Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ современных методов повышения эффективности энергодифецит ных систем связи
1.1 Принципы построения энергодефицитных многоканальных систем связи 12
1.1.1 Сотовые системы связи 12
1.1.2 Спутниковые системы связи 15
1.1.3 Системы передачи данных беспилотных летательных аппаратов
1.2 Классификация алгоритмов кодирования сигналов и обработки данных в системах связи 22
1.2.1 Импульсно-кодовая модуляции 23
1.3 Обзор методов оптимальной фильтрации и регрессионного анализа 30
1.4 Постановка задачи исследования 35
1.5 Выводы к главе I 36
2 Разработка многоканального кодека на основе метода группового ДИКМ преобразования сигналов
2.1 Разработка многоканального группового ДИКМ 38
2.1.1 Разработка математической модели и постановка задачи синтеза координированного предсказателя на основе суммирующей схемы остатков предсказания
2.1.2 Решение задачи 41
2.2 Разработка многоканального группового ДИКМ кодека на основе разностной схемы остатков предсказания 43
2.2.1 Математическая модель
2.2.2 Постановка задачи синтеза координированного предсказателя 46
2.2.3 Решение задачи 47
2.3 Частное решение синтеза группового ДИКМ кодека для двухканаль ной суммирующей схемы 54
2.4 Частное решение синтеза группового ДИКМ кодека для разностной схемы 57
2.5 Выводы к главе II. 61
3 Разработка алгоритмов оценки качества группового ДИКМ преобразова теля сигналов 62
3.1 Оценка совокупной дисперсии разностных сигналов группового кодера с ДИКМ по суммирующей схеме 62
3.2 Разработка алгоритма оценки поканального динамического диапазона сигнала группового ДИКМ операторным методом 68
3.3 Имитационное моделирование группового кодека с ДИКМ по суммирующей схеме 72
3.4 Моделирование группового кодека с ДИКМ по разностной схеме 82
3.5 Выводы к главе III 85
4 Разработка системы цифровой обработки для оптико-электронного комплекса космического аппарата зондирования поверхности Земли и оценки его эффективности 87
4.1 Описание схемы организации перспективного бортового комплекса КА. Расчет энергобаланса 87
4.2 Разработка инженерных методик и рекомендаций построения системы цифровой обработки данных на основе метода группового ДИКМ преобразования сигналов 95
4.3 Предварительный анализ энергетической эффективности системы передачи данных КА УГАТУ-САТ2 с использованием группового ДИКМ преобразователя 109
4.4 Выводы к главе IV 114
Заключение 116
Список сокращений и обозначений
Список использованных источников
- Системы передачи данных беспилотных летательных аппаратов
- Разработка математической модели и постановка задачи синтеза координированного предсказателя на основе суммирующей схемы остатков предсказания
- Разработка алгоритма оценки поканального динамического диапазона сигнала группового ДИКМ операторным методом
- Разработка инженерных методик и рекомендаций построения системы цифровой обработки данных на основе метода группового ДИКМ преобразования сигналов
Введение к работе
Актуальность темы. В современном мире задачи построения многоканальных систем связи очень актуальны. В особенности, когда речь идёт о энергодефицитных автономных системах связи. Главной задачей, связанной с их построением и развитием, является уменьшение энергопотребления при их эксплуатации. Этого можно добиться путём уменьшения требований к вычислительной мощности бортовых вычислителей, сжатия данных, уменьшения динамического диапазона передаваемых в канал связи сигналов.
В таких энергодефицитных системах как, спутниковые системы дистанционного зондирования земли, беспилотные летательные аппараты, предназначенные для аэрофотосъемки поверхности земли, мобильная связь, при построении линии связи на передающей и приемной стороне используются дифференциальные импульсно-кодовые (ДИКМ) преобразователи, которые преобразовывают сигнал для передачи его в линии связи по каждому каналу в отдельности.
Во многих исследованиях изучаются одноканальные ДИКМ-кодеки, позволяющие повысить их динамический диапазон с учетом спектральных свойств входных данных, адаптации к различным технологиям передачи данных. Следовательно, возникает необходимость в создании и разработке новых способов оцифровки данных, применяемых для многоканальных энергодефицитных автономных системах связи. Одним из способов построения многоканальных систем оцифровки данных, позволяющих снизить энергопотребление без ухудшения качества передачи, является разработка групповых ДИКМ кодеков.
