автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Алгоритмы и устройства фильтрации дискретно-непрерывных сигналов, устойчивые к действию негауссовских помех

На правах рукописи

отттж дндрей Витальевич, алгоритш и устройства фильтрации дискретно-непт-егшных сигналов,

устойчивые к действию негауос0всш помех

Специальность 05.12.17 "Радиотегшческие и телевизионные системы и устройства"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 07.С/7,93г. Формат бумаги 60x84 1/6

Усл.печ.лД ,2. Уч.-изд.л.I,2. Заказ 364.

Тираж 90 экз. Бесплатно

Отпечатано на ротапринте МРТИ 220600, г. Минск, ул. п. Бровки &.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность телы. Одгоши из перспективных и активно используемых в настоящее время являются многофункциональные совмещению радиотехнические системы (РТС), позволяющие одновременно решать задачи передачи информации и измерения параметров движения управляемых объектов с помощью сложных (шумоподобшп) сигналов, Сигнал в совмещенной РТС зависит от совокупности случайно изменягагоксл параметров, имеющих различный характер. Лискрегкке параметры содержат информацию о передаваемых дискретных сообщениях (командных или телеметрический, непрерывные - о параметрах движения объекта, синхронизации и т.д. Шличие в сигнале разнохарактерных параметров предопределяет специфику математического аппарата для описания совмещениях систем. Наиболее удобным для этих целей является аппарат теории марковски! процессов с непрерывными и дискретными параметрами. Совмещенным РТС посвящено большое количетво работ Тузова Г.И., Тихонова В.Н., Ярлыкова М.С. Маркова Л.Н., Чердннцева В.А. и др., алгоритмы функционирования которых рассматривались с учетом присутствия в канале {йиблодения белого гэуссоБКсго шума С Ш).

Вместе с тем существует большое количество задач, при решении которых совмещенные РТС функционируют в условиях сложной электромагнитной обстановки (ЭМО), действии. мощных преднамеренных, заградительных помех, когда нормальная работа РТС становится невозможной. При этом совокупный помеховый процесс

(СПП), действующий на входах устройств приема и обработки совмещенных РТС, в большой степени может отличаться от гауссовского. Так, наличие в СЩ гармонических компонент или мерцающих помех приводит, в частности, к бимодапьности плотности распределения вероятности С ПРВ) СПП. К аналогичным результатам приводит задача совмещения РТС с узкаполосннми системами свази, системах»! ТВ и вещания. Известно, что совмещенные РТС, использующие сложные (шумоаЬдобнне <Ш1Ю)) сигналы с большой базой, обеспечивают хорошую электромагнитную совместимость ври совмещении РТС различного назначения. Однако при этом необходимо

обеспечивать эффективную базу ШШ порядка 40 ..... 60 дБ, что

представляет сложную схемотехническую задачу и приводит к резкому усложнению устройств формирования и обработки ШШ. В этих условиях учет негауссовского характера СПИ позволил бы снизить требуемую базу 1ШЮ на 30..... 20 дБ.

Решение вышеперечисленных задач может быть получено на основе методов нелинейной совместной фильтрации. Эти методы могут оказаться особенно эффективными, когда линейная обработка не приводит к желаемым результатам. Основные результаты обработки сигналов, имеющих только непрерывные сообщения при действии некоррелированных помех, содержутся в работах Валеева В.Г., Бакута П.А., Чеснокова М.Н., Фомина А.Ф. В этих работах показано, что учет информации об одномерной ПРВ помехи позволяет получать существенные выигрыш, характеризуемые повышением точности воспроизведения сообщения. При приеме сигналов может быть использовано амплитудное подавление отличающихся от гауссовских некоррелированных помех. Если помеха является коррелированной, возникает возможность более глубокого ее подавления за счет учета

корреляционных свойств.

В условиях высокой динамичности ЭМО представляется актуальной задача обеспечения помехоустойчивости устройств приема при неполных априорных сведениях об информационных сообщениях и помехах. В этих условиях эффективными могут оказаться алгоритмы приема, основанные на байесовском, адаптивном или робастном подходах. При этом основными достоинствами робастных алгоритмов, в сравнении с байесовскими и адаптивными, является их относительная простота реализации, относительно малые аппаратурные затраты и возможность получения некоторой гарантированной, не хуже заданной, степени точности воспроизведения сообщения. Элементы робастных алгоритмов приема сигналов исследовались в работах Цыпкина Я.З., Поляка Б.Т., Сосулина Ю.Г., Чеснокова H.H. Менее изученными являются робастные методы и алгоритмы приема, когда неопределенность информации о сообщениях и помехах не ограничивается неопределенностью относительно спектральных плотностей и корреляционных функций. Более общим случаем является .неопределенность относительно вероятностных характеристик сообщений, помех и их параметров, а именно - условных или двухмерных ПРВ.

