Инвариантные методы повышения помехоустойчивости в системах обработки информации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Малинкин, Евгений Витальевич

• Малинкин, Евгений Витальевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Малинкин, Евгений Витальевич

Введение

1. Обзор существующих инвариантных методов обработки информации сигналов

1.1. Постановка задачи

1.2. Классификация методов.

1.3. Инвариантный метод борьбы с мультипликативной помехой на основе свойств относительности среды распространения.

1.4. Инвариантный метод борьбы с эхосигналами.

1.4.1. Инвариантный эхокомпенсатор с защитным временным интервалом.

1.4.2. Инвариантный эхокомпенсатор без защитного временного интервала.

1.5. Выводы к первому разделу.

2. Разработка и исследование инвариантности методов обработки информации

2.1. Постановка задачи

2.2. Инвариантная передача сигналов с обработкой в частотной области

2.3. Метод повышения помехоустойчивости в волоконно-оптических системах передачи.

2.4. Инвариантная волоконно-оптическая система передачи и ее характеристики.

2.5. Инвариантный метод с асимметричной структурой построения эхокомпенсатора.

2.6. Инвариантный эхокомпенсатор второго порядка с защитным временным интервалом и его характеристики.

2.7. Асимметричный инвариантный эхокомпенсатор второго порядка без защитного временного интервала и его характеристики.

2.8. Выводы ко второму разделу.

3. Реализация устройств инвариантной передачи информации и эхокомпенсации.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Передающие устройства ИСПИ при обработке сигналов в частотной области.

3.3. Формирование передаваемого сигнала во временной области.

3.4. Техническая реализация эхокомпенсатора первого порядка в частотной области обработки.

3.5. Выводы к третьему разделу.

4. Экспериментальное исследование инвариантных алглритмов обработки информации методом статистических испытаний

4.1. Постановка задачи

4.2. Общие вопросы организации эксперимента.

4.3. Точность. Количество реализаций

4.4. Разработка имитационной модели исследуемой инвариантной системы обработки информации.

4.5. Имитационная модель инвариантных эхокомпенсаторов 1 и 2 порядков и их технические характеристики.

4.6. Выводы к четвертому разделу.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Инвариантные методы повышения помехоустойчивости в системах обработки информации»

Актуальность темы. Использование адаптивной цифровой обработки сигналов в системах обработки информации направлено на повышение их качественных характеристик. В цифровых системах обработки информации -это уменьшение вероятности ошибочного приема единичного элемента.

Большой вклад в решение теории адаптивной фильтрации внесли отечественные ученные: С.А. Курицын, А.Д.Снегов, ЯЗ. Цыпкин, Р.Л. Стратанович, В.И. Тихонов, а также работы зарубежных авторов - Г. Бостельман, М.И. Сондхи, Д.А. Беркли и многие другие. Известные методы адаптивной фильтрации широко используются, имеют ряд положительных свойств, но имеют и существенные недостатки. Избавиться от недостатков известных алгоритмов адаптивной фильтрации можно путем использования тензорной теории обработки информации.

Автором тензорной теории является американский ученый Крон. Однако в его теории использовалось много эмпиритических предложений. Основная идея тензорной теории заключается в том, что любую сложную динамическую систему можно синтезировать из более простой, используя для сложной системы матрицу перехода.

В системах обработки информации при прохождении сигнала через среду распространения с изменяющимися параметрами, разбитыми на интервалы стационарности, некоторые сигналы остаются неизменными.

Это позволяет использовать теорию инвариантов в сочетании с относительными методами обработки информации.

Среди работ российских ученых посвященных использованию тензорной методологии в системах обработки информации следует отметить М.Н. Петрова, В.В. Лебедянцева, В.Б. Малинкина, Д.Н. Левина, С.С. Абрамова и многих других.

Использование тензорной методологии позволяет: улучшить качественные характеристики систем обработки информации при воздействии мультипликативных помех (сосредоточенные по спектру помехи);

- бороться с искажениями среды распространения (создание адаптивных корректирующих устройств);

- бороться с доплеровским смещением частотного спектра;

- бороться с эхосигналами с помощью линейных алгоритмов (адаптивная линейная эхокомпенсация);

- бороться с эхосигналами с помощью нелинейных алгоритмов (адаптивная нелинейная эхокомпенсация).

Указанные выше направления работ могут быть реализованы в виде алгоритмов и устройств во временной и частотной областях обработки информации.

Цель работы: Целью данной работы является разработка инвариантных методов обработки информации в системах управления для повышения их качественных характеристик.

Основные задачи работы:

1. Провести анализ работы инвариантных методов обработки информации. В основу исследуемых методов положено инвариантное равенство отношения 2 изображений входного и выходного сигнала на соседних блоках обработки.

2. Разработать и исследовать инвариантный метод борьбы с мультипликативной помехой, с амплитудно-частотными и фазо-частотными искажениями среды распространения.

3. Разработать и исследовать инвариантный метод борьбы с эхосигналами с защитным временным интервалом.

4. Разработать и исследовать инвариантный метод борьбы с эхосигналами без защитного временного интервала.

5. Экспериментально проверить технические характеристики разработанных инвариантных методов обработки сигналов на математических моделях.

Методы исследования. В диссертационной работе использован математический аппарат линейной алгебры, теории функции комплексной переменной, теории цифровой обработки сигналов, вычислительной математики и теории вероятностей.

Экспериментальное исследование проводилось при помощи моделирования отдельных узлов на ЭВМ с помощью современных программ.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие научные результаты:

1. Разработан инвариантный метод борьбы с мультипликативной помехой, амплитудно-частотными и фазо-частотными искажениями среды распространения, позволивший уменьшить вероятность ошибочного приема на три порядка по сравнению с традиционными методами.

2. Разработан инвариантный метод обработки информации в системах с одновременной передачей сигнала, позволяющий увеличить защищенность сигналов на 5 дБ по сравнению с традиционными методами.

3. Разработана структура передатчика и приемника и алгоритмы их функционирования для волоконно-оптических систем передачи, позволяющими бороться с искажениями среды распространения.

4. С использованием математических моделей показана эффективность разработанных методов обработки информации.

Практическая ценность. Реализация результатов исследования инвариантных методов обработки информации позволит на практике уменьшить вероятность ошибочного приема за счет корректирования параметров среды распространения, уменьшения влияния корреляционных связей сигналов двух направлений на качество работы эхокомпенсаторов, уменьшения величину сигнала недокомпенсации и собственного шума.

Внедрение работы. Исследование, проверенные в ходе работы над темой диссертации являются составной частью НИР по теме «Фундаментальные аспекты новых информационных и ресурсосберегающих технологий». Получены акты о внедрении результатов в производственную и учебную деятельность Сибирского филиала ОАО «МегаФон» и ГОУ ВПО «СибГУТИ».

Апробация работы. Результаты, полученные в работе на разных этапах ее выполнения, докладывались и обсуждались на:

- Российской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникации», Новосибирск, 2009.

- Российской научно-технической конференции «Информатика и проблемы телекоммуникации», Новосибирск, 2010.

- Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2010», Новосибирск, 2010.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 7 статей из перечня ВАК РФ и одна монография.