Основная идея группового дифференциального импульсно-кодового преобразователя заключается в использовании общего координированного предсказателя по всем каналам многоканальной системы, что позволяет уменьшить скорость работы вычислителя. Это связанно с тем, что определение параметров координированного предсказателя будет происходить для всех каналов многоканальной системы сразу, а не для каждого канала в отдельности.
Степень разработанности темы исследования. При решении указанных проблем в рамках диссертационного исследования использовались труды отечественных и зарубежных ученых. Большой вклад в развитие идей этого направления исследований оказали отечественные учёные: Тихонов В.И., Стратанович Р.Л, Сосулин Ю.Г., Шахнович И.В., Гольденберг Л.М. Карташевский В.Г., Громаков Ю.С., Кловский Д.Д., Котельников В.А., Финк Л.М., и др. Среди зарубежных учёных можно выделить труды Винера Н., Калмана Р.Э., Свами М.Н., Спенсера Р., Клейнрока Л., Мартина Дж., Галлагера Р., Чапина К.К.
Следовательно, решение задачи повышения эффективности энергодефицитных многоканальных систем передачи, на основе метода координированного предсказания сигналов является актуальным как в научном, так и в практическом отношениях.
Цель работы. Повышение эффективности энергодефицитных автономных систем связи на основе группового дифференциально-импульсного кодирования сигналов, позволяющего снизить динамический диапазон и мощность вычислительных ре-
сурсов бортовой аппаратуры связи в процессе многоканальной передачи коррелированных цифровых сигналов.
Объект исследования. Многоканальные системы передачи данных для энергодефицитных и/или автономных многоканальных систем связи.
Предмет исследования. Исследование процессов преобразования сигналов в групповых ДИКМ кодеках, обеспечивающих снижение энергопотребления в системах передачи множественной информации.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:
-
Разработка структурных решений построения многоканальных дифференциально-импульсных (групповых ДИКМ) кодеков на основе координированного предсказания разностных (канальных) сигналов.
-
Разработка математических моделей и методов синтеза передаточной функции координированного предсказателя группового дифференциально-импульсного кодека для различных способов формирования разностных сигналов.
-
Разработка алгоритма оценки поканального динамического диапазона групповых дифференциально-импульсных кодеков.
4. Разработка вариантов построения систем передачи информации в оптико- элек
тронном комплексе микроспутника дистанционного зондирования Земли на ос
нове использования групповых ДИКМ кодеков и оценки их эффективности.
Методы исследований. При решении поставленных задач в работе использу
ются положения теории вероятностей и математической статистики, исследования
операций и линейного программирования, метод оптимальной фильтрации Винера-
Хопфа. При проведении экспериментальных исследований применяются методы ма
тематического моделирования, в том числе компьютерного.
Научная новизна работы.
1. Разработаны структурные решения (схемы) группового ДИКМ кодека на
основе координированного предсказания канальных сигналов, отличающиеся от из
вестных тем, что за информационную основу предсказания берутся обобщенные сиг
налы, являющиеся суперпозицией разностных (остаточных) сигналов, что позволяет
снизить скорость передачи данных (без потери объёма передаваемой информации) и
вычислительные затраты, связанные с процессом обработки данных при передаче.
-
Разработаны математические модели групповых ДИКМ кодеков по суммирующей и разностной схемам и критериальный метод синтеза передаточной функции координированного предсказателя, основанные на решении модифицированных уравнений Винера-Хопфа, отличающиеся наличием одного или двух предсказателей на четыре канала, позволяющие: схема суммирования разностных сигналов - уменьшить число предсказателей до одного, а также свести к минимальным значениям величину динамического диапазона (размаха) остаточных сигналов, а схема, построенная по разности остаточных сигналов - “зафиксировать” величину размаха остаточных сигналов, что упрощает процесс синхронизации канальных сигналов.
-
Разработан алгоритм оценки поканального динамического диапазона групповых дифференциально-импульсных кодеков, основанный на вычислении значений разностных сигналов в установившемся режиме, отличающийся тем, что с помощью
рекурсивных процедур определяются матричные коэффициенты ошибок группового ДИКМ кодека, позволяющие оценить точность (по сути поканальный динамический диапазон остаточных сигналов) путем подачи на его входы ограниченного числа пробных детерминированных воздействий, описываемых элементарными функциями времени.