Таким образом, задача синтеза робастных алгоритмов и устройств совместной фильтрации дискретно-непрерывных сигналов на фоне негауссовских помех является составной частью проблемы повышения помехоустойчивости совмещенных PIC, функционирукщрп на фоне произвольных, в общем случае, коррелированных помех, характеристики которых могут быть априорно определены неточно.

Целью работы, является синтез и анализ алгоритмов и устройств совместной нелинейной фильтрации дискретно - непрерывных

марковских процессов с учетом априорной неопределенности относительно сообщений и помех.

Задачи pcuScm. В диссертационной работе решаются следующие задачи:

1.Синтез и анализ эффективности алгоритмов совместной нелинейной фильтрации дискретно-непрернвых марковских процессов на основе байесовской методологии с использованием различия критериев оптимизации и математического описания сообщений и помех.

2.Синтез и анализ эффективности алгоритмов робастной совместной нелинейной фильтрации.

3. Структурный синтез робастннх амшштудно - частотных подавителей помех и анализ иг характеристик качества.

Научная новизна заключается в той, что в отличии от известных алгоритмов и устройств совместной фильтрации и подавления помех, в предлагаемой диссертационной работе поставленая задача рассматривается для параметрического класса ПРВ произвольных коррелированных помех.

На защиту виносятся следующие основные научные результата диссертационной работы:

- методы, алгоритмы и структурные схемы устройств совместно{ нелинейной фильтрации дискретно - непрерывных марковскш процессов в дискретном времени на фоне произвольнш коррелированных помех с учетом различного математическое описания сообщений и помех; качественна характеристики устройстЕ приема и обработки дискретно - непрерывных сигналов;

- методы, алгоритмы и структурные схемы устройств робастно! совместной нелинейной фильтрации дискретно - непрерывны:

марковских процессов в дискретном времени на фоне интенсивных негауссовских помех при различной априорной неопределенности относительно фильтруемых информационна* процессов; качественные характеристики робастных устройств приема и обработки дискретно -непрерывных сигналов;

- выделенные классы коррелированных и некоррелирогояных бимодальных негауссовских помех; "наихудшие" ПРВ в заданиях классах, полученные методом решения неклассических вариационных задач;

характеристики робастных нелинейных подавителей коррелированных и некоррелированных бимодальных негауссовских помех, структурные схемы, варианты реализации; потенциальный эффект совместного амплитудно - частотного подавления; ■ характеристики чувствительности робастных нелинейных подавителей к расстройкам относительно параметров и вида ПРВ помехи;

- робастно - адаптивные алгоритмы совместной фильтрации и робастно - адаптивные нелинейные подавители, полученные с учетом параметрической неопределенности относительно класса ПРВ пемех.

Нелюдима исследования базируется на математическом аппарате теории условных марковских процессов, связанном с наиболее обдай математическими моделями сообщений и помех в вице пелинейнкх разностных уравнений ОРУ) и многомерных плотностей распределения вероятностей, теории и методах дифференциального и вариационного исчисления, теории оценивания и методах стохастической аппроксимации."

Новые прсшинеасие результат работы включают варианты схем алгоритмов, структурннз схемы яелине.йшп робастных и робастно -ав/штивных подавителей коррелированных и некоррелированных

а

бимодальных ,негауссовских помех применительно к квазиодтимальному приему дискретно -. непрерывных сигналов.

Пуатичеста ценность результатов работы. Предложенные в диссертационной работе алгоритмы и структурные схемы позволяют повысить помехоустойчивость совмещенных РТС, функционирующих на фоне произвольных коррелированных помех, при использовании сложных ( шумоподобных ) сигналов в условиях глубокой энергетической скрытности и динамических изменениях ЭМО.

Реализация результатов. Некоторые результаты диссертационной работы были получены и использованы при проведении НИР по разработке теоретических основ, методов, алгоритмов, оптимизации, пригнооирукщего контроля и экспертной оценки радиотехнических устройств и систем по комплексным критериям.

Апробсахия уабош. Основные научные положения и результаты полученные в диссертационной работе изложены в 19 - ти работах. В их числе: шесть статей, два авторских свидетельства, одна заявка на изобретение, один отчет о НИР, девять докладов на Всесоюзных и Международных научно - технических конференциях.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка используемых источников и приложения. Объем работы составляет с., в том числе НЦ с. . машинописного

текста, 29 рисунков на с., список использованных источников из 32 наименований на /Ос., приложение на 3 с.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определены научная

задача и цель исследования, изложены научная новизна, те ope тете скал значимость и практическая ценность работы, приведены сведения о реализации результатов, апробации работы и основные положения, выносимые на защиту.

Конкретизирована область исследования, вактчатэяся в разработке помехоустойчивые алгоритмов, устройств приема и обработки совмещенных ГТС при действии в канале наблюдения интенсивных негауссовских помех, характеристики и вид которых могут быть априорно определены неточно. Освещено современное состояние теории, методов, алгоритмов, устройств приема и обработки сигналов на фоне негауссовских помех.

