Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Развитие средств связи сопровождается ус-снением функций устройств приема сигнала, ростом требований к сохранению оких показателей качества приема при значительных изменениях помеховой об-товки. Если на заре развития радиосвязи основным видом помех в системах связи іего назначения являлись атмосферные помехи, то в настоящее время вопросы [иты от помех, порожденных внеполосным излучением различного рода радио-гем, приобретают большую практическую значимость.
Известные преимущества цифровых систем связи перед аналоговыми: высо-помехоустойчивость к воздействию внешних помех и аппаратурных искажений; собность к регенерации (отсутствие накопления помехи); удобство записи, храня и автоматической обработки сигналов послужили основой для их интенсивно-зазвития и применения на практике. Активно создаются цифровые сети с инте-цией служб, обеспечивающие доступ каждолгу абоненту к любодгу друголгу або-ту, банкам данных и ЭВМ высокой производительности. Цифровые системы вхо-в состав более широкого класса систем передачи информации - систем передачи кретных сообщений (СПДС).
В состав станций и сетей цифровых систем связи входят устройства, осуще-тяющие цифровую обработку сигналов в реальном масштабе времени, которые озможно реализовать без тщательных расчетов вне зависимости от способа ис-нения этих устройств (программного или аппаратного). Возникает проблема соз-ия и исследования математических и цифровых моделей приема сигналов в ЦС с целью определения показателей эффективности и сложности различных одов приема. Развитие вычислительной техники способствовало тому, что циф-ое моделирование стало неотъемлемым этапом в процессах анализа и синтеза гем связи, в том числе цифровых систем связи.
При разработке новых систем связи, предназначенных для работы в различ-: регионах земного шара, одной из важных проблем является проблема устойчи-ги показателей качества приема в условиях априорной неопределенности относило статистических характеристик помех. Такую устойчивость могут гарантиро-> непараметрические алгоритмы приема.
В настоящее время еще не сформировалась единая теория статистического теза при недостатке априорных данных о помехах. Существует целый ряд на-влений преодоления априорной неопределенности. Методы синтеза можно разде-ь на асимптотические и неасимптотические. Асимптотический подход развит в этах П. С. Акимова, В. А. Богдановича, Б. Р. Левина, Г. П. Тартаковского, В. Г. ина, Р. Л. Стратоновича, Я. А. Фомина, Я. 3. Цыпкина и др. Неасимтотические оды, применимые к более узкому кругу решаемых задач, развиваются в работах Z. Акимова, В. А. Богдановича, В. Н. Прокофьева, Я. А. Фомина и др. Синтези-шные алгоритмы предназначены для работы в условиях параметрической апри-ой неопределенности и предполагают поэлементную обработку принимаемых галов.
Основной преградой на пути развития теории синтеза непараметрическі алгоритмов приема является сложность создания моделей помеховой обстановк канала связи, устройств передачи и обработки этих сигналов. Появление мощнь вычислительных средств привело к развитию цифровых моделей этих объектов. О, нако задача синтеза алгоритмов непараметрической обработки при приеме сигналі в целом, ввиду ее сложности, до настоящего времени в аналитическом виде не реш на.
Отмеченные сложности лежат в основе необходимости анализа моделі приема сигналов в СПДС с целью синтеза непараметрических алгоритмов обрабо ки, гарантирующих робастность показателей качества к виду изменяющегося ра пределения помехи. Актуальность представленной работы определяется разработк< и исследованием свойств таких алгоритмов.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Разработать математические и цифрові модели непараметрических классификаторов бинарных сигналов для приема сигн лов в целом, гарантирующих устойчивость показателей качества в отношении изм няющихся законов распределения помех. Исследовать условия применимости да ных алгоритмов при приеме сигналов в радиосистемах командного типа.
