авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Исследование и разработка диагностики состояния радиотехнической системы в рабочем режиме

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Сидько Иван Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ В РАБОЧЕМ РЕЖИМЕ

Специальность: 05.13.18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ;

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

кандидат технических наук

Таганрог – 2008

Работа выполнена в Технологическом институте Южного федерального университета в г. Таганроге на кафедре Радиоприёмных устройств и телевидения

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор технических наук,

профессор, Галустов Г.Г.

(ТТИ ЮФУ, г. Таганрог)

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук, профессор

Чернухин Ю.В.

(ТТИ ЮФУ, г. Таганрог)

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Черчаго А.Я

(ЗАО ОКБ “РИТМ”, г. Таганрог)

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: ФГУП “ТНИИС”, г. Таганрог

Защита состоится " 28 " августа 2008г. в 1420 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.22 в Таганрогском технологическом институте Южного федерального университета по адресу: 347928, г. Таганрог, Ростовской области, пер. Некрасовский, 44, ауд. Д-406.

С диссертацией можно ознакомиться в зональной научной библиотеке

Южного федерального университета по адресу: Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью организации, просим направлять по адресу: 347928, Ростовская область, г. Таганрог, ГСП-17А, пер. Некрасовский, 44, ученому секретарю диссертационного совета

Д 212.208.22.

Автореферат разослан " " ___ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук Целых А.Н.

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы:

Одним из основных направлений радиоэлектроники, которое предназначено для сбора и обработки информации на основе приема искусственных и естественных радиоизлучений является радиоконтроль (РК).

Для обеспечения высоких оперативности и достоверности РК все более широкое применение находят методы пространственно-временной обработки информации при решении таких задач как поиск, обнаружение, разрешение, пеленгование, определение местоположения источников радиоизлучений (ИРИ).

Для решения большинства из перечисленных задач РКвозникает необходимость в использовании многоканальных технических средств. К числу основных устройств, определяющих основные характеристики многоканальных технических средств, следует отнести фазированные антенные решетки (ФАР) и многоканальные супергетеродинные приемные устройства (МСПУ).

Вопросы построения одноканальных супергетеродинных приемных устройств в интересах РК в настоящее время хорошо отработаны как в теоретическом, так и практическом планах.

Однако при построении МСПУ состояние как теории, так и практики не в полной мере удовлетворяет требованиям настоящего времени. При этом одной из наиболее актуальных проблем является задача устранения неидентичности характеристик каналов МСПУ за счет неидеальности аппаратурной реализации и влияния климатических и механических воздействий.

Широко используемые в настоящее время пути решения данной задачи связаны: 1) с использованием схемотехнических и конструкторско-технологических приемов, 2) а также с использованием методов диагностики состояния радиотехнической системы (РТС) в рабочем режиме.

Первый из вышеперечисленных путей является малоперспективным, поскольку требует создания прецизионной аппаратуры в условиях, когда темпы достижений в области схемотехники и технологии отстают от темпов ужесточения технико-эксплуатационных требований к МСПУ.

Второй путь широко используется и приводит к решению поставленной задачи, но только в условиях стационарной радиообстановки при невысоких требованиях к пропускной способности комплекса радиоконтроля (КРК). КРК в настоящее время как обязательную составную часть аппаратуры включают в себя диагностические средства (комплексы).

Среди известных работ, посвященных данной тематике, можно выделить направление, использующие принцип разделения во времени режимов работы и измерения (контроля), отражённые в работах В.А.Долгова, А.С.Касаткина, В.Н.Сретенского, В.Д. Кудрицкого и других. Существенным недостатками разделения во времени режимов работы и контроля является снижение готовности КРК, потеря информации о РО на период проведения контроля, уменьшение достоверности контроля из-за получения оценок в КРК и диагностической системе эпизодически. Жёсткие требования к готовности и надёжности современных КРК обуславливают переход к распараллеливанию выполнения задач диагностики и работы.

Вопросам построения диагностических систем, позволяющих классифицировать состояния РТС в рабочем режиме, в литературе уделено недостаточно внимания. Данные обстоятельства указывают на необходимость разработки и анализа моделей систем диагностики состояния РТС без использования режимов разделения во времени.

Таким образом, тема диссертации, посвященная компьютерному моделированию и анализу алгоритмов диагностики состояния радиотехнических систем в рабочем режиме, является достаточно актуальной.

Целью работы является:

Построение математических моделей алгоритмов диагностики состояния линейной системы в рабочем режиме; формирование набора эффективных признаков, используемых в устройствах классификации состояния линейных трактов; исследование возможности оптимизации временных и пространственных параметров классификаторов состояний линейных систем.

Основные задачи диссертации вытекают непосредственно из её цели:

1. Формирование и обоснование системы эффективных признаков используемых в моделях алгоритмов классификации состояния линейной системы без отключения из рабочего режима.

2. Синтез и обоснование решающего правила для классификатора состояния линейной системы.

3. Исследование возможности оптимизации временных и пространственных параметров классификаторов состояний линейной системы.

