"Цифровая обработка сигналов" - научно-технический журнал
  ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ - научно-технический журнал

"Цифровая обработка сигналов" - научно-технический журнал

MAI'2023 - МАШИННОЕ ЗРЕНИЕ И ДОПОЛНЕННЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ
III-я Международная конференция.

 
ЗАО "ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ"
разработка и производство аппаратно-программных средств сбора и цифровой обработки сигналов
НТЦ "Модуль":
разработка аппаратных средств цифровой обработки сигналов и изображений

 

 

"Цифровая обработка сигналов" - научно-технический журнал


"Цифровая обработка сигналов" №4-2024 год : рефераты статей

 
Грачев М.В., Паршин Ю.Н.
Анализ пропускной способности MIMO системы передачи информации в турбулентной среде с взаимным влиянием каналов // Цифровая обработка сигналов. 2024. №4. С. 3-9.


Аннотация:

Рассматривается модель неоднородной сплошной среды, представляющая собой слоистую структуру с изменяющейся диэлектрической проницаемостью. Проводится моделирование матрицы канальных коэффициентов MIMO системы в квазинепрерывнослоистой неоднородной сплошной среде с турбулентностью. На основе лучевой теории определены электромагнитные волны, попадающие на апертуру приемной антенны. Рассчитана матрица канальных коэффициентов с учетом взаимного влияния приемных и передающих каналов. Рассчитывается пропускная способность MIMO системы с равномерным распределением мощности сигнала, оптимальным распределением мощности методом «водозаполнения» и ортогональным пространственным кодированием. Проводится анализ влияния свойств сплошной среды на пропускную способность рассматриваемых MIMO систем.


Ключевые слова:
MIMO система передачи информации, неоднородная сплошная среда, матрица канальных коэффициентов.

Об авторах:
Грачев М.В., к.т.н., доцент кафедры РТУ, Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина, e-mail: grachev.m.v@rsreu.ru

Паршин Ю.Н., д.т.н., профессор, зав. кафедрой РТУ, Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина, e-mail: parshin.y.n@rsreu.ru


Паршин А.Ю.
Оценка эффективности алгоритма обработки сигнала на фоне низкочастотного шума по экспериментальным данным // Цифровая обработка сигналов. 2024. №4. С. 10-15.

Аннотация:
Широкое применение систем связи с низкой пропускной способностью обуславливает развитие методов организации каналов связи с использованием сверхузкополосных сигналов. Особенностью обработки является значительное влияние низкочастотных шумов. К одним из наиболее опасных относятся шумы активных приборов – фликкер-шум и «попкорн»-шум, имеющие негауссовских механизм формирования. Необходима разработка алгоритмов обработки сверхузкополосных сигналов на фоне низкочастотных шумов с учетом негауссовских свойстви шума. Статья посвящена адаптивной обработке сигналов, принимаемых на фоне действия низкочастотных шумов различной природы. В качестве помехового воздействия рассматривается смесь теплового, фликкер-шума и «попкорн»-шума. Требуется провести анализ эффективности адаптивных алгоритмов обработки сверхузкополосных сигналов на фоне низкочастотного шума. Рассмотрены особенности применения различных моделей низкочастотных шумов: модели Лисона, Дю Пре-ван дер Зила, модель на основе системы дифференциальных уравнений. При проведении исследований используется модель на основе системы дифференциальных уравненийю Описана методика оценки дисперсии, коэффициента эксцесса и эффективной ширины спектра фликкер-шума по наблюдаемой смеси низкочастотного и теплового шума. Адаптация параметров моделей выполняется как при моделировании низкочастотного шума в виде гауссовской величины, так и на основе измеренных данных с генератора фликкер-шума в виде операционного усилителя. Данный подход позволяет выполнять адаптацию алгоритма обработки сигнала при оценке параметров шума при условии отсутствия полезного сигнала. Применение алгоритма позволит снизить влияние низкочастотных шумов активных приборов, действующих как на стороне передатчика, так и в гетеродинах радиоприемных устройств.