За основу при решении поставленной научной задачи - синтеза и анализа алгоритмов и устройств совместной Фильтрации дискретно

- непрерывных сигналов, устойчивых к действию негауссовских помех

— принят математический аппарат теории условных марковских процессов, связанный с наиболее общими математическими моделями сообщений и помех в Биде нелинейных разностных уравнений и многомерных плотностей распределения вероятностей. Данный аппарат является наиболее удобным при наличии в сигнале дискретных и непрерывных параметров.

Отмечается, что совмещенным РТС посвящено большое количество работ. Однако, их анализ показывает, что алгоритмы и устройства совместной фильтрации дискретно-непрерывных сигналов совмещенных FTC рассматриваются с учетом БГШ. Это не позволяет повнеить реальную помехоустойчивость совмещенных РТС. т.е. задействовать резерв, связанный с учетом негауссовского характера СПП.

Освещены известные подходы к задаче приема и обработки

сигналов в условиях высокой динамичности ЗМО или передаче информации по каналам с помехами, статистические характеристики и в1щ которых могут быть не известными. Эти подходы основаны на рассмотрении ломех, имещих независимые отсчеты и унимодальные ПРВ. Показаны основные преимущества робастнш алгоритмов, позволяющих обеспечить устойчивость функционирования устройств совместной нелинейной фильтрации совмещенных РТС.

В первом разделе рассматриваются критерии качества в задаче приема сигналов, имеющих дискретно - непрерывные параметры, производится выбор и обоснование математических моделей сообщений и помех в каналах передачи информации с учетом особенностей приема и обработки . сигналов в негауссовских помехах и использовании робаствого подхода.

При наличии в сигнале дискретно - непрерывных параметров критерий качества С оптимизации > может быть сведен к раздельной минимизации вероятности ошибочного приема дискретного параметра и минимизации апостериорного риска вектора непрерывнозначннх параметров. Это позволяет использовать наряду с байесовскими методами методы условно минимаксной фильтрации и огрубленный метод максимального правдоподобия (ОММГО.

В общем случае модели помех и сообщений задается в виде нелинейных разностных уравнений или условных плотностей распределения вероятностей.

Лприорзая неопределённость относительно помехи учитывается на оснований рассмотрения параметрического класса ПРВ коррелированных помех <*п(Ук+1 (У^.а) >±е©± или {*п'у1си -

в случае помех с независимыми отсчетами, где а - некоторый

неизвестный параметр помехи. Такая модель удобна при описании широкого класса помех: класса эломально-засоренннх, q - точечных распределений; помех со случайной структурой; бимодальных помех. Для описания СПП предложено использовать модель ПРВ СИЛ в виде суммы параметрического класса парциальных ПРВ

п

= I "гРы 1Уи*а1?-1

где - вектор параметров парциальной ПРВ помехи. Такая модель позволяет описывать широкий класс ПРВ, различающихся как по способу формирования С квазигармонические процессы, смеси гармонических процессов и гладких шумов, смеси скачкообразных процессов и гладких шумов и т.д.), так и по ввду ПРВ С унимодальные, полимодальные, ограниченные ПРВ и г.д.) .

Определено, что решение поставленной задачи синтеза алгоритмов и ус тойотв совместной нелинейной фильтрации дискретно - непрерывных марковских процессов при наличии в канале наблюдения помех, характеристики и вид которых могут быть определены неполностью, возможно двумя подходами. Первый из которых - традиционный, при котором производится расширение вектора пространства состояний совместного марковского процесса 1г£+1 включающего в себя вектор информационных

непрернвкозначннх параметров , вектор наблюдений гки,

дискретный параметр , имеющий е= О.....п состояний, и вектор

параметров помех , с дальнейшей оценкой и компенсацией помехи. При втором подхода суммарное помеховое воздействие считается заданным с произвольной условной ПРВ, что приводит к разработке алгоритмов. в которых фигурирует произвольная негауессЕСкая оцношаговая функции правдоподобия. В этом случае

0у1Ц6СТБ6КНС6 /ИрОЩбНИб 6ЛГОрИТИО Б íl pcl¡>p<iGaТКВ8.6МЬСТ Hcl ¡-1л 0СЕ0Б8 устройств может бить достигнуто ггр'и ус лобик малости входного ОСП.

Отмечается, что новизна постановки задачи заключается- б том, что, во-первых, рассматривается обобщенная статистическая модель помехи, позволяющая одновременно учитывать как амплитудные так и частотные ее свойства, и во-вторых, в том, что предлагаемая модель ПРВ помехи позволяет синтезировать условно - робастные и робастно - адаптивные .алгоритмы и устройства совместной фильтрации и подавления помех. Сложность решения при этом заключается в том, что решение проводится для произвольных, в общем случае коррелированных помех.

