Введение к работе
Актуальность проблемы
Сложность и насыщенность задач современных физических исследований требует разработки и совершенствования методов по обработке и анализу сверхбольших информационных потоков с детекторных систем ядерно-физических установок Главной целью дискретных преобразований в обработке такой информации является эффективное и достоверное выделение полезных составляющих из общей суммы зарегистрированных сигналов и преобразование их в форму, удобную для дальнейшего использования Следовательно, разработка эффективных и быстрых методов цифровой обработки сигналов, с учетом особенности среды их реализации, является одной из перспективных и актуальных задач в области современной экспериментальной физики
Другой сложной проблемой при обработке информации в физических установках является задача оперативного и достоверного анализа сигналов, а также эффективное подавление шумов и помех Так, например, в системах диагностики ускорителей ряд задач связан с анализом амплитуды и фазы колебаний пучка, содержащихся в дискретных выборках регистрируемых сигналов, которые имеют значительную шумовую составляющую На практике эти задачи, в основном, решаются на базе дискретного преобразования Фурье (ДПФ) Однако частотное разрешение, получаемое на малой длине выборки дискретных сигналов, не достаточно, а присутствие шумов приводит к неправильным спектральным оценкам
Поэтому разработка новых методов дискретных преобразований, состоящих из эффективных алгоритмов и современных информационных технологий для обработки в реальном времени информации с детекторных систем ядерно-физических установок, является актуальной научно-технической проблемой в области экспериментальной физики
Цель работы
Разработка новых эффективных методов дискретных преобразований для решения в реальном времени задач цифровой обработки сигналов в области экспериментальной физики
Основные задачи исследований состояли в следующем
разработка новых методов спектральных преобразований для анализа нестационарных сигналов, применение которых позволило получить достоверную спектральную оценку в системах оперативной диагностики,
разработка новых методов оптимального многоуровневого синтеза логической функции (ЛФ) большой размерности на программируемых логических матрицах (ПЛМ),
разработка точных методов дискретных преобразований на основе теоретико-числовых концепций для реализации алгоритмов спектрального оценивания и эффективной цифровой фильтрации в задачах оперативной диагностики нестационарных сигналов,
разработка регистрирующей электроники для современных физических экспериментов
Научная новизна
Впервые предложен новый подход для решения в реальном времени задач по обнаружению скрытых периодичностей в нестационарных сигналах, включающий в себя разработанные автором методы быстрого непрерывного спектрального измерения и статистической обработки спектральных оценок Новый метод спектрального измерения основан на разработанном автором математическом аппарате и представляет самостоятельное направление в области спектральной обработки нестационарных сигналов
Впервые предложены методы цифровой обработки спектральных коэффициентов, позволяющие получить в реальном времени статистически устойчивую текущую оценку анализируемого нестационарного сигнала
метод вычисления участков локальной стационарности и метод усреднения коэффициентов текущих спектральных измерений
Впервые предложен метод рекуррентного теоретико-числового преобразования для решения задач спектрального измерения и цифровой фильтрации В отличие от комплексного преобразования Фурье, данный метод является точным, без ошибок округления и усечения
Исследованы методы синтеза ЛФ большой размерности и предложен новый метод их реализации в системах предварительного отбора событий Метод основан на применении алгоритмов многозначной логики и дискретных преобразований Разработанная на его основе методика оптимизации ЛФ на ПЛМ, упрощает процедуру ее синтеза, повышает общее быстродействие системы отбора событий
В диссертации защищаются
Метод непрерывного цифрового спектрального преобразования в реальном времени для анализа нестационарных сигналов
Метод определения в реальном времени локальных стационарных участков по разверткам модулей коэффициентов Фурье
Метод вычисления в реальном времени модифицированной оценки текущего спектра нестационарного сигнала
Метод рекуррентного теоретико-числового преобразования для задач динамического спектрального измерения и цифровой фильтрации
Метод синтеза логических функций отбора большой размерности на программируемых логических матрицах (ПЛМ)
Результаты практического применения разработанных методов, которые являются частью детекторных систем в экспериментах COMPASS, ATLAS (CERN), PIBETA (PSI), GLC (KEK), DO (FERILAB), E225 (SACLE)
Апробация диссертации Основные положения диссертации неоднократно докладывались на
научно-методических семинарах ЛЯП, ОНМУ и ЛВТА (ОИЯИ, Россия), INFN (Италия), CERN и PSI (Швейцария), и на международных научно-технических конференциях "Симметрия и спин" (Прага 1998), "Спиновая физика" (Прага 2004), "Контрольно-измерительная аппаратура" (Вена 2001), "Новые разработки по фотодетекторам" (Бон 2002, Франция), "Детекторы РИЧ" (Пилос 2003, Греция)
Диссертация изложена на 247 страницах, состоит из четырех глав, четырех приложений и заключения Список литературы содержит 156 наименований Работа иллюстрирована 70 рисунками и содержит 10 таблиц
