Построение модели пространственно-временного сигнала в области обработки сигналов

В статье рассматриваются вопросы построения модели пространственно- временного сигнала в области обработки сигналов. Проанализированы возможности измерительных систем со сложными пространственно-временными сигналами по сравнению с обычно используемыми системами обработки, использующие простые сигн...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Veröffentlicht in:	Збірник наукових праць Інституту проблем моделювання в енергетиці ім.Г.Є.Пухова НАН України
Datum:	2009
Hauptverfasser:	Черепков, С.Т., Шевкун, С.М., Козелкова, Е.С.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України 2009
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/27120
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Построение модели пространственно-временного сигнала в области обработки сигналов / С.Т. Черепков, С.М. Шевкун, Е.С. Козелкова // Збірник наукових праць Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є.Пухова НАН України. — К.: ІПМЕ ім. Г.Є.Пухова НАН України, 2010. — Вип. 55. — С. 110-117. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-27120
record_format	dspace
spelling	Черепков, С.Т. Шевкун, С.М. Козелкова, Е.С. 2011-09-27T18:48:13Z 2011-09-27T18:48:13Z 2009 Построение модели пространственно-временного сигнала в области обработки сигналов / С.Т. Черепков, С.М. Шевкун, Е.С. Козелкова // Збірник наукових праць Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є.Пухова НАН України. — К.: ІПМЕ ім. Г.Є.Пухова НАН України, 2010. — Вип. 55. — С. 110-117. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. XXXX-0067 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/27120 621.391 В статье рассматриваются вопросы построения модели пространственно- временного сигнала в области обработки сигналов. Проанализированы возможности измерительных систем со сложными пространственно-временными сигналами по сравнению с обычно используемыми системами обработки, использующие простые сигналы. ru Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України Збірник наукових праць Інституту проблем моделювання в енергетиці ім.Г.Є.Пухова НАН України Построение модели пространственно-временного сигнала в области обработки сигналов Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Построение модели пространственно-временного сигнала в области обработки сигналов
spellingShingle	Построение модели пространственно-временного сигнала в области обработки сигналов Черепков, С.Т. Шевкун, С.М. Козелкова, Е.С.
title_short	Построение модели пространственно-временного сигнала в области обработки сигналов
title_full	Построение модели пространственно-временного сигнала в области обработки сигналов
title_fullStr	Построение модели пространственно-временного сигнала в области обработки сигналов
title_full_unstemmed	Построение модели пространственно-временного сигнала в области обработки сигналов
title_sort	построение модели пространственно-временного сигнала в области обработки сигналов
author	Черепков, С.Т. Шевкун, С.М. Козелкова, Е.С.
author_facet	Черепков, С.Т. Шевкун, С.М. Козелкова, Е.С.
publishDate	2009
language	Russian
container_title	Збірник наукових праць Інституту проблем моделювання в енергетиці ім.Г.Є.Пухова НАН України
publisher	Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України
format	Article
description	В статье рассматриваются вопросы построения модели пространственно- временного сигнала в области обработки сигналов. Проанализированы возможности измерительных систем со сложными пространственно-временными сигналами по сравнению с обычно используемыми системами обработки, использующие простые сигналы.