' Таким образом, задача построения робастных алгоритмов совместной нелинейной фильтрации и робастнъгх подавителей помех саключаотся б нахождении "наихудшей" ПРВ помехи и построении алгоритма таким образом, чтобы обеспечивались условил, при которых качественные' характеристики алгоритмов будут не хуже, чем при найденной ."наихудшей" ПРВ помехи.

Во второя -разделе "на основе байесовской методологии, используя метод пространства состояний (МШ) и метод максимума апостериорной вероятности . (МЫАВ), синтезированы алгоритмы и разработаны структурные схемы устройств совместной нелинейной фильтрации .дискретно - непрерывных марковских процессов при полной априорной определенности относительно помех и сообщений.

Показано, что отличительные особенности ■ алгоритмов и структурных схем заключаются в учете негауссовского характера помехи (Табл.1). Так, при синтезе по МПС ото проявляется в наличии двух каналов обработки с декорреляцией и компенсацией помехи. В случае синтеза по,- ММАВ зто проявляется в наличии в

устройстве приема и обработки двух каналов с блоками в общем

случае инерционного нелинейного подавления помехи (ЙНП).

Таблица I

тип неопр. метод синт. опис. сообщ. и пом. СХШ вид алгорит. вид нелинейного преобразования нач. знач.

полная МПС НРУ про изв компеяс. (гк+1~ опред.

сооб.-НРУ. ПРВ пом. -ПРВ <1 условно компенс. dlnWn(rk+1 |г,с) v=U,k+f опред.

Ш,(АВ сооб. и пом. -ПРВ <1 условно компенс. amwn(rk+1 |гк) V=lc,k+1 опред.

неопр. относ, помехи МПС ММАВ сооб.- НРУ, ПРВ. пом,- класс ПРВ <1 условно компенс. «К^и IV -Г, 1>=к,к+1 опред.

неопр. относ. помехи и сооб ОММП пом.-класс ПРВ <1 условно компенс. <ШЛ*(гк+1|гк) r=lt,k+1 произв.

неопр. относ. помехи сооб,- обл. решен. ПБМ пом,- класс" ПРВ. сооб.- класс ПРВ. <1 условно компенс. <UnW*(rk+1|rk) r-k+1,к робастный выбор

Показано, что для условных марковских процессов или для процессов, которые могут быть описаны ими приближенно, возможно совпадение компенсационных и условно-компенсационных алгоритмов совместной фильтрации при гауссовской аппроксимации плотности вероятности перехода (ПВП) наблюдаемой смеси для малых отношений сигнал/помеха (ОСП) СТабл.1). При этом применение условно -компенсационных алгоритмов при произвольной ПВП ограничивается

палыми ОСП. Для компенсационных алгоритмов, при синтезе которых используется гауссовская аппроксимация ИБП, ограничение в явном виде не накладывается.

Рассматриваются вопросы качества полученных алгоритмов. Установлено. что в общем случае характеристики качества алгоритмов (апостериорная дисперсия фильтрации непрерывнозначного н вероятность ошибочного приема дискретного параметров) зависят от. коэффициента совместного " амплитудно-частотного подавления помехи, который в свою очередь определяется информационной матрицей Фишера.

На рис.I. представлены зависимости качественных характеристик алгоритма совместной фильтрации (стационарной приведенной апостериорной дисперсии фильтрации непрерывнозначного и вероятности ошибочного приема дискретного параметров) от ОСП на

асг ^ 20 '

10

О

-10

20 -50 -40

0.9

-20 -10 Ч,ДБ

-50' -40 -30 Ч,дБ

10 10"

,-1

0.9- "^ЧХЬчО.б

-50 -40

-20 -10

Рис. I.

-50 -40 -30 q,дБ

ю-1

1С'2 Р,

Г, =0.1 Г =1 ^/...1.........1.

X [.0.5

входе при различных значениях коэффициента корреляции помехи и сообщения. Из рисунка ввдно, что, во-первых', суиествует некоторое

пороговое значение ОСП. после превышения которого априорные донные практически не влияет на качество алгоритма, т.е. характеристики сходятся: во вторах, при увеличении значения коэффициента корреляции помехи характеристики смещаются Елево, т.е при изменении. Гу с 0.5 до 0.9 апостериорная приведенная

дисперсия уменьшается в среднем на 10.....20 дБ. .Аналогичные

замечания могут быть сделаны и для вероятности ошибочного приема дискретного параметра. Здесь при изменении гу с 0.5 до 0.9 вероятность ошибочного приема снижается примерно на порядок.

В третьем разделе рассматриваются робастные алгоритмы и устройства совместной фильтрации при. различной степени априорной неопределенности относительно фильтруемых информационных: параметров.

