Введение к работе
Актуальность темы. Во многих случаях характеристики случайных процессов (СП) в радиосвязи, радиолокации, гидролокации, геологии, медицине и других областях подвержены динамическим изменениям. В связи с этим большое внимание уделяется разработке методов измерения характеристик нестационарных случайных процессов (НСП). Важной характеристикой, широко используемой в приложениях для анализа свойств НСП, являются квантили распределений помех. Квантили используются для построения законов распределений СП, формирования, опенок параметров сигналов, при построении алгоритмов частотной адаптации и решении ряда других задач. Особую роль играет измерение изменяющихся квантилей для оценки и построения прогноза высокоширотных KB каналов связи. В настоящее время существует развитый аппарат статистического анализа характеристик НСП, широко представленный в работах отечественных и зарубежных ученых. Однако во многих случаях необходимо проводить измерение изменяющихся квантилей НСП в реальном времени, что не всегда позволяют существующие методы. Таким образом, возникает актуальная задача разработки и исследования рекуррентных методов измерения изменяющихся квантилей нестационарных помех.
Цель и задачи работы. Целью работы является разработка и исследование рекуррентных методов измерения изменяющихся квантилей и других параметров НСП, и создание на их основе измерительных систем и устройств, позволяющих проводить измерение динамических параметров НСП в реальном времени.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
- разработка рекуррентных алгоритмов измерения изменяющихся параметров
НСП;
синтез оптимальных алгоритмов измерения изменяющихся параметров НСП, в частности- измерения изменяющихся квантилей;
разработка сравнительно простых при технической реализации квазиолтималь-ных алгоритмов;
сравнительный анализ оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов;
разработка измерительной аппаратуры.
Методы исследовании. Для решения поставленной задачи в работе использовались методы теории вероятностей, теории случайных процессов, математической статистики и теории оптимальной нелинейной фильтрации, а также методы математического программирования.
Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие научные результаты:
-установлено, что предложенная двухэтапная процедура измерения позволяет с высокой точностью проводить в реальном времени измерение изменяющихся квантилей нестационарных помех с разнообразными вероятностными свойствами;
-для нормировки медленно изменяющихся модулирующих процессов в рамках предложенной двухэтапной процедуры показана возможность применения фильтра Калмана, проведены его исследования и оптимизация;
-установлено, что модифицированные нелинейные алгоритмы обеспечивают значительное повышение точности по отношению к известным методам рекуррентного оценивания и обладают высокой устойчивостью в широком диапазоне начальных рассогласований;
-для медленно изменяющихся процессов предложены алгоритмы прямого измерения изменяющихся квантилей на основе блочного группирования наблюдений; применение предложенных алгоритмов дает возможность измерения квантилей помех, изменяющихся как по параметру масштаба, так и по виду закона распределения;
-впервые предложено использование стохастической аппроксимации для измерения квантилей распределений помех; проведены исследования и найдены оптимальные значения параметров процедуры;
- установлена связь измерений квантилей распределений помех систем передачи дискретной информации с прогнозируемыми характеристиками их качества.
Практическая ценность работы. Проведенные исследования предоставляют разработчикам измерительных систем:
-конкретные рекомендации по выбору оптимальных значений интервалов локального усреднения при решении задачи нормирования НСП и оптимальных значений параметров процедуры стохастической аппроксимации для измерения квантилей;
-алгоритмы непосредственного измерения квантилей, позволяющие оценивать динамику изменения квантилей медленно изменяющихся НСП;
-сравнительно простые процедуры автоматического выбора канала связи, отличающиеся высокой вероятностью правильного решения при выборе оптимального канала в условиях нестационарных негауссовских помех;
-конкретные варианты построения измерительно-вычислительных комплексов для исследования НСП, два из которых реализованы в промышленных образцах.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы нашли применение в хоздоговорных работах Ульяновского государственного технического университета, выполненных по правительственным заказам для НПП "Полет" (Н.Новгород) "Разработка и исследование методов автовыбора оптимального канала связи" (1984 г.), "Исследование и разработка принципов построения динамических анализаторов системы ВЧ связи"(1989 г.), " Разработка методов и алгоритмов адаптации динамических систем связи" (1990 г.). Кроме того, научные результаты диссертации использованы в учебных курсах " Устройства приема и обработки сигналов", " Проектирование РТС ", " Основы автоматического управления".
Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы прошли апробацию на Всесоюзных научно-технических конференциях "Идентификация, измерение и имитация случайных сигналов" (Новосибирск, 1991), "Радиоизмерения-91" (методы повышения точности) (Севастополь, 1991), "Применение сверхширокополосных сигналов в радиоэлектронике и геофизике" (Красноярск, 1991), на Международном симпозиуме "Вероятностные модели и обработка случайных сигналов и полей" (Харьков, 1992), на 12-ом научно-техническом семинаре "Статистический синтез и анализ информационных систем" (Москва-Черкассы, 1992), на 5-ой Российской научно-технической конференции "Оптические, радиоволновые, тепловые методы и средства контроля качества материалов, изделий и окружающей среды"(Ульяновск, 1993), 48-й и 49-ой научно-технических конференциях, посвященных Дню Радио (С.Петербург, НТОРЭС им. А.С.Попова, 1993, 1994). Кроме того, результаты работы докладывались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава УлПИ (УлГТУ).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных и 3 рукописные работы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, приложений и списка использованных источников. Общий объем диссертации - 149 страниц.
