Синтез робастных к мешающим факторам сигналов и устройств обработки по заданным показателям качества в радиотехнических системах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.17, кандидат технических наук Макаров, Дмитрий Александрович

• Макаров, Дмитрий Александрович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Макаров, Дмитрий Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СИНТЕЗ РОБАСТНЫХ К МЕШАЮЩИМ ФАКТОРАМ СИГНАЛОВ И

УСТРОЙСТВ ОБРАБОТКИ

1.1. Вводные замечания

1.2. Синтез устройств обработки, робастных к искажению формы передаточной функции канала связи

1.3. Многокритериальный синтез сигналов, робастных к искажениям спектра

1.4. Многокритериальный синтез сигналов для радиоканалов с амплитудными замираниями

1.4.1. Анализ влияния модуляционных искажений на неоднозначность оценки времени запаздывания

'Л*

1.4.2. Многокритериальный синтез сиШШ-Ш ■ ¿дтрЯ:-. минимизации коэффициента частотно-временной связи

1.5. Выводы

2. РЕГУЛЯРИЗАЦИЯ РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ СИНТЕЗА СИГНАЛОВ И

УСТРОЙСТВ ОБРАБОТКИ, РОБАСТНЫХ К ДЕЙСТВИЮ

МЕШАЮЩИХ ФАКТОРОВ

2.1. Вводные замечания

2.2. Регуляризация решений задачи синтеза передаточной функции фильтра, максимизирующего отношение сигнал-шум при заданной форме отклика

2.3. Регуляризация решений задачи синтеза сигналов, обеспечивающих устойчивые характеристики обнаружения пространственно распределенных объектов

2.4. Регуляризация решений задачи восстановления глубинного распределения температуры биологических объектов методом одночастотного мультиппозиционного сканирования

2.5. Выводы

3. ФОРМИРОВАНИЕ И ОБРАБОТКА ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ, РОБАСТНЫХ К ДЕЙСТВИЮ МЕШАЮЩИХ ФАКТОРОВ

3.1 Вводные замечания

3.2 Синтез фазоманипулированных сигналов но критерию максимума

удельной энтропии

3.3 Синтез фазоманипулированных сигналов на основе составных

последовательностей

3.4 Синтез весового фильтра сжатия фазоманипулированных сигналов,

робастного к неточному заданию коэффициентов фильтра

3.5 Многокритериальный синтез огибающей символов

фазоманипулированных сигналов

3.6 Вопросы программно-аппаратной реализации устройства

формирования и обработки фазоманипулированных сиг налов

3.6.1. Выбор элементной базы для программно-аппаратной реализации устройства формирования и обработки фазоманипулированных сигналов

3.6.2. Разработка программного обеспечения устройства формирования и обработки фазоманипулированных сигналов

3.7 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ I

Список условных обозначений, аббревиатур и сокращений

ПРИЛОЖЕНИЕ II

Программное обеспечение устройства формирования и обработки

фазоманипулированных сигналов

ПРИЛОЖЕНИЕ III

Акты о внедрении результатов диссертационной работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез робастных к мешающим факторам сигналов и устройств обработки по заданным показателям качества в радиотехнических системах»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Работа современных радиотехнических систем (РТС) происходит в условиях действия различного рода мешающих факторов, связанных с искажениями сигналов в устройствах формирования и трактах передачи, а также с отличием характеристик устройств обработки от номинальных значений. При этом параметры РТС зависят от используемых сигналов и устройств обработки, а также определяются конкретными условиями функционирования и возможностями данной системы. Основополагающие работы в области синтеза сигналов и устройств обработки, используемых в РТС, сделаны как отечественными учеными - В.А. Котельниковым, И.С. Гоноровским, Я.Д. Ширманом, Д.Е, Вакманом, Л.Е. Варакиным и др. [1,..., 6 и др.], так и зарубежными - Ф.М. Вудвордом, Ч. Куком, Г. Ван Трисом, К. Шенноном и др. [7,..., 10 и др.].

Однако в реальных условиях полное априорное описание условий функционирования РТС невозможно. Обычно отсутствует информация о видах и характеристиках искажений сигналов и ошибок в устройствах обработки.

В наиболее сложных условиях работают системы, в которых структура и параметры сигнала принципиально неизвестны [11]. Это, например, РТС, предназначенные для приема излучения биологических объектов [12] и сигналов внеземных цивилизаций [13]. В схожих условиях работают системы, сигналы которых известны, но подвергаются сильным искажениям. Это, например, гидроакустические системы [14], системы дальней космической связи [15, 16] и системы подповерхностного зондирования [17]. Одними из характерных являются модуляционные искажения амплитуды сигнала, возникающие из-за ошибок в устройстве формирования [8], при распространении сигнала в многолучевом канале связи [18] и при приеме сигнала, отраженного от пространственно распределенного объекта [19].

В настоящее время для преодоления априорной неопределенности используются методы адаптации, теории игр, непараметрической статистики и робаст-ные алгоритмы [20].

Как показано в [21], одними из самых универсальных и эффективных являются робастные, т.е. слабочувствительные к малым отклонениям от модели, алгоритмы. Такие алгоритмы по своим качественным показателям приближаются к адаптивным, а по диапазону возможных изменений характеристик сигналов и помех - к алгоритмам непараметрической статистики.

Для синтеза робастных устройств обработки в настоящее время применяют два метода, разработанные Хыобером и Цьпжиным [21, 22]. Необходимо отметить, что эти методы традиционно применяются только для синтеза устройств обработки при заданной статистической модели сигнала и не учитывают другие качественные характеристики РТС.

Это обстоятельство обуславливает необходимость применения при синтезе робастных сигналов и устройств обработки методов многокритериальной оптимизации, разработанных в работах Л.С. Гуткина, А.Г. Зюко, В.К. Маригодова и др. [23,..., 27].

Многокритериальный подход позволяет уменьшить чувствительность синтезированных сигналов и устройств обработки к воздействию мешающих факторов. Полученные в этом случае решения являются потенциально возможными, однако при их практической реализации, как правило, не удается полностью реализовать все заложенные в них свойства [8]. Кроме того, качественные показатели полученных решений начинают сильно зависеть от точности задания исходных данных, причем при заданной точности возможно существование нескольких решений с различными свойствами.

