Методи підоптимального синтезу функціональних пристроїв обробки сигналів з підвищенним завадозахистом

8. В результаті проведених досліджень була вирішена значна прикладна проблема побудови підоптимальних методів синтезу ЛАП, які дозволяють автоматизовано синтезувати пристрої обробки інформаційних сигналів, що функціонують на основі різних фізичних принципів та забезпечують ефективну обробку сигналів в областях частоти, часу та простору, за умов визначеного комплексу обмежень.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті у наукових виданнях (фахові видання за переліком ВАК України)

1. Калашников А.Н. Распределение характеристик акустических устройств под воздействием погрешностей их изготовления // Акустика и ультразвуковая техника.-Киев,1990. -Вып.25.- С.70-71.

2. Калашников А.Н., Назаренко А.Ф. Регулирование параметров систем, содержащих фильтры на поверхностных акустических волнах, с помощью обратной связи // Радиоэлектроника.Изв. вузов.-1991.-Т.34.-№ 11.-С.79-80.

3. Калашников А.Н., Лепих Я.И., Назаренко А.Ф. Анализ чувствительности параметров комплексной частотной характеристики устройств на ПАВ к воздействию технологических факторов // Радиоэлектроника. Изв.вузов.-1994.- Т.37.-№ 1.-С.18-25.

4. Калашников А.Н., Лепих Я.И., Молодцов Ф.В., Назаренко А.Ф. Использование критерия отношения сигнал/помеха для оценки АЧХ полосовых фильтров // Радиотехника(Москва).-1994.-№ 3.- c.24-26.

5. Kalаshnikov A.N., Nazarenko A.F. The design of the maximal SNR linear phase FIR digital filters // Signal Processing(EURASIP).-1994-Vol.40.-№ 3.-P.307-310.

6. Калашников А.Н., Назаренко А.Ф. Градиентная оптимизация отношения Рэлея и обобщенного отношения Рэлея при синтезе цифровых фильтров // Радиоэлектроника. Изв.вузов.-1994. -Т.37.-№ 11. -С.43-48.

7. Калашников А.Н., Лепих Я.И., Литвинов В.Ф., Назаренко А.Ф. Сравнительный анализ АЧХ LC-фильтров Баттерворта и АЧХ фильтров на ПАВ с учетом технологических факторов // Радиоэлектроника.Изв. вузов.-1996.-Т.39. -№ 1.-С.55-62.

8. Калашников А.Н. Определение коэффициентов линейной аппроксимации для неортогонального базиса путем оптимизации обобщенного отношения Рэлея // Труды Одесского политехнического университета.-1996.-Вып.2. -С.37-39.

9. Калашников А.Н., Власенко В.А., Назаренко А.Ф. Выбор начального приближения при градиентном синтезе широкополосных нерекурсивных фильтров по критерию ОСП // Труды Одесского политехнического университета.-1996.-Вып.2. -С.36-37.

10. Калашников А.Н. Синтез нерекурсивных цифровых фильтров во временной области путем градиентной оптимизации обобщенного отношения Рэлея // Радиоэлектроника. Изв.вузов.-1997.-Т.40.-№ 3.-С.31-38.

11. Калашников А.Н. Синтез устройств предварительной обработки для систем обнаружения сигналов известной формы путем оптимизации обобщенного отношения Рэлея // Изв.вузов.Радиоэлектроника.-1997.Т.40.-№7.-С.11-18.

12. Калашников А.Н., Власенко В.А., Назаренко А.Ф. Гибридные устройства обработки сигналов на основе цифровых фильтров с линейной фазой и преобразователей Гильберта // Праці УНДІРТ.-1996.-№3.С.28-33.

13. Калашников А.Н., Власенко В.А., Назаренко А.Ф. Оптимизация по энергетическим критериям широкополосных аддитивных антенных решеток Труды Одесского политехнического университета.-1997.Вып.2.-С.98-100.

14. Калашников А.Н. Синтез рекурсивных цифровых фильтров согласно энергетическим критериям путем решения задачи линейной аппроксимации Труды Одесского политехнического университета.-1997.Вып.2.-С.94-97.

