автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.02, диссертация на тему:Разработка и исследование адаптивных алгоритмов фильтрации пространственно-временных случайных полей

ь и«

СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ-ПКАДЕКИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ И ИНФОРМАТИКИ

На правах рукописи

ФОКИН ВЛАДИМИР ГРИГОРЬЕВИЧ

УДК 621.391.266

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТИВНЫХ АЛГОРИТМОВ ФИЛЬТРАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ СЛУЧАЙНЫХ

ПОЛЕЙ

05.12.02 Систем« и устройства пчрр.д^чи информации по каналам связи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технически*, надк

НОВОСИБИРСК 1395

Работа выполнена в Сибирской Государственной Академии

Телекоммуникаций и Информатики

Научный руководитель - академик РАИН,

доктор технических наук, профессор Бакалов В.П.

Официальные оппоненты - академик МАИ,

доктор технических наук, профессор Губарев В.В.; кандидат технических наук, БондинС.В.

Ведущее предприятие - Институт автоматики и автометрии

СО РАН.

Защита состоится 25 мая 1995 г. в 10.00 час. на заседанм специализированного совета Д 118.0?.01 Сибирской Государст венной Академии Телекоммуникаций и Информатики (630102. Новосибирск,ул.Кирова;86,ауд.625.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СйбГАТЛ.

Автореферат разослан 1395 г.

Зченый секретарь.специализированного совета Д 118.07.01 к.т.н., профессор

В.И.Крук

ОБДЙЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМИ. Проблема повыаения помехоустойчивости инфориацинно-измерительных систеи и систем передачи информации является одной из центральных для теории и практики.

В настоящее время развитие теории и техники обработки сигналов в различных применениях достигли такого уровня совер-венства.что возмовна реализация систем фильтрации случайных сигналов, маскируемых разного рода помехами, в одномерном и многомерном представлениях.При этом в ряде случаев извлечение информации из сигналов ..принятых от одного или нескольких источников пространственно-разнесенными элементами имеет принципиальное значение для реаения обратных задач восстановления параметров источников поля и задач помехоустойчивого приема сигналов.Это относится к таким направлениям техники обработки сигналов как радио-гидролокация,радиосвязь, радиоастрономия, сейсморазведка в геофизике.электрофизиология и др.

Обычный способ выделения сигнала из смеси с поаехами состоит в тЬй;чтобы пропустить эту смесь через фильтр, который обеспечивает подавление помехи,оставляя относительно неизменным сигнал.Синтез таких фильтров составляет область оптимальной фильтрации и требует значительной априорной информации о характеристиках сигнала и помех.

В том случае,когда спектральные,временные или другие характеристики сигнала и помех неизвестны • и могут быть идентичны, а интенсивное^ помех ыояет превосходить сигнал,задача фильтрации параметров сигнала существенно услоаняется и применение методов Колаогорова-Винера.Калиана-БьЕси и других классичес-

ких методов становится невозможным.Только учет пространственных,а иногда и поляризационных характеристик сигнала и помех м'ояет оказаться реиащии.При этом эффективными методами борьбы с помехами признаны методы компенсации помех за счет дополнительных пространственных отведений,среди которых наиболее перспективны адаптивные методы.Им уделяют внимание по ряду причин: из-за высокой эффективности подавления помех при спектральном перекрытии сигналов и помех с преобладанием последних; простоты реализации; возможности изменения конфигурации пространственных каналов ( сигнального и помехового); наличие многих разработанных адаптивных алгоритмов;возмо8-ности реализации адаптивного " самообучения";требуется минимальная априорная определенность относительно других адаптивных методов.

Однако сумествуит проблемы в выборе пространственной структуры приемников и адаптивных алгоритмов обработки сигналов. Пространственные фильтры чаще всего пр'едставляют собой эквидистантные реиетки антенн,приемников или датчиков и не учиты-вавт достаточно полно корреляционные свойства поля сигналов и помех. При этом сигнальный и'помеховый входы компенсатора не всегда оптимальна размечены в.поле.Поэтому актуальным является определение алгоритма поиска оптимальных пространственных координат приемников в ренетках или при fix произвольном располояении.