К таким задачам относится: задача синтеза фильтра но заданной форме отклика [28], задача восстановления изображений по радоновским образам [29], задача синтеза спектральной плотности мощности (СИМ) сигналов для обнаружения пространственно распределенных объектов [30].

Оптимальные решения этих задач возможны при использовании метода регуляризации А.Н. Тихонова [28], позволяющего получать устойчивые к неточному заданию исходных данных результаты синтеза с минимальным ухудшением других характеристик. Высокая эффективность этого метода впервые была продемонстрирована при решении задач синтеза антенн в работах В.И. Поповкина и Л.Д. Бахраха [31, 32 и др.]. Дальнейшее развитие теории многокритериального синтеза на основе метода регуляризации сигналов и устройств обработки осуществлено в [33 ].

В связи с широким использованием дискретных сигналов в современных РТС актуальной становится задача синтеза робастных к искажениям дискретных сигналов и устройств их обработки. Данная задача включает в себя как синтез сигналов [5, 34, 35], робастных к искажениям отдельных символов, так и повышение эффективности использования существующих РТС с дискретными сигналами. Последнее возможно за счет использования эффективных устройств обработки [36], робастных к действию мешающих факторов, и более эффективного использования частотного ресурса [37], что также повышает помехоустойчивость РТС. Кроме того, развитие современной элементной базы, особенно сигнальных микропроцессоров и однокристальных ЭВМ, позволяет строить эффективные устройства формирования и обработки дискретных сигналов. Однако, как показано в [38, 39], выбор соответствующих микропроцессоров и ЭВМ представляет собой отдельную многокритериальную задачу.

Все вышесказанное показывает актуальность разработки методов и алгоритмов многокритериального синтеза сигналов и устройств обработки, обеспечивающих робаетные качественные показатели РТС, что позволит повысить качество функционирования и помехоустойчивость РТС различного назначения.

Цель работы. Основной целью работы является разработка методов многокритериального синтеза сигналов и устройств обработки, обеспечивающих робаетные качественные показатели системы, в интересах повышения качества функционирования и помехоустойчивости РТС.

Поставленная цель работы включает решение задач:

- синтеза устройств обработки, робастных к искажению формы передаточной функции канала связи;

- синтеза сигналов, робастных к искажению спектра;

- синтеза сигналов для радиоканалов с амплитудными замираниями:

- регуляризации решений задач синтеза сигналов и устройств обработки, робастных к действию мешающих факторов;

- разработки алгоритма восстановления внутреннего температурного распределения биологических объектов одночастотным мультипозици-онным сканированием;

- разработки методов синтеза фазоманипулироваиных (ФМн) сигналов и устройств их обработки, робастных к действию мешающих факторов.

Методы исследования. В работе использовались методы статистической радиотехники и математической статистики, вариационного и матричного исчисления, решения некорректно поставленных задач и вычислительной математики. Данные теоретические методы сочетались с экспериментальными исследованиями на основе имитационного моделирования.

Научная новизна. В рамках данной работы были получены следующие новые научные результаты:

1. Предложены на основе критерия максимума удельной энтропии процедуры синтеза устройств обработки, робастных к искажению передаточной функции канала связи и сигналов, робастных к искажению спектра.

2. Синтезированы сигналы для радиоканалов с мультипликативными искажениями амплитуды.

3. Осуществлена регуляризация решений задач синтеза сигналов и устройств обработки, робастных к влиянию различного рода искажений.

4. Предложен алгоритм восстановления внутреннего температурного распределения биологического объекта на основе одночастотного мулы и-позиционного сканирования измеряемой области.

5. Предложен алгоритм синтеза ФМн сигналов и устройств их обработки, робастных к действию различных мешающих факторов.

Практическая ценность.

Представленные в работе алгоритмы многокритериального синтеза сигналов и устройств их обработки, робастных к действию мешающих факторов, могут быть использованы в таких РТС, как системы передачи информации, радиолокационные системы, медицинские системы диагностики и т.д. Реализация результатов работы позволит снизить чувствительность параметров РТС к влиянию помех и искажений.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Алгоритмы многокритериального синтеза на основе критерия максимума удельной энтропии робастных сигналов и устройств обработки.

2. Процедура синтеза сигналов для радиоканалов с амплитудными замираниями.

3. Алгоритмы регуляризации решений задач синтеза сигналов и устройств обработки, робастных к действию мешающих факторов.

4. Алгоритм восстановления глубинного распределения температуры биологических объектов при одночастотном мультипозиционном сканировании.

5. Процедура многокритериального синтеза модулирующей функции символов ФМн сигналов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на следующих конференциях:

1. Международная научно-техническая конференция "Современные научно-технические проблемы гражданской авиации". 1996, г. Москва.

2. III Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов "Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления", 1996, г. Таганрог.

3. Всероссийская научно-техническая конференция "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы", 1996, г. Рязань.

4. 7-й Международный научно-технический семинар "Проблемы передачи и обработки информации в информационно-вычислительных сетях". 1997, г. Рязань.

5. Всероссийская научно-техническая конференция "52-я научная сессия, посвященная дню радио". 1997, г. Москва.

6. Всероссийская молодежная научно-техническая конференция "XXIII Гагаринские чтения". 1997, г. Москва.

7. Всероссийская научно-техническая конференция "Новые информационные технологии в научных исследованиях радиоэлектроники". 1997, г. Рязань.

8. Всероссийская научно-техническая конференция "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы". 1997, г. Рязань.

9. The 1st International Conference "Digital Signal Processing and its Application" (1-я Международная конференция "Цифровая обработка сигналов и ее применение"). 1998, г. Москва.

10. Научно-техническая конференция студентов и аспирантов вузов России "Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве". 1998, г. Москва.

11. Всероссийская молодежная научно-техническая конференция "XXIV Гагаринские чтения". 1998, г. Москва.

12. Всероссийская научно-техническая конференция студентов, молодых ученых и специалистов "Новые информационные технологии в радиоэлектронике". 1998, г. Рязань.