issn	XXXX-0067
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/27120
citation_txt	Построение модели пространственно-временного сигнала в области обработки сигналов / С.Т. Черепков, С.М. Шевкун, Е.С. Козелкова // Збірник наукових праць Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є.Пухова НАН України. — К.: ІПМЕ ім. Г.Є.Пухова НАН України, 2010. — Вип. 55. — С. 110-117. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT čerepkovst postroeniemodeliprostranstvennovremennogosignalavoblastiobrabotkisignalov AT ševkunsm postroeniemodeliprostranstvennovremennogosignalavoblastiobrabotkisignalov AT kozelkovaes postroeniemodeliprostranstvennovremennogosignalavoblastiobrabotkisignalov
first_indexed	2025-11-25T22:49:40Z
last_indexed	2025-11-25T22:49:40Z
_version_	1850577170256101376
fulltext	110 © С.Т. Черепков, С.М. Шевкун, Е.С. Козелкова З упорядкованої послідовності пар координат ( ) ( ) ( )1 1 2 2, , , ,..., ,n nB L B L B L виділяються пари, що визначають так називану контурну рамку об'єкта [5] ( ) ( ) ( ) ( )min min max min max max min max, , , , , , ,B L B L B L B L , (11) Зрозуміло, що поверхня, площу якої необхідно визначити, складає частину площі поверхні, обмеженої координатами (11). Цю останню, для зручності, назвемо максимальною. По формулі (10) і по координатах ( ) ( )min min max max, , ,B L B L розраховується площа максимальної поверхні. Потім для кожної пари координат сусідніх крапок ( ,j jB L ) і ( ,k kB L ) обчислюється частка площі поверхні, що міститься в максимальній, але не вхідна в шукану. Крім цих часток із максимальної, будемо наближатися до шуканої площі. Таким чином метод дозволяє вирішувати задачу не тільки при замкнутих, але і при розімкнутих горизонталях, а також по будь-якій заданій координатами їхньої частини, будь-якої конфігурації. Усе сказане дає підставу вважати метод і досить гнучким, і досить універсальним. 1. Смирнов В.І. Курс вищої математики: т. ІІ. – М.: Державне видавництво техніко- теоретичної літератури, 1953. – 622 с 2. Цветков В.Я. Геоинформационные системы и технологии. – М. Финансы и статистика 1998. 3. Бугаевский Л.М., Вахромеева Л.А. Картографические проекции. – М. Надра, 1992. – 239с. 4. Закатов П.С. Курс вищої геодезії. - М.: Надра, 1976.- 510 с. 5. Берлянт А.М., Гедимін А.В., Кельнер Ю.Г. та ін. Довідник з картографії. – М.:Надра, 1988. – 427 с. Поступила 22.02.2010р. УДК 621.391 С.Т. Черепков, С.М. Шевкун, Е.С. Козелкова ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОГО СИГНАЛА В ОБЛАСТИ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В статье рассматриваются вопросы построения модели пространственно- временного сигнала в области обработки сигналов. Проанализированы возможности измерительных систем со сложными пространственно- временными сигналами по сравнению с обычно используемыми системами обработки, использующие простые сигналы. 111 Ключевые слова: измерительная радиосистема, статистическая модель, пространственно-временная обработка сигналов, сектор обзора, волновой фронт Введение. Повышение качественных характеристик измерительных радиосистем ракетно-космических комплексов достигаются путем их значительного усложнения техники и в первую очередь к повышенным требованиям к устройств обработки сигналов. Исследования теоретических основ и создания устройств обработки шумоподобных пространственно- временных сигналов позволило разработать перспективные измерительные радиосистемы для обеспечения требуемых значений их применения. Однако, как показал анализ литературы [1-3], до сих пор остался не решен вопрос связанный с обработкой пространственно-временных сигналов в области обработки сигналов. В связи с этим, целью данной статьи является развитие научных основ построения, создания и анализа измерительных радиосистем для повышения их качественных характеристик путем разработки математической модели пространственно-временного сигнала в области обработки сигналов. Изложение основного материала. Для достижения поставленной цели необходимо представить математическую модель пространственно-временного сигнала и произвести анализ возможностей измерительных систем со сложными