В известных адаптивных алгоритмах временной и спектральной обработки сигналов учитывается фильтруемый,сигнал в виде опорного, который заранее определен и мовет играть ваянув роль в каналах обработки.Однако в ряде случаев бпределить даяе приб-дкяенно вмд и характеристик» опорного сиг,на*а не представят ется возмоянмм. Таким образом , актуальной остается проблема

.формирования опорного сигнала в каналах адаптивной обработки смеси сигналов "и помех. Крове того,актуальна проблема оценки Слояности алгоритмов й систем адаптивной пространственно-временной фильтрации.В настоящее время решение , этой -.проблемы сводится в основном к оценке вычислительной сложности и не учитываатся особенности кноговходов'ых пространственных структур .способы реализации' вычислительных процессов и их взаимосвязь с точностью восстановления информационных параметров сигналов.Кроме указанных обчих проблем прострзнсгвенно-времен-ной фильтрации случайных сигнальных полей существупт ряд частных: обучение адаптивного ком'пенсатора .помех без "учителя" в случае неоднородного анизотропного поля сигналов и помех ; получение максимальной скорости адаптации при минимальном шуме адаптации;обеспечение заданной точности компенсации помех -и другие проблемы. •

Для ревения'указанных актуальных проблем необходимо разработать и исследовать адаптивные алгоритмы'компенсации помех для систем пространственно-временной обработки сигналов, дать оценку их слоаности и реализуемости.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Цельи работа является разработка и исследование эффективных алгоритмов фильтрации случайных сигнальных полей по принципу адаптивной компенсации помех при учете пространственных статистических характеристик сигналов я.помех, исследование слоаности и способов их реализации.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.Примененные в данной работе методы исследования основаны на теории дифференциальных уравнений, линейной алгебра,вариационного исчисления,теория графов,теории . вероятности и''- математической статистики, теории алгоритмов цифровой, обработки сигналов.Для реализации разработанных ал. горитиов использовалось моделирование на ЭВМ.

- в -

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В диссертационной работе получены следув-щие новые научные результаты:

1.На основе оценки радиуса пространственно-временной корреляции разработаны новые алгоритмы пространственной фильтрации.

В этих алгоритмах учтены случайный характер поля сигнала и помех и возможности его рекурсивной и нерекурсивной пространственной обработки.

2.Разработан и исследован адаптивный алгоритм многоканальной фильтрации сигнала по методу компенсации помех в каждом канале обработки при одновременном синтезе опорного сигнала. Теоретически и экспериментально доказана его сходимость и устойчивость.

3.Получены результаты.обосновывавшие необходимые и достаточные условия сходимости и устойчивости адаптивного алгоритма при минимизации уровни зума градиента на выходе системы фильтрации.

4.Получены результаты.показывающие необходимость согласования алгоритмов пространственной обработки сигналов с адаптивными алгоритмами временной (частотнцй) фильтрации для конечного времени сходимости и ограниченного числа выборок усреднения при заданной точно ,ильтрации информационных параметров сигнала.

5.В качестве критерия сложности алгоритмов и систем пространственно-временной фильтрации сигналов предложено использовать оценку точности фильтрации сигнала в ее взаимосвязи с функцией сложности,полученной на основе разработанной методики графоаналитического представления алгоритма или системы фильтра ции.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Проведенные теоретические и зкснерн ментальный-Исследования позболяыт создать базу для проектиро-

вання устройств и программ адаптивной пространственно-временной обработки сигналов в условиях аддитивно-мультипликативных помех .перекрывающих их по спектру частот,в пространстве и по интенсивности.Результаты исследований приыенины для разработки систем передачи информации с пространственно-временными каналами,систем измереЕШЯ сейсмической активности отдельных зон земли у крупных инженерных сооруаений.для измерения пара-ветров пространственно-распределенных источников биоэлектрических потенциалов в электрофизиологии и других применений.

Особув ценность,рассмотренные в диссертации вопросы,приобретают вследствие все более аирокого использования сигнальных систолических микропроцессоров с высоким быстродействием и применением быстрых вычислительных алгоритмов (конвейерных, параллельных . встречно-волновых и других).Кроме того .разработанные в диссертации програшгнне модели алгоритмов фильтрации применимы для обработки сигналов . записанных предварительно .вычислительными кавинами любого быстродействия.

