Введение к работе
Проблема сжатия дашшх возникла в начале 60-х годов в связи с развитием систем телеметрии для решения задач исследований, испытаний, контроля и управления сложными объектами и техническими комплексами. Повышение сложности решаемых задач привело к увеличению потоков информации, передаваемых через каналы связи, в результате чего были достигнуты пределы возможностей по расширению полосы частот каналов связи, допустимым срокам обработки измерительной информации и объему памяти запоминающих и регистрирующих устройств.
Эффективным решением проблемы снижения избыточности информации стало создание адаптивных методов сбора, передачи и сжатия данных, позволяющих снизить требования к пропускной способности каналов связи измерительных систем и повысить эффективность обработки информации. Кроме того, использование методов сжатия данных приводит к существенному сокращению объемов памяти запоминающих и регистрирующих устройств, снижению энергозатрат на передачу сообщений по каналам связи, сужению частотной полосы каналов связи, повышению оперативности управления сложными объектами и сокращению временных затрат на обработку принимаемой информации.
В настоящее время процедуры сжатия данных наиболее широко используются в системах обработки и передачи данных с повышенной информативностью, к которым относятся автоматизированные системы научных исследований, системы передачи измерительной информации, речевых и телевизионных сообщений и др. При этом наиболее актуальными вопросами, связанными с проблемой сжатия данных являются вопросы синтеза и анализа систем передачи непрерывных и дискретных сообщений с повышенной информативностью, допускающих простую аппаратную реализацию.
Цель работы. Целью диссертационной работы является исследование и разработка алгоритмов спектрального оценивания сигналов на основе методов выделения скрытых периодичностей по пересечениям нуля и преобразования Хартли для задач сжатия данных, а также программно-аппаратных средств измерительно-вычислительных систем (ИВС).
Достижение поставленных целей требует решения следующих задач:
-
Исследование и развитие методов спектрального оценивания сигналов на базе алгоритмов выделения скрытых периодичностей по пересечениям нуля (ВСППН);
-
Исследование погрешностей метода спектрального оценивания на базе преобразования Хартли;
-
Разработка алгоритмов адаптивной регистрации и сжатия данных на основе методов ВСППН и преобразования Хартли;
4. Разработка аппаратно-программных средств полевого измери
тельно-вычислительного комплекса (ИВК) для геофизических исследо
ваний.
Основные методы исследования базируются на математическом аппарате теории случайных процессов, математической статистике, теории линейных систем, а также отдельных разделов математического анализа. Для исследования алгоритмов используется метод цифрового моделирования. Достоверность полученных результатов подтверждается тестированием алгоритмов на моделях сигналов с известными спектральными свойствами.
Научная новизна состоит в следующем:
-
Предложена модификация метода ВСППН для оценок спектров измерительных сигналов, обладающая низкими вычислительными затратами и более высокой, чем у базового, достоверностью спектральных оценок;
-
Произведена оценка условий и границ работоспособности модифицированного метода ВСППН на моделях сигналов с дискретным спектром и различным отношением сигнал/шум. Предложен способ дополнительной обработки входных данных, позволяющий уменьшить погрешности выделения периодических составляющих для метода ВСППН;
-
Предложены алгоритмы адаптивной регистрации и сжатия данных на базе методов БПХ и ВСППН, обеспечивающие простоту программно-аппаратной реализации;
-
Показана возможность применения метода ВСППН для задач обнаружения сигнала с известными параметрами на фоне белого шума.
На защиту выносятся следующие основные научные результаты: 1. Модификация метода ВСППН, основанная на использовании совокупности чисел пересечения сигналом нулевого уровня, полученных
после применения к исследуемому сигналу ряда повторно-разностных и повторно-суммирующих фильтров;
-
Результаты оценки условий и границ работоспособности модифицированного метода ВСГТПН, а так же способ дополнительной обработки входных данных, позволяющий уменьшить погрешности выделения периодических составляюгцігх для метода ВСГТПН;
-
Алгоритмы адаптгашой дискретизации и сжатия данных на базе методов ВСГТПН и БПХ и их аппаратно-программная реализация.
Практическая цепность:
-
Разработан комплекс программ для исследования характеристик методов ВСГТПН и БПХ на моделях измерительных сигналов с различными видами спектров;
-
Разработан комплекс программ экспресс-оценок спектра и сжатия измерительного сигнала для экспедиционного ИВК.
-
Разработан измерительно-вычислительный комплекс для регистрации и обработки данных магнитотеллурического зондирования в экс-педиционно-полевых условиях.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы в Институте тектоники и геофизики ДВО РАН.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
-
2-ой Дальневосточной НПК "Совершенствование электрооборудования и средств автоматизации технологических процессов промышленных предприятий", Комсомольск-на-Амуре, 1989;
-
НТС "Применение микропроцессоров, микро- и персональных ЭВМ", г. Миасс, 1990;
-
The First Soviet Union-China Symposium "The actual problems of the scientific and technological progress of the Far Eastern region on the base of Soviet Union- China direct cooperation", Khabarovsk, 1991;
4.HTK по использованию результатов конверсии науки в ВУЗах Сибири для международного сотрудничества (СИБКОНВЕРС'95), Томск, 1995;
-
4-ой Дальневосточной НПК " Совершенствование электрооборудования и средств автоматизации технологических процессов промышленных предприятий", Комсомольск-на-Амуре, 1995;
-
Международной НПК "Информационные технологии в образовании, управлении и промышленности", Комсомольск-на-Амуре, 1996;
Материалы исследований докладывались и обсуждались также на научно-технических семинарах ХГТУ, НИИ КТ, ИАПУ ДВО РАН и ДВГТУ.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 работ.
Объем работы. Работа состоит го введения, четырех глав, заключения, списка литературы, четырех приложений и содержит 124 страницы основного текста, 8 таблиц, 40 рисунков и 27 страниц приложений.
