Основные результаты
законченных фундаментальных и прикладных исследований
за 2001 год

Механика, машиноведение и управление

Проведен полный теоретический анализ возможных распределений остаточных самоуравновешенных напряжений в твердых деформируемых телах. Показано, что естественные кинематические переменные, сопряженные полям напряжений, индуцируемых дефектами структуры, могут быть интерпретированы, как геометрические характеристики аффинно-метрических пространств. Использование их в качестве термодинамических переменных позволяет эффективно предсказать состояния неполного термодинамического равновесия и величины остаточных напряжений, возникающих в результате технологической обработки материала.

В рамках предложенной ранее модели конечных упругопластических деформаций изучены условия существования и закономерности распространения ударных волн при наличии в теле накопленных больших необратимых деформаций. Показано, что присутствие пластических деформаций в теле вносит анизотропию в его свойства, существенно влияющую на особенности распространения последующих граничных ударных возмущений. На такой основе получены решения ряда модельных краевых задач, связанных с ударной нагрузкой и мгновенной разгрузкой материалов с накопленными необратимыми деформациями.

Изучено влияние вязкостных свойств материалов на формирование поля остаточных напряжений у одиночных дефектов сплошности в упругопластических средах, допускающих большие деформации. Предложен метод построения приближенных решений задач динамики деформируемых сред. Он распространен на случай ударных волн сдвиговой нагрузки. В основу метода положен способ построения прифронтовых асимптотик на основе интегрирования реккурентных эволюционных уравнений.

Разработаны нейроподобные алгоритмы высотной классификации целей в системах управления движением над акваториями, функционирующих на базе двухкоординатных радиолокаторов кругового обзора. Разработаны модельные представления задачи оценивания параметров случайных возмущений в линейных задачах наблюдения и сформулированы принципы и процедуры исследования ее численной устойчивости. Разработаны актуальные методы регулярного определения фактического значения силы сопротивления движению судна в натурных условиях, ориентированные на применение в системах управления безопасностью движения в насыщенных транспортных потоках на море.

Разработаны физические основы организации и построения системы регистрации акустических сигналов, возникающих при деформации твердых тел и объектов. Разработаны принципы организации процесса обучения нейронных сетей, предназначенных для обработки сигналов распределенных волоконно-оптических измерительных сетей. Разработаны принципы построения информационно-измерительной системы с распределенными параметрами, предназначенной для мониторинга деформационных полей.

Разработан релаксационно-контурный алгоритм для построения векторов и течений по спутниковым изображениям. Выполнены вычислительные эксперименты по применению метода к решению задачи определения поля течений на поверхности океана и определению "ветра водяного пара". Разработан распараллеленный корреляционный алгоритм для определения "облачного ветра". Разработана гибридная вычислительная схема и параллельный алгоритм модели динамики океана. Подготовлен ведомственный каталог данных инструментальных измерений течений залива Петра Великого.

Построены и исследованы базовые популяционные и экологические модели динамики экосистем. Разработаны подходы к решению задачи оптимального управления природными популяционными и экологическими системами, обладающими временной неустойчивостью и пространственной неоднородностью. Исследованы условия возникновения регулярных диссипативных структур. Построены и исследованы математические модели природных популяций, в которых учитываются процессы внутрипопуляционной самоорганизации и оптимального промыслового управления. Разработанные методы и подходы применены для моделирования динамики и определения оптимального режима эксплуатации промысловых объектов дальневосточного региона (объектов охоты, промысловых видов рыб и беспозвоночных).

Разрабатывается и модернизируется информационная система регионального спутникового мониторинга (РСМ) природной среды для фундаментальных и прикладных исследований Дальневосточных окраинных морей и атмосферы над ними. Реализована поддержка сетевого протокола TCP/IP. Реализован доступ через WWW-сервис к справочной базе данных. Разработана система иерархии классов, предназначенных для работы со спутниковыми изображениями. Разработан механизм подключения эквалайзеров для коррекции яркости пикселов изображения.