Предложен и применен критерий оценки точности фильтрации :игнала в зависимости от функции сложности, являвшейся наибо-1ее обцим показателем алгоритма и системы обработки сигнала, [ритерий точности позволяет формировать простуи и наглядную щенку сложности фильтрации,проияводить оптимизации алгорит-!а и его сравнение с другими.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ .Результаты работы реализованы в виде рограизных моделей пространственно-вреаенной обработки сиг-алов с ограниченным спектром, а такае п системах телеметрии, азработанных по темам "КАРИНА"."КАРИНА-Н"."РАДИАН".

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.Основные полозенкя диссертационной работ окладывались и обсуждались на аездународных конференциях: 4нформатика и проблемы телекок«уникаций"( Новосибирск 1995),

"Идентификация,измерение характеристик и имитация . случайных сигналов'ЧНовосибирск 1994).на Российской научно-технической конференции "Информатика и проблемы телекаммуникаций"(Новоси- , бирск-1994,),на Всероссийской научно-технической конферен-^ ции (Новосибирск 1993) и конференциях профессорско-преподавательского состава НЗИС (1986-1993). • . • ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 17 работ. СТРУКТУРА И ОБЬЕМ ДИССЕРТАЦИИ.Диссертационная работа состо-■ ит из введения, четырех глав заключения.Работа содержит 191 страницу, в той числе 126 страниц текста, 41 страницу рисунков и,таблиц,библиографию из .136 наименований на 12 страниц.

ОСНОВНЫЕ НОШЕНИЯ ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЦИ'ГУ. 1.Обоснование методов адаптивной пространственно - временной

фильтрации стохастических полей на основе адаптивной компен- • ' сации помех.

2.Нетоды определения оптимальных пространственных координат размещения датчиков-приемников в поле случайных сигналов.

3.Адаптивный алгоритм компенсации помех в многоканальной системе фильтрации.Теретическое исследование.

4.Критерий сложности алгоритмов и. систем адаптивной пространственно-временной обработки сигналов и его приложение.Оптими-

с зация сложности адаптивного алгоритма по точности фильтрации сигнала.

5.Экспериментальное исследование моделей одноканального и -многоканального компенсаторов помех.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ПЕРВАЯ ГЛАВй посвящена анализу характеристик поля случайных сигналов с целью определения наиболее простого,доступного

г

для измерения и достаточно точного параметра оценки пространс-

твенннх координат размещения входов системы обработки прост ранственно-времешшх сигналов по нетод'у адаптивной компенсации помех.Такой характеристикой случайного поля сигналов и помех является радиус пространственно-временной корреляции ( РПВК ).Рассмотрены различные методы оценивания PflRK и на их основе получены правила ориентации в пространстве сигнальных и помеховых входов системы. Определен общий подход к оценке траекторий поиска оптимальных пространственно-временных (П-В) координат.

На базе реяения функционального уравнения методом вариации получена траектория перемещения .представляющая собой циклоиду при квадратичном законе изменения РПВК.При этом определены временные параметры ' согласования смещений пространствен-шх фильтров (приемников,датчиков) системы и скорости ^идим^-пи адаптивного алгоритма временной обработки сигнала.

Определены условия и пйрядок размещения реиеток пространственных фильтров (ПФ)."представлявших собой линейные,- веерообразные,крестобразные .круговые структуры, при невозможности их переориентации в различных стохастичных тюлях.Так при размещении ПФ в линейке расстояние между иими должно быть .не менее РПВК. В веере расстояние между П*Ф,расположенными в отдельных линейках,определяется соотношением I

1 = 2*( ]L lui )*SIH Oiu/2 ,

1 = 1

где I-число ПФ в линейке , (Xu-угол между отдельными линейками, lui -радиус пространственно7временной корреляции поля. Три 0(u=Tf/2 имеет место крестобразный порядок размещения ПФ 'де расстояние ыеяду элементами отдельных лучей определяется :оотноаением

• ! =1.4*( lui ). (2)

1=1

Лля пространственных реветок различных конфигураций мовно определить обчее число ПФ из соотновения,полученного на основе (1,2)

1 ■ ; ' " '

С = 2*И*Е€ Zlui/lu } / (Xu , (3)

î=i

где-Е{#) целая часть числа,lu - средний РПВК.

Более точная оценка числа ПФ получена при ревении функционального уравнения методом вариации в координатах (X.Y.) при - известном характере изменения РПВК

f 1 . " С = Е ( /I1+у'(х) I8 dx /1и(у ) } ' - (4)

0

где РПВК moïçt быть постоянным или изменяться по законам различных функций (квадратичных,кубичных,трансцендентных и других). , .