13. Всероссийская научно-техническая конференция "Микроэлектроника и информатика - 98". 1998, г. Москва.

14. Международная научная конференция "Современные научно-технические проблемы гражданской авиации". 1999, г. Москва.

15. Международная молодежная научная конференция "XXV Гагаринские чтения". 1999, г. Москва.

16. Пятая ежегодная международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика". 1999, г. Москва.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 работ. Из них 4 статьи в центральной печати, 1 учебное пособие, 4 статьи в межвузовских сборниках, 16 тезисов докладов на конференциях и 3 отчета по НИР.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 121 наименования и 3 приложений. Диссертация содержит 168 стр., в том числе 103 стр. основного текста, 2 таблицы и 34 рисунка.

Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность своим научным руководителям: д.т.н., проф. Попов кину В. И. и д.т.н., проф. Кириллову С.Н. за неоценимую помощь и моральную поддержку, оказанную в процессе работы над диссертацией. Автор также благодарит преподавателей и сотрудников РГРТА, принимавшим участие в обсуждении данной работы и оказавшим помощь при ее оформлении.

1. СИНТЕЗ РОБАСТНЫХ К МЕШАЮЩИМ ФАКТОРАМ СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВ ОБРАБОТКИ

1.1. Вводные замечания

Обычно [20,..., 22] под робастными устройствами понимаются устройства, слабочувствительные к изменению функции плотности вероятности (ФПВ) исходных моделей. Требование робасгности устройств к изменению ФПВ сигналов и помех является наиболее важным [21] при проектировании различных РТС. В настоящее время для построения робастных параметрических устройств применяют две модели - по Хыоберу [21] и по Цыпкину [22].

В первом случае известное распределение входных воздействий "засоряется" с некоторой вероятностью другим известным распределением. Затем выбирается наименее благоприятное распределение и именно под него синтезируется устройство обработки. Данная модель называется "моделью засорений" Хьюбера [21]. В результате устройство обработки, рассчитанное на наихудшую помеху, при воздействии других помех может только улучшать свои характеристики.

Модель Цыпкина накладывает ограничения на меру различия неизвестного распределения входных воздействий и некоторого заданного распределения [22]. Таким образом, синтезируемое устройство рассчитывается на возможность изменения входного воздействия в заданных пределах.

Следовательно, в обоих случаях проектируемое робастное устройство учитывает некоторый уровень искажений входного воздействия. Высокий уровень возможных искажений загрубляет качественные показатели РТС, однако делает их более стабильными. Поэтому задаваемый при проектировании уровень искажений определяется имеющейся априорной информацией о сигнале, канале связи и т.п. Следовательно, при проектировании робастного устройства обработки сигналов необходимо максимально использовать всю имеющуюся априорную информацию [20].

В классе линейных устройств обработки сигналов существенным требованием является слабая чувствительность параметров выходных сигналов к изменению формы СИМ входных сигналов. Исходя из этого требования, необходимо синтезировать сигналы и устройства обработки, обеспечивающие наименьшее изменение параметров выходных сигналов при различного вида искажениях СПМ входных сигналов. Решение данной задачи возможно с использованием так называемого метода максимума энтропии (ММЭ) [40], предложенного Бергом [41] для спектрального оценивания сигналов.

ММЭ основан на выборе спектра, который при заданной априорной информации о сигнале соответствует наиболее случайному временному ряду [40]. Таким образом, в рамках имеющейся априорной информации возможно синтезировать сигналы со спектральными характеристиками и устройства обработки с частотными характеристиками, наиболее близкими к соответствующим харак-

Н *-> С!

теристикам шума, что является своего рода развитием модели засорении Хыобера в частотной области.

Поэтому сигналы и устройства обработки, синтезированные по критерию максимума энтропии с учетом имеющейся априорной информации и требований к параметрам сигнала на выходе устройства обработки, должны обеспечивать робастные к мешающим факторам качественные показатели РТС. Возможности данного подхода для синтеза сигналов и устройств обработки в условиях априорной неопределенности относительно искажений, вносимых каналом связи, и параметров входных сигналов будут показаны в п. п. 1.2 и 1.3.

Другой возможный подход к синтезу робастных РТС вытекает непосредственно из определения робастноети. То есть, возможен синтез сигналов и устройств обработки, параметры которых обеспечивают слабую чувствительность к определенного вида искажениям. Так, для мультипликативных искажений, возникающих в каналах связи с замираниями, данный подход позволяет синтезировать сигналы и устройства обработки, обладающие слабой чувствительностью к амплитудным искажениям. При этом требуется получить высокие значе-

ния других показателей качества сигналов на выходе устройства обработки. Возможности данного подхода для синтеза сигналов, робастных к амплитудным замираниям будут показаны в п. 1.4.

Важной особенностью описываемых методов является необходимость использования многокритериального подхода для синтеза, робастных к мешающим факторам сигналов и устройств обработки, т.к. синтез только по одному критерию робастности может приводить к ухудшению остальных качественных показателей РТС.

Исходя из вышеизложенного, в первой главе работы для синтеза, робастных к мешающим факторам сигналов и устройств их обработки необходимо решить следующий ряд задач:

1. синтезировать устройства обработки, робастные к искажению СПМ в условиях минимума априорной информации о параметрах входных сигналов;

2. осуществить многокритериальный синтез сигналов, робастных к искажению СПМ при использовании устройств обработки в виде согласованного фильтра (СФ);

3. проанализировать влияние амплитудных замираний сигналов в канале связи на неоднозначность измерения времени запаздывания;

4. синтезировать сигналы, робастные к амплитудным замираниям в канале связи при заданных показателях качества сигналов на выходе СФ.

1.2. Синтез устройств обработки, робастных к искажению формы передаточной функции канала связи

Количество имеющейся в РТС априорной информации о параметрах сигнала, используемых при синтезе устройств обработки, сильно зависит от конкретной области применения системы. В наиболее сложных условиях работают

системы, в которых структура и параметры сигнала принципиально неизвестны

[11], Это, например, РТС предназначенные для приема излучения биологических объектов [12] и сигналов внеземных цивилизаций [13].