15. Калашников А.Н., Власенко В.А., Назаренко А.Ф. Дискретная оптимизация линейных аддитивных антенных решеток согласно энергетическим критериям // Праці УНДІРТ.-1997.-№2.С.30-35.

16. Калашников А.Н. Оптимизация аналого-цифровых устройств частотной фильтрации для обработки гидроакустических сигналов // Праці УНДІРТ.-1996.-№4.С.31-36.

17. Калашников А.Н., Власенко В.А., Назаренко А.Ф. Методы оптимальной цифровой фильтрации при решении задач вибродиагностики: критерии синтеза и применение для выделения информативных сигналов // Изв.вузов.Радиоэлектроника.-1998.Т.41.-№3.-С.21-27.

18. Калашников А.Н. Оптимизация комплексной передаточной характеристики нерекурсивных цифровых фильтров по критерию относительной среднеквадратичной ошибки // Изв.вузов.Радиоэлектроника.-1998.Т.41.-№10.-С.34-40.

19. Калашников А.Н., Власенко В.А., Назаренко А.Ф. Синтез эффективных линейных аддитивных устройств пространственной обработки сигналов на основе оптимизации обобщенного отношения Рэлея // Праці УНДІРТ.-1998.-№1.С.44-51.

20. Авторські свідоцтва та патенти

21. Калашников А.Н., Назаренко А.Ф. Рекурсивный фильтр на поверхностных акустических волнах // А.с.№ 1762384.- Изобретения стран мира.-1992.-№ 23. -Вып.108,МКИ Н03Н, с.3.

22. Калашников А.Н., Назаренко А.Ф. Рекурсивный фильтр на поверхностных акустических волнах // А.С.№ 1764137.- Изобретения стран мира.-1992.-№ 24. -Вып.108,МКИ Н03Н, с.4.

23. Калашніков О.М., Власенко В.О., Назаренко А.Ф. Пристрій на поверхневих акустичних хвилях // Патент на винахід № 20911А, МКІ Н03Н 9/00 від 07.10.97

24. Калашніков О.М. Зустрічно-штирьовий перетворювач поверхневих акустичних хвиль // Патент на винахід № 18272А, МКІ Н03Н 9/145 від 25.12.97

25. Праці наукових конференцій та семінарів

26. Калашников А.Н. Моделирование и оптимизация аддитивных систем обработки сигналов с комплексным взвешиванием на основе вещественной арифметики // Математика и психология в педагогической системе "Технический университет".-Сб.ст.1 междун.конф.-Одесса: ОГПУ,1996.-С.47-48.

27. Калашников А.Н., Власенко В.А., Давиденко Л.А., Назаренко А.Ф. Предварительная фильтрация сейсмических сигналов с помощью нерекурсивных цифровых фильтров, оптимальных по энергетическим критериям // Проблемы геоакустики: методы и средства.Сборник трудов.-М.:Изд.МГГУ1996.-С.50-53.

28. Kalashnikov A.N., Vlasenko V.A., Nazarenko A.F. The reduced sidelobe level sectioned antenna array family // Proc.2nd Int.Conf.on Antenna Theory and Techniques.-Kyiv,1997.-P.72-74.

29. Kalashnikov A.N. The optimization of the spatially distributed radiation system using the energy criteria in the pulse mode // Proc.2nd Int.Conf.on Antenna Theory and Techniques.-Kyiv,1997.-P.12-13.

30. Калашніков О.М. Застосування методів цифрової фільтрації до вирішення задач діягностики машин та механізмів за їх вібраціями// Оброблення сигналів і зображень та розпізнавання образів.Праці.-Київ,1996. С.172-174.

31. Kalаshnikov A.N., Lepikh Ya.I., Nazarenko A.F. The comparison between the theiretical and experimental analysis results of the SAW device fabrication error influence // Proc.1996 Int.Symp.Acoustoel.,Freq.Control &Signal Generation.-Moscow:MPEI Publishers,1996.-P.327-331.