При невозможности точной априорной или эмпирической оценки РПВК необходимо воспользоваться методом случайного поиска исходя из наиболее обчей * теоретической оценки, РПВК*,например по спектру фильтруемых П-В частот сигнала.При этом поисковый алгоритм записывается

X(j) =Xtj-i )-Y) Ci-iî-Vx P [ X(j-l),"r4

Y(J ) =Y(j-l)->](j-l)-Vs P I Y(j-1),T] (5)

Z(j) rZcj-n-^ii-iï'^z P [ Z(j-l), r~] ,

где X(j);Y(j ),Z(j ) -текувие координаты в пространстве (X.Y.Z)

для j- «ara поиска,X(j-1 ),Y(j-1 ),Z(j-l )-предыдущие координаты, V\(iЬскалярная величина,определяющая шаг поиска [Vl(j) =1,2,.],

л1 л л I

Vx.Vy.Vz - оценки градиента средней мощности сигнала,которые вычисляются на каждом наге поиска по соотношениям:

л

Vx Р СХ, г )= [Р (X. "г~)-Р (Х.Т) 1 / 2*ДХ

Vy Р (V, Т)= [Р (Y, г")-Р (Y, г") 1 / 2#Ду

"v'z р сz, r~)= [р (Z.TVp cz.T) ] / 2*Az ,

где г =(X,Y,Z,t) - вектор П-В координат,указывающий направление на место максимума средней мощности сигнала.Алгоритм (5) пригоден для использования в любой структуре ПФ.где РПВК превышает расстояние между ПФ сигнального и помехового каналов системы с адаптивной компенсацией помех.После определения координат Ri=СX1,Yi,Z1) и R2=(X2,Y2,Z2) соответственно сигнального и помехового ПФ пространственная обработка сигнального поля монет осуществляться по алгоритмам нерекурсивной и рекурсивной пространственной фильтрации в линейных и плоских сечениях поля.При этом наибольиий интерес представляет обработка плоскостного сечения поля [5]

UCX,Y^UCR)*5 CZ-ZO),

где Zo-расстояние от источника сигнала до реиетки ПФ.При нерекурсивной пространственной обработке- формирование сигнала . на выходе п-го канала осуществляется в соответствии с алгоритмом

Lx ' Ly

Sln= Hai*Un-i(X) + Zbi*Ui\-i(Y), (6)

i=-Lx i=-Ly

Un-i(X)=U(X,Y)# 6 СY-Yn-i), Un-i( Y)=U(X,Y)* CHX-Xn-i )-линейные сечения поля.Ьх и Ly - число линейных нерекурсивных каналов по осям X, Y: al, bi - весовые коэффициенты усиления соответствующих каналов, причем 0<ai,bi<l. Для рекурсивного !lí¡ алгоритм фильтрации записывается в виде

Их Иу

Sin Sin - Ц ci*Sln-i(X) + ¿L. ei*Sln-i(Y), (7)

i=-Hx b-My

i/ 0 ijí 0 где Mx.My - число рекурсивных связей по осям X.Y: с i и ei -внг,чв.ые коэффициенты соответствующих рекурсивных каналов, прим.-м 0< ci ,ei<l .Моделирование алгоритмов (6,7) показало, что ПФ с рекурсивными связями позволяет осуществить эффективную пространственную фильтрацию поля сигналов.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ приведена разработка и исследование адаптивного алгоритма компенсации помех для системы фильтрации П-В случайных сигналов.Предложено производить временную обработку сигналов в ряде отдельных узкополосных каналов .делящих полосу частот фильтруемого сигнала на его спектральные составляющие!].При этом каждый канал обработки сохраняет независимое от других адаптивное управление .что позволяет реализовать следующие юзможности системы фильтрации:

а) оперативный и программируемой выбор полосы исследуемых частот пояз сигналов:

б)устойчивое выделение сигнала из аддитивной смеси с помехами при перекрытии их спектров в пространстве , во времени и при преобладании интенсивности помех;

в) применение простых быстродействующих адаптивных алгоритмов

г

управления Весовыми параметрами в каналах обработки при возможном одновременном синтезе опорного сигнала из набора создаваемых спектральных компонент;

г) реализации на базе'стандартных устройств цифровой обработки сигналов в реальном времени и обработки сигналов,предварительно записанных, на персональных ЭВМ любого быстродействия.