Решение поставленной задачи проводится в несколько этапов:
-
анализ известных структурных компонентов моделей приема и определение вид этих компонентов для обобщенной модели приема;
-
определение обобщенной модели приема и классификация задач, решаемых щ приеме сигналов в СПДС;
-
исследование показателей качества и сложности реализации на микропроцессо ных системах существующих оптимальных и подогггимальных параметрических а горитмов приема;
-
исследование показателей качества и сложности реализации на микропроцессо ных системах существующих непараметрических алгоритмов приема;
-
исследование непараметрических свойств среднего числа пересечений (СЧП) п рогового уровня и среднего времени пребывания (СВП) над пороговым уровнем интервалах заданной длительности для случайных процессов с различными закоь ми распределения;
-
разработка алгоритмов непараметрической классификации бинарных сигнал при приеме в целом, в которых признаками используются среднее число пересечен: и среднее время пребывания;
-
исследование показателей качества и сложности разработанных алгоритмов в сг чае решения задачи обнаружения;
-
экспериментальное определение показателей качества разработанных алгоритм при классификации бинарных сигналов на фоне помех с различными статисти1 скими характеристиками.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ основаны на системном подходе и испої зовании методов теории статистических решений и статистической теории распозт вания образов, функционального анализа. Исследование характеристик числа
5 гсечений и времени пребывания для случайных процессов с различными закона-распределения проводилось методом статистического моделирования. Показате-качества существующих и предлагаемых методов непараметрической обработки еделялись с использованием метода статистических испытаний. Оценка сложно-существующих и предлагаемых алгоритмов при их реализации на микропроцес-ных структурах проведена аналитически. Показатели качества непараметриче-х классификаторов при приеме бинарных кодов определены экспериментально.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В работе получен ряд новых результатов, которые алтея к следующему:
-
Предложены два метода непараметрического распознавания бинарных калов, обеспечивающих прием сигналов в целом.
-
Для существующих методов непараметрического обнаружения получены внительные оценки показателей качества и сложности их реализации на микро-цессорных системах.
-
Для предлагаемых методов непараметрической классификации получены внительные характеристики показателей качества и сложности их реализации на :ропроцессорных структурах.
-
Определены условия целесообразности применения предлагаемых алго-мов в СПДС.
-
Разработаны цифровые модели непараметрических классификаторов би-ных сигналов.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ состоит в следующем: основные резуль-л работы были внедрены на кафедре ТОР, где использовались при постановке са специализации " Оптимальное обнаружение сигналов "; материалы диссерта-: в части алгоритмов непараметрической обработки сигналов использованы при работке систем радиоохранной сигнализации АООА "Феникс" (г. Армавир).
ДОСТОВЕРНОСТЬ ИЗЛОЖЕННОГО подтверждается результатами териментальных исследований характеристик предлагаемых алгоритмов при ссификации последовательных бинарных кодов.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ следую-
результаты исследования статистических характеристик выбросов случай-: процессов с различными законами распределения;
модель классификатора бинарных сигналов в целом по среднему числу есечений порогового уровня;
модель классификатора бинарных сигналов в целом по среднему времени бывания процесса над пороговым уровнем;
характеристики представленных алгоритмов классификации при решении ічи обнаружения сигнала постоянного уровня для помех с различными законами пределения;
результаты экспериментального определения характеристик работы пред-зленных алгоритмов при классификации последовательных двоичных кодов в звиях негауссовых помех;
- результаты сравнительного анализа показателей качества и сложности с
шествующих и предлагаемых методов непараметрической обработки бинарных си
налов.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работ обсуждались и докладывались:
на научно-технической конференции НТО РЭС им. А.С.Попова, посвящеі ной Дню радио в 1993 г, в г. Таганроге;
на научно-технических семинарах кафедры ТОР Таганрогского Государе венного радиотехнического университета в 1995,1996 гг.
ПУБЛИКАЦИИ. Основные научные результаты диссертации опубликов ныв 6 статьях, тезисах доклада.
СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из вв дения, пяти разделов, заключения и приложений, включающих 11 наименований.
Работа изложена на 156 стр. текста, 58 рисунках, 9 таблицах, списка л тературы из 99 наименований и приложений.