4. Разработаны практические варианты построения систем передачи информации в оптико- электронном комплексе микроспутника дистанционного зондирования Земли, основанные на разработанных принципах группового ДИКМ кодирования, позволяющие потенциально увеличить продолжительность эксплуатации микроспутников до 30-35 %.
Теоретическая и практическая значимость работы состоит в том, что предложены новые структурные решения построения ДИКМ кодеков в виде группового предсказателя применительно к многоканальным системам. На основе общей структурной схемы ДИКМ кодека разработаны математические модели группового кодера и методы синтеза координированного предсказателя на основе решения модифицированных уравнений Винера-Хопфа для суперпозиции остаточных сигналов предсказания.
Практическая значимость заключается в том, что предложены программный комплекс моделирующей программы и структурные схемы построения ОЭК зондирования поверхности Земли.
Методология и методы исследования. Результаты работы получены с использованием численных методов, теории электрической связи, теории случайных процессов, теории функции комплексной переменной системного анализа. Применены методы математического моделирования, с использованием программных пакетов.
На защиту выносятся:
1. Структурные решения (схемы) групповых ДИКМ кодеков, основанные на
координированном предсказании обобщённого сигнала, являющегося суперпозицией
разностных канальных сигналов.
-
Математические модели групповых ДИКМ кодеков по суммирующей и разностной схемам и критериальный метод синтеза соответствующих передаточных функций координированного предсказателя, основанные на решении модифицированных уравнений Винера-Хопфа.
-
Алгоритм оценки поканального динамического диапазона группового ДИКМ кодека, основанный на вычислении «коэффициентов ошибок» разностных сигналов операторным методом в установившемся режиме.
4. Варианты построения систем передачи информации в оптико- электронном
комплексе микроспутника дистанционного зондирования Земли, основанные на груп
повом ДИКМ преобразовании.
Апробация полученных результатов.
Теоретические и практические результаты, полученные автором, докладывались и обсуждались на 7 международных и всероссийских научно-технических конференциях:
XIV Международная научно-практическая конференция “Проблемы техники и технологии телекоммуникаций”, Самара, 2013;
XV Международная научно-практическая конференция “Проблемы техники и технологии телекоммуникаций”, Казань, 2014;
V Международная заочная научно-техническая конференция «Информационные технологии. Радиоэлектроника. Телекоммуникации (ITRT-2015)», Поволжский государственный университет сервиса, Тольятти, 2015;
Международная научная конференция «Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов в инфокоммуникациях» «СИНХРОИНФО 2015», Санкт-Петербург, 2015;
XVI Международная научно-практическая конференция “Проблемы техники и технологии телекоммуникаций”, Уфа, 2015;
Международной научно-технической конференции “ Прикладная электродинамика, фотоника и живые системы-2016”(ПРЭФЖС-2016), - Казань, -2016.
VI Международная заочная научно-техническая конференция «Информационные технологии. Радиоэлектроника. Телекоммуникации (ITRT-2016)», Поволжский государственный университет сервиса, Тольятти, 2016.
Публикации. Основные результаты работы отражены в 12 печатных работах, из них 3 работы опубликованы в рецензируемых журналах из списка ВАК.
Личный вклад. Постановка основных задач принадлежит научному руководителю. Основные результаты диссертации получены автором самостоятельно. Самостоятельно были разработаны новые структурные решения (схемы) группового ДИКМ кодека, разработаны математические модели групповых ДИКМ кодеков по суммирующей и разностной схемам и критериальный метод синтеза передаточной функции координированного предсказателя, разработан алгоритм оценки статической точности (динамического диапазона) группового ДИКМ кодека, разработаны варианты построения систем передачи информации в оптико- электронном комплексе микроспутника дистанционного зондирования Земли.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем составляет 125 с, основной текст 118 стр., в том числе рисунков - 48, список литературы из 70 наименований на 7 с.
Системы передачи данных беспилотных летательных аппаратов
Система с компрессией сигналов Перед квантованием аналоговый сигнал подвергают компрессии. Введение компрессии приводит к тому, что уровни квантования располагаются чаше в начальной области амплитудной характеристики квантователя и реже в ее конечной области. В Канаде и США используют компрессор, у которого амплитудная характеристика изменяется по -закону, а в европейских системах связи – по А-закону. В устройствах, реализующих характеристику компрессора, логарифмическая зависимость аппроксимируется отрезками прямых. В европейских стандартах принято использовать аппроксимацию с помощью восьми отрезков прямых.