32. Калашніков О.М., Власенко В.О., Назаренко А.Ф. Порівняльний аналіз характеристик нерекурсивних цифрових фільтрів, оптимальних за критеріями відносної середньоквадратичної похибки та Чебишева Труды 3-й Международной научно-технической конференции по электросвязи, телевизионному и звуковому вещанию УкрТелеКонф-97 Одесса,1997 С.48

33. Калашников А.Н. Использование линейных аддитивных цифровых устройств, оптимальных по энергетическим критериям, для обработки гидроакустических сигналов // Сборник трудов 6-й сессии Российского акустического общества.-М.:Изд. МГГУ,1997.-С.213-216.

34. Калашников А.Н. Проектирование фильтров на поверхностных акустических волнах по энергетическим критериям с учетом воздействия технологических факторов // Сборник трудов 6-й сессии Российского акустического общества.-М.:Изд. МГГУ,1997.-С.137-140.

35. Тези доповідей наукових конференцій та семінарів

36. 33. Калашніков О.М. Деконволюція зондуючих імпульсів акустичного неруйнівного контролю за допомогою оптимізації узагальненого відношення Релея // Фізичні методи та засоби контролю матеріалів та виробів.-Київ-Львів, 1996.-С.17-18

АНОТАЦІЇ

Калашніков О.М. Методи підоптимального синтезу функціональних пристроїв обробки сигналів з підвищенним завадозахистом.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню доктора технічних наук за фахом 05.13.05 - елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування.-Одеський державний політехнічний університет, Одеса, 1999.

Дисертацію присвячено вирішенню проблеми підвищення якості, ефективності та завадостійкості визначених пристроїв обробки сигналів (зокрема, нерекурсивних та рекурсивних цифрових фільтрів, фільтрів на поверхневих акустичних хвилях, деконволюторів, антених решіток). Запропоновано новий уніфікований методологічний підхід до оптимального синтезу таких пристроїв, який полягає у формулюванні критеріїв синтезу (відносної середньоквадратичної похибки та відношення сигнал/завада) за допомогою узагальненого відношення Релея, та подальшої оптимізації за допомогою розроблених процедур. Встановлено, що такий підхід може бути застосований при синтезі пристроїв для обробки сигналів в частотній, часовій та просторовій областях. Основні результати роботи використовувались при вирішенні задач обробки інформаційних сигналів, для проектування пристроїв на поверхневих акустичних хвилях, та застосовані при виконанні наукових досліджень та технічних розробок у різноманітних галузях.

Ключові слова: лінійні елементи, адитивні звязки, пристрої обробки сигналів, відношення сигнал/завада, відносна середньоквадратична похибка, узагальнене відношення Релея, цифрова обробка сигналів, пристрої на поверхневих акустичних хвилях, антенні решітки, технологічні відхилення

Калашников А.Н. Методы подоптимального синтеза функциональных устройств обработки сигналов с повышенной помехозащищенностью.-Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.05 - элементы и устройства вычислительной техники и систем управления.-Одесский государственный политехнический университет, Одесса, 1999.

Диссертация посвящена решению проблемы повышения качества, эффективности и помехоустойчивости определенных устройств обработки сигналов (в частности, нерекурсивных и рекурсивных цифровых фильтров, фильтров на поверхностных акустических волнах, деконволюторов, антенных решеток). Предложен новый унифицированный методологический подход к оптимальному синтезу таких линейных цепей и устройств, заключающийся в формулировке критериев синтеза (относительной среднеквадратичной ошибки (СКО) и отношения сигнал/помеха (ОСП)) с помощью обобщенного отношения Рэлея, и дальнейшей оптимизации с помощью разработанных процедур. Установлено, что такой подход может быть использован при синтезе устройств для обработки сигналов в частотной, временной и пространственной областях. Основные результаты работы использовались при решении задач обработки информационных сигналов, при проектировании устройств на поверхностных акустических волнах, и применены при выполнении научных исследований и технических разработок в различных отраслях.

Во введении отображены основные положения рассматриваемой проблемы и приведена общая характеристика работы.

В первом разделе проведен анализ современного состояния проблемы, рассмотрены области применения и способы реализации рассматриваемых устройств. Проведен анализ структурных схем и ограничений, обоснована необходимость проведения дальнейших исследований.