Исходя из того, что робастный алгоритм в пределах некоторого выбранного класса помех должен обеспечивать

1V» > Влк+1™п<гкИ 1г1с)} и для случая бинарных противоположных сигналов

где |гк) - некоторая "неблагоприятная" ПРВ помехи, в

разделе исследовано построение робастннх алгоритмов для случая коррелированных и некоррелированных помех.

Известным методом преодоления априорной неопределенности относительно помехи при достаточно высокой информативности данных наблюдения является огрубленный метод максимального

правдоподобия. В работе предложено обобщение известных рекуррентных методов стохастической аппроксимации на случай дискретно - непрерывных параметров. Показано, что полученный алгоритм при известных с точностью до класса помехах не отличается от синтезированных на основе байесовской методологии. При этом отличительной особенностью байесовских алгоритмов для случая коррелированных помех является учет матрицы коэффициентов автокорреляционных связей сш^нала. Такой учет позволяет, во-первых, оптшизироовать сами устройства обработки за счет выбора входных сигналов при конкретной помеховой обстановке и, во-вторых, находить условную, зависящую от автокорреляционной функции сигнала, "наихудшую" ПРВ коррелированной помехи.

Показано, что для случая параметрического класса ПРВ помех параметры робастных инерционных подавителей помех, и сами алгоритмы и их качественные характеристики зависят от параметра а, т.е. являются условными характеристиками. Переход к безусловный характеристикам может осуществляться в рамках адаптивного или байесовского подхода. На примере бимодальной ПРВ помехи показана эффективность использования рекуррентных алгоритмов адаптивной оценки неизвестного параметра помехи. При этом построение, в общем случае, робастно - адаптивных алгоритмов сводится к построению робастно - адаптивных ИНП. Рассмотрена возможность улучшения точности алгоритмов совместной фильтрации, полученных на основе огрубленного метода максимального правдоподобия и псевдобайесовских методов (ПБМ), особенностью которых является использование некоторых "фидуциальных" (основанных на предположении) ПРВ информационных процессов.

Сопоставляя полученные на основе ПБМ алгоритмы с алгоритмами, полученными ранее, ножно заключить, что они отличается лишь начальными значениями оценок. В цсевдобайесовских квазиоптимальных алгоритмах начальное значение матрицы усиления становится равным обратной матрице инфсрмацда Фишера. В этих условиях представляется всзмоа-ным априорную информацию, выражаемую "фвдуциальной" ПРВ, представлять "наихудшей фидуциальной" ПРВ сообщения.

Таблица 2

унимодальн. ПРВ помехи полимодальн. ПРВ помехи ШЗ коррелированной помехи

дополн. параметр 2 мощность о 2 ...... о , мода а1 р о , козф. корр. гу

характ. не л. преобр. п 2ук= 2 Р12у11с 1=1

дополн. алгоритм адаптивный адаптивный, байесовский адаптивный, байесовский

алгоритм определ. наихуд. ПРВ пом. *>1с> = V®! V®! ">1с+11У]£'а1>= = аг®п1п ШШКВ) V®!

коз.фф. подав. 0 - 20 дБ 0 - 40 дБ более 40 дБ

Четвертый раздел посвящен структурному синтезу робастных и робастно - адаптивных ИНП помех и анализу их характеристик качества.

Методом решеши неклассических вариационных задач для ряда классов ПРВ помех найдены "наихудшие" ПРВ. Показано, что определение "наихудших" ПРВ в заданных классах осуществляется:

для полимодальных - минимизацией парциальных

информаций Фишера, взвешенных с весами, определяемыми вкладом 1-той парциальной ПРВ (Табл.2);

- для коррелированных ИРВ - минимизацией следа произведения информационной матрицы Фишера. характеризующей свойства помехи и матрицы коэффициентов автокорреляционных связей сигнала (Табл.2).

Для найденных "наихудших" ПРВ помех аналитически определены характеристики робастного нелинейного преобразования, которые позволяют синтезировать ряд достаточно простых структурных схем нелинейных робастннх подавителей помех. Так, . в классе невырожденных бимодальных-помех (имеющих бимодальную лапласовскую ПРВ) оптимальным для подавления помех является обобщенный бинарный квантователь (ОБЮ. На рас. 2 приведена схеме, адаптивного ОЕК (а) , возможные ПРВ помех (б) и рлответствушие рооастные

Рис.2.

характеристики ИНП (в). Для • класеа бвдбдальньгх помех с ограниченной дисперсией (имеющих бимодальную гауссовсую ПРВ). оптимальным является билинейный подавитель (БЛП) (Рис.3.). Предложенное устройство позволяет повысить эффективность

|БАГ|-- ?l-

и.......i.....i4

'[zi

J

îi

№

a)

Рлс.З.

по давлеюи помех при одновременном расширении динамического диапазона адаптации sa счет использования блока "грубой" адаптации (БАГ) и блока "точной" адаптащш (БАГ) нелинейной характеристики подавителя. 1!а рис.4, приведена структурная схема робастного подавителя помех Сбибланкируицего подавителя СББП»

Ук

б)

КПП а)

Рис .4.