Однако всегда существует какая-то минимальная априорная информация о структуре и параметрах принимаемого сигнала. Так, обычно из условий распространения радиоволн примерно известен диапазон рабочих частот. В первом приближении ширину полосы частот сигнала можно оценить исходя из энергетических показателей [11, 13]. Затем с помощью панорамных приемников определяется несущая частота передаваемого сигнала [11], зная которую, можно уточнить значение ширины спектра.

Таким образом, будем полагать, что несущая частота и ширина полосы частот принимаемого сигнала известны, и на входе РТС действует сумма искаженного сигнала и неизвестного шума. В этих условиях необходимо синтезировать устройство обработки, которое должно эффективно, с точки зрения своих параметров, выделять сигнал из шума.

Как известно [3], при отсутствии искажений и наличии белого гауссового шума оптимальной системой обработки сигналов по критерию максимума отношения сигнал-шум является коррелятор или СФ. Использование данных устройств предполагает знание структуры и основных параметров принимаемых сигналов, однако, реальные устройства обработки работают при наличии искажений сигнала и не обязательно гауссовых шумов. В результате оптимальным устройством обработки будет уже не СФ, а некоторая структура, определяемая априорной информацией, критериями синтеза и классом применяемых сигналов.

Для определенности ограничим класс сигналов аналоговыми узкополосными сигналами с нелинейной частотной модуляцией (НЧМ) [8]. Ограничение на узкополосность связано с тем, что сверхширокополосные сигналы требуют специальных методов обработки [42], что выходит за рамки настоящей работы. При введенных ограничениях, НЧМ сигналы являются наиболее общим представлением, т.к. включают в себя все виды амплитудной и угловой модуляции.

В качестве модели канала связи воспользуемся наиболее распространенной моделью, использующей аппарат системных функций [18]. Данная модель предполагает представление канала в виде линейного четырехполюсника. Это представление, как правило, хорошо отражает свойства реальных каналов связи. Чаще всего в качестве системной функции используется случайная, зависящая от времени, передаточная функция канала Нкан(ю, 1) [18].

При заданной модели канала и классе сигналов будем искать устройство обработки в классе линейных фильтров. В этом случае, при синтезе робастного устройства обработки сигналов полагаем, что фильтр является согласованным с максимально неблагоприятным (в рамках имеющейся априорной информации) сигналом, т.е. сигналом наиболее близким к шуму.

Для синтеза передаточной функции фильтра требуется определить основные показатели качества сигнала на выходе устройства обработки. Требование максимальной шумоподобности неблагоприятного сигнала эквивалентно требованию максимизации удельной энтропии временного ряда, которая определяется выражением [43]:

где (}(о)) - СПМ максимально неблагоприятного сигнала, ш0 и А© - его несущая

частота и ширина полосы частот соответственно.

Для СФ выражение (1.1) можно представить в виде интегрального показателя качества

ю о + Асо/2

(1.1)

со о - Аю/2

0.5

(1.2)

-0.5

где К(х) = (}(х) - |Н(х)| , Н(а>) - передаточная функция фильтра, х = (со -а>0)/Лоэ - относительная частота.

Введем единственное ограничение на энергетику фильтра в заданной полосе частот Део

0.5

Заключение диссертации по теме «Радиотехнические и телевизионные системы и устройства», Макаров, Дмитрий Александрович

Основные результаты диссертации можно сформулировать в следующем виде:

I. Доказана целесообразность использования информационного критерия максимума удельной энтропии для синтеза устройств обработки, робастных к искажению формы передаточной функции канала связи и сигналов, робастных к искажению спектра. Введены основные качественные показатели, модели искажений и проведен анализ чувствительности синтезированных сигналов и устройств обработки к действию мешающих факторов. Показано, что синтезированные устройства обработки для сигнала с СИМ Хэмминга при о динаковом уровне искажений превосходят СФ по УБВ отклика на 5 -ь 10 дБ и имеют более слабую чувствительность своих характеристик к уровню искажений.

2. Доказана возможность минимизации влияния модуляционных искажений амплитуды сигнала на вид отклика устройства обработки за счет использования сигналов с низким коэффициентом частотно временной связи. Осуществлен многокритериальный синтез сигналов с минимальным коэффициентом частотно-временной связи. Синтезированные сигналы обеспечивали УБВ -16 -г -49 дБ на выходе СФ, при этом выигрыш в УБВ по сравнению с сигналом с СИМ Хэмминга при одинаковом уровне искажений достигал 10 дБ.

3. Проведена регуляризация решений задачи синтеза СПМ сигналов для обнаружения пространственно распределенных объектов. Синтезированные сигналы обладают как робастностью к влиянию временных флуктуации ЭЦО, так и низкой чувствительностью к модуляционным искажения амплитуды. При одинаковых вероятностях правильного обнаружения и ложной тревоги выигрыш в отношении сигнал-шум в случае использования синтезированных сигналов по сравнению с известными составляет 5 -4-12 дБ.

4. Доказана возможность использования алгоритма одночастотного мультипо-зиционного сканирования для восстановления внутреннего температурного распределения биологических объектов в СВЧ термографии. Обоснован выбор стабилизатора и параметров экспериментальной установки. Показано, что предлагаемый метод превосходит известный метод наименьших квадратов по точности восстановления глубинного распределения температуры в 1.548 раза.

5. Проведена регуляризация решений задачи синтеза коэффициентов ВФ сжатия ФМн сигналов с учетом конечной точности их задания. Синтезированные ВФ превосходят известные по УБВ отклика на 10 30 % и имеют на 2 ч- 30 % более низкие потери на рассогласование.

6. Осуществлен многокритериальный синтез модулирующей функции символов ФМн сигналов, позволяющий при фиксированной скорости спада уровня внеполосных излучений минимизировать потери в отношении сигнал-шум.

4 б

При скорости спада уровня внеполосных излучений 1/Аш -г 1/Асо выигрыш в отношении сигнал-шум по сравнению с известными модулирующими функ2 циями cos(tcx) и cos (тех) составляет 0.6-2.8 дБ.