Структурная схема системы обработки П-В случайных сигналов приведена на рисунке. Принцип временной обработки сигнала рассматривается на одном канале, обозначенном индексом ж .

а

Обозначения на рисунке : Фж.Фж- узкополосные фильтры: г1,г2 - векторы П-В координат ПФ:

- 14 -

г л

си- ошибка оценивания сигнала 51т,Ао-а«11Литуда опорного сигнала .йа. с частотой -(Ол и ; фазой Уш.

Адаптивный алгоритм временной обработки сигнала в кавдом канале основан на критерии минимума СКО.При этом поиск глобального минимума производится градиентным методом ускоренного спуска.Алгоритм получен в виде итерационных уравнений для весовых коэффициентов каадого канала.обработки

2

Ив (п+1). = Ни (п)+|о.1*Уи Е I £ и > 1 К1и(пП) = К1и(п)+(0.2*Ук Е ( ) (8)

К2юСп+1) '= К2в(пН|Ч2*Ук Е { £гн } .

где градиент определяется соотношениями

\7н Е (£п } =<1Е {( Ан-ёв)2} /йНв Ук Е {£ п } =(1Е (( ¡Ив-йа)2}. /(1К1в Ук Е (£?п }. =аЕЧ(.А»-Й1)а} /Ш* .

А "

,51е,с1ш- величины напряжений фильтруемого и опорного сигналов; [ДД. |Л.2 -скалярные величины,характеризующие маг адаптации;Нт, К1и,К2и- весовые параметры в -канала обработки; п-номер нага адаптации. В результате теоретического исследования доказана сходимость алгоритма (8) к оптимальному решению Винера в установившемся ревиме фильтрации.При этом получены необходимое и достаточное условия сходимости и устойчивости адаптивного алгоритма, исходя из ограничений на параметры |и. 1 , ¡¿.2 .обьема выборок для усреднения и величины мума градиента . Получены соотношения для оценки качества подавления помех в одном канале обработки при отклонении весового параметра На от оптимального.Их исследование показывает.что эффективность фильтрации

зависит от отнокения помех на сигнальном и номеховом входах адаптивного компенсатора помех, а также от величины сигнала, попадавшего на помеховый вход.При этом дается числовая оценка искажений непрерывного сигнала, характеризующая достоверность принимаемой "информации.Например, при точности установления па рамётра Нж не менее 5% точность восстановления амплитуды сигнала достигает 90%.

Получено соотновение для оценки шума градиента,которое определяет достаточное условие сходимости алгоритма (0) при ми нимальном жуме, записывающееся как равенство - |Ч.2.

Рассмотрена возможность применения алгоритма (8) для фильтрации сигналов в условиях декорреляции помеховых компонент на сигнальном и помеховом входах. Ястановлено . что для устранения декорреляции,обусловленной неоднородность среды формирования поля , необходимо ввести в помеховый канал адаптивную коррекцию фазы помеховой составляющей.Получен адаптивный алгоритм,который аналогичен (8),но в канале Ии корректируются два веса Н1ж и Н2ж.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ проведен анализ проблем оценки сложности алгоритмов и систем обработки сигналов и критериев сложности. Остановлено,что наиболее адекватным критерием сложности должна быть функциональная сложность алгоритма или системы обработки сигналов.Функциональная сложность аналитически предста-вима функцией сложности, отвечающей условиям меры. Для получения аналитического выражения функции сложности любого адаптивного алгоритма разработан метод формирования функции.Суть его состоит в том .чтобы представить алгоритм или систему фильтраг ции направленным графом с заданием каждой его ветви и.узлу определенного веса.а далее составить функцию сложности по правилу последовательной свертки графа.Полученная Функция вовет

быть оптимизирована по числу узлов и ветвей , исходя из требуемой точности восстановления сигнала.На примере алгоритма (8) произведено расчетное моделирование с целью оптимизации его параметров усреднения.Установлено ,что достигнутая при некотором значении функции сложности точность(амплигуды) фильтрации сигнала не повивается при дальнейшем увеличении сложности алгоритма (числа выборок усреднения по Им и К1ж,К2в). А в случае фильтрации нестационарного процесса увеличение сложности приводит к .ухудшению точности выделения сигнала. Поэтому рекомендуется ограничить число выборок усреднения по параметру На 200-300. по параметрам К1в.К2в 2-3.