пространственно- временными сигналами по сравнению с обычно используемыми системами с простыми сигналами. Измерительные радиосистемы получают информацию об исследуемом объекте путем анализа волновых полей, создаваемых этим объектом в результате собственного излучения, отражения либо переизлучения зондирующих сигналов. Эти поля, поступающие на вход приемной системы и являющиеся носителями полезной информации, по своей природе представляют собой пространственно-временные процессы. Расширим определение пространственно-временных сигналов и будем понимать под пространственно-временным сигналом не только сигнал ( ),s t rr , рассматриваемый в области обработки r Z∈ [2], но и зондирующий пространственно-временной сигнал, формируемый системой в некоторой заданной области пространства [3]. Рассматривая зондирующий сигнал в этой области пространства, обозначим его как ( ),s t ðr , где под ðr будем понимать некоторую область (объем) пространства, в которой интенсивность сформированного сигнала, а также его структура позволяют удовлетворить требованиям, предъявляемым к системе. В соответствии с этим выберем пространственную структуру измерительной радиосистемы в виде двух областей (рис. 1). Первая область – область пространства Z, отводимая для формирования зондирующих пространственных сигналов ( ),s t ðr и под обработку принимаемых сигналов 112 ( ),s t rr . Вторая область – область пространства M, в которой рассматриваются сформированные зондирующие пространственно- временные сигналы ( ),s t ðr и в которой могут осуществляться процессы переотражения и ретрансляции сигналов. В ней также могут находиться собственные источники излучения электромагнитных волн. ( ),s t rr M Z y x 1ðr 0ðr Nðr Nr r 2r r 1r r 2ðr Рис.1. Пространственная структура измерительной радиосистемы Различные временные и пространственно-временные функции в системе будем представлять векторами в многомерном евклидовом пространстве. Такое представление основано на возможности разложения этих функций с любой степенью точности в виде рядов по некоторым ортогональным функциям. Вид сигнала в области обработки Z будет определяться типом используемого зондирующего сигнала и теми изменениями, которые он претерпевает при распространении. Эти изменения в основном определяются изменением масштаба (интенсивности) сигнала и его положением для каждой точки пространства наблюдения. Рассмотрим одностороннюю радиолинию, когда сигнал ( )s t , формируемый объектом, создает в точке rr области Z напряженность поля 113 ( ),s t рr , где рr – вектор, связывающий точку, положение которой определяется вектором rr , с объектом. Сигнал ( ),s t рr будет отличаться от сигнала ( )s t интенсивностью ε и временным запаздыванием cρ r ( ), ps t ð s t c ε ⎛ ⎞= −⎜ ⎟ ⎝ ⎠ r r . (1) Учитывая, что положение объекта в системе координат XYZ задается вектором 0ρ r , находим, что ( ) ( )0 1,s t ð s t p r c ε ⎛ ⎞= − −⎜ ⎟ ⎝ ⎠ r r r . (2) При выполнении условия узкополосности пространственно-временного сигнала, можно с достаточной для практических приложений точностью полагать, что фронт волны в области Z плоский, векторы ðr и 0ρ r параллельны, а сигналы, принимаемые в различных точках области Z, будут отличаться только временным сдвигом, пропорциональным разности 0 0ð ð ð ð− = − r r r r . Эта разность соответственно для плоских и линейных антенн, расположенных по оси X , приобретает вид ( )0 cos cosð ð r aβ γ− = − r r , (3) 0 cosð ð x a− = . (4) Воспользовавшись представлением сигнала ( )s t в комплексном виде ( ) ( ){ }0 0( ) exps t S t j tω φ= + , (5) где ( )s t – комплексная огибающая сигнала ( ) ( ){ }( ) expS t S t j tφ= , (6) определяющая законы амплитудной ( )S t и фазовой (частотной) ( )tφ модуляции сигнала, и ограничивая рассмотрение движением объекта с постоянной радиальной и угловой скоростью, приходим к следующему выражению для сигнала на входе системы обработки при использовании линейных антенн [4] ( ) 0 0 0, , , ( , , , , , , , ) p s t r a s t x p p s t c λ θ θ ε φ ε ⎛ ⎞= ⋅ − ×⎜ ⎟ ⎝ ⎠ rr r && ( )( )0 0 0 0 1exp j t p p t t x c ω θ θ φ ⎧ ⎫⎡ ⎤⎡ ⎤× − + + + +⎨ ⎬⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦⎣ ⎦⎩ ⎭ && . (7) При написании (7) учтено условие пространственно-временной узкополосности сигнала, что позволяет не учитывать влияние запаздывания огибающей в области Z, а также учтено, что комплексная огибающая сигнала 114 изменяется значительно медленнее по сравнению с высокочастотным заполнением, что позволяет не учитывать влияние текущих изменений ( )0p t и ( )tθ на параметры огибающей. Как следует из (7), рассматриваемый в области обработки сигнал отличается от излученного объектом по целому ряду параметров. Эти отличия определяются значениями параметров движения объекта: дальности – 0p , скорости – 0p& , угловой координаты – ( )cos aθ θ = , угловой скорости – θ& . Интенсивность ε и начальная фаза ϕ выступают в качестве несущественных параметров ar . Для получения исчерпывающей информации об объекте необходимо измерять все параметры сигнала λ r . Использование или измерение только некоторых отдельных параметров приводит к невосполнимым потерям информации об объекте, которые приходится компенсировать увеличением интервала наблюдения, увеличением числа измерительных систем, рассредоточением их в пространстве и т.д. В то же время, в зависимости от величины области наблюдения Z и ее размерности, определяемых назначением системы и уровнем ее реализации, некоторые параметры либо вообще не используются, либо их информационная емкость настолько мала, что их нецелесообразно использовать. Так, при измерении параметров движения неподвижных объектов определяемыми параметрами будут 0p и θ . В этом случае ( ) ( )0 0 0 0 1, , , exp p s t r a s t j t p x j c c λ ε ω θ φ⎧ ⎫⎛ ⎞ ⎡ ⎤= − − + +⎨ ⎬⎜ ⎟ ⎢ ⎥⎣ ⎦⎝ ⎠ ⎩ ⎭ rr r . (8) Для движущихся целей при использовании антенны, состоящей из одного приемного элемента ( ) 0 0 0 0, , exp p p s t a s t j t c c λ ε ω ω φ ⎧ ⎫⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎪ ⎪= − − +⎨ ⎬⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎪ ⎪⎣ ⎦⎩ ⎭ r &r , (9) Обычно в таком виде рассматривают сигнал в теории временной обработки сигналов. При использовании небольших антенных систем, когда смещением несущей частоты, обусловленным угловым перемещением объекта, на элементарном интервале наблюдения можно пренебречь ( )2 / 2 2 MT Xθ λ<& [5], приходим к следующему выражению для сигнала в области обработки ( ) 0 0 0 0 0 0, , , exp p p s t x a s t j t x c c c ω λ ε ω ω θ φ ⎧ ⎫⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎪ ⎪= − − − +⎨ ⎬⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎪ ⎪⎣ ⎦⎩ ⎭ r &r . (10) Для получения информации об угловой скорости необходимо использовать антенные системы больших размеров и пользоваться моделью сигнала (10). В приведенных выражениях (1), (10) изменение начальной фазы 115 колебаний, обусловленное значением дальности до объекта, включено в 0φ . При рассмотрении вопросов пространственной обработки представляет интерес модель пространственно-временного сигнала, рассматриваемого относительно некоторых опорных точек, например начала системы координат (рис. 2). В этом случае сигнал рассматриваемый в точке области Z с координатами rr относительно точки 0r = r будет иметь вид ( ), rps t r s t c ⎛ ⎞= −⎜ ⎟ ⎝ ⎠ rr r . (11) Представленные модели пространственно-временных сигналов в области обработки при используемых нами допущениях хорошо согласуется с используемыми моделями сигналов [4]. Рис.2 Вид функции неопределенности простых (---) и сложных ( ____ ) пространственно- временных сигналов Исходя из решаемых задач и выбранной модели измерительной радиосистемы могут быть предложены следующие модели зондирующих пространственно-временных сигналов [5]; − простые (элементарные) пространственно-временные сигналы, − сложные (шумоподобные) пространственно-временные сигналы, − объемные (простые) пространственно-временные сигналы, − составные объемные сигналы. Учитывая, что основные качественные показатели измерительной системы – разрешающая способность, точность и однозначность отсчета параметров определяются видом функции неопределенности, определим, насколько они улучшаются при использовании сложных пространственно- временных сигналов. 