Ключевые слова:
низкочастотный шум, фликкер-шум, «попкорн»-шум, негауссовская модель, оптимальная обработка, отношение сигнал/шум.

Об авторах:
Паршин А.Ю., к.т.н., доцент, доцент кафедры РТУ Рязанского государственного радиотехнического университета им. В.Ф. Уткина, e-mail: parshin.a.y@rsreu.ru


Паршин В.С., Нгуен В.Д.
Оценка частоты и фазы гармонического сигнала, принимаемого на фоне белого шума, по его короткой выборке // Цифровая обработка сигналов. 2024. №4. С. 16-20.

Аннотация:
Получены соотношения, позволяющие определить границы Рао-Крамера для совместных и раздельных оценок относительной частоты, начальной фазы и амплитуды гармонического сигнала, представленного короткой выборкой, принимаемого на фоне белого нормального шума. Под короткой выборкой понимается сигнал, содержащий на интервале наблюдения доли и единицы периода. Проведено статистическое моделирование при разных отношениях сигнал-шум, результаты которого полностью совпали с результатами расчетов по полученным выражениям. Приведены результаты статистического моделирования, позволяющие определить смещения оценок частоты и начальной фазы сигналов, представленных короткой выборкой.

Ключевые слова:
короткая выборка, метод максимального правдоподобия, граница Рао-Крамера, оценка относительной частоты, оценка фазы, дисперсия, смещение, инвариантное преобразование.

Об авторах:
Паршин В.С., д.т.н., профессор кафедры РУС РГРТУ им. В. Ф. Уткина, e-mail: vsparshin@gmail.com

Нгуен В.Д., аспирант кафедры РУС РГРТУ им. В. Ф. Уткина, e-mail: ducnguyenvan15043003@gmail.com


Кошелев В.И., Чинь Н.Х.
Реализация быстрого преобразования Фурье неэквидистантной последовательности импульсов на ПЛИС типа FPGA // Цифровая обработка сигналов. 2024. №4. С. 21-27.


Аннотация:

Процессор быстрого преобразования Фурье (БПФ) широко используется для выполнения разнообразных радиотехнических задач, в частности, для многоканальной частотной фильтрации (МЧФ) сигналов с неизвестной частотой. Однако применение классического БПФ для обработки неэквидистантных последовательностей импульсов (НПИ) не обеспечивает оптимальности обработки по энергетическому критерию отношения сигнал-шум. Данное исследование посвящено реализации на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС) типа FPGA (Field Programmable Gate Arrays) алгоритма модифицированного быстрого преобразования Фурье (МБПФ), обеспечивающего максимум отношения сигналшум при обработке НПИ. Этот алгоритм основан на изменении структуры БПФ путем введения дополнительных блоков фазового поворота, учитывающих вобуляцию периода повторения импульсов НПИ. Алгоритм МБПФ описан на языке Verilog HDL и протестирован на плате ПЛИС FPGA - Altera Cyclone IV.

Целью работы является реализация алгоритмов БПФ и МБПФ в ПЛИС FPGA для обработки неэквидистантных последовательностей импульсов. Проведен сравнительный анализ полученных экспериментальных результатов вычисления БПФ и МБПФ с результатами компьютерного вычисления.

Ключевые слова:
многоканальный частотный фильтр, неэквидистантная последовательность импульсов, быстрое преобразование Фурье, ПЛИС, FPGA, Altera Cyclone IV.

Об авторах:
Кошелев В.И., д.т.н., профессор, зав. кафедрой РТС РГРТУ, e-mail: koshelev.v.i@rsreu.ru

Чинь Н.Х., аспирант кафедры РТС РГРТУ, e-mail: ngochieu.radioscientist@mail.ru


Андреев В.Г., Жирков Е.А.
Анализ сигналов лазерных гироскопов для автопилотирования маневрирующих объектов // Цифровая обработка сигналов. 2024. №4. С. 28-32.