Исследование систем с компрессией и экспандированием сигналов было проведено в работе [12]. Для модели шума, которая была использована при иссле- довании равномерного квантователя и компрессии по -закону, в этой работе получена следующая формула для отношения сигнал/шум: Jx \ x SNR(дБ) = 6B + 4,8 - 20lg(ln(1 + //)) - 10lg + V2. где X = U0 /(jU(Js) . Рассмотрим оптимальное квантование. Речевые сигналы имеют неравномерную функцию распределения амплитуд, причем вероятность появления сигналов с малыми амплитудами значительно выше, чем сигналов с большими амплитудами. Шумы квантования таких сигналов можно уменьшить, если сделать шаг квантования неравномерным. Дисперсия шума квантования при неравномерном шаге определяется по следующей формуле:
Из вариационного исчисления известно, что полученное с помощью суммирования значение будет минимально, если слагаемые равны. Следовательно, шаг квантования должен быть меньше для тех значений, вероятность появления которых больше. Неравномерное расположение уровней квантования эквивалентно включению компрессора перед равномерным квантователем. Закон компрессии отличается от логарифмического. В работе [12] показано, что оптимальный квантователь позволяет улучшить отношение сигнал/шум на 4 дБ по сравнению с логарифмическим. Однако нестационарный характер речевого сигнала не позволяет реализовать эту возможность. В периодах молчания на вход квантователя подается шум. Так как наклон характеристики оптимального квантователя очень большой, возникает значительное усиление, в результате чего мощность шума на выходе будет выше мощности шума на входе. Поэтому применение оптимального квантователя с малым числом уровней не имеет смысла. В логарифмических квантователях этот эффект проявляется в меньшей степени и поэтому их чаше используют, несмотря на меньшее отношение сигнал/шум.
Дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ). Сигналы, передаваемые со спутников зондирования земли, с беспилотных летательных аппаратов имеют сильную корреляцию, которая выражается в том, что существует повторяемость и последующий сигнал можно предсказать. ИКМ-сигналы имеют большую избыточность, поскольку они передают отсчеты передаваемых сигналов. В дифференциальной ИКМ избыточность устраняют, передавая вместо от счетов аналогового сигнала разность отсчетов аналогового сигнала и его предсказанного значения. ДИКМ была изобретена Чапиным К.К. в Bell Labs в 1950 году. Схема дифференциальной ИКМ изображена на Рисунке 1.2.5. Недостаток этой схемы состоит в том, что квантователи кодера и декодера работают с неодинаковыми последовательностями, в результате чего накапливаются ошибки квантования. В модифицированной схеме, показанной на Рисунке 1.2.6, этот недостаток устранен. На входе квантователя действует разностный сигнал е(п) = s(n) - s(n), где s(n) - текущий отсчет речевого сигнала; s(ri) - его предсказанное значение. а) кодер Рисунок 1.2.5 - Кодек дифференциально-точечной ИКМ Рисунок 1.2.6 - Кодек дифференциальной ИКМ Разностный сигнал, называемый также ошибкой предсказания, подвергается квантованию. Выходной сигнал квантователя можно представить в следующем виде: е(п)-е(п) q(n) , (1.2.1) где q(ri)- ошибка квантования. В соответствии с Рисунком 1.2.6 на вход предсказателя подается восстановленный квантованный сигнал s(n)-s(n) е(п) (1.2.2) s(n) - s(n) Ч(п) (1.2.3)
Таким образом, восстановленный квантованный сигнал отличается от входного сигнала на величину шума квантования. Уровень разностного сигнала гораздо меньше уровня самого сигнала, и поэтому при том же числе уровней квантования шаг квантования можно уменьшить. В результате шум квантования снижается. В декодере предсказатель такой же, как в кодере. При совпадении с(п) и с(п) сигнал на выходе декодера отличается от сигнала s(n) на величину ошибки квантования. Отношение сигнал/шум в этой системе
Разработка математической модели и постановка задачи синтеза координированного предсказателя на основе суммирующей схемы остатков предсказания
В предыдущих параграфах исследовался групповой ДИКМ-кодек, построенный по схеме суммирования остатков предсказания. Наряду с преимуществами такого кодека, например, он не имеет ограничений по количеству подключаемых к нему каналов, данный кодек обладает рядом недостатков. Первый из их заключается в том, что по мере роста числа входных каналов передачи может увеличиваться динамический диапазон суммарных остатков предсказания, что потребует соответствующего увеличения разрядной сетки бортового вычислителя. Второй недостаток связан с изменением исходных статистических и спектральных свойств сигналов. Это приводит к вариации уровней (или динамического диапазона) разностных сигналов, и соответственно к непостоянству скорости передачи данных (в разных циклах передачи). Здесь также могут возникнуть сложности в организации предварительной обработки данных, например, в каждом цикле обработки необходимо «подстраивать» разрядную сетку АЦП (делать АЦП адаптивным) и/или соответствующим образом «форматировать» буфер регистров под многоканальный выходной поток. Наряду с перечисленными трудностями могут возникнуть сложности с синхронизацией данных при их приеме в условиях «плавающих» скоростей передачи данных (в разных циклах). С целью преодоления указанных сложностей систему группового ДИКМ можно построить по разностной схеме остатков предсказания, которая исследуется далее.
