ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ АНАЛІЗУ СПЕКТРАЛЬНОЇ ЧУТЛИВОСТІ В ЗАДАЧАХ ПАРАМЕТРИЧНОГО СИНТЕЗУ

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.30837/0135-1710.2026.189.005

Ключові слова:

спектральна чутливість, параметричний синтез, ідентифікованість параметрів, стійкість задач, спектральний аналіз, чисельний експеримент, аналітична модель, інформативність параметрів, інформаційні технології

Анотація

Предметом вивчення є інформаційна технологія аналізу спектральної чутливості параметрів у задачах параметричного синтезу за спектральними даними й відповідні методи оцінювання їх інформативності та ідентифікованості. Мета дослідження – розроблення модифікованого методу аналізу спектральної чутливості та формалізація інформаційної технології його застосування для підвищення стійкості розв’язків задач параметричного синтезу. Для досягнення поставленої мети розв’язано такі завдання: проаналізовано причини нестійкості задач параметричного синтезу; досліджено спосіб оцінювання спектральної чутливості параметрів; проведено чисельний експеримент для аналізу впливу параметрів на спектральний відгук; оцінено інформативність параметрів за допомогою відповідних кількісних показників. Крім того, сформовано й обґрунтовано структуру інформаційної технології аналізу спектральної чутливості, яка забезпечує послідовне опрацювання спектральних даних, оцінювання інформативності параметрів і підтримку прийняття рішень у задачах параметричного синтезу. Методи дослідження основані на використанні аналітичної моделі спектрального відгуку, диференційного аналізу функцій чутливості та чисельних методів обчислення інтегральних характеристик і власних значень матриці спектральної чутливості. Досягнуті результати демонструють, що параметри мають суттєво різний вплив на форму спектра, що підтверджується як візуальним аналізом функцій чутливості, так і чисельними оцінками їх інтегральних показників. Встановлено, що домінування окремих параметрів призводить до значної різниці масштабів впливу й зумовлює появу слабко ідентифікованих параметрів. Проаналізовано спектр власних значень матриці спектральної чутливості, що дало змогу виявити ознаки наближення задачі до виродженого випадку. Додатково оцінено число обумовленості, яке підтверджує потенційну нестійкість розв’язків. Висновки: аналіз спектральної чутливості є ефективним інструментом попереднього оцінювання інформативності параметрів та може використовуватися для підвищення стійкості задач параметричного синтезу. Досягнуті результати можуть бути застосовані для побудови більш складних моделей спектрального аналізу та вдосконалення методів ідентифікації параметрів.

Біографія автора

Юрій Білак, Ужгородський національний університет

кандидат фізико-математичних наук, доцент, завідувач кафедри програмного забезпечення систем

Посилання

Tarantola, A. (2005), Inverse Problem Theory and Methods for Model Parameter Estimation, SIAM, Philadelphia. DOI: https://doi.org/10.1137/1.9780898717921

Hansen, P. C. (2010), Discrete Inverse Problems: Insight and Algorithms, SIAM, Philadelphia. DOI: https://doi.org/10.1137/1.9780898718836

Kirsch, A. (2011), An Introduction to the Mathematical Theory of Inverse Problems, Springer, New York. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4419-8474-6

Kaipio, J., Somersalo, E. (2005), Statistical and Computational Inverse Problems, Springer, New York.

Raue, A., Kreutz, C., Maiwald, T., Bachmann, J., Schilling, M., Klingmüller, U., Timmer, J. (2009), "Structural and practical identifiability analysis via profile likelihood", Bioinformatics, Vol. 25, No. 15, pp. 1923–1929. DOI: https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp358

Kreutz, C. (2018), "Testing identifiability efficiently", Bioinformatics, Vol. 34, No. 11, pp. 1913–1921. DOI: https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bty035

Wu, X., Shirvan, K., Kozlowski, T. (2019), "Sensitivity and identifiability in inverse uncertainty quantification", Journal of Computational Physics, Vol. 396, pp. 12–30. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcp.2019.06.032

Nordebo, S., Gustafsson, M., Nilsson, B., Sjöden, Th., Soldovieri, Fr. (2013), "Fisher information analysis in electrical impedance tomography", Journal of Geophysics and Engineering, Vol. 10, No. 6, Art. 064008. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-2132/10/6/064008

Wang, Z., Tao, W., Zhao, H. (2023), "Optical inverse problem in quantitative photoacoustic tomography: A review", Photonics, Vol. 10, No. 5, Art. 487. DOI: https://doi.org/10.3390/photonics10050487

Macdonald, C. M., Arridge, S. R., Munro, P. R. T. (2023), "On the inverse problem in optical coherence tomography", Scientific Reports, Vol. 13, Art. 1507. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-28366-w

Lan, Q., McClarren, R. G., Vishwanath, K. (2023), "Neural network-based inverse model for diffuse reflectance spectroscopy", Biomedical Optics Express, Vol. 14, No. 9, pp. 4725–4738. DOI: https://doi.org/10.1364/BOE.490164

Park, H., Park, J. H., Hwang, J. (2024), "Physics-guided machine learning for optical spectrum inversion", Scientific Reports, Vol. 14, Art. 9042. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-59594-3Gerth, D. (2021), "A new interpretation of Tikhonov regularization", Inverse Problems, Vol. 37, No. 6, Art. 064002. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6420/abfb4d

Wang, L., Shi, S., Zhou, K. (2022), "Reconstructing spectral functions via automatic differentiation", Physical Review D, Vol. 106, No. 5, Art. L051502. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.106.L051502

Liu, Y., Suh, K., Maini, P. K., Cohen, D. J., Baker, R. E. (2024), "Parameter identifiability in PDE models of cell invasion", Journal of the Royal Society Interface, Vol. 21, No. 212, Art. 20230607. DOI: https://doi.org/10.1098/rsif.2023.0607

Bilak, Y. Y., Reblian, A. M., Mulesa, O. Y. (2026), "Controlled spectral parameter synthesis based on an adaptive informative subset", Herald of Advanced Information Technology, Vol. 9, No. 2, pp. 140–157. DOI: https://doi.org/10.15276/hait.09.2026.10

Bilak, Y. Y., Saibert, F. F., Reblian, A. M. (2025), "Development of a hybrid inverse analysis model for assessing spectral characteristics of multilayer structures", Visnyk KNTU, Vol. 1(92), Pt. 2, pp. 22–31. DOI: https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2025.1.2.3

Bilak, Y. Y., Reblian, A. M., Mulesa, O. Y. (2026), "Architecture and implementation of a hybrid prototype system of a digital spectral twin of thin films", Nauka i Tekhnika (AAIT), Vol. 9, No. 2, pp. 252–267. DOI: https://doi.org/10.15276/aait.09.2026.18

Press, W. H., Teukolsky, S. A. (2007), Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing, Cambridge University Press, Cambridge.

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-05-29

Як цитувати

Білак, Ю. (2026). ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ АНАЛІЗУ СПЕКТРАЛЬНОЇ ЧУТЛИВОСТІ В ЗАДАЧАХ ПАРАМЕТРИЧНОГО СИНТЕЗУ. Автоматизовані системи управління та прилади автоматики, (189), 5–16. https://doi.org/10.30837/0135-1710.2026.189.005

Номер

Розділ

ІНТЕЛЕКТУАЛЬНІ ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