Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1.СРАШИТЕЛШЫЙ АНАЛИЗ И КПАССШШШЩ МЕТОДОВ УСКОРЕНИЯ
КОРРЕЛЯЦИОННОГО АНАЛИЗА 8
I.I. Сравнительный анализ основных методов повышения быстро действия КА. 9
1.2.Алгоритмические методы ускорения КА. Определение задачи исследования 19
1.3.Сравнительный анализ и классификация методов неравномерной дискретизации сигналов 38
1.4.Модели исследуемых сигналов. Выбор критериев качества алгоритмов и устройств КА неравномерно дискретизированных сигналов 45
Основные результаты первого раздела 55
2.РАЗРАБ0ТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ШСТГОДЕЙСТВЩЙХ АЛГОРИТМОВ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОРРЕЛЯЩЮННЫК ФУНКЦИЙ /Ш/ НЕРАВНОМЕРНО ДИСКРЕТЙЗИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ. 57
2.1.Мультипликативные алгоритмы определения Щ центрированных сигналов по параметрам их модели восстановления... 58
2.2.Алгоритмы определения Ш с использованием интервальной ,корреляции 68
2.3.Упрощенные алгоритмы определения Ш центрированных сигналов по параметрам их модели восстановления 89
2.4.Алгоритмы определения корреляционных характеристик не центрированных неравномерно дискретизированных сигналов.104
Основные результаты второго раздела 108
3.АППАРАТУРНЫЙ СИНТЕЗ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ /КУ/, РЕА
ЛИЗУЮЩИХ РАЗРАБОТАННЫЕ АЛГОРИТМЫ КА 112
3.I.Специфические особенности построения аппаратуры КА неравномерно дискретизированных сигналов 112
3.2.Структуры быстродействующих КУ реального времени для неравномерно дискретизированных сигналов 116
3.3.Методика инженерного расчёта параметров коррелометров.. 147
Основные результаты третьего раздела 150
4.nP0rPi MH0-AnnAPATHHS МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ
ИИС ДЛЯ НЕРАШОМЕРНОДИСКРЕТИЗИРОВАННЫК СИГНАЛОВ 156
4.1.Обоснование реализации корреляционной ИИС на базе ,микро-ЭВМ 156
4.2.Структура ИИС на базе микро-ЭШ. Особенности выбора
алгоритма КА 158
4.3.Методика инженерного расчёта параметров ИИС. Обоснование выбора типа микро-ЭШ 170
4.4.Аппаратурная и программная реализация корреляционной ,ИИС на базе микро-ЭВМ 185
Основные результаты четвёртого раздела 195
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ ИИС НА
БАЗЕ МИКРО- ЭВМ 197
5.1.Методика проведения экспериментального исследования раз работанной корреляционной ИИС 197
5.2.Определение предельных возможностей ИИС и анализ результатов оценивания Щ 206
5.3.Технические характеристики разработанной ИИС 212
Основные результаты пятого раздела 213
ЗАКЛЮЧЕНИ Е 216
ЛИТЕРАТУР А 222
ПРИЛОЖЕНИЯ
Введение к работе
Значительные материальные средства, выделяемые государством на проведение научных экспериментов и промышленных испытаний, требуют от разработчиков информационно-измерительных систем /ШС/пос-тоянного повышения эффективности таких систем. Одним из важнейших показателей эффективности ИЙС является быстродействие. Причём,особенно высокие требования по быстродействию предъявляются к системам с большими объёмами: обрабатываемых измерительных данных. К ним относятся ШС для статистического анализа, в частности, корреляционного анализа /КА/. Определение корреляционных функций /Ш/ в темпе проводимого эксперимента требуется во многих областях науки и производства: в самонастраивающихся системах автоматического управления, при выделении сигналов из шумов, при управлении производственными процессами, в технической и медицинской диагностике, при измерении скоростей движения различных объектов, при прецизионном, определении положения движущихся объектов и расстояния до них и т.д. Причём, в большинстве практических задач требуется, чтобы время КА было минимальным и не зависело от количества определяемых ординат Ш. В связи с этим разработка и исследование быстродействующих алгоритмов и соответствующих систем для КА исследуемых сигналов является актуальной и важной народно-хозяйственной задачей. Решение этой задачи позволит расширить частотный диапазон исследуемых сигналов, снизить затраты на проведение корреляционных измерений, повысить их эффективность.
