"Цифровая обработка сигналов" - научно-технический журнал

"Цифровая обработка сигналов" №2-2024 год : рефераты статей

Джиган В.И.
Цифровая адаптивная антенная решетка для приема полезных сигналов, находящихся под тепловыми шумами // Цифровая обработка сигналов. 2024. №2. С. 3-10.

Аннотация:
Представлена адаптивная антенная решетка (ААР). Для расчета ее весовых коэффициентов используются рекурсивные алгоритмы по критерию наименьших квадратов. Информационный (полезный) сигнал ААР представляет собой периодическую псевдослучайную последовательность, скрытую шумами приемников каналов решетки. Такие последовательности часто используются в современных радиолокационных, навигационных и связных системах. Согласованные фильтры (СФ) или корреляторы используются для обработки сигналов в каналах AAР, что позволяет использовать для вычисления ее весовых коэффициентов адаптивные алгоритмы, базирующиеся на критерии наименьших квадратов. Выходными сигналами СФ являются отсчеты функции взаимной корреляции сигналов каналов ААР и псевдослучайной последовательности. Алгоритм вычисления весовых коэффициентов ААР обрабатывает периодические отсчеты максимальных значений выходных сигналов СФ и обрабатывает сигнал ошибки между выходным и требуемым сигналами решетки. Требуемый сигнал также формируется с использованием отсчетов максимальных значений автокорреляционной функции псевдослучайной последовательности. Вычисление весовых коэффициентов AAР осуществляется с помощью рекурсивного алгоритма по критерию наименьших квадратов на основе леммы обращения матрицы и двух его вычислительно эффективных модификаций. Моделирование показывает, что ААР может подавлять мешающие сигналы и одновременно отслеживать угловое положение источника информационного сигнала, даже если это положение изначально неизвестно. Это позволяет использовать такую ААР для приема сигнала от движущегося источника при наличии помех.

Ключевые слова:
адаптивная антенная решетка, диаграмма направленности, согласованный фильтр, рекурсивный алгоритм по критерию наименьших квадратов, среднеквадратическая ошибка, слежение за угловым положением источника сигнала.

Об авторах:
Джиган В.И., д.т.н., главный научный сотрудник Института проблем проектирования в микроэлектронике Российской академии наук, г. Москва, e-mail: djigan@ippm.ru

Лобов Е.М., Липаткин В.И., Лобова Е.О., Чиров Д.С.
Результаты разработки вычислительно эффективного алгоритма совместного обнаружения сигналов и оценивания их параметров в условиях широкополосного ионосферного канала // Цифровая обработка сигналов. 2024. №2. С. 11-18.

Аннотация:
Представлен вычислительно эффективный алгоритм совместного обнаружения сигналов и оценивания их параметров в условиях широкополосного ионосферного канала. Показано, что разработанный алгоритм снижает требуемое количество операций в секунду в 105 раз по сравнению с классическим устройством в виде набора корреляторов. Сигналы, для которых значение коэффициента реального времени не превышает единицы, могут быть обработаны в масштабе реального времени (длительность сигнала до 2 с).

Ключевые слова:
широкополосный сигнал, декаметровый канал связи, ионосфера, частотная дисперсия, совместное оценивание параметров сигнала, оптимальный фильтр.

Об авторах:
Лобов Е.М., к.т.н., доцент кафедры «Радиотехнические системы», МТУСИ

Липаткин В.И., к.т.н., доцент кафедры «Радиотехнические системы», МТУСИ

Лобова Е.О., к.т.н., доцент кафедры «Радиотехнические системы», МТУСИ

Чиров Д.С., д.т.н., заведующий кафедрой «Радиотехнические системы», МТУСИ, d.s.chirov@mtuci.ru

Васильев С.В., Богословский А.В., Жигулина И.В.
Анализ движения групп объектов на основе фазоэнергетического спектра видеопоследовательности // Цифровая обработка сигналов. 2024. №2. С. 19-26.

Аннотация:
Представлены результаты исследования фазоэнергетических функций видеопоследовательности при наличии движущегося точечного объекта, группы объектов, а также протяженного объекта. Выделены особые области фазового пространства, в пределах которых значения фазоэнергетических функций могут быть определены независимо от положения и направления объекта. Получены аналитические выражения, позволяющие представить фазоэнергетические функции видеопоследовательности с несколькими движущимися точечными объектами как суммы фазоэнергетических функций, соответствующих этим одиночным объектам. Показана возможность идентификации движения объектов произвольной формы путем анализа «добавок», формирующихся при фрагментации исходного объекта на элементарные составляющие.

Ключевые слова:
фазоэнергетическая функция, точечный объект, идентификация движения, групповое движение.