оптимального для подавления бимодальней фшитной ПРВ помехи гд«, КПП I - канал подавления 1 - той парциальной ПРВ помехи.

Может быть предложена более общая структурная схема робастпо - адаптивного подавителя помех С рис.5.), осуществляющего раздельное подавление парциальных НРБ,

>| КПП'II-----------------

--^[КПП 2].........

: | Т~ !

4ЕППИ1-

-С

1—¿п^.

Рис. 5

где обозначено: К' и А - блок управления и адаптации. К блок управляемых ключей.

Установлено, что "наихудшими" в классах коррелированных помех являются: в классе всех невырожденных условных ПРВ -лалласовская коррелированная ПРВ; в классе условных ПРВ с ограниченной средней мощностью - коррелированная гауссовская ПРВ. Это позволяет говорить о том, что "наихудшая1' ПРВ помехи инвариантна к линейной корреляции помехи. В свою очередь ото позволяет синтезировать робастные ИНП на основе робастных безынерционных подавителей осществляя предварительную операцию декорреляции помехи.

Из анализа синтезированных в работе структурных схем робастных, робастно - адаптивных подавителей можно заключить, что подавители помех содержат типовой набор простых элементов: ограничителей, усилителей, задержек, сумматоров и т. д., т.е. на этих элементах может быть осуществлен синтез широкого класса подавителей как унимодальных« и полимодальных, так и коррелированных и некоррелированных помех. Кроме того, это позволяет осуществить их интегральное исполнение.

Рассмотрена эффективность ОЕК, КПП и ББП при действии на них различных помех С унимодальных и бимодальных ). Аналитически получены выражения для реальных коэффициентов подавления

помех, действуйте на ОБК, КПП и ББП

^арОВК" '4оп а)-*п(0))2 ^рБЛ1Г ^<1-2*п(0)>2/<°£- ♦ а2)

^арББП" пц-а"то+2т1

где га0,ш1,п^ - начальные моменты ПРВ помехи, а и Ду - параметры подавителя.

Анализ материала, приведенного в работе (аналитических выражений и графических зависимостей) показывает: во-перыс, эффективность ОБК, БЛП и ББП при действии на них как унимодальных, так и бимодальных помех; во-вторых, при малых ошибках рассогласования ¿а между параметром помехи и парметром подавителя более эффективным оказывается ОБК. Вместе с тем, при относительно больших ошибках, менее чувствительным к нш оказывается БЛП.

В пяхол разделе рассматриваются вопросы практической реализации устройств приема и обработки совместной нелинейной фильтрации дискретно - непрерывных сигналов, проводится математическое моделирование алгоритма совместной фильтрации сложного фазоманипулироБапного С ФМ) сигнала. исследуется скорость сходимости алгоритмов синтезированных на основе ПБМ и ОШП; проведено моделирование эффективности робастного ИИП при действии на него помех с обобщенной гауссовской ПРВ и параметром рсЮ.5-2).

В качестве примера рассмотрен квазиоптималышй робастиыИ

алгоритм обработки сложного ФМ сигнала с инверсной модуляцией псевдослучайной последовательностью на фоне интенсивных негауссовских коррелированных помех. Результаты машинного моделирования алгоритма обработки подтверждают соответствие основных теоретических выводов приведенных во втором и третьем Газделах.

Сравнение робастних алгоритмов обработки сложного ФМ сигнала позволяет выработать рекомендации по практическому использованию синтезированных алгоритмов при решении задач синхронизации для каналов с негауссовскими помехами. Особенно эффективными в этих условиях могут оказаться псевдобайесовские робастные алгоритмы, обеспечивающие высокую скорость начальной синхронизации.

Исследование эффективности робастныз нелинейных подавителей при воздействии различных помех показывает, что при использовании алгоритмов робастной фильтрации возможно улучшение качества, приема и воспроизведения сообщения за счет использования робастного амшштудно - частотного подавления коррелированной помехи.

В приложении к диссертационной работе приведены акты внедрения результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ

В етшнешх к диссертационной работе кратко сформулированы результаты, отражающие личный вклад автора в разработку избранной научной проблемы.

Исследованные в диссертационной работе зацачн позволяют

расширить область применения методов, алгоритмов и устройств совместной нелинейной фильтрации дискретно - непрерывных марковских процессов на случай действия в канале наблюдения произвольных коррелировашп помех, статистические характеристики и вид которых определены неполностью. Это позволяет разрабатывать высокоэффективные алгоритмы и устройства робастной и робастно-адаптивной совместной нелинейной фильтрации дискретно-непрерывных сигналов, которые могут найти применение при разработке многофункциональных совмещенных РТС различного назначения.