Структурные схемы группового двухканального ДИКМ-кодера и декодера приведены соответственно на рисунке 2.2.1, а и б. Где (ґ), )-входные (измеряемые) сигналы ДИКМ-кодера (или восстановленные сигналы с выхода декодера); и1(ґ),и2(ґ)- внутриканальные помехи, приведённые к входу ДИКМ-кодера (в частности, ошибки дискретизации и квантования сигналов); ex(t), е2 (t) - остатки предсказания, при этом каждый из сигналов есть результат сравнения соответствующего входного сигнала с взвешенным сигналом предсказания s мп(t); ei(t), ei{t)- экстраполированные значения остатков предсказания (по сути, оцифрованные отсчёты остатков предсказания, передаваемые в канал связи); W31(t),W32(t)-передаточные функции канальных экстраполяторов (учитывающие свойства аналого-цифровых преобразователей и временные задержки в канале преобразования); к — подстраиваемый коэффициент; WП (s) -передаточная функция координированного межканального предсказателя.
Модель обобщенного группового ДИКМ (а - кодера, б - декодера) построенная по разностной схеме остатков предсказания Существенное отличие структуры данного ДИКМ - кодера от представленного в работе [10] заключается во введении разностного SY{t) сигнала (ранее рассматривался Sz(t) = ei(t) + ei(t)), т.е. dx{t) = e\{t) - kei{t). (2-2.1) Подчеркнем, что представленное структурное решение позволяет уменьшить динамический диапазон S t). С целью «фиксации» динамического диапазона остатков предсказания можно потребовать ограничения их по мощности для каждого канала сг =ai Р1С , (2.2.2) где (/ = 1,2) - мощность остаточного сигнала /-го канала е.(7); а]- некоторая заданная из инженерных соображений величина; Р с - мощность /-го входного сигнала. Отметим, что величина а] выбирается заведомо меньше Р с, что позволит уменьшить динамический диапазон разностных сигналов и соответственно групповую скорость передачи данных. Для улучшения межканальной синхронизации желательно выровнять уровни остатков предсказания. С математической точки зрения это означает уменьшение величины разности (2.2.1), или более строго - должен обеспечиваться мини 2 Ґ мум дисперсии 1 сигнала it).
Однако представленная структура группового ДИКМ кодера на основе разностной схемы остатков предсказания (2.2.1) является не единственной, её можно построить другим способом. Например, можно рассматривать разностный сигнал 2(t), как 2(t) = к-х exit) - е lit) (2.2.3) С системных позиций [13] (2.2.1) и (2.2.3) можно рассматривать в качестве ошибок координации между сигналами exit) и exit).
С целью объединения обеих структур предлагается обобщенная структурная схема группового ДИКМ кодера (рисунок 2.2.1), «дуальная» структура, в которой изображена штрихпунктирной линией. Дуальная структура включает два предсказателя с передаточными функциями Wп1(s), Wп2{s). Несмотря на некоторое усложнение схемы, она позволяет получить инвариантное решение (вид передаточной функции предсказателя Wп1(s), Wп2{s)) относительно способов структурного построения ДИКМ-кодеров [47].