4. Построение модели диагностической системы и экспериментальная проверка качества диагностики на её основе.

5. Разработка пакета программ для экспериментального исследования предложенных моделей и методов.

Решение поставленной задачи проводится в несколько этапов:

1. Определение моделей сигналов РТС

2. Разработка алгоритма формирования классификационных признаков.

3. Исследование влияния времени обучения и распознавания и размерности признакового пространства на показатели эффективности классификатора.

4. Экспериментальное исследование показателей качества разработанных алгоритмов при классификации математических моделей сигналов РТС.



Научная новизна. В работе получен ряд новых результатов, которые сводятся к следующему:

1. Разработана методика формирования системы признаков на основе корреляционного метода измерения импульсной характеристики модели линейного тракта радиотехнической системы.

2. Предложена методика диагностики состояния модели линейного тракта радиотехнической системы без отключения её из рабочего режима.

3. Разработан комплекс программ математического моделирования диагностики состояния линейной системы в рабочем режиме.

4. Выявлены закономерности показателей эффективности классификатора от времени обучения и распознавания, от размерности признакового пространства.


Практическая ценность состоит в возможности использования результатов работы для решения практических задач техники и науки:

– определены условия целесообразности использования предложенных алгоритмов в компьютерных системах диагностики состояния РТС;

– обеспечено получение улучшенных точностных характеристик при использовании программ параметрической классификации шумоподобных сигналов.


Реализация результатов работы. Результаты, полученные в работе, были использованы в учебном процессе при проведении лабораторных работ, курсовом проектировании по дисциплинам: “Устройства приёма и преобразования сигналов”, “Радиоприёмные устройства сверхвысоких частот”, “Основы компьютерного проектирования” на кафедре Радиоприёмных устройств и Телевидения Технологического института Южного федерального университета.

Результаты, полученные в кандидатской диссертации, реализованы в разработках отдела 24 НКБ моделирующих и управляющих систем ЮФУ (г. Таганрог) в рамках х/д 324057 при создании радиолокационного измерителя характеристик морского волнения (РИВ200), предназначенного для снабжения гидросамолёта Бе-200.



Методы исследования основаны на использовании численных методов, методов теории вероятности и математической статистики, статистической теории распознавания образов, функционального анализа.


Основные положения, выносимые на защиту, следующие:

- математические модели сигналов линейных трактов радиотехнических систем;

- алгоритм формирования системы эффективных признаков на основе корреляционного метода измерения импульсной характеристики линейной системы;

- зависимости дисперсий оценок признаков и ошибки распознавания от времени обучения, размерности признакового пространства;

- результаты моделирования разработанных алгоритмов диагностики состояния линейных трактов без отключения из рабочего режима.


Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались и докладывались:

-на VIII Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления» (Таганрог, ТРТУ, 2006 г.)

- на международной научной конференции «Статистические методы в естественных, гуманитарных и технических науках».(Таганрог, ТРТУ, 2006 г.)

- на LII научно-технической конференции.(Таганрог, ТРТУ, 2006 г.)

- на 6-й Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Молодёжь XXI века–будущее Российской науки» (Ростов на Дону, ЮФУ, 15 мая 2008г.)

- на Всероссийской научно-технической конференции с международным участием: “Компьютерные и информационные технологии в науке, инженерии и управлении”«КомТех-2008»( Таганрог, ТТИ ЮФУ, 6.06.2008)


Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 5-ти статьях, 3-х тезисах докладов.

Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх разделов, заключения и приложений, включающих 5 наименований.

Работа изложена на 151 стр. текста, 36 рисунках, 7 таблицах, списка литературы из 114 наименований и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ПО ГЛАВАМ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель, приведены задачи исследования, научная новизна диссертационной работы и полученные результаты, дана краткая аннотация работы.

В первой главе “Анализ известных методов диагностики состояния радиотехнической системы без отключения из рабочего режима” дан теоретический обзор зарубежной и отечественной научной литературы по данной тематике и сделаны выводы о приоритетных направлениях развития. Анализ методов технической диагностики показал, что сигналы, получаемые при исследовании состояния РТС можно отнести к векторными случайными процессами. С учетом перспективности применения для диагностики РТС методов статистической теории распознавания образов является актуальной задача разработки моделей сигналов, адекватных с точки зрения использования этих моделей для распознавания. Произведен анализ методов теории распознавания образов, применяемых для решения задач диагностики. Установлено, что большинство методов распознавания и способов оценки их эффективности разработаны для случая неограниченно возрастающих объемов обучающих и контрольных выборок процессов. В связи с этим, необходима разработка новых методов диагностики, ориентированных на конечное (в том числе и малое) число обучающих и контрольных выборок, т.е. методов оптимизации временных и пространственных параметров систем распознавания.