Аннотация:

Проведён анализ сигналов лазерных волоконно-оптических гироскопов на предмет наличия в них разладки. Рассмотрено три метода, основанных на оценивании: периодограммного спектра, корреляционного анализа и спектра собственных чисел. Проведён анализ данных методов по двум критериям: обеспечение максимальной вероятности правильного обнаружения и минимального времени реакции навигационной системы на появление разладки. Приведены характеристики обнаружения каждого метода. Сделан вывод об эффективности (по вероятности правильного обнаружения и времени реакции навигационной системы на появление аномалии) известных и предлагаемых подходов к обнаружению момента разладки.

Ключевые слова:
корреляционная матрица, радиотехника, разладка, собственные числа, спектр, цифровая обработка сигналов.

Об авторах:
Андреев В.Г., д.т.н., доцент, профессор кафедры РТС РГРТУ, e-mail: andrejev.v.g@rsreu.ru

Жирков Е.А., аспирант кафедры РТС РГРТУ, e-mail: jirckow.evgeny2013@yandex.ru


Клочко В.К., Ву Б.Х.
Исследование частотно-временной обработки сигналов в системе доплеровских приемников // Цифровая обработка сигналов. 2024. №4. С. 33-39.

Аннотация:
Исследуется потенциальная возможность повышения разрешения сигналов отражения от несколькими движущимися источников при обработке сигналов в полуактивной системе приемников. Система состоит из передатчика и нескольких приемников, пространственно ориентированных относительно передатчика так, чтобы векторы скорости движущихся источников по-разному проецировались на плоскости, образованные линиями визирования приемников и линией визирования передатчика. Цель повышения разрешения сигналов достигается за счет параллельной обработки принимаемых сигналов в каждом приемнике во временной и частотной областях с объединением полученных результатов. Критерием повышения разрешения сигналов является вероятность обнаружения всех сигналов. Дополнительно в системе приемников определяются пространственные координаты и векторы скорости движения источников за один период наблюдения. Показана потенциальную возможность достижения высокой вероятности обнаружения всех сигналов в условиях синхронизированной работы приемников. Рекомендуется применение предложенных алгоритмов в системах обнаружения нескольких движущихся источников разной физической природы.

Ключевые слова:
источники сигналов, частотно-временная обработка, система позиционирования приемников, обнаружение сигналов, оценки угловых координат.

Об авторах:
Клочко В.К., д.т.н., профессор РГРТУ им. В.Ф. Уткина, e-mail: klochkovk@mail.ru

Ву Б.Х., аспирант РГРТУ им. В.Ф. Уткина, e-mail: ronando2441996@gmail.com


Дмитриев В.Т., Аронов Л.В.
Разработка помехоустойчивой подводной системы связи на основе модификации алгоритма Хургина-Яковлева
// Цифровая обработка сигналов. 2024. №4. С. 40-45.

Аннотация:
Предложено использовать гидроакустический канал связи для передачи речевых сигналов между подводными обитаемыми аппаратами, водолазами и инфраструктурой. Проведен расчет параметров гидроакустического канала передачи данных, получены зависимости максимальной протяженности трассы от скорости передачи данных. В работе показано, что применение модификации алгоритма Хургина-Яковлева в адаптивных помехоустойчивых подводных системах связи позволяет повысить качество восстановленной речи на выходе системы передачи при действии помех в канале связи. Применение систем на основе модификации алгоритма Хургина-Яковлева позволяет повысить дальность передачи информации при действии помех в канале подводной связи. Компьютерное моделирование показало, что выигрыш по расстоянию при использовании модификации данного алгоритма составляет от 75 км, при полосе частот от 1 до 6,3 кГц и акустической несущей от 3,3 до 21 кГц при заданных исходных данных.


Ключевые слова:
гидроакустический канал, гидроакустическая связь, подводная связь, модификация алгоритма Хургина-Яковлева.

Об авторах:
Дмитриев В.Т., д.т.н., доцент, зав. кафедрой РУС РГРТУ, e-mail: vol77@rambler.ru

Аронов Л.В., к.т.н., доцент кафедры РУС РГРТУ, e-mail: aronov.l.v@rsreu.ru


Дмитриев В.Т.
Первичные кодеки Речевых сигналов на основе вейвлет-пакетного разложения и модификации алгоритма Хургина-Яковлева
// Цифровая обработка сигналов. 2024. №4. С. 46-51.