Об авторах:
Васильев С.В., к.т.н., докторант кафедры автоматизации управления летательных аппаратов (и вычислительных систем) Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», е-mail: stanislav-vas1986@mail.ru

Богословский А.В., Заслуженный деятель науки РФ, д.т.н., профессор, профессор кафедры радиоэлектроники Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», e-mail: p-digim@mail.ru

Жигулина И.В. к.т.н., доцент Военного учебно-научного центра Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», e-mail: ira_zhigulina@mail.ru

Бондарев В.Н.
Спайковая модель сигналов и её применение для спектрального анализа // Цифровая обработка сигналов. 2024. №2. С. 27-34.

Аннотация:
Рассматриваются алгоритмы обработки сигналов, представляемых последовательностями импульсов (спайков), формируемыми IAF-нейронами (Integrate-and-Fire) спайковых нейронных сетей. Проанализирована связь «вход-выход» IАF-нейрона и предложена спайковая модель входных сигналов. Обсуждаются два варианта применения этой модели для спектрального анализа. В первом варианте предлагается алгоритм вычисления коэффициентов ряда Фурье на основе непосредственного преобразования анализируемого сигнала в последовательность спайков. Во втором варианте, названным инверсным кодированием, в импульсную форму преобразуются базисные функции ряда Фурье. Предлагается новый алгоритм вычисления спектральных коэффициентов, который сводится к суммированию отсчетов анализируемого сигнала в моменты времени, соответствующие формированию спайков. Основным преимуществом рассматриваемых алгоритмов является их низкая сложность и возможность реализации на вычислителях с ограниченными ресурсами за счет исключения операций умножения. Дополнительным положительным свойством алгоритмов является отсутствие эффекта наложения частот при цифровой обработке в силу нерегулярности используемых отсчетов сигналов. Алгоритмы ориентированы на применение в системах Интернета вещей, граничного искусственного интеллекта, мобильных вычислениях и других областях.

Ключевые слова:
спайковое представление сигналов, спайковые нейронные сети, интегратор с порогом, спектральный анализ.

Об авторах:
Бондарев В.Н., к.т.н., директор института информационных технологий Севастопольского государственного университета, e-mail: bondarev@sevsu.ru

Рюмшин К.Ю., Киселева Т.П.
Исследование последовательностей для формирования синхросигнала PSS кадра низкоорбитальной спутниковой системы связи и передачи данных // Цифровая обработка сигналов. 2024. №2. С.35-43.

Аннотация:
Рассматривается кадр низкоорбитальной системы спутниковой связи LEO (low-Earth-orbit) направления DownLink (DL) (от базовой станции (БС) спутника к пользователю на Земле), построенный аналогично кадру технологии LTE DL сотовой связи с системой синхронизации, основанной на первичном (Primary synchronization signal – PSS) и вторичном (Secondary synchronization signal – SSS) синхросигналах В низкоорбитальной спутниковой системе связи и передачи данных (ССиПД) PSS построен на 8 одинаковых m-последовательностях, модулированных DPSK (differential phase-shift keying – дифференциальная фазовая манипуляция) с фазовым сдвигом π/2. При применении корреляционных методов синхронизации во временном домене, корреляционная функция PSS образует «гребенку» из 11 пиков, маркирующую начало кадра. В данной статье исследуются корреляционные характеристики при построении PSS на элементах последовательностей CAZAC (Constant Amplitude Zero AutoCorrelation) с δ-автокореляцией (последовательности Фрэнка и Задова-Чу, исследуемые в данной работе) в сравнении с используемыми в PSS низкоорбитальной системы m-последовательностями, модулированными DPSK. Критерии исследования – сравнение величин мерит-факторов рассматриваемых последовательностей. Исследование проведено в среде математического моделирования MATLAB с использованием моделей Рэлеевского и Гауссовского каналов при различных величинах отношения сигнал/шум (ОСШ). В результате исследований установлено, что последовательности Фрэнка, в основном, превосходят по корреляционным характеристикам применяемые в PSS рассматриваемой системы m-последовательности, модулированные DPSK. Недостаток последовательностей Фрэнка – затруднения в подборе последовательностей нужной длины.

Ключевые слова:
автокорреляционная функция (АКФ), синхронизация, m-последовательность, DPSK модуляция, многофазные последовательности Задова-Чу, Фрэнка, мерит-фактор (MF), спутниковая система связи, первичный синхросигнал (PSS), отношение сигнал/шум (ОСШ).