Исследованы и разработаны методы полуавтоматической привязки спутниковых изображений к заданной береговой линии. Проведено исследование применимости комбинаций сглаживающих, контрастирующих и медианных фильтров для выделения положения береговой линии. Разработан оригинальный алгоритм автоматического определения порогов радиояркостной температуры между берегом и водной поверхностью, основанный на мощности и времени жизни модальных экстремумов гистограммы изображения. Реализовано корреляционное совмещение выделяемой береговой линии с заданной береговой линией.

Разработаны и реализованы программные средства для приема, визуализации и изучения принятой информации со спутника GMS-5. Разработана адаптивная прогностическая схема построения композиционных карт термических структур океана на основе линейной модели поведения угла доминирующей ориентации контраста во времени.

Получили развитие работы по созданию малопараметрических моделей вихрей и фронтов океана.

Предложены математические модели нештатных и критических ситуаций объектов теплоэнергетики (ОТЭ). Разработаны методы диагностирования кратных дефектов ОТЭ, приводящие к возникновению отдельных видов ситуаций. Разработана экспериментальная версия информационно-вычислительной системы оперативного наблюдения и ретроспективного анализа (СОНА) режимов функционирования ОТЭ.

Разработаны теоретическое обоснование методики и конфигурация измерительного комплекса регистрации собственных высокочастотных электромагнитных излучений (ЭМИ) высоковольтного оборудования, связанных с техническим состоянием оборудования.

Проведено математическое моделирование высокочастотных параметров воздушных линий электропередачи при наличии гололедных явлений с целью выявления диагностических признаков гололеда.

Разработан новый метод синтеза многоуровневой иерархической системы управления пространственным движением многосвязного нестационарного нелинейного объекта, обеспечивающий независимость движения по каждой пространственной координате и инвариантность показателей качества к неопределённым и переменным параметрам объекта и влиянию вязкой окружающей среды.

Разработаны теоретические основы адаптивно-робастного подхода к идентификации технологических объектов. Предложены общие принципы декомпозиции алгоритма адаптивно-робастной идентификации и организации алгоритмов параллельных вычислений. Разработаны и исследованы новые системы и алгоритмы адаптивно- робастного управления сложными динамическими объектами со структурно-параметрической неопределенностью, построенные по полной нелинейной модели управляемого объекта (централизованное управление). Исследованы возможности применения многослойных нейронных сетей для решения задач управления сложными динамическими объектами со структурно-параметрической неопределенностью.

Информатика

Разработана модель онтологии предметной области "Оптимизация последовательных программ", а также ее обогащение - модель структурных программ. Разработана модель метаонтологии класса разделов предметной области "Физическая химия", на ее основе разработаны модели онтологий основных разделов предметной области "Физическая химия". Разработана общая концепция систем управления пользовательским интерфейсом, основанных на моделях.

Разработан макет редактора для формирования и редактирования базы наблюдений системы интеллектуальной поддержки обследования больных. Проведено исследование метода решения задачи оценки источников информации. Разработаны методы приобретения знаний для группы схожих предметных областей на основе их общей онтологии. Создана база наблюдений раздела "Иммунология". Разработаны методы формирования компьютерного архива историй болезни в области гинекологии и терапии.

Разработан метод математического моделирования планов программных проектов, включающий правила модельного выполнения задаваемых с помощью этого метода планов и графовые модели, используемые для визуализации самого плана проекта и процесса его выполнения; специфицирован набор мер и дефектов плана проекта, автоматическое выявление которых позволяет создавать улучшенные варианты плана. Разработаны обобщенная структурная модель традиционной программы и обобщенная структурная модель модуля программы, в их терминах определены соответствующие метрики качества.

Получил дальнейшее развитие композициональный подход к разработке параллельных и распределенных систем, описанных сетями Петри. Продолжена разработка формальных методов и средств создания и анализа программного обеспечения распределенных вычислительных систем. Реализована опытная версия транслятора параллельных программ, описанных сетями Петри.

Выполнен сравнительный анализ статических и динамических методов балансировки загрузки процессоров в алгоритме визуализации с трассировкой лучей. Реализована на кластере ЭВМ программа визуализации пространственной карты города с параллельными вычислениями. Реализована на кластере ЭВМ программа расчета радиовидимости на рельефе местности с параллельными вычислениями.