Аннотация:
Проведено исследование первичных кодеков речевых сигналов при совместном использовании вейвлет-пакетного разложения и модификации алгоритма Хургина-Яковлева. Предложена структурная схема алгоритма обработки, выбран наиболее эффективный вид материнского вейвлета и глубина разложения, а также уровень разложения и количество каналов обработки модификации алгоритма Хургина-Яковлева. Осуществлен анализ качества восстановленного речевого сигнала на выходе различных систем первичного кодирования речевых сигналов на основе вейвлет-пакетного разложения. Получены зависимости качества речи на выходе системы передачи в соответствии со шкалой MOS в низкоскоростных системах передачи информации в зависимости от скорости передачи на выходе для системы сжатия на основе вейвлетпакетного разложения и модификации алгоритма Хургина-Яковлева. На основе полученных данных проведен анализ алгоритмов первичного кодирования, обеспечивающих наибольший выигрыш качества восстановленной речи.

Ключевые слова:
сжатие речевого сигнала, вейвлет-пакетное разложение, модификация алгоритма Хургина-Яковлева, алгоритм первичного кодирования, коэффициент сжатия, вейвлеты, низкоскоростные системы передачи информации.

Об авторах:
Дмитриев В. Т., д.т.н., доцент, заведующий кафедрой РУС РГРТУ, e-mail: vol77@rambler.ru



Клочко В.К.
Подход к коррекции автономной навигационной системы
// Цифровая обработка сигналов. 2024. №4. С. 52-55.

Аннотация:
Предложен подход к коррекции автономной навигационной системы при сопровождении движущегося объекта. Подход основан на классификации особых точек эталонного и текущего изображения местности для коррекции движения объекта и отличается наличием критерия классификации по минимуму квадрата нормы вектора ошибок сопряжения пар особых точек. Целью работы является развитие метода анализа опорных точек, полученных на базе оптических и радиолокационных изображений местности в автономной навигационной системе. Предложен алгоритм коррекции движения объекта, позволяющий использовать вместо корреляционной функции быстрые матричные операции решения линейных алгебраических уравнений, учитывать пространственную ориентацию объекта, определять вектор направления движения объекта к расчетному положению в текущие моменты времени по экстраполированной траектории и совмещать работу бортовой РЛС с работой оптической станции.

Ключевые слова:
автономная навигация, летательный аппарат, эталонное и текущее изображения, опорные точки, бортовая РЛС, оптическая станция.

Об авторах:
Клочко В.К., д.т.н., профессор РГРТУ им. В.Ф. Уткина, e-mail: klochkovk@mail.ru


Петров А.С., Ясенцев Д.А.
Формирование и применение в РСА ансамблей корреляционно развязанных составных сигналов с линейной частотной модуляцией
// Цифровая обработка сигналов. 2024. №4. С. 56-62.

Аннотация:
В аппаратуре импульсных РСА с целью подавления эхосигналов, принимаемых боковыми лепестками диаграммы направленности антенны, как правило, используются модулирующие ансамбли сигналов с фазово-кодовой модуляцией (ФКМ). Они характеризуются высокой кросскорреляционной развязкой между элементами. Вместе с тем, существует проблема формирования аналогичных сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Предложен вариант формирования ансамблей из составных сигналов с ЛЧМ, которым присвоена аббревиатура С-ЛЧМ. Длительность импульса разбивается на произвольно задаваемое число частей, в каждой из которых формируется сигнал с ЛЧМ. Ширина полосы частот во всех интервалах одинакова, но знаки скорости ее изменения (нарастания или убывания) в соседних интервалах различны. Получены выражения для расчета авто- и взаимных (кросс-) корреляционных функций таких сигналов и приведены примеры с наглядными графическими иллюстрациями, подтверждающие возможность реализации ансамблей модулирующих сигналов с С-ЛЧМ, характеризующихся высокой кросскорреляционной развязкой, до минус 30…40 дБ. Кроме того, получено явное выражение для взаимной корреляционной функции традиционных сигналов с ЛЧМ, характеризующихся различными знаками скорости изменения частоты, и с его помощью проанализирована динамика зависимости от базы корреляционной развязки таких сигналов.