Об авторах:
Рюмшин К.Ю., д.т.н., кафедра РТС Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ)

Киселева Т.П., аспирантка кафедры РТС Московского технического университета связи и информатики (МТУСИ), e-mail:golzev2011@yandex.ru

Бехтин Ю.С., Ильин А.А.
Улучшение качества тепловизионных изображений с точечными источниками излучения // Цифровая обработка сигналов. 2024. №2. С. 44-50.

Аннотация:
Рассматривается метод двумерной обработки выходных сигналов фоточувствительной линейки тепловизионного приемника (ТП) при формировании кадра с точечными источниками излучения (ТИИ). Метод позволяет в процессе сканирования обнаруживать ТИИ, энергия светового пятна которого распределяется по четырем соседним фоточувствительным площадкам линейки, а также улучшать форму реакции ТП на ТИИ и выходное отношение сигнал-шум при наличии специфических шумов ТП.

Ключевые слова:
тепловизионный приемник, фоточувствительный элемент, линейка фотоэлементов, фоточувствительная площадка, точечный источник излучения, вероятностное реле.

Об авторах:
Бехтин Ю.С., д.т.н., профессор кафедры автоматики и информационных технологий в управлении, ФГБОУ ВО «Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина» (РГРТУ), e-mail: yuri.bekhtin@yandex.ru

Ильин А.А., аспирант очной аспирантуры при ФГБОУ ВО «Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф. Уткина» (РГРТУ), e-mail: for-ide@mail.ru

Штрунова Е.С.
Разработка математической модели лазерного триангуляционного дальномера со структурированной подсветкой и камерой низкого разрешения // Цифровая обработка сигналов. 2024. №2. С. 51-56.

Аннотация:
Рассмотрена задача модификации математической модели лазерного триангуляционного дальномера со структурированной многолучевой точечной подсветкой. Модель автора, в отличие от известной, также обеспечивающей субпиксельную точность формирования центров свечения маркеров подсвета и учитывающей закон распределения яркости при проецировании лучей структурированного освещения на объект под различными углами, дополнительно позволяет учесть параметры оптической системы регистрирующей камеры и изменение угловых размеров наблюдаемых ею маркеров при изменении дальности. Показано, что учет данных параметров в модели, например, даже для камеры низкого разрешения (0,3 Мп) с угловыми размерами поля зрения около 40^ox30^o, позволяет снизить среднеквадратическую ошибку положения центров изображений маркеров подсвета до 40%, а абсолютную ошибку – до 1,9 раза.

Ключевые слова:
лазерный триангуляционный дальномер, структурированная многолучевая лазерная подсветка, фотограмметрическая калибровка камеры, субпиксельная точность, дисторсия.

Об авторах:
Штрунова Е.С., к.т.н., доцент кафедры радиотехнических систем Рязанского государственного радиотехнического университета им. В.Ф. Уткина, г. Рязань; e-mail: shtrunova.e.s@rsreu.ru

Егоров В.В., Клионский Д.М.
Применение гармонического вейвлет-преобразования при обработке OFDM-сигналов в нестационарном радиоканале // Цифровая обработка сигналов. 2024. №2. С. 57-63.

Аннотация:
Рассмотрены вопросы обработки OFDM-сигнала при его передаче по нестационарному радиоканалу и проведении временной синхронизации. Введены математические модели рассматриваемых информационных сигналов. Для выделения границ интервалов ортогональности OFDM-сигнала на приемной стороне предлагается метод, основанный на применении гармонического вейвлетпреобразования и анализа вейвлет-коэффициентов. В силу особенностей сигналов, а также свойств гармонических вейвлетов выделение границ интервалов ортогональности достигается с максимально возможной точностью. Применение гармонических вейвлетов при обработке OFDM-сигналов позволяет повысить информационную скорость передачи на 20-30 %.

Ключевые слова:
OFDM-сигнал, гармоническое вейвлет-преобразование, вейвлет-коэффициенты, информационный сигнал, сегментация сигнала, временная синхронизация, нестационарный радиоканал, частотно-временная диаграмма сигнала, информационная скорость передачи.

Об авторах:
Егоров В.В., д.т.н., главный научный сотрудник, заведующий кафедрой Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения

Клионский Д.М., к.т.н., доцент, доцент кафедры Информационных систем СПбГЭТУ «ЛЭТИ», e-mail: klio2003@list.ru

Маслаков М.Л.
Применение метода максимума правдоподобия для оптимизации эквалайзера на основе метода регуляризации // Цифровая обработка сигналов. 2024. №2. С. 64-70.

Аннотация:
Рассматривается адаптивная коррекция сигналов как решение обратной некорректной задачи. Данная задача сводится к уравнению типа свертки, а для его решения используется метод регуляризации Тихонова. Оператор и правая часть уравнения известны с погрешностью. Для выбора параметра регуляризации предложен метод, заключающийся в минимизации отклонения фазовых значений неизвестных передаваемых символов. Для его реализации использован метод максимального правдоподобия. Представлены результаты численных экспериментов.