Физика конденсированных состояний вещества

Разработан метод определения количества атомов подложки кремния, принимающих участие в формировании поверхностных фаз кремний-металл. Исследована поверхностная шероховатость, возникающая в связи участием атомов кремния в формировании поверхностных фаз. Определено влияние шероховатости на поверхностную проводимость. Результат имеет как фундаментальное значение (показывает роль поверхностных фаз в приповерхностной проводимости), так и прикладное (позволяет на 40% увеличить величину поверхностной проводимости), что важно для создания двумерных полупроводниковых микроструктур.

Экспериментально изучена термическая стабильность двумерных островков нитрида бора на поверхности кремния. Показано что процесс циклической нитридизации модифицированной бором поверхности кремния является самоограниченным и завершается формированием монослойного покрытия.

Исследован механизм проводимости в поверхностной фазе хрома Si(111)7x7-Cr методами температурных холловских измерений и измерений дифференциальных отражательных спектров в условиях сверхвысокого вакуума. Исследовано влияние структуры поверхностных фаз на проводимость подложки кремния в системах Si-Al и Si-In. Изучен структурный фазовый переход в системе Si-In. Исследован процесс перколяции при наращивании эпитаксиальных пленок серебра на поверхность кремния Si(111).

Систематически исследовано формирование сигнала фотовыхода в гетероструктурах CrSi2/Si, -FeSi2/Si и Mg2Si/Si выращенных на подложках р- и n -типа проводимости со встроенным и без встроенного p-n перехода.

Развит подход для температурного возбуждения плазменных колебаний и обработки спектров отражения и пропускания в системе пленка-подложка с частичной прозрачностью при повышенных температурах с учетом температурной коррекции пропускания вакууммированной приставки.

Исследована электронная структура тонких пленок силицида магния на основе моделирования диэлектрической функции. Определены количество и параметры гармонических осцилляторов, выделен вклад основных осцилляторов в диэлектрическую функцию.

В результате совместных исследований с учеными Японии (Osaka University) экспериментально измерены величины плотности кремния и проверены структурные модели для поверхностных фаз Al/Si(111) и Al/Si(100). Исследована структура Si(100)c(4x4)-Sb. Обнаружена ее полная идентичность со структурами c(4x4)-Sb наблюдаемыми для других адсорбатов. Исследована структура Si(100)2x3-Ag и c(2x6)-Ag.

Проведено моделирование начальной стадии формирования оксида празеодимиума на кремнии. Рассчитана электронная структура оксидов празеодимиума и гафния. Изучены особенности формирования поверхностных фаз на кремнии, инициированных атомами бора.

Для создания трехмерных сверхрешеток исследовано влияние скорости осаждения и кинетической энергии пучка на формирование границы раздела металл (Cr, Co), силицид (CrSi2) -кремний. Показано, что как осаждение с пониженной кинетической энергией пучка, так и с высокой скоростью осаждения устраняет перемешивание на границе раздела и позволяет выращивать сверхтонкие (около 10A) пленки Cr и Co на Si(111).

Получены сверхтонкие (~30 A) эпитаксиальные пленки CrSi2 на Si(111). Показано влияние поверхностных фаз - интерфактантов на стабильность границы раздела металл-кремний в процессе роста пленки. Экспериментально показано, что в процессе зарождения и роста объемных фаз металла или силицида на кремниевой подложке значительную роль играют тонкопленочные фазы с некоторыми объемно-подобными свойствами.

Исследовано формирование и электрофизические свойства тонкопленочных фаз Cr, CrSi2, Co, CoSi2 на Si(111) и Si на CrSi2(0001). Обнаружено, что в сверхтонких пленках Cr находится в метастабильном состоянии (в виде тонкопленочной фазы) и характеризуется высокой проводимостью и подвижностью носителей. Разработана нелинейная (квадратичная по заряду налетающей частицы) теория характеристических потерь энергии электронами и позитронами в твердом теле. Обнаружен нелинейный механизм затухания плазмона в 2-х и 3-х мерном электронном газе. Показано, что формирование тонкопленочных фаз определяет состав, ориентацию и механизм роста объемных фаз.