Проблемы практической реализуемости адаптивных алгоритмов рассмотрены в двух аспектах . Первое.реализация процесса обработки сигналов в реальной времени на базе сигнальных процессоров с точки зрения возможностей параллельно-конвейерных структур процессоров и матрично-систолической реализации ряда стандартных процедур,например, вида С А4^В*С 5 Или в обвем плане операций быстрого преобразования Фурье для спектрального представления сигнала.При этом операции адаптивных алгоритмов могут выполняться несколькими процессорами при обвей синхронизации и управлении.Оцениваемое быстродействие процессора для выполнения операций адаптивного алгоритма в полосе частот сигнала 100Гц при точности фильтрации амплитуды сигнала 90% составляет 1мкс на операцию в алгоритме (8) при емкости оперативной памяти коэффициентов Н.К1 ,К2, , р.2 около 25 Кбайт и постоянной памяти программ около 5 Кбайт.

Второе.реализация процесса обработки сигналов в записи за определенный временной интервал на базе персональной ЭВМ левого быстродействия. При этом ввод сигналов в ЭВМ может производиться ч<?рёз стандар*ный АЦП или методом преобразования 1ИМ-

сигнала в код требуемой разрядности [3, 41. Хотя-при этом исключается оперативность получения результатов,из-за ограниченного быстродействия большинства ПЭВМ,однако данное обстоятель-- ство не является ренашщим например в сейсморазведке , телеметрии электрофиз. процессов [2].

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ разработаны алгоритмы и программы имитационного моделирования одноканального и многоканального адап-, тивного компенсаторов помех,- При моделировании исследовались сходимость и устойчивость . адаптивных алгоритмов.При этом выбор" коэффициентов адаптации |и.2 производился из условий сходимостиСнеобходимого и достаточного),что при моделировании обеспечило положительный результат . Установлено .что длительность процесса адаптации и шум градиента находятся в прямой зависимости от необходимого и достаточного условий сходимости. Моделирование позволило определить оптимальные параметры усреднения в алгоритме (8) для формирования опорного сигнала Йа, что .обеспечило.наблюдение фильтруемого сигнала с минимальным пумом при наискорейвей сходимости алгоритма.

При исследовании модели одноканального адаптивного компенсатора помех оценивали искажения непрерывного сигнала после его обр?ботки при попадании сигнала 5 в помеховый канал ($2) и без ¡¡его.Установлено,что теоретические .полученные в главе 2, и экспериментальные оценки искааений сигнала на выходе системы обрр.Соткн совпадает. Величина искажений полезного сигнала ■ зависит от соотношения мощностей помех на сигнальной и помехо-вом входах и в значительно меньшей степени искажения зависят от соотношения сигнал/помеха на поыеховом входе компенсатора. Этим подтвержден вывод о том .что выбор пространственных чоор-динат для размещения ПФ будет определять качество фильтрации сигналов и достоверность содержащейся в них информации.

Моделированием установлено,что поиск оптимальных пространственных координат для ПФ должен быть согласован по времени с процессом вхождения в устойчивое адаптивное слежение.Длительность временного интервала согласования определяется выполнением условий сходимости,а нарувение этих условий приводит к нарунению устойчивости адаптивного процесса.

Для моделирования многоканальной адаптивной обработки сигнала разработана математическая модель непрерывного сигнала неслучайной формы,каадая спектральная составлявшая которого завумлена квазигармонической помехой со случайной амплитудой и фазой.Моделирование показало .что фильтрация сигнала в многоканальной системе по отдельным спектральным составляющим эффективна так как обеспечивается восстановление амплитуды непрерывного сигнала с точностьв.превннаюцей 95% от исходной , при двухкратном преобладании амплитуды помехи в сигнальном канале компенсатора.Моделирование адаптивного алгоритма с коррекцией фазовых искажений показало его эффективность при разбеге фаз спектральных компонент помехи сигнального и помехово-го входов компенсатора не более 10-152 при погрежности восстановления амплитуды сигнальной коапоненты не более 10%.

ЗАШЧЕНИЕ

1.Установлено , что применения пространственно-временной фильтрации , связанные с извлечением дополнительной информации

о малоизвестны;; источниках сигнальных полей в условиях преобладания помех в иостранстве.по спектру частот и во времени.имеют ключевое значение в различных областях науки.

