активно исследуются подходы на основе прогнозирующих моделей (ПМ). При этом для синтеза ПМ могут применяться современные методы машинного обучения, в том числе — искусственные нейронные сети (ИНС). Предложен способ построения ПМ в составе алгоритмического обеспечения информационно-управляющих систем автономного необитаемого подводного аппарата с использованием нейросетевого эмулятора динамики. Проанализированы основные недостатки традиционного подхода к синтезу ПМ в виде системы дифференциальных уравнений, выполнен последовательный структурный и параметрический синтез нейроэмулятора. В частности, рассмотрены вопросы начальной инициализации параметров нейронной сети и формирования обучающей выборки, определена структура входных и выходных данных. Особенностью предлагаемой структуры ИНС является использование предобучения на основе каскада автоэнкодеров. Приведены результаты предобучения нейросетевого эмулятора, обосновывающие выбор архитектуры ИНС. Также для проверки адекватности ПМ в виде нейроэмулятора выполнена верификация относительно известной нелинейной динамической модели в ходе статистического имитационного моделирования.

Предложен алгоритм энергоэффективного планирования процессов в вычислительной системе подводного аппарата. Алгоритм обеспечивает минимизацию потребляемой вычислительной системой мощности и среднего времени пребывания заданий в системе. Отличительной особенностью алгоритма является то, что он позволяет осуществлять flow shop-планирование в системах с многими информационными выходами, которые могут появиться в результате построения энергоэффективной архитектуры системы. Использование алгоритма при проектировании макета вычислительной системы подводного аппарата позволило снизить потребляемую мощность и уменьшить среднее время пребывания заданий в системе, по сравнению с методом перебора в исходной системе. Полиномиальная сложность предложенного алгоритма позволяет использовать его при планировании процессов в системах реального времени.

Проанализированы особенности работы метода динамического расширения регрессора и смешивания и его модификаций, применяемых в задачах оценивания параметров линейного регрессионного уравнения для систем с различными свойствами. Цели исследования заключаются в определении ключевых аспектов практического применения метода динамического расширения регрессора и смешивания, сравнении паттернов применения его модификаций и в выборе наиболее эффективных решений. С помощью численного моделирования сравниваются различные модификации оригинального алгоритма, направленные на преодоление следующих проблем: относительно большое количество настраиваемых параметров, слабое возбуждение регрессора, необходимость подбора коэффициентов градиентного спуска для обеспечения сходимости по каждому из параметров за сопоставимое время, а также наличие выбросов в оценке при кусочно-постоянно заданных параметрах. Показано, что использование схем расширения позволяет сократить количество настраиваемых параметров, добавление регуляризующей матрицы к расширенному регрессору обеспечивает оценку для случаев со слабым возбуждением, нормализация возбуждения регрессора обеспечивает согласование времени сходимости оценки при различной степени возбуждении регрессора, а против выбросов в оценке параметров в случае их кусочно-постоянного задания эффективен интервальный интегральный фильтр со сбрасыванием.

Исследована система автоматического управления перемещениями беспилотного летательного аппарата (гексакоптера) в процессе мониторинга наружной поверхности воздушного судна на его стоянке. Для разработанной ранее подробной математической модели полета гексакоптера предложены структура и законы управления его траекторным движением с целью минимизации отклонений от заданной траектории. Особенностью этой структуры является наличие контура ориентации, а также локомоционного и траекторного контуров, позволяющих разделить процессы стабилизации скорости беспилотного летательного аппарата и его траекторного управления. Приведены законы управления в траекторном контуре, сформированные на основе применения линейных регуляторов и пропорциональных ограничителей требуемых скоростей движения беспилотного аппарата. Представлены результаты синтеза законов управления в локомоционном контуре на основе использования метода последовательных возвратов П. В. Кокотовича. Предложен и обоснован вариант формирования требуемых значений тяг двигателей беспилотного летательного аппарата посредством наложения дополнительных ограничений на его динамику. Представлены результаты имитационного моделирования полета гексакоптера в разных режимах: набор высоты, горизонтальный полет, вертикальная посадка, разворот на постоянной высоте. Результаты моделирования подтвердили справедливость принятых в работе технических решений.