7. Рассмотрена возможность практической реализации предложенных алгоритмов формирования и обработки ФМн сигналов на основе ЦПОС. Разработаны блок-схемы алгоритмов и программное обеспечение соответствующих устройств формирования и обработки. Показана высокая эффективность использования ЦПОС для осуществления многокритериального синтеза ФМн сигналов и устройств их обработки.

Таким образом, разработанные алгоритмы позволили повысить качественные показатели РТС с точки зрения робастности к воздействию мешающих факторов. Предложенные методы, сигналы и устройства их обработки могут быть использованы в таких РТС, как системы связи, радиотелеметрии и радиолокации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе работы над диссертацией были разработаны методы и алгоритмы синтеза сигналов и устройств обработки, робастных к действию различных мешающих факторов.

В первой главе работы рассмотрено влияние характерных видов искажений сигнала на входе устройства обработки на показатели качества РТС. Доказана возможность синтеза на основе критерия максимума удельной энтропии устройств обработки, робастных к амплитудно-частотным и фазо-частотным искажениям спектра сигнала. Рассмотрено влияние мультипликативных искажений амплитуды сигнала на выходные характеристики РТС и синтезированы сигналы минимизирующие влияние данных искажений.

Во второй главе работы показано влияние неточностей задания исходных данных на результаты синтеза сигналов и устройств обработки. Доказана целесообразность использования метода регуляризации АН. Тихонова для синтеза сигналов и устройств обработки, робастных к действию мешающих факторов.

В третьей главе работы рассматриваются специфические вопросы синтеза и обработки дискретных сигналов, робастных к влиянию помех и искажений. Показана возможность использования предложенных выше методов для синтеза ФМн сигналов и устройств их обработки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Макаров, Дмитрий Александрович, 1999 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Котельников В. А. Теория потенциальной помехоустойчивости, М. : Гос-знергоиздат, 1956. 152 с.

2. Гоноровский ИХ. Радиосигналы и переходные явления в радиоцепях. М.: С вяз из дат, 1954. 608 с.

3. Ширмам Я.Д., Голиков В.Н. Основы теории обнаружения радиолокационных сигналов и измерения их параметров. М: Сов. радио, 1963. 416 с,

4. Вакман Д.Е. Сложные сигналы и принципы неопределенности в радиолокации. М. : Сов. радио, 1965. 304 с.

5. Варакин J I.E. Теория сложных сигналов. М. : Сов. радио, 1970. 375 с.

6. Вакман Д.Е., Седлецкий P.M. Вопросы синтеза радиолокационных сигналов. М.: Сов. радио, 1973. 312 с.

7. Вудворд Ф.М. Теория вероятностей и теория информации с применениями в радиолокации. М.: Сов. радио, 1955. 128 с.

8. Кук Ч., Бернфельд М. Радиолокационные сигналы. М.: Сов. радио, 1971.568 с.

9. Ван Трис Г'. Теория обнаружения, оценок и модуляции. М. : Сов радио, 1972. Т.1. 744 с.

10. Шеннон К. Связь при наличии шума. В кн. "Работы по теории информации и кибернетике. " М.: ИЛ, 1963. 829 с.

11. Вартанесян В.А. Радиоэлектронная разведка. М.: Воениздат, 1975.

255 с.

12. Горяев ГШ. Волновой геном. М.: Терра, 1994. 416 с.

13. Внеземные цивилизации: Проблемы межзвездной связи/Под. ред. С. А. КапланаМ.: Наука, 1969. 440 с.

14. Справочник по гидроакустике/А. I I. Евтютов, А.Е. Колесников, Е.А. Кореиин и др. Л.: Судостроение, 1988. 552 с.

15. Петрович Н.Т., КамневЕ.Ф., Каблукова MB. Космическая радиосвязь/Под ред. Н.Т. Петровича. М.: Сов. радио, 1979. 280 с.

16. Колосов М.А., Арманд H.A., Яковлев О.И. Распространение радиоволн при космической связи. М.: Связь, 1969. 156 с.

17. ХармутХ.Ф. Несинусоидальные волны в радиолокации и радиосвязи. М.: Радио и связь, 1985. 376 с.

18. Галкин А.П., Лапин А.IT, Самойлов А.Г. Моделирование каналов систем связи. М.: Связь, 1979. 96 с.

19. Современная радиолокация/Под ред. Ю.Б. Кобзарева. М.: Сов. радио, 1969. 704 с.

20. Обработка сигналов в радиотехнических системах: Учеб. пособие/Под ред. А.П. Лукошкина. Л.: ЛГУ, 1987. 400 с.

21. Хыобер Дж.П. Робастность в статистике. М.: Мир, 1984. 304 с.

22. ЦыпкинЯ.З. Основы теории обучающихся систем. М.: Наука, 1970.

251 с.

23. Оптимизация технико-экономических характеристик радиоаппаратуры/Под ред. В.К. Маригодова. К.: Техника, 1990. 192 с.

24. Помехоусточивость и эффективность систем передачи информации/Под ред. А.Г. Зюко. М.: Радио и связь, 1985. 272 с.

25. Гуткин Л.С. Проектирование радиосистем и радиоустройств. М.: Радио и связь, 1986. 288 с.

26. Штойер Р. Многокритериальная оптимизация. М.: Радио и связь, 1992.

504 с.

27. Статистические модели и многокритериальные задачи принятия решений/Под ред. И.Ф. ШахноваМ.; Статистика, 1979. 183 с.

28. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1986. 288 с.

29. Натеррер Ф. Математические аспекты компьютерной томографии: Пер. с англ. М.: Мир, 1990. 288 с.

30. Поповкии В.И., Кириллов С.П., Бакке A.B., Макаров Д.А. Регуляризация решений задачи синтеза спектральной плотности мощности сигналов при обнаружении пространственно распределенных объектов/УВестник радиоакадемии. Рязань: РГРТА. 1996. Вып.1. С. 15-20.

31. Поповкин В.И., Елумеев В.И. Оптимизация и регуляризация решений задачи синтеза антенн//Радиотехника и электроника, 1968. Т. 13, № 5. С.784-787.