2.Установлено .что простым в реализации и весьма эффективным является метод фильтрации пространственно-временных стохас-

тических полей, основанный на адаптивных алгоритмах компенсации случайных помех.

3.Установлено,что в настоящее время не существует алгоритмов приемлемых по качеству обработки случайных пространственно-временных сигналов в условиях стохастичности поля при отсутствии известного опорного сигнала.•

4.Разработаны алгоритмы, определения оптимальных координат пространственных фильтров. Они основаны на оценках радиуса пространственно-временной корреляции поля и согласованы в порядке функционирования с адаптивными алгоритмами временной (спектральной) фильтрации сигнала. Предложены нерекурсивный и рекурсизный алгоритмы пространственной обработки сигнальных полей.

5.Разработан адаптивный алгоритм многоканальной фильтрации пространственно-вреаешшх сигналов в частотной области,основанный на принципе компенсации случайных пространственно-временных помех при одновременном формировании опорного сигнала в каздом канале обработки.

О Получены аналитически и проверены экспериментально необходимое и достаточное условия сходимости и устойчивости адаптивного алгоритма компенсации помех.

7.Получены теоретические оценки качества фильтрации сигнала и смоделированы различные условия действия алгоритма с целью определения томности восстановления непрерывного сигнала из смеси с аддитивными помехами.

Я,Составлена оценка дума градиента адаптивного алгоритма и выработаны рекомендации по выбору вага адаптации в итерационных алгоритмах,определены требования к начальным условиям алгоритмов и ограничения на них.

9.Экспериментально при моделировании показана необходимость и

возможность согласования по времени действия адаптивных ал- 1 ритмов определения координат-пространственных фильтров и фильтрации,сигнала в каналах,временной (частотной обработки.-10:Получен аналитически и исследован,при моделировании адаптивный алгоритм компенсации помех в случае декорреляции.поме-ховых составлявших для пространственных сигнального и цоме-хового входов компенсатора." Показана возможность коррекции ограниченных фазовых разбегов покеховых составляющих между сигнальным и помеховым-входами. 11.Установлено,что наиболее адекватным критерием сложности систем и алгоритмов фильтрации 'случайных сигналов должна быть функция сложности, устанавливать связь точности фильтрации непрерывных сигналов или вероятности овибки диск, ретных (двухуровневых) сигналов с параметрами алгоритма или . системы в целом. <

•12.На основе кетода графов разработана методика определения функции сложности систем и алгоритмов обработки сигналов.На примере оценки сложности адаптивного алгоритма компенсации , йомех показаны возможности оптимизации его сложности по параметру ^точности восстановления амплитуды непрерывного и оценки вероятного озибки при приеме дискретного сигналов. 13.Рассмотрена проблемы практической реализации адаптивных алгоритмов фильтрации для обработки сигналов в реальном времени и после их записи.Рекомендованы'возмозные способы реализации адаптивного алгоритма компенсации помех,разработанного в представленной диссертации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ . ОПУБЛИКОВАННОЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ _ 1.Крук Б,И..Козляева Н.В.,Фокин.В.Г. Частотные характеристики

цифрового оценивающего фильтра .Системы и средства передачи информации по каналам связи: Сб.науч.тр.учеб.ин-тов связи.-1990.-Вып.150.-С.134-139.

2.Бакалов В.П.,Крук Б.И.,Белкин Н.И..Фокин В.Г.Многоканальная система передачи сигналов биотелеметрии.Системы и средства передачи информации по каналам связи:Сб.науч.тр.учеб.ин-тов связи.-1992.-Вып.155.-С.61-69.

3.Бакалов В.П.,Белкин Н.Н.,Крук Б.И.,Фокин В.Г, Демодулятор группового ЗИМ- сигнала на базе однокристальной микро-ЗВМ К 1816 , Системы и средства передачи инфоряации по каналам связи :Сб.науч.тр.учеб.ин-тов связи.-1993.Вып.159.-С.

4.Бакалов В.П.,Крук Б.й.,Белкин Н.И..Фокин В.Г.Устройство ввода группового 1ИМ-сигнала в ПЭВМ.Системы и средства передачи информации по,каналам связи:Сб.науч.тр.учеб.ин-тов связи. -1995.Вып.161.-С.