Ключевые слова:
радиолокатор с синтезированной апертурой, линейная частотная модуляция.

Об авторах:
Петров А.С., д.т.н., профессор, главный научный сотрудник Научно-производственного объединения им. С.А. Лавочкина, Химки, Московская область, e-mail: aspetr50@mail.ru

Ясенцев Д.А., д.т.н. профессор каф. 410 Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), e-mail: yasentsev@yandex.com


Мелёшин Ю.М., Хасанов М.С., Карпов В.Н.
MIMO РЛС на базе линейно-частотно модулированных сигналов с быстрой сглаженной фазокодовой манипуляцией
// Цифровая обработка сигналов. 2024. №4. С. 63-68.

Аннотация:
Применение линейно-частотно модулированных (ЛЧМ) сигналов в радиолокационных станциях непрерывного излучения с множественными входами и множественными выходами (FMCW MIMO РЛС) вызывает интерес в научной области радиолокации уже около десяти лет. Известен подход с обеспечением ортогональности между различными сигналами с передающих антенных элементов за счет введения дополнительной быстрой фазокодовой манипуляции ЛЧМ импульсов в соответствии с двоичными псевдослучайными последовательностями. В данной статье показаны результаты исследования FMCW MIMO РЛС с быстрой фазокодовой манипуляцией, в которых показано основное ограничение в части высокого уровня боковых лепестков в частотной области для средней и большой дальности работы РЛС. По результатам исследования предложен новый подход в реализации сглаживания фазовой манипуляции, который позволил реализовать сглаживание манипуляции без аппаратных усложнений РЛС.

Ключевые слова:
ЛЧМ, MIMO РЛС, фазокодовая манипуляция, РЛС, ЦАП.

Об авторах:
Мелёшин Ю.М., к.т.н., доцент, заместитель директора Института МПСУ по ОД, МИЭТ, e-mail: i@imym.ru

Хасанов М.С., ведущий инженер МИЭТ, e-mail: mkhaes@gmail.com

Карпов В.Н., аспирант, ассистент, МИЭТ, e-mail: vadimkarpov@icloud.com


Перелыгин С.В., Киселёв С.Л.
Метод создания искусственной реверберации на основе применения динамической свёртки
// Цифровая обработка сигналов. 2024. №4. С. 69-75.

Аннотация:
Статья посвящена проблеме создания методов искусственной реверберации, обладающей реалистичным звучанием. Произведено сравнение свёрточных алгоритмов реверберации и алгоритмов на основе математических моделей реверберационных процессов в помещении. Рассмотрен метод получения искусственной реверберации с применением динамической свёртки, т.е. свёртки исходного сигнала с непрерывно изменяющейся импульсной характеристикой реального помещения. Представлено разработанное авторами программное устройство искусственной реверберации, реализующее процедуру динамической свёртки при помощи алгоритмов амплитудной и частотной модуляции обрабатываемого сигнала.

Ключевые слова:
искусственная реверберация, алгоритмический (моделирующий) и свёрточный ревербераторы, импульсная характеристика, динамическая свёртка, преобразование Фурье, модуляция, отражение звука.

Об авторах:
Перелыгин С.В., к.т.н., доцент кафедры аудиовизуальных систем и технологий, доцент кафедры звукорежиссуры, Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения, e-mail: sergey.perelygin@gmail.com

Киселёв С.Л., доцент кафедры звукорежиссуры, Санкт-Петербургский государственный институт кино и телевидения, e-mail: serg1135@yandex.ru


Нектов А.Р., Овинников А.А.
Обзор модификаций метода выборки по значимости Коула применительно к МПП-кодам
// Цифровая обработка сигналов. 2024. №4. С. 76-82.

