Please use this identifier to cite or link to this item: http://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/33738
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.authorSotnyk, Vasyl Oleksandrovych-
dc.contributor.authorСотник, Василь Олександрович-
dc.date.accessioned2026-10-07T05:31:55Z-
dc.date.available2026-10-07T05:31:55Z-
dc.date.issued2026-
dc.identifier.citationSotnyk V. O. Cyber-physical protection of microprocessor architectures of railway automation against deliberate electromagnetic interferences of high power / V. O. Sotnyk. Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. 2026. № 3. С. 40-50.uk_UA
dc.identifier.issn1681-4886 (рrint); 2413-3833 (online)-
dc.identifier.urihttp://lib.kart.edu.ua/handle/123456789/33738-
dc.description.abstractEN: This paper presents the development of a cyber-physical protection system for railway microprocessor automation architectures against intentional high-power electromagnetic interference. The relevance of the study is determined by the increasing vulnerability of modern microprocessor interlocking systems to high-power microwave (HPM) radiation and ultra-wideband (UWB) electromagnetic pulses capable of causing failures of electronic components and compromising the safe control of railway traffic. The objective of the research is to develop an intelligent protection architecture that integrates structural electromagnetic shielding with an Edge Artificial Intelligence (Edge AI) module for rapid detection of hazardous electromagnetic events and initiation of protective actions. Short-Time Fourier Transform (STFT) is employed to process transient electromagnetic signals and generate phase-invariant spectrograms, while their classification is performed using a lightweight MobileNet convolutional neural network optimized for deployment on an STM32H7 microcontroller. The proposed approach incorporates mathematical models of electromagnetic field interaction, a Wald criterion-based decision-making algorithm, and a fail-safe architecture that automatically transfers the system to the SIL-4 safe state in the event of either a detected threat or an internal malfunction of the AI module. Experimental investigations conducted in a semi-anechoic chamber using calibrated measurement equipment confirmed the effectiveness of the proposed solution under electric field strengths up to 50 kV/m and an average detection-and-protection response time of approximately 3.1 ms. The scientific novelty of the research lies in the integrated application of spectral signal analysis, Edge AI technologies, and functional safety principles for protecting critical railway infrastructure against intentional electromagnetic attacks. The practical significance of the proposed solution consists in improving the resilience, operational reliability, and electromagnetic survivability of modern railway microprocessor interlocking systems while preserving deterministic fail-safe operation in accordance with railway safety requirements.uk_UA
dc.description.abstractUA: Статтю присвячено розробленню кіберфізичної системи захисту мікропроцесорних архітектур залізничної автоматики від навмисних електромагнітних впливів високої потужності. Актуальність дослідження обумовлена зростанням загроз для сучасних мікропроцесорних систем централізації, спричинених високопотужними мікрохвильовими (HPM) і надширокосмуговими (UWB) електромагнітними імпульсами, здатними викликати відмови електронних компонентів і порушення безпечного керування рухом поїздів. Метою роботи є створення інтелектуальної архітектури захисту, що поєднує конструктивне електромагнітне екранування із модулем периферійного штучного інтелекту Edge AI для оперативного виявлення небезпечних впливів та ініціювання захисних дій. Для аналізу електромагнітних сигналів використано короткочасне перетворення Фур'є, що забезпечує формування фазово-інваріантних спектрограм, а їхню класифікацію реалізовано за допомогою полегшеної згорткової нейронної мережі MobileNet, оптимізованої для виконання на мікроконтролері STM32H7. Запропоновано математичні моделі електромагнітного впливу, алгоритм ухвалення рішень на основі критерію Вальда і Fail-Safe архітектуру, яка забезпечує автоматичне переведення системи в безпечний стан SIL-4 у разі виявлення загрози або відмови модуля штучного інтелекту. Експериментальні дослідження, виконані в напівбезеховій камері із застосуванням каліброваних вимірювальних засобів, підтвердили працездатність запропонованого підходу за напруженості поля до 50 кВ/м і середньому часі виявлення і спрацювання захисту близько 3,1 мс. Наукова новизна полягає в комплексному поєднанні методів спектрального аналізу, периферійного штучного інтелекту і принципів функціональної безпеки для захисту критичної залізничної інфраструктури від навмисних електромагнітних впливів. Практичне значення роботи полягає в можливості підвищення живучості та надійності сучасних мікропроцесорних систем залізничної автоматики.-
dc.language.isoenuk_UA
dc.publisherУкраїнський державний університет залізничного транспортуuk_UA
dc.subjectmicroprocessor interlockinguk_UA
dc.subjectrailway automationuk_UA
dc.subjectintentional electromagnetic interference (IEMI)uk_UA
dc.subjecthigh-power electromagnetic radiationuk_UA
dc.subjectEdge Artificial Intelligence (Edge AI)uk_UA
dc.subjectShort-Time Fourier Transform (STFT)uk_UA
dc.subjectconvolutional neural network (CNN)uk_UA
dc.subjectfunctional safetyuk_UA
dc.subjectcyber-physical protectionuk_UA
dc.subjectelectromagnetic compatibility (EMC)uk_UA
dc.subjectFail-Safe principleuk_UA
dc.subjectмікропроцесорна централізаціяuk_UA
dc.subjectзалізнична автоматикаuk_UA
dc.subjectнавмисні електромагнітні перешкодиuk_UA
dc.subjectвисокопотужне електромагнітне випромінюванняuk_UA
dc.subjectпериферійний штучний інтелект (Edge AI)uk_UA
dc.subjectкороткочасне перетворення Фур'єuk_UA
dc.subjectзгорткова нейронна мережаuk_UA
dc.subjectфункціональна безпекаuk_UA
dc.subjectкіберфізичний захистuk_UA
dc.subjectелектромагнітна сумісністьuk_UA
dc.subjectпринцип Fail-Safeuk_UA
dc.titleCyber-physical protection of microprocessor architectures of railway automation against deliberate electromagnetic interferences of high poweruk_UA
dc.title.alternativeКіберфізичний захист мікропроцесорних архітектур залізничної автоматики від навмисних електромагнітних перешкод високої потужностіuk_UA
dc.typeArticleuk_UA
Appears in Collections:№ 3 (166)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Sotnyk.pdf535.02 kBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.