Введение к работе
Актуальность нроблеш. информационно - измерительные системы (ИИС) и разнообразное перт-фер*йше оборудование, преднззнзченнне для сбора, предварительной обработки, хра-ния и передачи измерительной информации с контролируемого объекта, обычно используат упрощенные архитектуру аппаратной части и алгоритми предварительной обработки информации программной части, сдержкващие реализацию потенциального быстродействия ЭВМ и не обеспечивзщие требуемую достоверность информации.
Достоверность измерительной информации.является одной из важнейших характеристик качества ИИС, фужциоїшрущих в условиях различных и, особенно, импульсных помех. Она определяется как вероятность появления в последовательности отсчетов измеряемого или контролируемого процесса отдельных недостоверных измерений, искаженных грубыми погрешностями, которые существенно превышают погрешность, ожидаемую при данных условиях.
Такие отсчета (аномальные) приводят к лежал.! выгодам о свойствах объекта, увеличению среднеквадратической погрешности последующих оценок, is формированию неточного управления в замкнутых системах (например АСУ), к критическим ситуациям в телеметрических ИИС. По различный оценкам экспериментальные данные могут содеряать до 5-10 аномальных отсчетов. Причем, ета величина и характер этих отсчетов меняются во времени. '
Однако, вирокий класс ИКС редко использует описанные в литературе алгоритма и специализированные вычислительные устройства (СВУ) аномальной фильтрации из-за их громоздкое-
- г -
-ти,.-низкой_еектЕшости и недостаточного быстродействия. Например, известный критерий "три сигш"~хотя-я-обеспечиЕа^_ ет некоторую задиту от аномальных результатов измерений, но далеко не всегда является :еффективным.
Задача аномальной фильтрации, особенно в режиме реального времени и синтез простых структурных и технических решений, настолько актуальна и широко распространена, что создание я применение простых, универсальных и высокоэффективных методов и алгоритдав адаптивной обработки цифровой измерительной шформацш, искаженной грубыми помехами, повисит качество фунгащояирование большого числа как сущест-вуицих так и разрабатываемых ЕИС и различных средств предварительной обработки и подготовки информации и тем сашм-удешевит ее дальнейшую обработку.
Идль работы. Целью работы является разработка адаптивных иетодоз и алгоритмов фильтрации информации, содержащей аномальные отсчета и построение на их основе специализированной вычислительной аппаратуры реального времени.
Методы исследований. В-диссертации используются аппарат теорий вероятностей, теории измерений, нелинейной филь- ' трацкя и математической статистики, а также вксперименталь-нке методы исследования и мэтаматическое моделирование.
Наушая новизна. Научная новизна работы состоит в том, что разработаны, обоснованы, теоретически и экспериментально исследованы новые методы н алгоритмы нелинейной фильтрации для обработки измерительной информации с аномалиями из-менякцегоея типа в аппаратуре реального времени. Некоторые из них базируются на целочисленных арифметических операциях и предназначены для использования в микропроцессорной технике и построения специализированных быстродействующих ВУ.
.-3-
Показана высокая' эффективность квазпоптииальшх методов аномальной фильтрации. Разработаны вопросы структурной ор-такизации вычислительных специализированных устройств: обобщенная модель адаптивноЭ ШС, структурные схемы СВУ и блок-схемы вычислительных процедур щт синтезе микропроцессорной специализированной аппаратуры фильтрации и предварительной обработки сигналов.
Практическая ценность работы. Разработанные методы я алгоритмы аномальной фильтрации обеспечивают высокую скорость и достоверность при предварительной обработке ин-информации. Все исследования выполнялись с учетом последующей практической реализации разработок.
Синтезированы алгоритмы фильтрации, использующие параболическую интерполяцию методом наименьших квадратов первого и второго порядков по двум я по семи точкам, имещке повышенную эффективность при фильтрации как одиночных, тшс и пакетного типа, аномальних отсчетов. Эти алгоритмы требуют небольшого числа регистров, вычислительных операций и основаны на целочисленной арифметике. Это позволило создать упрощенную архитектуру СВУ для предварительной обработки информации.
Реализация результатов работа. Полученные в диссертация теоретические и практические результаты использованы:
- при разработка ш создании в Ш НАТИ бортовой микропроцессорной ЙИС (БИИС-2000) для сбора я предварительной обработка тгфораацкя, получаемой при испытаниях автоспец-техняки. Результата испытаний опытных образцов БЙЙС-2000 показали увеличение достоверностп измерительной информации (в цикле ввод/вывод) за счет предобработки в регаиэ реального времени на 3 порядка - в случае загрузка програчш
IiOGIG-02-іі-ПОНТИ яа 4 яорядка при работе программы L0GIC-07.
в системе координатных траекторкшгизмерєшій-радао^ локационного комплекса, разработанного в ШО "Астрофизика".
при разработке я' изготовлении б ШІУ РАН по заказу БНПО "Зернопродукт" ИЙС АСУ технологаческоію процесса увлажнения sepia (ййОЗМ )- Система енєдрена и функционирует на мукомольном предприятий в условиях высокого уровня помех различной природ. Вероятность появления аномальных отсчетов в средней в одной из язглерительных цепей системы составляла величину от 0,1 до 0,5. После фильтрации в специализированном вычислителе с оптоволоконным АЦП ета величина снккалась до 0,00002, т.е. более чеы на 4 порядка.
Результаты внедрения годтверэдены соответствующими ак-' теш.
Апробация работа. Основные положения и результаты работа докладывались на Всесоюзной конференции "Метода и средства построения кнформациошю-измерительных структур в АСУ", г, Киев, 1991г. (два доклада); Научно-технической конференции "Средства и системы автоматизации управления прсцоес2Ш! сельскохозяйственного производства", г. Паланга, 1992т; Конференции, шлодых ученых Института проблем управления, 1989г.
Публикации. По матеріалам диссертации опубликовано 8 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы из 80-и наименований и изложена на 134 страницах.