Вторая глава – “Постановка задачи диагностики и анализ структуры радиотехнической системы” посвящена вопросам постановки задачи технической диагностики, анализа структуры РТС с учётом системы диагностики её состояния. Рассматриваются вопросы схемотехнической реализации многоканальных приёмных устройств со встроенной системой диагностики состояния. Здесь же рассматриваются вопросы формирования признаковых пространств, позволяющих строить системы диагностики. Математическую модель исследуемой РТС целесообразно представить импульсной характеристикой узкополосной линейной системы. В качестве основного метода получения вектора диагностически значимых признаков предлагается корреляционный метод измерения импульсной характеристики линейной системы, суть которого в следующем:

Импульсную характеристику целесообразно получать в виде реакции y(t) исследуемой линейной системы на стационарный широкополосный шум x(t) (рис.1). На рис.1 линия задержки, схема умножения и интегратор образуют коррелометр. Процесс на его выходе будет пропорционален взаимно корреляционной функции процессов, поступающих на его вход.

 труктурная схема корреляционного-2

Рис. 1 Структурная схема корреляционного измерителя импульсной характеристики модели линейной системы

В работе показано, что если x(t) и s2(t) статистически независимы, то рабочий сигнал s2(t) не влияет на результат измерения и может быть выбран достаточно малым. Исследуемая линейная система не выключается из работы, поэтому на её входе кроме процесса x(t) будет так же рабочий сигнал s1(t). Корреляционная связь между входным и выходным сигналами определяется при помощи соотношения Винера — Ли :

, (1)

где – автокорреляционная функция процесса (шума) на входе линейной системы, – импульсная характеристика исследуемой линейной системы, – взаимно корреляционная функция входного x(t) и выходного y(t) процессов линейной системы.

Если х(t) — широкополосный шум, имеющий равномерный спектр в полосе частот, значительно превышающей полосу пропускания исследуемой системы, то можно заменить автокорреляционную функцию шума в выражении (1) импульсной характеристикой – автокорреляционной функцией идеального “белого” шума , где – функция Дирака, – масштабный коэффициент. При этом

. (2)

Как следует из выражения (2) взаимная корреляционная функция непосредственно дает выражение для оценки импульсной характеристики . Подобные корреляционные измерения обычно можно выполнять во время нормальной работы системы. Снижение случайных помех, свойственное корреляционному методу, позволяет использовать весьма малые испытательные сигналы х(t), не нарушающие по существу нормальный режим работы системы (отношение сигнал/шум >50 дБ).

Так как предположение о нормальности распределения выходного сигнала предполагает искать систему эффективных признаков в рамках корреляционной теории, – необходимо определить автокорреляционную функцию Ryy() выходного процесса y(t). Корреляционные функции выходных сигналов линейных систем могут быть определены из общего выражения, связывающего корреляционную функцию Ryy() выходного сигнала y(t) и корреляционную функцию Rxx() входного сигнала x(t). Учитывая, что в данном случае входной сигнал x(t) – “белый шум”, то для линейных систем с постоянными параметрами можно определить корреляционную функцию на выходе системы с точностью до постоянного множителя по её импульсной характеристике.

,

где G0 – постоянный коэффициент (спектральная плотность мощности шума в заданной полосе), h() – импульсная характеристика диагностируемой линейной системы.

Так же в данной главе была рассмотрена методика оценивания параметров диагностической системы и проведено исследование возможности оптимизации временных и пространственных параметров систем распознавания. Произведен анализ существующих методов оптимизации систем распознавания. Выяснено, что в достаточной мере эти методы разработаны лишь для случая параметрической априорной неопределенности относительно закона распределения признаков. Учитывая, что анализу подвергаются процессы на выходе узкополосных линейных радиотехнических трактов, можно полагать закон их распределения нормальным.

В третьей главе “Разработка алгоритмов параметрического распознавания состояния радиотехнической системы” приведены данные о формировании моделей сигналов различных классов для оценки значений признаков каждого класса. В качестве моделей сигналов действующих на выходе РТС предложено использовать нормальные случайные процессы с экспоненциально-косинусной автокорреляционной функцией (АКФ). Такие процессы характерны для линейных систем второго и более высоких порядков. Нарушения в работе избирательных систем, связанные с изменением по различным причинам (температура, влажность и т.д.) номиналов элементов данной системы, зачастую приводят к ухудшению избирательных свойств системы: расширению полосы пропускания, уменьшению крутизны склонов амплитудно-частотной характеристики, уменьшению соотношения сигнал/шум на выходе системы и т.д. Параметр, наиболее ёмко описывающий данный класс нарушений в работе избирательной системы является добротность. Поэтому в качестве варьируемого параметра была выбрана добротность.

 мплитудно-частотные-13

Рис. 2 Амплитудно-частотные характеристики модели линейной системы по классам.

Любые изменения номиналов элементов диагностируемой системы непосредственно отражаются на форме АКФ, поэтому в качестве вектора признаков предлагается использовать вектор отсчётных значений автокорреляционной функции процессов на выходе модели линейной системы:

, (3)

где N – количество отсчётных значений h(t) импульсной характеристики линейной системы взятые с интервалом дискретизации T0.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.