32. Бахрах Л.Д., Кременецкий С.Д. Синтез излучающих систем. М.: Сов. радио, 1974. 232 с.

33. Кириллов СП. Многокритериальный синтез реализуемых сигналов и устройств обработки с учетом мешающих факторов в радиотехнических системах: Дис. докт. техн. наук. Рязань: РГРТА. 460 с.

34. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации/Под ред. В.В. Пестрякова. М.: Сов. радио, 1973. 424 с.

35. Винокуров В.И., Гантмахер В.Е. Дискрешокодированные последовательности. Ростов-на-Дону: Издательство Ростовского университета, 1990. 288с.

36. Амиантов И.Н., Избранные вопросы статистической теории связи. М.: Сов. радио, 1971. 416 с.

37. Макаров С.Б., Цикин И. А. Передача дискретных сообщений по радиоканалам с ограниченной полосой пропускания. М.: Радио и связь, 1988. 304 с.

38. Корнеев В.В., Киселев A.B. Современные микропроцессоры М: Нолидж, 1998. 240 с.

39. Методы выбора микропроцессора для использования в микропроцессорных системах/Аксенов А.И., Пуртов С.Т., ТерехинВ.И. и др.//Обзоры по электронной технике. М.: Издательство ЦНИИ "Электроника", 1985. Серия 3. Микроэлектроника. Вып.2(1102). 30 с.

40. Джейнс Э.Т. О логическом обосновании методов максимальной эн-тропии/ЛГИИЭР, 1982. Т.70, № 9. С.33-51.

41. J.P. Burg, Maximum Entropy Spectral Analysis. Oklahoma City, OK, 1967.

42. Астанин Л.К).. Костылев A.A. Основы сверхширокополосных радиолокационных измерений. М. : Радио и связь, 1989. 192 с.

43. Шеннон К. Математическая теория связи//Работы по теории информации и кибернетике. М.: ИЛ, 1963. 829 с.

44. Эльсгольц Л.Э. Дифференциальные уравнения и вариационное исчисление. М: Наука, 1965. 424 с.

45. Савченко В.В. Рекуррентный метод параллельного спектрального ана-лиза//Автоматика и телемеханика. 1988. № 10. С. 101-110.

46. Макаров Д.А. Обработка сигналов систем дальней космической связи в условиях априорной неопределенности//ВМНК "XXIV Гагаринские чтения": Тез. докл. М.: PI ГУ-МА ГИ, 1998. Ч. 5. С. 146-147.

47. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами/Под ред. Г.И. Тузова. М.: Радио и связь, 1985. 264 с.

48. Каневский З.М., Литвиненко В.П. Энтропийная скрытность сигналов различной структуры//Радиотехника. 1986. № 6. С.60-61.

49. Кириллов С.Н., Макаров Д.А. Многокритериальный синтез спектральной плотности мощности максимально скрытных сигналов//Изв. Вузов Радиоэлектроника, 1999. № 3. С. 24-30.

50. Кириллов С.Н., Макаров Д.А. Синтез устройств обработки робастных к искажению спектра принимаемых сигналов//МНТК "Современные научно-технические проблемы гражданской авиации": Тез. докл. М.: МГТУГА, 1999. С. 123.

51. Пахолков Г.А., Кашинов В.В., Пономаренко Б.В. Вариационный метод синтеза сигналов и фильтров. М.: Радио и связь, 1981. 232 с.

52. Немировский A.C. Борьба с замираниями при передаче аналоговых сигналов. М.: Радио и связь, 1984. 208 с.

53. Кириллов С.Н., Кропотов А.Б., Макаров Д.А. Многокритериальный синтез частотно модулированных сигналов// Изв. вузов. Радиоэлектроника, 1997. Т.40, № 3. С. 13-17.

54. Система предупреждения столкновений воздушных судов на базе многофункциональной метеонавигационной Р Л С/Отчет по НИР, № ГР 01940003609. Рязань: РГРТА, 1995. 56 с. Соисполнитель Макаров Д.А.

55. Тихонов А.Н., Гончарский А.В., Степанов В.В., Ягола А.Г. Численные методы решения некорректных задач. М. : Наука, 1990. 232 с.

56. Hadamard J. Le problème de Caucy et les équations aux dérivées partielles linéaires heperboliques. P.: Hermannn, 1932. 230 p.

57. Василенко Г.И., Тараторин A.M. Восстановление изображений. M.: Радио и связь, 1986. 304с.

58. Василенко Г.И. Теория восстановления сигналов: О редукции к идеальному прибору в физике и технике. М.: Сов.радио, 1979. 272с.

59. Болтов В.В. Метод восстановления сигналов в котором используется модификация регуляризирующей процедуры Тихонова//Радиотехника и электроника. 1994. Т.37, № 10. С. 1612-1618.

60. Ван дер Спек Обнаружение пространственно распределенной це-ли/'/Зарубежная радиоэлектроника. 1972. № 9. С. 3-16.

61. Джавадов Г.Г. Комплексные координаты радиолокационного центра отражения/УИзв. вузов. Радиоэлектроника. 1990. Т. 33, № 1. С. 52-56.

62. Островитянов Р.В., Басалов Ф.А. Статистическая теория радиолокации протяженных целей. М: Радио и связь, 1982. 232 с.

63. Гайкович К.П., Сумин М.И., Троицкий Р.В. Определение глубинного профиля температуры методом многочастотной радиотермографии в медицинских приложениях//'Радиофизика. 1988. № 9. С. 1104-1112.

64. Макаров Д.А., Бузыканов С.Н. Синтез робастных устройств обработки сигналов по критерию максимума отношения сигнал-шу м/Л Тятая ежегодная МНТК студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика": Тез. докл. М.: МЭИ, 1999. С. 76.

65. Гантмахер Ф.Ф. Теория матриц. М.: Наука, 1988. 552с.

66. Кириллов С.Н., Макаров Д.А., Бузыканов С.Н. Регуляризация решений задачи синтеза фильтра, робастного к искажению спектра сигнала//" Радиоэлектронные системы и устройства": Межвуз. сб. науч. тр. Рязань: РГРТА, 1999. С. 24-27.