Разработка алгоритма оценки поканального динамического диапазона сигнала группового ДИКМ операторным методом
Во второй главе рассматриваются аспекты синтеза группового кодека с ДИКМ многоканальных систем связи. Однако не решенными остаются вопросы оценки качества измерения разностных сигналов для группового кодека с дифференциальной импульсно-кодовой модуляцией, что является важным, с точки зрения оценки качества работы системы передачи в целом. Под оценкой качества измерения разностных (канальных) понимается вычисление совокупной дисперсии (совокупного динамического диапазона) разностных сигналов и поканального динамического диапазона для группового ДИКМ кодера.
Приведена оценка совокупной дисперсии разностных сигналов группового кодера с ДИКМ для суммирующей схемы, на основе методов оценки статической точности разработан алгоритм оценки качества группового ДИКМ для разностной схемы. Разработан программный комплекс и проведено имитационное моделирование функционирования группового кодека с ДИКМ.
Во второй главе приводится синтез передаточной функции Wп(s) координированного предсказателя для стационарных сигналов на основе решения задачи оптимальной фильтрации Винера-Хопфа для эквивалентной двухканальной модели группового ДИКМ кодера по суммирующей схеме. На рисунке 3.1.1 введены WП (s) обозначения: Wэi(s), W(s) = – соответственно передаточные функции 1-WП (s) экстраполяторов сепаратных каналов передачи, передаточная функция эквивалентной модели координированного предсказателя; n(t) - аддитивная помеха, обусловленная дискретизацией и квантованием сигналов (в качестве модели которой принимается равномерный квазибелый шум).
Важной характеристикой качества кодера с ДИКМ является оценка величин разностных сигналов e\(t) и егіі), оказывающих влияние на скорость передачи данных в канал связи. Чем меньше динамический диапазон этих сигналов, тем ниже скорость передачи данных, выше соотношение сигнал/шум и ниже энергозатраты на их передачу. В дальнейшем, под точностью функционирования группового кодека сигналов с ДИКМ будет пониматься оценка дисперсии зх, т2 сигналов e\(t), ег{ї) либо их динамический диапазон. Поэтому задачами исследований являются:
1. Определение условия достижения минимума совокупной дисперсии разностных сигналов группового тракта.
2. Определение статической точности разностных сигналов по каждому каналу в отдельности.
Оценку точности группового кодека можно провести путём анализа функционала (3.1.1). Данный функционал представляет сумму дисперсий о"15 72 соответствующих разностных сигналов e\it) и eiit), оказывающих виляние на точность группового ДИКМ.
Выразим функционал (3.1.1) для случая оптимальной передаточной функции эквивалентной модели координированного предсказателя Wis) (3.1.2). Для этого упростим выражение (3.1.1), которое после соответствующих подстановок имеет вид
Оптимальная ПФ Wis) была получена из решения общей вариационной задачи [7-11] путем дифференцирования подынтегрального выражения Q(s) функ 65 ционала (3.1.5) по А (А+ - содержит нули и полюсы в левой части полуплоскости, т.к. система должна быть устойчивой) из уравнения (3.1.4). Умножая (3.1.4) на А и интегрируя его по левой части комплексной полуплоскости, получим:
Равенство нулю в (3.1.6) достигается тогда, когда его подынтегральное выражение содержит нули и полюсы в правой части комплексной полуплоскости.
Сравнивая между собой (3.1.6) и (3.1.5), после тождественных преобразований (3.1.5) может быть сведено к более простому виду
Следовательно, подынтегральное выражение функционала (3.1.15) выражается четными функциями. В случае, если входные сигналы s\(t), 5 2(0 некоррелированные (т.е. 0l2(s) = Ф21(я) = 0) функционал (3.1.1) может определяться следующей формулой 1 -У00 2 2 J [(Фп+Ф22)-(Л1ЛГ+ 2)(Ф1Ж№+Ф22 2 2+Фд,) 1 (3-1.16) Следовательно, условия (3.1.16 и 3.1.17) позволяют сформулировать следующее утверждение.
Утверждение: величина совокупной дисперсии разностных сигналов предсказания группового кодека с ДИКМ для коррелированных входных процессов не превосходит величину дисперсии для некоррелированных процессов, т.е. J JH.
Следствием этого утверждения является то, что в случае коррелируемости (информационной связности) входных сигналов канальная скорость передачи данных потенциально меньше, чем для некоррелированных. Однако пользоваться формулой (3.1.15) для определения точности функционирования группового ДИКМ на практике крайне неудобно. Это обусловлено тем, что в качестве входных сигналов используются случайные процессы определенной природы (стационарные, центрированные), что является достаточно жестким ограничением применения формул (3.1.15, 3.1.16). Ещё один недостаток заключается в том, что формулы (3.1.15, 3.1.16) дают результаты по оценке суммы дисперсий разностных сигналов и не учитывают величину дисперсии по каждому каналу.