Основные научные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1.Для условных марковских процессов или процессов, которые могут быть описаны ими приближенно, показано совпадение компенсационных и услоено компенсационных алгоритмов совместной нелинейной фильтрации при гауссовской аппроксимации ПВП наблюдаемой смеси для малых ОСП. При этом применение условно компенсационных алгоритмов при произвольной ПВП ограничивается малыми ОСН. Для компенсационных алгоритмов, при синтезе которых используется гауссовская аппроксимация ПВП, ограничьние на ОСИ не накладывается.

2.Показано, что при разработке робастных алгоритмов и устройств приема в условиях коррелированных помех наряду с информационной матрицей Фишера, характеризующей свойства помехи, требуется учитывать матрицу коэффициентов автокорреляционных связей сигнала. Это позволяет получать более эффективные алгоритмы и устройства приема за счет выбора оптимальных автокорреляционных функций дискретно - непрерывных сигналов.

3.Исследованные байесовские, минимаксные и псевдобайесовские методы и полученные на их основе алгоритмы позволяют разрабатывать устройства робастной и робастно - адаптивной совместной нелинейной фильтрации дискретно - непрерывных сигналов для высокоскоростных систем передачи дискретной информации, систем синхронизации и т.д. на фоне произвольных коррелированных помех при различной степени априорной неопределенности фильтруемых информационных процессов.

4.Исследовано влияние параметра системы обработки - шага дискретизации на характеристики качества разрабатываемых алгоритмов и потенциальный эффект от совместного амшштудно -частотного подавления коррелированных помех. Показано, что существует пороговое значение числа дискретных отсчетов на период несущего колебания, выше которого учет корреляционных свойств помехи не приносит энергетического выигрыш.

5.Выделенные классы помех обеспечивает разработку робастных и робастно - адаптивных подавителей бимодальных и коррелированных негауссовсгак помех, эффект подавления которых будет тем больше, чем больие разнесены центры, группирования ( моды ) ПРВ помехи. Причем, применение таких подавителей для сдтчая унимодальных негауссовсгак помех _ не приводит к заметному ухудшению качества подавления. Сравнение подавителей между собой показывает, что при малых ошибках настройки более высокое качество подавления обеспечивает ОБК, тогда как при относительно больших ошибках билинейный подавитель заметно выигрывает у ОБК.

6.Алгоритмы и структурные схемы квазиоптималшого приема сложного' ФМ-сигнала могут бить использованы при проектировании и создании эффективных устройств приема и обработки сигналов для

высокоскоростных совмещенных систем передачи дискретной информации, систем связи с щуыоподобными сигналами, систем синхронизации и т.д.

'/.Показано, что учет корреляционных свойств, действующей на устройство приема и обработки, помехи позволяет на десятки дБ снизить требуемое отношение сигнал/помеха на его входе , при котором еще сохраняется его работоспособность. Так использование амплитудно - частотного подавления коррелированных помех позволяет повысить точность синхронизации квазикогерентного приемника на 10-20 дБ и понизить вероятность ошибочного приема дискретного параметра на 1-2 порядка.

Практическую знанилосггл работы составляют варианты схем алгоритмов, нелинейных робастннх и рсбастно - адаптивных подавителей коррелированных и бимодальных негауссовских помех при квазиоптимальном приеме дискретно - непрерывных сигналов.

Основные положения диссертационной работы отражена' в работах:

Г.Чердынцев В.А., Овсянников A.B. Фильтрация дискретно -непрерывных параметров сложных ФМ - сигналов на фоне действия негауссовских помех. // Тез. докладов Всесоюзн. семинара "Синхронизация в широкополосных системах связи".Минск, 1991.-е.5.

2.Овсянников A.B., Козел В.М. Некогерентные устройства смсфонизации сложных ФМ - сигналов в каналах с интенсивными негаусеовскими помехами. // Тез. докладов Всесоюзн. семинара "Синхронизация в широкополосных системах связи".Минск, 1991.-е.II.

З.Чердынцев В.А., Овсянников A.B. Синхронизация и выделение дискретной информации в каналах с интенсивными помехами. // Тез. докладов 46-й Всесоюзной научной сессии, посвященной дню

рацио.-M.: Радио и связь, 1991.-е. 158-156.

4.Козел В.М.. Овсянников A.B. Рощупкш A.B. Синхронизация слсхшгс ФМ - сигналов при действии нсгауссовской помехи с неизвестным параметром. // Тез. докладов 46-й Всесоюзной научной сессии, посвященной дню радио.-М.: Гадио и связь. 1991.-с.159.

Ь. Овсянников В.А., Козел В.М.. Чердынцев В.А. О некоторых классах негауссовских помех и эффективности их подавления. -Мн. : Вш. ик. . I99J.-Вып.20.-с.117-120.