Ключевые слова:
эквалайзер, выравнивание канала, метод регуляризации, параметр регуляризации, плотность распределения вероятности фазы, метод максимального правдоподобия.

Об авторах:
Маслаков М.Л., к.т.н., доцент, «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения», maslakovml@gmail.com

Болелов Э.А., Васильев О.В., Галаева К.И., Бояренко Э.С.
Алгоритм комплексной обработки информации о профиле температуры в районе аэродрома // Цифровая обработка сигналов. 2024. №2. С. 71-76.

Аннотация:
Приведены математические модели выходных данных измерителей профиля температуры в районе аэродрома и алгоритм комплексной обработки информации о профиле температуры. Достоверная информация о профиле температуры в районе аэродрома является крайне важной для обеспечения безопасности полетов воздушных судов, прогноза опасных метеоявлений в районе аэродрома, в частности, обледенения, тумана, температурной инверсии. Кроме этого, достоверные измерения профиля температуры обеспечивают выдачу в метеорологический радиолокационный комплекс «Монокль» значения нулевой изотермы для идентификации степени опасности метеообразований. Существующие измерители температуры на аэродроме или не обладают достаточной точностью измерений и могут пропускать возникающие аномалии профиля температуры, или не проводят измерения профиля температуры, а измеряют температуру воздуха у поверхности земли. Используя комплексный подход к оценке профиля температуры совместно с применением перспективной системы радиозондирования на основе беспилотных систем, можно добиться требуемой точности измерения профиля температуры в районе аэродрома. Основой решения задачи разработки алгоритма комплексной обработки информации о профиле температуры являются методы марковской теории оптимального комплексирования. В статье приведена оценка качества полученного алгоритма комплексной обработки информации о профиле температуры.

Ключевые слова:
профиль температуры, комплексная обработка информации, температурная инверсия, температурный профилемер, аэродромная система радиозондирования атмосферы, марковская теория оптимального комплексирования.

Об авторах:
Болелов Э.А., д.т.н., доцент, заведующий кафедрой «Техническая эксплуатация радиоэлектронного оборудования воздушного транспорта» МГТУ ГА, e-mail: edbolelov@mail.ru

Васильев О.В., д.т.н., профессор, профессор кафедры «Техническая эксплуатация радиоэлектронного оборудования воздушного транспорта» МГТУ ГА, e-mail: vas_ov@mail.ru

Галаева К.И., к.т.н., старший преподаватель кафедры «Техническая эксплуатация радиоэлектронного оборудования воздушного транспорта» МГТУ ГА, e-mail: ks.galaeva@mail.ru

Бояренко Э.С., аспирантка кафедры «Техническая эксплуатация радиоэлектронного оборудования воздушного транспорта» МГТУ ГА, e-mail: boyarenko.elvira@mail.ru

Мирошин Н.М., Котков С.В., Грачёв И.А., Кузин А.А., Приблудова Е.Н., Маврычев Е.А.
Оптимизация вычисления последовательности Задова-Чу в частотной области для реализации на ПЛИС // Цифровая обработка сигналов. 2024. №2. С. 77-80.

Аннотация:
Рассмотрено преобразование вычислений последовательности Задова-Чу в частотной области с целью их ускорения и дальнейшей реализации на ПЛИС. Представлен аппаратно-эффективный быстрый алгоритм, позволяющий каждый такт синхронизации генерировать отсчеты последовательности Задова-Чу в частотной области.

Ключевые слова:
последовательность Задова-Чу (ZC), генерация в частотной области, оптимизация, стандарт cвязи LTE, схема генерации.

Об авторах:
Мирошин Н.М., студент 2-го курса магистратуры Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева, e-mail: miroshin_n3@mail.ru

Котков С.В., студент 2-го курса магистратуры Нижегородского государственного технического университета, инженер Учебно-научного центра микроэлектроники Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева, e-mail: sergo.kotkov@mail.ru

Грачёв И.А., студент 4-го курса специалитета Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е.Алексеева, e-mail: grach_i02@mail.ru

Кузин А.А., ведущий инженер кафедры информационных радиосистем Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева, e-mail: kuzin_alex@nntu.ru

Приблудова Е.Н., к.т.н., доцент, заведующий кафедрой информационных радиосистем Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева, e-mail: pribludova@nntu.ru

Маврычев Е.А., к.т.н., профессор кафедры информационных радиосистем Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева,. e-mail: mavrychev.eugene@mail.ru