Введение к работе
Актуальность темы. Характерной особенностью современного состоя-ия теории и практики радиофизики является исследование и использование ыстро протекающих или резко изменяющихся процессов и явлений, при кото-ых зависимость различных физических величин от времени носит импульс-ый характер. Статистическая обработка импульсов при наличии случайных скажений находит широкое применение в системах передачи информации и окации с использованием электромагнитных, акустических и других типов элн, при радиофизических исследованиях различных сред и объектов, в тео-ии и практике радиоуправления, телеметрии, навигации, промышленной ди-гностике и др.
Для статистического синтеза алгоритмов обработки импульсных сигна-эв при наличии случайных воздействий необходим значительный объем ап-иорной информации о сигнале и помехах. Однако при решении конкретных дач обработки импульсных сигналов в радиофизике, случай полный априор-ой определенности является редким исключением. Обычно имеет место пара-етрическая априорная неопределенность. Большинство известных методов ее реодоления, рассчитаны на обработку узкополосных радиоимпульсов, т. е. «налов с обычной гармонической несущей. Узкополосные (квазигармониче-ше) радиоимпульсы долгое время являлись одним из основных объектов ис-іедований в радиофизике.
В последние годы все больший интерес и применение в радибфизике и s приложениях находят так называемые сверхширокополосные сигналы (сиг-злы без несущей). Для таких сигналов обычные определения огибающей и азы теряют ясный физический смысл, что делает нецелесообразным их ис-эльзование. Поэтому многочисленные известные результаты по обработке ^пульсных радиосигналов, существенно использующие их узкополосность не огут быть применены к сигналам без несущей.
Одним из методов преодоления параметрической априорной неопреде-;нности являются метод максимального правдоподобия. Однако, получаемые эй этом алгоритмы, за редким исключением,'довольно сложны с точки зрения і аппаратурной и программной реализации. Поэтому важный аспект практикой реализации обработки импульсных сигналов составляет исследование >лее простых, по сравнению с оптимальными, квазиправдоподобных алго-
ІТМОВ.
Известные к настоящему времени результаты по статистическому снизу и анализу алгоритмов обработки импульсных сигналов з большинстве юем получены для помехи в виде аддитивного гауссовского шума. В реаль-fix условиях функционирования радиофизических систем достаточно часто «гульсный сигнал искажается аддитивной внешней помехой. В тзжта случаях
часто помеховую обстановку описывают при помощи пуассоновской импуль ной помехи с существенно негауссовским распределением. Искажение и jTvaacHbix сигналов могут вызывать не только аддитивные случайные воздейс вия, но и так называемые мультипликативные (модулирующие) помехи, стат стические характеристики которых часто содержат неизвестные параметр: Проблема преодоления параметрической априорной неопределенности так у усугубляется, если необходимо обрабатывать не одиночный импульсный ск нал, а их последовательность.
Таким образом, актуальность темы диссертации обусловлена необход мостью разработки методов статистического синтеза и анализа алгоритмов о работки импульсных сигналов в условиях параметрической априорной неопг. деленности.
Целью работы являются:
статистический синтез и анализ алгоритмов обработки импульсні сигналов и их последовательностей без обязательного требования относите* ной узхополосности;
исследование квазиправдоподобной обработки и анализ устойчивое максимально-правдоподобных алгоритмов к отклонению принятой при сшш модели от истинной;
статистическая обработка импульсных сигналов при наличии хаот ческой импульсной помехи;
статистический синтез и анализ алгоритмов обработки нмпульсн сигналов и их последовательностей при воздействии мультипликативной (ь дулирующей) помехи.
Методы проведения исследования. При решении поставленных.в ді сертации задач использовались аналитические и вычислительные методы і временного математического аппарата статистической радиофизики, а имени
а) аппарат теории вероятностей и математической статистики;
б) методы теории статистических решений;
в) аппарат теории марковских случайных процессов;
г) методы математического анализа и математической физики.
Научная новизна. На защиту выносятся следующие результаты, впері
достаточно подробно развитые или впервые полученные в настоящей работе
-
Структура новых квазиправдоподобных и максималь правдоподобных алгоритмов обработки импульсных сигналов и их последе тельностей с неизвестными параметрами, в том числе при воздействии нега совских и мультипликативных помех;
-
Аналитические выражения для расчета характеристик эффективно функционирования алгоритмов обработки импульсных сигналов и их после
вательностей, как при выполнении условий регулярности решающей статистики, так и при нарушении этих условий;
-
Рекомендации по выбору области применимости квазиправдоподоб-ных алгоритмов обработки импульсных сигналов и их последовательностей при наличии неинформативных параметров;
-
Условия устойчивости максимально правдоподобных алгоритмов обработки импульсных сигналов и их последовательностей к отклонению принятых при синтезе моделей от истинных;
-
Рекомендации по выбору точки отсчета времени прихода последовательности и выбору распределения суммарной энергий по отдельным импульсам последовательности, которые обеспечивают максимальную точность оценки периода следования.
Практическая ценность работы. Найдены структура и характеристики алгоритмов обработки импульсных сигналов и их последовательностей, в зависимости от априорной информации о параметрах и форме импульсов. Полученные в работе теоретические результаты синтеза и анализа алгоритмов обработки позволяют обоснованно выбрать необходимый алгоритм, з тис :кг параметры проектируемых и разрабатываемых радиофизических информационных систем в соответствии с требованиями, предъявляемыми к качеству алгоритмов обработки и к степени простоты их программной и аппаратурной реализации. Результаты работы могут найти применение при разработке, исследования и анализе:
перспективных радиолокационных систем и систем связи;
радио-, гидролокационных и сейсмосигеалов;
импульсных сигналов в технической и медицинской диагностике;
задач дистанционного экологического мониторинга.
Апробация работы. Основные результаты докладывались и сб:уг<цалисъ на:
-
Всероссийской научно-технической конференции «Псзкшение помехоустойчивости систем технических средств охраны», Воронеж, 1995.
-
Международной научно-технической конференции «Проблемы радиоэлектроники (к 100-летию радио)», Москва, 1995.
3.2-й Всероссийской конференции «Распознавание обра?ов и анализ изображений: новые информационные технологии», Ульяновск, 1995.
-
Научно практической конференцій ВВШ МВД России, Вороне*:, 1995,1996.
-
IV Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь», Воронеж, 199S.
-
Всероссийской научно- технической конференции «Информационная безопасность автоматизированных систем», Воронеж, 1998.
Публикации. По теме диссертации опубликованы работы f 1-121.
Объем и структура диссертационной работы. Диссертация, объемом 142 страницы, состоит из введения, трех разделов, заключения и списка литературы
из 79 наименований. :