6.Чердынцев В.А. Овсянников A.B. Совместная Фильтрация дискретно - непрерывных марковских процессов в негауссовских коррелированных помехах Сробастный подход). // Тез. докладов Научно-технического семинара "Статистическая идентификация, прогнозирование и контроль". Севастополь, 1991 .-е. СО-£1.

7.Чердынцев В.Л., Овсянников A.B., Козел В.И. Эффективность амплитудного подавления помех с Синодальными распределениями. //Радиотехника. -1U9I. -ШI. -с. 8-10.

8.Овсяшшков A.B. Робасткый прием ФМ - сигналов с дискретно непрерыкныш параметрами в каналах с нвгауссивскши помехами. -Кн.: Вып. о/к., 1092.-Вып.21 .-с.66-69.

9.A.C.I7342I5 (ОХР). Адаптивное устройпьо подавления помех./ Чердынцев В.Д .Овсянников A.B. .Козел В.М.

10.Чердынцев В.А..Овсянников А.В.,Козел В.М- Подавление негауссовскиг помех при- совместной фильтрации дискретно -непрерывных процессов. // Язв. Вузов Радиоэлектроника.-1ЭЭЗ -Ш-2.-С.26-35

II.Овсянников A.B. Робастная нелинейная фильт1«щия дискретно -непрерывных марковских процессов в коррелированных помехах. // Тез. докладов 48-й Всесоюзной научной сессии, посвященной дню

радио. -14.: Радио и связь. 1993. -с. 146-14?.

12.Чердынцев В. А.. Овсянников A.B., Козел P.M. Квазиоптимальная обработка сложного ФМ-сигнала на фоне интенсивных негауссовских коррелированных помех. // Тез. докладов 48-й Всесоюзной научной сессии, посвященной даю радио.-М.:Радио и связь, 1991 .-с. 145-146.

13.Овсянников Л.В. .Козел В.М..Чердынцев В. А. Робастные алгоритмы синхронизации сложных сигналов. // Тез. докладов НТК "Повышение качества и эффективности устройств синхронизации в системах связи". Ярославль, 1993.-с.26-27.

14.Козел В.М..Овсянников A.B. Адаптивное подавление бимодальных помех б 1саналах синхронизации сложжных сигналов. // Тез. докладов НТК "Псвыление качества и эффективности устройств синхронизации в системах связи". Ярославль, 1993.-с.43.

15.Козел В.М. .Овсяников A.B. Формирование дискриминационной характеристики адаптивного подавителя негауссовских помех. -Мн.: Вш. шк.1992.-Вып.21.~с.97-102.

16.Чердынцев В.А. .Овсянников A.B., Козел В.М. Эффективность робастных амплитудных подавителей негауссовских помех. // Функционирование радиотехнических систем в условиях негауссовских помех. Сборник научных трудов./ Под ред. Иелухш® О.И. -М.: МТИ, - 1992, - с 54-57.

17.А.с. 1764168 (СССР). Устройство подавления помех с бинарным квантованием сигнала. J Чердынцев В.А..Овсянников A.B., Козел В.М.

18.Заявка на изобретение N4925062/09 ог 3.04.91. Устройство подавления помех. / Чердынцев В.А..Овсянников A.B., Козел В.М.

19.Овсянников A.B. Робастные алгоритмы приема сложных

сигналов. // Разработка теоретических основ, методов,алгоритмов, оптимизации, прогнозирующего контроля и экспертной оценки радиотехнических устройств и систем по комплексным критериям: Отчет о НИР (заключительный). -ГР N01310020569. Инв.Ю2Э20С0444Э. -Минск. МГТИ, 1001.-С,86-101.

Овсянников A.B., Чердьшцев В.А.,Козел В.М. Статистическая теория приема сигналов в каналах с негауссовскими помехами. // Разработка теоретических основ, методов,алгоритмов, оптимизации, прогнозирующего контроля и экспертной оценки радиотехнических устройств и систем по комплексным критериям: Отчет о НИР (заключительный). -ГР Ш1910020569. Инв.1Ю2920004449. - Минск. МГТИ. I991.-С.32-70.

Овсянников A.B., Чердынцев A.B., Козел В.М. Нелинейная Фильтрация дискретно - непрерывных марковских процессов на фоне негауссовских . помех. // Разработка теоретических основ, методов.алгоритмов, оптимизации, прогнозирующего контроля и экспертной оценки радиотехнических устройств и систем по комплексным критериям: Отчет о ИР (заключительный). -ГР H01910020569. Инв. 1Ю2920004449. - Минск, МРТИ, 1991 .-С.70-86.

Овсянников A.B., Козел В.М. Моделирование алгоритмов приема сигналов в негауссдвских помехах. // Разработка теоретических основ, методов,алгоритмов, оптимизации, прогнозирующего контроля и экспертной оценки радиотехнических устройств и систем по комплексным критериям: Отчет о НИР (заключительный). -ГР N01910020569. Инв.Ю2920004449. - Минск, МРТИ, 1991 .-С. 128-133.