Введение к работе
Актуальность. Современная чеятельность человека немыслима без применения все.Солее совершенных информационно-измерительных систем СИИСЗ. являвшихся подсистемами больших комплексов и. чаще всего, определяющих характеристики этих комплексов. Поэтому разработка . эффективных ИИС. включающая как применение быстродействующей элементной- базы и оптимальных схешых решений, так и использование более совершенного алгоритмического и программного обеспечения, может дать существенный экономический эффект.
На любом конкретном этапе развития вычислительной техники существует две возможности увеличения эффективности ИИС. Это -совершенствование структуры, т.е. применение технических решений, уменьшающих время обработки измерительной информации. А также, разработка быстрых алгоритмов выделения информативных признаков и выбор оптимальных правил принятия решений. Первое
'. направление, как правило, из-за стоимостных, массо-габаритных и надежностных ограничений приводит к необходимости разработки новой элементной базы, поэтому эффект при проектировании новых ИКС можно получить за счет лучшего алгоритмического и программного обеспечения, где степень свободы разработчика неизмеримо вьше. В данной диссертационной работе рассматриваются вопросы обеспечения эффективности бортовых: ИИС на етапе проектирования и эксплуатации.. Предлагается методика выбора структуры бортовой ИИС, включающая построение модели на языке имитационного моделирования С типа GPSS, SLAH-ir..SMPL т.п.), применение бенчмарковс-ких программ при выборе микропроцессора, оптимизации структуры ИИС путем выбора группы субоптималькьи алгоритмов функционирования ИИС на основе разработки вьсокоэффёктивных алгоритмов, имевших вычислитёльнув сложность, исключающую их непосредственное
; применение в ИИС,;'но используемых в качестве арбитра в процессе
оптимизации.' '".'_. '
'[' Уаок и задачи исследования. Цельв диссертационной работы является комплексный подход к решению'задачи увеличения эффективностиинформационно-измерительных систем во время-их функцкониро-
' вания за счет создания методов и алгоритмов максимального выделения статистической информации об объектах исследования в процессе их изучения на этапе разработки ИИС и в процессе анализа поступающей информации во время эксплуатации ИИС. т.е. з процессе адап-
. таці-::.; Полученная статистйчеекзя информация об-объектах распознз-
вания используется как для синтеза группы частных алгоритмов на этапе проектирования бортовых ИИС, так й для управления их структурой и параметрами непосредственно перед применением бортовых ДОС.
Для достижения намеченной цели была поставлены следующие задачи: .
1. Разработать метод применения имитационного моделирования
на этапе проектирования ИИС с использованием априорной информации
об объектах „исследования и. характере задач, решаемых информа
ционно-измерительной системой;' V
2. Разработать методику увеличения эффективности ИИС на
этапе эксплуатации за счет перенесения основных вычислительных
затрат на стационарную вычислительную технику, предполагающую
моделирование работы бортовой .ДОС: перед ее использованием.
3. Для задач моделирования работы.ИИС на этапе проектирова
ния и эксплуатации разработать метод совместного использования
алгоритмов распознавания, прогнозирования, преобразования Фурье и
регулируемого направленного приема1 для обнаружения и измерения
координат объектов с шумоподобным воздействием на среду.. В рамках
данного метода: v - ,. .,:,...
разработать непараметрический : последовательный алгоритм распознавания, прогнозирования и фильтрации негауссовских случайных процессов; . ' /.";..."
разработать алгоритм, оценивания функции плотности с использованием метода Парзена с гауссовым ядром;
- разработать метод уменьшения влияния рекуррентного
накапливания ошибок при вычислении коэффициентов канонического
разложения случайных векторов методом Пугачева.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы ' методы теории вероятностей, спектрального анализа, математической статистики и статистического моделирования условных Сапостериор-ньэсЗ случайных процессов. '- . ; :
На защиту выносятся следующие.основные положения.
1. Метод применения . имитационного. моделирования на этапе
проеіячірсвания бортовых ИИС с использованием априорной информации
об объектах исследования и о характере задач, решаемых инфор
мационно-измерительной системой.
2. Методика увеличения эффективности ИИС на этапе эксплуата
ции гэ счет вынесения основных вычислительных затрат на стацио-
нарнуо вычислительнуо технику, предполагашуо моделирование работы бортовой ИИО перед ее использованием.
