Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ темы.
Прикладная теория наблюдений - отрасль науки, формализующая правила наблюдения за различными техническими системами. В настоящее время роль анализа результатов наблюдения резко возросла, как из-за объема поступающей на обработку информации, так и из-за сложностей создания дорогостоящих аппаратных комплексов.
В диссертационной, работе рассматривается наблюдение за сложной территориально распределенной системой, включающей в себя помимо технических и организационно-технические параметры.
Назовем сложной организационно-технической обстановкой (далее СОТО) совокупность носителей источников излучения, структур сигналов источников излучения и помеховой среды, сосредоточенных в некотором географическом регионе.
В качестве примера рассмотрим морской регион, например на Дальнем Востоке, период путины - на промысел вышли флотилии под флагами разных стран, причем количество судов, их тип и цели весьма различны. С целью увеличения эффективности контроля предлагается вариант пассивного наблюдателя, находящегося либо на суше, либо на одном из кораблей резидентов. Ставится задача контроля и анализа передвижения и взаимодействия носителей (кораблей). Задача наблюдателя - получение всей доступной ему информации о перемещении носителей в регионе; цель - коммерческая выгода, национальные интересы, техническая разведка.
В настоящее время актуальность задачи наблюдателя возросла, как в связи с усложнением структур сигналов и систем связи, а также значительным расширением круга носителей, так и в связи с резким увеличением объема поступающей на обработку информации. Интенсивное использование микропроцессорных средств при решении разнообразных задач связи и управления ставит задачи создания методов повышения эффективности анализа СОТО. При увеличении объема поступающей для анализа информации особое значение приобретает проблема создания методов со специализацией на обработку сигналов сложной структуры, а также разработка вычислительных процедур.
Для решения проблемы одновременного комплексного оценивания сложной организационно-технической обстановки в заданном географическом регионе следует искать новые резервы. В их основе могут
- з -лежать, с одной сторони, традиционный путь совершенствования используемой методической и элементной базы, а с другой - широкое применение новых алгоритмов, обработки, основанных на методах двумерной математики и обработки изображений. Совокупность этих подходов уже в ближайшее время может составить базу для качественного улучшения основных оценок применяемых методов. При узкой специализации методик обработки сигналов, а также при использовании методов обработки изображений, появляется возможность оперативно и без значительных затрат на аппаратуру решать практические задачи, возникающие при разработке новых или модернизации существующих специализированных комплексов по обработке сигналов.
Благодаря усилиям российских и зарубежных ученых в настоящее время разработано достаточно много методов обработки сигналов, однако их специализация в ряде случаев не достаточна. Кроме того, в существующих на практике комплексах преобладающим является одномерный подход к анализу результатов наблюдения. Вместе с тем, возрастающие требования к процессу наблюдения за СОТО, а также специфические особенности задачи повышения эффективности наблюдения выдвинули требования разработки методов, направленных на решение обозначенной выше проблемы-.
ЦЕЛЬ работы. Целью данной работы является создание методов обработки сигналов наблюдения за сложной организационно-технической обстановкой, имеющих повышенную эффективность и использующих методы двумерной обработки данных.
Для достижения поставленной цели решались следующие научные задачи:
создание математической модели сигналов наблюдения за СОТО, опирающейся на представление сигналов в виде скачкообразных случайных процессов и позволяющей создать научно-обоснованные процедуры обработки сигналов;
обоснование применения методов обработки двумерных изображений' к обработке сигналов сложной структуры;
разработка методов формирования, анализа и архивирования информационных массивов сигналов, названных в диссертационной работе "технические карты" сигнала;
обоснование целесообразности и необходимости разработки метода технических карт сигнала, позволяющего вести одновременный анализ СОТО как во временной, так и в частотной области представления информации;
разработка программно-целевого комплекса моделирования СОТО, анализа сигналов сложной структуры и формирования технических карт сигнала;
разработка методов анализа карт сигналов в интересах повышения достоверности оценки СОТО.
Методы исследования. Исследование, постановка задачи, теоретическое обоснование применения методов обработки двумерных изображений к обработке сигналов сложной структуры потребовало привлечения методов двумерной математики, теории вероятностей и математической статистики.
Методы спектрального анализа, линейной алгебры, функционального анализа применялись к созданию математических моделей сигналов наблюдения СОТО, а также к разработке методов выделения признаков и анализа технических карг сигналов.
Методы цифрового моделирования, анализа изображений, оптимизации, а также математическая логика являются базой разработки методов формирования, анализа и архивации технических карт сигналов.
Статистическое оценивание случайных процессов типа "временная смесь" выполнялось с использованием методов теории случайных процессов.
Экспериментальные исследования проводились путем использования имитационного моделирования.
Научная новизна состоит в развитии методов и разработке на их основе алгоритмов, повышающих эффективность анализа обстановки наблюдения. В результате исследований получены следующие научные результаты:
- предложена оценка статистических характеристик скачкообраз
ного случайного процесса типа "временная смесь"; предложенная
оценка позволяет значительно упростить имитационное моделирование
сигналов сложной структуры, описываемых, как скачкообразные слу
чайные процессы типа "временная смесь";
- разработан метод представления сигналов сложной структуры, как изображений, включающий формирование трехмерного массива информационных характеристик сигнала; метод позволяет исключить раздельный анализ характеристик сигнала в частотной и временной области, а также позволяет достичь более высоких количественных показателей точности;
- разработан способ сравнительной оценки методов анализа сиг-
налов наблюдения; метод позволяет учесть показатели быстродействия, точности, а также вероятности обнаружения источника излучения в регионе наблюдения;
- разработана и программно реализована методика моделирования обстановки наблюдения; программная реализация методики базируется на объектно-ориентированном подходе.
Практическая ценность работы заключается в создании на основе теоретических исследований инженерных процедур обработки сигналов наблюдений СОТО, позволяющих, используя методы двумерной математики и обработки изображений, получать оценки показателей сложной организационно-технической в заданном географическом регионе.
Реализация результатов диссертации. Результаты исследований использованы в разработках функционального программного обеспечения при создании ряда программно-аппаратных комплексов, выполненных Вятским государственным техническим университетом и другими предприятиями г.Кирова.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на международных, всероссийских, региональных, специализированных и вузовских научно-технических конференциях, семинарах, совещаниях, посвященных проблемам обработки информации на базе цифровой вычислительной техники. Всего по теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.