Во втором разделе рассмотрена методология подоптимального синтеза функциональных устройств с повышенной помехозащищенностью. Показано, что критерий относительной СКО обобщает критерий ОСП. В свою очередь, критерий ОСП обобщает критерий максимальной энергии. При использовании каждого из этих критериев оптимизационная задача может быть сведена к задаче оптимизации обобщенного отношения Рэлея (ООР). Проанализированы особенности оптимизации устройств в случае воздействия случайных производственных отклонений на их параметры. Проведен сопоставительный качественный анализ энергетических критериев и критерия Чебышева, а также количественный анализ устройств, оптимальных по этим критериям.

В третьем разделе рассмотрено алгоритмическое обеспечение процедур синтеза. Описана градиентная процедура оптимизации ООР и проведено доказательство ее сходимости. Проанализированы различные способы выбора начального приближения и выработаны рекомендации по их применению. Рассмотрены особенности синтеза устройств в случае, когда на значения весовых коэффициентов накладываются параметрические ограничения. Представлена базовая методика использования разработанного программно-алгоритмического обеспечения и способы ее реализации.

В четвертом разделе рассмотрен синтез устройств в частотной области. Рассмотрены методы и результаты синтеза НЦФ для устройств квадратурной обработки, банков фильтров, корректоров частотных характеристик, выполнения некоторых операций обработки сигналов (дифференцирования, интегрирования, интерполяции, формирования фазового сдвига), фильтров на ПАВ, а также методы синтеза рекурсивных фильтров (в том числе как цифровых, так и фильтров на ПАВ).

В пятом разделе рассмотрены особенности и результаты синтеза НЦФ для предварительной обработки ряда информационных сигналов (в частности, гидроакустических, сейсмоакустических, виброакустических), а также предварительной квадратурной обработки сигналов.

В шестом разделе рассматривается синтез устройств во временной области. Приведены методы и примеры синтеза устройств для преобразования импульсных сигналов к требуемому виду, деконволюторов и обратных фильтров, устройств для режекции импульсных сигналов известной формы, а также устройств, обеспечивающих требуемую разрешающую способность устройств. Проанализированы возможности использования разработанного подхода для построения классификаторов и проведения авторегрессионного анализа.

В седьмом разделе рассматривается синтез устройств в пространственной области. Приведены методы и результаты синтеза ЛАУ в узкополосном, широкополосном и импульсном режимах, а также в случае наличия ограничений на значения весовых коэффициентов. Проанализированы различия в результатах оптимизации, получаемых для различных режимов работы АР в сходной сигнально-помеховой обстановке.

Ключевые слова: линейные элементы, аддитивные связи, устройства обработки сигналов, отношение сигнал/помеха, относительная среднеквадратичная ошибка, обобщенное отношение Рэлея, цифровая обработка сигналов, устройства на поверхностных акустических волнах, антенные решетки, технологические отклонения

Kalshnikov A.N. Methods for the suboptiomal design of the functional signal processing devices provided higher noise suppression.-Manuscript.

Thesis for a doctor's degree by speciality 05.13.05 - elements and devices for computer hardware and control systems.-Odessa State Polytechnic University, Odessa, 1999.

The dissertation is devoted to solving the problem of increasing quality, efficiency and noise protection of the definite signal processing devices (particularly, transversal and recursive digital filters, surface acoustic wave filters, deconvolutors, antenna arrays). A new unified methodological approach for the linear circuits and devices design is elaborated. The approach is based upon the formulation of the design criteria (relative mean square error and signal-to-noise ratio) in terms of the generalized Rayleigh quotient and further optimization with created procedures. There is established that the proposing approach can be used during the design of various purposes' and different operation principles' devices for the signal processing in frequency, time and space domains. The basic results of the work were used during solving signal processing tasks of acoustical signals of various origin, during the design of the surface acoustic wave devices and were implemented into research and development for various purposes.

Key words: linear elements, additive connections, signal processing devices, signal-to-noise ratio, relative mean square error, generalized Rayleigh quotient, digital signal processing, surface acoustic wave devices, antenna arrays, technological errors

Размещено на Allbest.ur