3. Метод совместного использования алгоритмов распознавания, пролюзирования. преобразования Фурье и регулируемого направленного приема' для обнаружения и измерения координат объектов с шумоподобным воздействием на среду для задач Моделирования работы бортовых ИИС на этапе проектирования и эксплуатации. В рамках ' данного метода разработаны::
- непараметрический последовательный алгоритм распознавания,
прогнозирования и фильтрации негауссовских случайных процессов;
- алгоритм оценивания функции плотности с использованием
, метода Парзена с гауссовым ядром;
- метод уменьшения влияния рекуррентного накапливания ошибок
- при вычислении коэффициентов канонического разложения случайных
векторов методом Пугачева.
Научная новизна. Для целей, увеличения эффективности ИИС на этапе. эксплуатации и уточнения программно-аппаратной структуры ИИС во время проектирования предложен комплексный подход к .обработке, случайных процессов. системно учитывавший современные достижения в.области распознавания, фильтрации и прогнозирования. в рамках которого разработаны:
1. Последовательной нелараметрнческий алгоритм совместного
:решения; задач распознавания» прогнозирования и фильтрации для
негауссовских случайных , процессов с учетом последействия Ссвязности марковских случайных процессов).
2. Алгоритм прогнозирования,, использущий метод Пугачева для
преобразования случайных : векторов с зависимыми компонентам:! в
случайные векторы с независимыми и равномерно распределенными на
интервале [0.1] компонентами. Прогнозирование реализаций услоеных
случайных' векторов осуществляется методом статистических испы-
. танки- -::. '..' ''':-.'; / -\ ' ,..;."-:'
' 3. Алгоритм , непарзметрического оценивания функции плотности методом Пзрзена с Гауссовым .ядром и с предварительным кано-' нйчс-ским преобразованием' Пугачева для случайных векторов. . . ; 4. Модифі»ішрован рекуррентный алгоритм Пугачева каноничес-кого разложения случайных векторов -'.. за счет вклочения з нчго коррёктирусаей процедуры, основанной на методе обрг^ения окаЯм-,лекием с уточнением элементов обратной матрицы..
.5. На. основе универсального алгоритма распознавания, прсг-
нозирования и фильтрации разработаны методы и алгоритмы решения следующих практических задач;
- выделения скрытых периодичностей при спектральном анализе
случайных процессов и уточнения их спектров;
- обнаружения и пеленгации объектов с лцумопрдобным
воздействием на среду и фильтрации ложных пеленгов. '..'
Практическая ценность. Разработанные в диссертационная;работе методы и алгоритмы позволяют уменьшить массу:, бортовых, информационно-измерительных систем за счет перенесения вычислительных затрат на этап сбора и обработки априорной, статистической информации при изучении объектов исследования с цедьі) создания эталонов образов и использования полученных' 'данных в программно-алгоритмической модели комплекса "бортовая . ИИС-стационарная ИИС" на. этапе проектирования, что позволяет '-."более точно оценить программно-аппаратные затраты на бортовуd ; ИИС.'. Во время эксплуатации бортовой ИИС часть .вычислительных затрат переносится в стационарное вычислительное устройство для. анализа поступавшей информации в процессе адаптации бортовой-;ИИС к изменяощимся внешним условиям и корректировки эталонов образов. .При этом частные алгоритмы Симевшие малую вычислитедьнуп сдобность), используемые в бортовых ИИС. проектируптся с учетов автоматизированного анализа случайных процессов предлагаемым паркетом прикладных программ с последугшшм моделированием функционирования бортовых ИИС для выбора группы частных алгоритмов.
Рассмотрение и апробация работы, результаты работы проверены экспериментально на кафедре ПР-7 Московского института приборостроения. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Прогнозирование и диагностика в повышении эффективности производства и эксплуа^-тации РЭА" е г. Москве в 1982 г.. на Всесогином совещании "Координатно-чувствителъные фотоприемники и оптоэлектронные: устройства на их основе" в г. Барнауле в 1987 г.. на Российской научно-технической конференции "Системный анализ и принятие решений в задачах автоматизированного обеспечения качества изделий приборостроения и радиоэлектроники" в г. Махачкале в .1991 у.-, на научно-технических конференциях "Ученые Ижевского механического института производству" в г. Ижевске в 1990 г. и в 1991 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, отракашщх ее основное содержание.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четьрех глав, заключения, списка использованной литературы и двух приложений. Работа содержит 163 страниц машшюписного текста. 22 рисунка, 9 таблиц и список использованной отечественной и зарубежкой литературы из 102 наименований.