67. Макаров Д.А., Бузыканов С.Н. Синтез робастного фильтра на основе модифицированной регуляризуюшей процедуры Тихонова//Международная молодежная НТК "XXV Гагаринские чтения": Тез. докл. М.: РГТУ-МАТИ, 1999. Ч. 7. С. 131-132.

68. Теоретические основы радиолокации/Под ред. Я.Д. Ширмана. М: Сов. радио, 1970. 560 с,

69. Блау В. Введение в теорию частичной когерентности в радиолокации/Зарубежная радиоэлектроника. 1967. № 5. С. 15-29.

70. Басалов Ф.А., Мелитицкий В.А., Кучерявый В.Я. Плотность вероятности углового и дальномерного шумов при m-распределении амплитуд сигна-лов/УРадиогехника и электроника. 1978. Т.23, Вып. 10. С. 2227-2229.

71. Басалов Ф.А., Островитянов Р.В. О влиянии поляризации сигнала на характеристики дальномерного шума сложной цели//Радиогехника и электроника. 1973. Т. 18, Вып.4. С. 866-867.

72. Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. М: Сов. радио, 1975. 248 с.

73. Кириллов С.Н. Оптимальное обнаружение флюктуирующего сигна-ла//Радиоэлектронные устройства: Межвуз. сб. науч. тр. РРТИ. Рязань, 1976. Вып. 1. С. 20-25.

74. Иванов Г.А. Вычисления характеристик преобразований случайного нормального процесса//Радиоэлектронные устройства: Межвуз. сб. науч. тр. РРТИ. Рязань, 1975. Вып.68. С. 50-54.

75. Аносов A.A., Пасечник В.И. Одномерная обратная задача акустотер-мографии/./Лкуетический журнал. 1994. Т.39, № 5. С. 743-748.

76. Аносов A.A., Пасечник В.И. Пространственная задача акустотермо-графии/УАкустический журнал 1994. Т.40, № 6. С. 885-889.

77. Кулбанов B.C., Довгопол С.П., Азии А.Л. Исследование функционального состояния головного мозга методами многоканальной СВЧ-радиотермографии//Биомедицинская радиоэлектроника. 1988. № 3. С. 42-49.

78. Кириллов С.Н., Кагаленко Б.В., Корнеев В.А., Алисов И.И., Орешков

B.И. Технические средства воздействия и измерения электромагнитных полей биологических объектов//ВНТК "Электромагнитные поля в медицине и биологии": Тез. докл. Рязань. 1995. С. 27-28.

79. Кириллов С.И., Макаров Д.А. Решение обратной пространственной задачи СВЧ гермографии//Биомедицинская радиоэлектроника, 1999. № 1, С. 4650.

80. Кириллов С.Н., Орешков В.И., Макаров Д.А. СВЧ радиотермография биологических объектов методом одночастотного мулы ипозиционного скани-рования//Физика полупроводников и микроэлектроника: Межвуз. сб. науч. тр. Рязань: РГРТА, 1997. С. 62-72.

81. Орешков В.И., Бакке А.В., Макаров Д.А. Измерение глубинного профиля температуры биологических сред методом одночастотной СВЧ термогра-фии//Всероссийская НТК "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы": Тез. докл. Рязань.: РГРТА, 1996. С. 90-91.

82. Кириллов С. П., Макаров Д.А., Орешков В.И. Решение обратной задачи измерения глубинного профиля температуры биологических сред методом одночастотной СВЧ термографии//ВНТК "52я научная сессия, посвященная дню радио": Тез. докл. М.: РНТО РЭС им. А. С. Попова, 1997. 4.2. С. 34.

83. Кириллов С.Н., Орешков В.И., Макаров Д.А. Измерение внутреннего распределения температуры биологических сред методом одночастотного муль-i ипозиционного сканирования//Всероссийская НТК "Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы": Гез. докл. Рязань.: РГРТА, 1997.

C. 83-84.

84. Кириллов С.Н., Орешков В.И., Макаров Д.А. Измеритсльно-вы ч и с л ите л ь н ы й комплекс для измерения внутренней температуры живых гка-

ней методом одночастотной СВЧ радиотермографии/'/ВНТК. "Микроэлектроника и информатика 98м: Тез. докл. М.: МИЭТ, 1998. 4.1. С. 191.

85. Свистов В.М. Радиолокационные сигналы и их обработка. М.: Сов. радио, 1977. 448 с.

86. Петрович Н,Т., Размахнин М.К. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Сов. радио, 1969. 232 с.

87. Свердлик М Б. Оптимальные дискретные сигналы. М.: Сов. Радио, 1975. 200 с,

88. Варакин Л.Е. Теория систем сигналов. М.: Сов. радио, 1978. 304с.

89. Кириллов С.П., Бакке A.B. Многокритериальный синтез фазомаиипу-лированных сигналов/'/Радиотехника. 1997. № 2. С.21-24.

90. Кириллов С.Н., Бакке A.B., Бодров O.A. Численный алгоритм оптимизации системы фазоманипулированных сигналов//Радиотехника. 1997. № 10. С.43-46.

91. Варакин Л.Е. К вопросу о критерии синтеза сложных сигналов//Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1970. № 2. С. 181-185.

92. Смирнов Н И., Горгадзе С.Ф. Синтез сложных сигналов с равномерными спектрами, эффективных по критериям необнаруживаемости и помехоустойчивости передачи информации//Радиотехника и электроника. 1991. Т. 36, № 11. С.2125-2134.

93. Смирнов Н.И., Горгадзе С.Ф. Фазоманинулированные сложные сигналы с прямоугольными спектрами мощности/УРадиотехника и электроника. 1994. Т.39, №12. С.2028-2036.

94. Бородин Н.И., Буканов И.П., Соколов В В. Синтез обобщенных дополнительных иоследовательностей//Радиотехника. 1990. № 3. С. 42-44.

95. Пестряков Б.В., Судовцев В.А., Сенявский А.Л. О некоторых свойствах составных двоичных последовательностей//Радиотехиика. 1969. № 1. С. 98-100.