116 Разрешающая способность системы определяется областью высокой корреляции функции неопределенности [6] ( ) 2 рс dλ ψ λ λ ∞ −∞ = ∫ . (12) Для обычно используемых простых пространственно-временных сигналов, функция неопределенности которых описывается функцией типа sin cx [6], область высокой корреляции рсвкλ составляет 2 1sin 2 2рсвк M M c dλ πχ θ θ χ ∞ −∞ = =∫ . (13) Для сложных пространственно-временных сигналов область высокой корреляции рсвкλ составляет 2 2 1sin 2 3 2рсвк M M c dλ πχ θ θ χ ∞ −∞ ⎛ ⎞ = = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ ∫ . (14) Точность оценки параметров сигнала так же определяется видом функции неопределенности [5] ( ) 2 2 2 0 1 λ λ σ ψ λ λ = ≅ ∂ ∂ . (15) Определяя отношение вторых производных от функции неопределенности сложных сигналов ( )ссψ λ и простых – ( )прсψ λ получаем 2 2 2сс прс λ λ σ σ = . (16) Выводы. Как следует из (13÷16) измерительные системы со сложными пространственно-временными сигналами обладают более высокими потенциальными возможностями по сравнению с обычно используемыми системами с простыми сигналами, они характеризуются лучшей разрешающей способностью (14) и точностью измерений (16). Для того, чтобы реализовать такое значение разрешающей способности (14) измерительными системами с простыми сигналами они должны при прочих разных условиях использовать антенны, как минимум, на одну треть больших размеров, чем для систем со сложными сигналами, а чтобы реализовать такое же значение точности измерений (16) системы с простыми сигналами должны иметь примерно в 1,5 раза большие антенны, либо использовать радиолинии с существенно большим энергетическим потенциалом. Усложнение структуры пространственно-временных сигналов, расширение спектров их пространственных частот на заданных интервалах 117 © С.Я. Гильгурт их пространственного существования приводит по сравнению с традиционно используемыми в практике траекторных измерений простыми пространственно-временными сигналами к существенному увеличению их пространственной базы и является предпосылкой их сжатия и реализации высокой точности измерений, пропускной и разрешающей способности. Если же для повышения точности измерений и разрешающей способности использовать широкополосные простые пространственно- временные сигналы, то они не обеспечат требуемого значения пропускной способности (последовательный обзор пространства). И помимо этого, при равной ширине спектров пространственных частот простых и сложных сигналов функция неопределенности простых сигналов описывается функцией типа sinсх, а сложных – sinс2х, что открывает дополнительные возможности совершенствования измерительных радиосистем с шумоподобными пространственно-временными сигналами. 1. Коростелев А.А. Пространственно-временная теория радиосистем -М.: Радио и связь, 1987. – 320 с. 2. Фалькович С.E., Хомяков Э.Н. Статистическая теория измерительных радиосистем. - М.: Радио и связь, I98I. – 288 с. 3. Рудякова А.Н., Липинский А.Ю., Данилов В.В. Макет экспериментальной установки для исследования пространственно-временного интегрирования. - Донецк: Технологические процессы и оборудование, ДНУ, 2008, - С. 50-55. 4. Трифонов А.П., Шинаков Ю.С. Совместное различие сигналов и оценка их параметров на фоне помех - М.: Радио и связь, 1986. – 264 с. 5. Винокуров В.И., Ваккер Р.А. Вопросы обработки сложных сигналов в корреляционных системах - М.: Советское радио, I972. – 216 с. Поступила 23.12.2009р. УДК 004.274:004.056 С.Я. Гильгурт, канд.техн.наук, ИПМЭ им. Г.Е. Пухова НАНУ, г. Киев ОБЗОР ВОЗМОЖНОСТЕЙ РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В КОМПЬЮТЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ The possibilities of FPGA-based reconfigurable digital equipment for information security tools creation are investigated. The common properties and characteristics of programmable devices are discussed. Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) [1 – 8], соз- данные первоначально для решения задач контроля, управления, цифровой обработки сигналов, а также для макетирования и отработки сложных

Построение модели пространственно-временного сигнала в области обработки сигналов

Institution

Ähnliche Einträge