В настоящее время разработка методов повышения быстродействия КА ведётся только для непрерывных и равномернодискретизирован-ных сигналов. В соответствующей научно-технической литературе этому вопросу уделялось и уделяется большое внимание /21,28,40,50,55/. Вместе с тем, большое количество работ как в СССР, так и за рубежом посвящено вопросам исследования сигналов с неравномерным темпом дискретизации /адаптивная дискретизация и коммутация, стохастическая, спорадическая дискретизация/, как одному из способов повышения эффективности, в частности, быстродействия, измерительных и,в особенности, телеизмерительных систем /1,18,22,37,45,64 80, 85/. Неравномерная дискретизация, приводящая к "сжатию" данных, позволяет получить ряд преимуществ при измерениях: расширение полосы частот пропускаемых сигналов в каналах связи, уменьшение необходимых объёмов памяти, устранение эффекта наложения спектров, повышение помехоустойчивости систем. Анализ литературных источников показывает, что вопросы повышения эффективности систем с неравномерным темпом дискретизации рассматривается без учёта конечной цели обработки результатов измерений. А между тем, наибольший эффект "сжатие" данных может дать именно на этапе вторичной обработки измерительной информации, и его можно рассматривать как средство повышения эффективности, в первую очередь, быстродействия, этапа обработки информации. Таким образом, следует указать на перспективность применения сжатия" исследуемых сигналов для повышения быстродействия КА.
Существующие методы и алгоритмы КА "сжатых" данных требуют, как правило, равноотстоящих ординат исследуемых сигналов. Поэтому перед КА переходят от "сжатых" данных к регулярному представлению входных сигналов, т.е. восстанавливают их /квазиобратимое "сжатие"/. Это требует значительных затрат времени и в большой степени снижает общий полезный эффект применения "сжатия" данных /1,64/.Кроме того, следует отметить, что существует ряд физических процессов и явлений с принципиально неравномерным темпом дискретизации. Примерами таких процессов могут служить потоки элементарных и других частиц, сигналы которых имеют импульсный характер и могут быть измерены только в моменты существования этих импульсов, а также прочие "естественные" потоки /см.библ.47/. К неравномерной дискретизации /НРД/приводят различные методики измерения, такие как: ла - 6 зерный доплеровский метод измерения скорости потока в одночастот-ном режиме рассеивания /25/, применение времяпролётных методов при оценивании характеристик газовой среды в газожидком потоке /26/, метод измерения гравитационных аномалий /НО/, метод исследования глубоководных течений посредством плавающих буёв /113/ и т.д. Неидеальность устройств дискретизации и хранения, которая имеется, очевидно, во всякой реальной системе, также приводит к неравноотстоящим отсчётам исследуемых сигналов.
В то же время вопросы определения различных статистических характеристик, в частности, корреляционных характеристик /КХ/, по НРД выборкам остаются до сих пор нерешёнными /1,64/. Решение этих вопросов позволит существенно ускорить КА сигналов, а также проследить влияние различных алгоритмов НРД и их параметров на метрологические характеристики алгоритмов оценивания, т.е. учитывать конечную цель измерения при сжатии" данных.
Таким образом, целью диссертационной работы является разработка и исследование быстродействующих алгоритмов и устройств для КА НРД сигналов.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
- проведён анализ и классификация методов повышения быстродействия КА и методов НРД исследуемых сигналов по ряду предложенных классификационных признаков с целью определения наиболее эффективных по быстродействию;
- разработаны и иследованы мультипликативные и упрощенные алгоритмы для последовательного КА НРД сигналов;
- разработаны и исследованы мультипликативные и упрощенные алгоритмы реального времени КА НРД сигналов с применением интервальной Ш;
- разработаны и исследованы алгоритмы определения моментных характеристик произвольного порядка, позволяющие проводить
- КА нецентрированных НРД сигналов в реальном масштабе времени. Перечисленные новые научные результаты составляют основные положения, выносимые автором на защиту.