З.Бакалов В.П.,Фокин В,Г.Пространственная обработка сигнальных полей//Мездународная научно-техническая конференция "Инфор-натика и проблемы телекоммуникаций".посвященная 100-яетиа изобретения Радио.26-29 апреля 1995.Тез.докл.-Новосибирск, 1995.-С:

6.Бакалчзв В.П.,Фокин В.Г.Адаптивная пространственно-временная Фильтрация случайных сигналов//йеядународная научно-технк-ческая конференция "Идентификация,измерение характеристик и имитация случайных сигналов. 24-2? мая 1994.:Тез.докл.-Ново- - ■ сибирск,1994.-С.96-97.

7.Фокин В.Г. Определение оптимальных пространственных координат входов системы пространствено-вреыенной ф&лътрацш* случайных сигналов//Российская нлучко-техкячэскаа зан*аренц~?» " Информатика и проблема телекоавднккацяй".28-29 апреля 1994.:Тез.докл.- Новосибирск.1994.-С.65-66. .

- 22 - ,

8.Фокин Б.Г. Оценка сложности системы пространственно-временной адаптивной обработки сигналов// Российская научно-техни-

. ческая .конференция "Информатика и проблемы телекоммуникаций". 28-29 апреля>1994.:Тез.докл,- Новосибирск,1994.-С.66-67.

Э.Бакалов В.П.,Фокин В.Г.Алгоритмы адаптивной фильтрации пространственно-временных случайных полей//Всёроссийская науч,-техн.конф..посвящ.дню Радио и 40-летии НЗИС. 6-8 мая 1993.: Тез. докл.-Новосибирск,1993.-С.97-98.

N

Ю.Крук Б.И.,Белкин Н.И.,Фокин В.Г, Цифровые демодуляторы 1ИМ-сигнала//Всероссийская науч.-техн.конф..посвящ. дню Радио и 40-летию НЗИС.6-8 мая1993.:Тез.докл.-Новосибирск,1993.-С.97.

П.Бакалов В.П.,Крук Б.И.,Фокин В.Г.Принципы построения многоканальных радиосистем передачи биологических сигналов//Все-российская научно-технич. конф..посвящ.дни Радио и 40-летию НЗИС. 6-8 мая 1993.:Тез.докл.-Новосибирск,1993.-С.96.

12,Фокин В.Г. Алгоритм адаптивного отслеживания нестационарных импульсных сигналов// Цифровые 'системы передачи городских и

• сельских сетей связи:Всероссийская конф.,18-20 ноября,1992.: Тез.докл.-Новосибирск,1992.

13.Фокин В.Г..Николаенко Е.В. Адаптивный предискажающий фильтр ,// Опыт разработки и-внедрения фильтров и корректоров в аналоговые и цифровые системы передачи: Всесоюзная конф., 4-6 .октября 1088.:Тез.докл.-Одесса,1988.

Н.Фокин В.Г. Адаптивный аппроксимирующий фильтр на основе по-мехокомпенсатора // 33 обл. НТК, посвящ. дню Радио.17-19 апр. 1990.:Тез.докл.-Новосибирск,1990.

15.Фокин В.Г..Козляева Н.Ю. Микропроцессорная реализация цифрового оценивающего фильтра // 33 обл. НТК,посвяц.дню Радио. 17-19 апр.1990.:Тез.докл.тНовосибирск ,1990.

16.Фокин В.Г. Исследование алгоритма адаптивного подавления по-

давления помеЛ в стационарных и нестационарных условиях // 34 обл.НТК, посвящ.дня Радио.18-19 апр.1991.: Тез. докл.- Новосибирск , 1991. ¡7.Фокин В.Г. Исследование путей построения автоматизированных измерительных схем // 29 обл.НТК, посвяц. 275-летии ,со дня рояд.И.В.Ломоносова, 40-летия ор'г. Науч. -Технич. Общества радиотехники .электроники и связи им. А.С.Попова ч дна Радио. 25-27 апр. 1986.:Тез.докл.-Новосибирск,1986.

План 1995 -

Фокин Владимир Григорьевич

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Корректор Падалко Н.А.

1ицензия »020475.Подписано в печать 12.4.95г..Формат бум.52x84/16. Бум.писч. »1.Печать офсет..«риф» »10.Зак.»74.Изд. л.»1,4.Тир.-100. СябГЛТЙ/63М02.'.Яо»ос*бирс*.у1.Кирова. 86.