Аннотация:
Дается описание основных параметров МПП-кодов, декодера на базе алгоритма распространения доверия, а также классификация множеств псевдо-кодовых слов, которые оказывают существенное влияние на производительность этих кодов в области больших значений ОСШ. Приводится описание метода Коула, применяемого для улучшения сходимости процесса моделирования оценки помехоустойчивости МПП-кодов, который состоит из трех этапов: поиска множеств ловушек и кодовых слов малого веса, оценки степени влияния каждого из них на расчет характеристик кода и применения выборки по значимости для оценки частоты пакетной и битовой ошибок. В завершении работы рассмотрены различные модификации выбранного подхода к оценке производительности МПП-кодов, которые направлены на улучшение точности оценивания вероятности ошибок и снижение вычислительных затрат по сравнению с исходным методом Коула.

Ключевые слова:
МПП-коды, множества ловушек, выборка по значимости, метод Коула.

Об авторах:
Нектов А.Р., разработчик ООО «Лаборатория Сфера», город Рязань, e-mail: nektov.a.r@labsphera.ru

Овинников А.А., к.т.н., доцент кафедры Телекоммуникаций и основ радиотехники Рязанского государственного радиотехнического университета, e-mail: ovinnikov.a.a@tor.rsreu.ru


Сенников А.В., Ларионов Р.В., Хрящев В.В., Приоров А.Л.
Исследование нейросетевых алгоритмов для сегментации водных участков на спутниковых SAR изображениях
// Цифровая обработка сигналов. 2024. №4. С. 83-88.

Аннотация:
Рассматривается алгоритм сегментации водных участков с использованием спутниковых SAR изображений. Для проведения исследования применялся набор из 27 спутниковых изображений, обладающих пространственным размером приблизительно 200 на 300 километров с разрешением 10 метров на пиксель. В качестве нейросетевых моделей используются три модели с архитектурами ResNet-34+U-Net, SegFormer_b5 и SegNeXt_l. Соответствующий алгоритм принимает на вход патчи с 2 каналами – VV и VH, а на выходе выдает бинарную маску сегментации. Для оценки работы моделей использовались такие метрики, как Dice, F-мера, точность и полнота. Наибольшее значение Dice составило 0,9. Однако все модели имеют трудности в точной сегментации изображений на границах водных поверхностей, что приводит к большому числу ложных пропусков. Также в рамках данного исследования проведена оценка влияния спекл-шума на качество работы нейросетевой модели, которая показала, что даже при заметном увеличении зашумленности, измеренной метрикой PSNR, опускающейся до значений 9,65-9,86 дБ, модель не теряет точность работы. Как по исходному набору, так и по зашумленному значение метрики Dice остается в пределах 0,96-0,97, метрики F1 – в пределах 0,81-0,82 и метрики Recall – в пределах 0,97-0,98.

Ключевые слова:
сегментация спутниковых изображений, SAR изображения, глубокое машинное обучение, нейронные сети, спекл-шум.

Об авторах:
Сенников А.В., аспирант кафедры цифровых технологий и машинного обучения Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова, e-mail: alexeysennikov76@yandex.ru

Ларионов Р.В., аспирант кафедры цифровых технологий и машинного обучения Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова, e-mail: rv.larionov@yandex.ru

Хрящев В.В., к.т.н., доцент кафедры цифровых технологий и машинного обучения Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова, e-mail: v.khryashchev@uniyar.ac.ru

Приоров А.Л., д.т.н., профессор кафедры цифровых технологий и машинного обучения Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова, e-mail: pri@uniyar.ac.ru


 

 

"Цифровая обработка сигналов" - научно-технический журнал

 

Контактная информация:
e-mail:
vityazev.v.v@rsreu.ru,info@dspa.ru
адрес: 101024, Москва, Авиамоторная, 8а,
Научный Центр МТУСИ
Российское НТОРЭС им. А.С. Попова,
проезд до ст. метро "Авиамоторная"
Тел/Факс: 8(495) 362-42-75
Карпушкина Галина Ивановна: 8(916) 880-03-88
Самсонов Геннадий Андреевич: 8(903) 201-53-33