96. Чепруков КЗ.В., Соколов М.А. Метод оптимизации весовых фильтров сжатия фазоманипулированных сигналов//Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1991. Т.34. №4. С. 31-37.

97. Смирнов Н.И., Голубков H.A. О свойствах составных последовательностей//? адиотехника и электроника. 1973. Т.28, Вып. 1. С. 197-201.

98. Кириллов С.Н., Бодров O.A., Макаров Д.А. Алгоритм синтеза системы фазоманипулированных сигналов с большой базой/УИзв. вузов Электроника. 1998. №3. С. 109-113.

99. Кириллов С.Н., Бакке A.B., Бодров O.A. Численный алгоритм оптимизации системы фазоманипулированных сигналов//Радиотехника. 1997. № 10. С. 49-52.

100. Бодров O.A., Макаров Д.А. Алгоритмы синтеза составных последовательностей с большой базой/УН ГК студентов и аспирантов вузов России "Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве": Тез. докл. М: МЭИ, 1998. Т.1. С. 69-70.

101. Кириллов С.Н., Макаров Д.А., Бодров O.A. Построение сигналов с большой базой для систем передачи информации высокой верно-сти/УВеероссийская НТК студентов, молодых ученых и специалистов "Новые информационные технологии в радиоэлектронике": Тез. докл. Рязань: РГРТА, 1998. С. 48-49.

102. Кириллов С.П., Бодров O.A., Макаров Д.А. Стандарты и сигналы средств подвижной радиосвязи: Учеб. пособие. Рязань: РГРТА, 1999. 80 с.

103. Бодров O.A., Макаров Д.А. Алгоритмы синтеза составных последовательностей с большой базой/'/НТК студентов и аспирантов вузов России "Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве": Тез. докл. М: МЭИ, 1998. Т.1 С. 69-70.

104. Многокритернальный синтез систем сложных сигналов/Отчет по НИР (заключительный). Тема № 24-96Г, № ГР 01960011402. Рязань: РГРТА, 1997. 40 с. Соисполнитель Макаров Д.А.

105. Моисеева Г.Г., Гормаков К.В.. Сперанский B.C. Взаимные функции неопределенности линейных и линейно-производных систем фазоманипулиро-ванных сигналов для радиотехнических систем, измеряющих дальности и скорости//? адиотехника. 1991. №5. с.76-79.

106. Кириллов СЛ., Макаров Д.А., Бакке A.B. Многокритериальный синтез устойчивых к искажениям весовых фильтров сжатия фазоманипулирован-ных сигналов//Радиотехника (в печати).

107. Кириллов С.Н., Бакке A.B., Бодров O.A., Макаров Д.А. Исследование критерия синтеза и алгоритма оптимизации коэффициентов весового фильтра сжатия фазоманштулированных сигиалов//Современные научно-технические проблемы гражданской авиации: Межвуз. сб. М.: МГТУГА, 1996. С. 142.

108. Кириллов С.Н., Шелудяков A.C., Макаров Д.А., Степанов М.В. Синтез цифровых устройств обработки сигналов по нескольким показателям качества//^ Международная конференция "Цифровая обработка сигналов и ее применение": Тез. докл. Москва, 1998. Т.4. С. 64-68.

109. Поповкин В.И., Кириллов С.Н., Макаров Д.А. Вычисление коэффициентов нерекурсивных фильтров по нескольким показателям качества//7й Международный научно-технический семинар "Проблемы передачи и обработки информации в информационно-вычислительных сетях": Тез. докл. Рязань.: РГРТА, 1997. С. 40-41.

ПО. Бакке A.B., Бодров O.A., Макаров Д.А. Формирование и обработка фазоманштулированных сигналов, обеспечивающих потенциальные характеристики обнаружения/ЛИ Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов "Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления": Тез. докл. Таганрог: ТГРУ, 1996. С. 15-20.

111, Кириллов С.Н., Бакке A.B., Бодров O.A., Макаров Д.А. Синтез зондирующих сигналов для метеонавигационной РЛС//МНТК "Современные науч-нотехнические проблемы гражданской авиации": Тезисы докладов, М.: МГТУГА, 1996. С. 142.

112. Kirillov S.N., Sheludyakov A.S., Makarov D.A., Stepanov M.V. Synthesis of Devices of Digital Signals Processing on Several Metrics of Quality//The 1st International Conference "Digital Signal Processing and its Application": Proceeding. Moscow, 1998. Volume IV. P. 33-36.

113. Многокритериальная оптимизация сигналов в радиотехнических системах/Аннотированный отчет по НИР (заключительный). Тема № 14-94Г, № ГР 01940004690. Рязань: РГРТА, 1995. 10 с. Соисполнитель Макаров Д.А.

114. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи/Технологии электронных коммуникаций. М.: "Эко-Трендз", 1996 Т.67. 239 с.

115. Спилкер Д.Д. Цифровая спутниковая связь. М.: Связь, 1979. 592 с.

116. Кириллов С.Н., Макаров Д.А. Многокритериальный синтез модулирующей функции фазоманипулированных сигналов ограниченных по полосе частот//Электросвязь (в печати).

117. Кириллов С.Н., Макаров Д.А., Бодров O.A. Синтез сигналов с ограниченной полосой частот для спутниковых линий связи/ZBMHK "XXIII Гагарин-ские чтения": Тез. докл. М.: РГТУМАТИ, 1997. Ч. 7. С. 101 -102.

118. Кириллов С.Н., Бодров O.A., Макаров Д.А. Синтез модулирующих функций с ограниченной полосой частот для локальных вычислительных се-тей//ВНТК "Новые информационные технологии в научных исследованиях радиоэлектроники": Тез. докл. Рязань.: РГРТА, 1997. С. 56-57.

119. Акчурин Э.А. Формирование сигналов фазовой модуляции с ограниченным спектром с помощью цифровых процессоров//Электросвязь. 1999. № 1. С. 12-14.

120. Методические указания по оценке технического уровня и качества промышленной продукции: РД 50-149-79. Введ. 14.05.80, М.: 1979. 75 с,

121. ADSP-2100 Family user's manual. Analog Devices, Inc., Norwood, 1993.

429p.