Разработка инженерных методик и рекомендаций построения системы цифровой обработки данных на основе метода группового ДИКМ преобразования сигналов
Перспективный экспериментальный научно-образовательный микроспутник «УГАТУ-САТ2» предназначен для решения образовательных и научно-исследовательских задач, связанных с созданием в Уфимском государственном авиационном техническом университете образовательного центра подготовки кадров мирового уровня в области инфокоммуникационных технологий на базе микроспутниковых систем.
Образовательные задачи призваны способствовать обучению студентов и аспирантов в области современных методов и технологий передачи и обработки информации.
Научная программа направлена на реализацию информационных технологий по передаче и обработке информации с использованием космических средств, решения навигационных задач с использованием систем ГЛОНАСС и GPS.
Проект является открытым для участия любых российских учебных заведений. Вся полученная в ходе выполнения проекта научная и образовательная информация является достоянием всего российского университетского сообщества.
Научные и образовательные задачи, решаемые в процессе полета микроспутника: проведение научных экспериментов по созданию высокоскоростных инфокоммуникационных каналов передачи данных; организация межспутникового обмена информации через терминал Orbcomm для расширения зоны наблюдения; испытания мультимасштабной оптико-электронной системы наблюдения; подготовка студентов и научных кадров (Hiech); апробация перспективных технологий мониторинга окружающей среды и инфокоммуникаций; повышение технико-экономической эффективности и информативности систем мониторинга на основе комплексирования оперативных данных университетского микро-спутника с данными действующих спутниковых систем дистанционного зондирования. апробация технологий навигации, задач с использованием систем ГЛОНАСС и GPS; ретрансляция данных наземных датчиков.
Прикладные задачи, получаемые в процессе полета микроспутника: получение изображения подстилающей поверхности Земли с разрешением до 50 м; передача видеоинформации на Землю в квазиреальном времени на наземную приемную станцию, находящуюся в зоне радиовидимости микроспутника; экспериментальная отработка технологий использования навигационной аппаратуры потребителей в составе микроспутников; отработка многоцелевой малоразмерной микроспутниковой платформы в условиях космического полета; апробация спутниковых каналов передачи данных различного назначения в режиме IP. В состав микроспутника «УГАТУ-САТ2» входят: комплекс целевой аппаратуры; комплекс служебной аппаратуры. В состав целевой аппаратуры входит: оптико-электронный комплекс в составе: - две мультиспектральные, видимого диапазона, камеры; - бортовой передатчик 8192 МГц с антенной; В состав комплекса служебных систем входят: бортовой комплекс управления; система электропитания; система ориентации и стабилизации; система обеспечения теплового режима; антенно-фидерные устройства; двигательная установка; конструкция микроспутника. Оптико-электронный комплекс предназначен для преобразования изображения объектов в последовательный цифровой информационный поток и передачи информации по радиоканалу на наземные станции.
Бортовой комплекс управления предназначен для управления, баллистико-навигационного обеспечения и контроля функционирования МКА автономно или совместно с наземным комплексом управления.
Система электропитания предназначена для обеспечения бортовой аппаратуры электроэнергией с необходимыми параметрами в течение срока активного существования на орбите и при наземных испытаниях.
Система ориентации и стабилизации предназначена для обеспечения заданных параметров ориентации и стабилизации в пространстве микроспутника с заданной точностью.
Система обеспечения теплового режима предназначена для обеспечения заданных тепловых режимов бортовой аппаратуры и элементов конструкции в требуемом диапазоне температур.
Антенно-фидерные устройства должны обеспечивать прием радиосигналов целевой и служебной информации и передачи данных на наземные станции.
Двигательная установка должна обеспечивать выполнение задач по орбитальному маневрированию микроспутника.
БКУ перспективных и эксплуатируемых в настоящее время космических аппаратов (КА) оптико-электронного наблюдения (ОЭН) и дистанционного зондирования земли (ДЗЗ) строятся на основе широкого использования средств вычислительной техники, в которых реализуется сложное программное обеспечение больших объёмов [1, 2].