Представлены результаты модернизации беспилотного летательного аппарата самолетного типа. Для целей модернизации разработаны и изготовлены узлы беспилотного летательного аппарата самолетного типа, обеспечивающие вертикальный взлет и посадку самолета. Приведены результаты летных испытаний, показывающие целесообразность модификации готового воздушного судна до самолета вертикального взлета и посадки за счет уменьшения дистанции взлета и посадки и возможности переходить в режим висения, а также увеличения крейсерской скорости, что позволяет быстрее выполнять полетное задание.

Рассмотрено влияние смещений элементов оптической системы квантового датчика вращения на мощность излучения, сообщаемого ансамблю атомов рабочего вещества, расположенного в газовой ячейке. На основе полученных значений проанализированы изменения точностных характеристик квантового датчика вращения. Исследованы линейные и угловые смещения элементов оптической системы прибора. Выявлены параметры ячейки, позволяющие добиться нечувствительности точностных характеристик квантового датчика вращения к линейным смещениям элементов оптической системы на величину до 0,15 мм.

Предложен способ оценки внутриоборотной нестабильности скорости вращения осей моделирующего стенда. Способ основан на кросс-калибровке датчика угловой скорости по измеренному с помощью метода фиксированного угла значению скорости вращения планшайбы стенда. Предлагаемый способ позволяет повысить достоверность выходных данных датчика угловой скорости и на основе измеренных значений мгновенной скорости вращения оценить нестабильность последней и выделить систематическую составляющую погрешности скорости вращения осей моделирующего стенда внутри оборота. С помощью щелевого датчика (в качестве нуль-метки) и волоконно-оптического гироскопа (в качестве измерителя скорости вращения планшайбы вокруг осей стенда) проведены измерения скорости вращения планшайбы вокруг осей двухосного стенда и оценены погрешности их нестабильности. Проведен анализ полученных данных, выделена систематическая составляющая погрешности скорости вращения планшайбы двухосного стенда вокруг его внешней оси. Использование полученных результатов в алгоритмах калибровок инерциальных датчиков и систем позволит увеличить точность и достоверность этих калибровок.

Выполнено сравнение эффективности трех алгоритмов обнаружения и поиска отказов бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС) при использовании тройного резервирования последних. В основе алгоритмов лежит метод попарных разностей, для которого предложены различные модификации, обеспечивающие повышение эффективности решения поставленной задачи. В частности, предлагается расчет взвешенной суммы попарных разностей, значений адаптивного порога срабатывания и преобразования к главным компонентам. В отличие от подходов, при которых задача обнаружения отказов решается на системном уровне, а именно используются значения выходных навигационных и динамических параметров БИНС, предлагается решать задачи диагностики по выходным измерениям инерциальных датчиков, что сократит время от возникновения отказа до его обнаружения. Кроме того, решение задач диагностики на уровне инерциальных датчиков открывает возможности для реконфигурации БИНС в целях обеспечения целостности выработки навигационного решения резервированной системой в случае отказа одного или нескольких приборов в ее составе. Сравнение алгоритмов осуществляется путем полунатурного моделирования, в рамках которого к экспериментальным данным добавляются смоделированные отказы. В качестве примера рассматриваются аддитивные одиночные и множественные отказы со случайной амплитудой. Для сравнения эффективности предложенных алгоритмов производится расчет матрицы ошибок, из которой далее вычисляются метрики точности и полноты.

Исследована задача определения ориентации космического аппарата по одномоментным измерениям. Представлен ряд алгоритмов определения ориентации космического аппарата по одномоментным измерениям различной физической природы: TRIAD, Optimized TRIAD, q-Method, QUEST, ESOQ, ESOQ2, SVD. Проанализированы следующие свойства алгоритмов, реализованных в математическом пакете MatLab: время работы, среднее значение и среднеквадратическое отклонение меры ошибки определения ориентации, количество операций с плавающей точкой.