Методи і засоби адаптивної обробки випадкових локально-нестаціонарних імпульсних потоків для автоматизації досліджень

Розробка методів визначення в реальному часі характеристик нестаціонарних імпульсних потоків при наявності різких змін інтенсивності. Дослідження адаптивних методів стиску та відновлення даних, одержаних при вимірюванні потоків енергійних частинок.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 11.11.2013
Размер файла 96,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методи і засоби адаптивної обробки випадкових локально-нестаціонарних імпульсних потоків для автоматизації досліджень

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Обробка випадкових імпульсних сигналів в режимі реального часу дозволяє автоматизувати процеси наукових досліджень, технологічні процеси дискретного виробництва, вимірювань тощо. Це особливо важливо при проведенні космічних експериментів, зокрема, при дослідженнях потоків енергійних частинок в навколоземному просторі з допомогою бортової апаратури, а також при океанологічних та ядерних дослідженнях.

Під дією потокiв енергійних частинок на виходах вимірювальних перетворювачів (давачiв) виробляються електричні сигнали у вигляді випадкових послідовностей імпульсів. Обробка таких сигналів під час або після експерименту необхідна для побудови та уточнення фізичних моделей процесів, що відбуваються в верхніх шарах атмосфери Землі та навколоземному просторі. Для випадкових послідовностей, якими є імпульсні потоки, обробка сигналiв полягає, насамперед, у визначенні енергетичного спектра та зміни інтенсивності процесу в часі. При проведеннi комплексних експериментiв дослiджуються також стохастичні взаємозв'язки між виміряними одночасно імпульсними потоками частинок та неперервними сигналами, що несуть інформацію про електричні і магнітні поля. Проведенню цієї обробки на Землі заважає обмежена пропускна здатність телеметричних систем, яка не дозволяє передавати в режимі реального часу великі масиви даних, отриманих з давачiв. Тому частіше цифрову обробку сигналiв здійснюють на борту, а на Землю передають тільки її результати. Бортова обробка сигналiв ускладнюється їх випадковим нестаціонарним характером, наявністю лише мінімальних апріорних відомостей про ці сигнали та необхідністю отримання результатів в режимi реального часу.

За допомогою відомих методів обробки випадкових сигналів та існуючої бортової апаратури не можуть бути вирішені виникаючі новi задачі, що ставляться експериментаторами, зокрема, вивчення тонкої структури випадкових iмпульсних потоків енергійних частинок та стохастичних зв'язків між ними та іншими явищами. Тому актуальною є проблема модернізації вiдомих та розробки нових ефективних методiв та засобів бортової адаптивної обробки випадкових локально-нестаціонарних імпульсних потоків в режимi реального часу при проведеннi фiзичних експериментiв у верхнiх шарах атмосфери та космiчному просторi.

Тема даної кандидатської дисертації вiдповiдає вказанiй проблемi, вирішення якої передбачається Державною космічною програмою України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основу роботи складають результати теоретичних та практичних досліджень, виконаних автором самостійно або при його безпосередній участі в Державному університеті «Львівська політехніка» з 1996 по 1999 роки.

Роботи виконувалися в рамках Державної космічної програми України, затвердженої Постановою КМУ №371 від 07.06.96 р., яка, зокрема, передбачає проведення міжнародного супутникового експерименту «Попередження» з метою виявлення передвісників землетрусів та прогнозування останніх. Тема дисертаційної роботи пов'язана з розробкою методів та засобів обробки випадкових імпульсних потоків від давачів енергійних частинок, які «висипаються» з радіаційних поясів Землі, в процесі проведення експерименту «Попередження». Результати досліджень необхідні для побудови бортової апаратури СТЕП, що розробляється для вказаного експерименту в НДЛ-40 при кафедрі «Автоматизація та комплексна механізація машинобудівної промисловості» (АКМ) Державного університету «Львівська політехніка» згідно з г/д №6316 та №6503.

Тема дисертаційної роботи відповідає інформаційним аспектам наукових проблем, якими займається кафедра АКМ, а саме: автоматизація виробничих процесів та автоматизація досліджень.

Мета дослiдження: розроблення адаптивних методiв дослiдження в режимi реального часу випадкових локально-нестацiонарних iмпульсних послiдовностей зi змiнною iнтенсивнiстю, а також ефективних алгоритмiв та структур на їх основі для фiзичних експериментів.

В роботі поставлені та вирiшені наступнi задачі:

розробка адаптивних методів визначення в реальному часі характеристик нестаціонарних імпульсних потоків при наявності різких змін iнтенсивностi;

розробка кореляційно-спектрального методу визначення стохастичних зв`язків між імпульсними потоками та неперервними сигналами;

розробка ефективного адаптивного способу корекції накладань випадкових імпульсів довільної форми в реальному часі;

дослідження адаптивних методів стиску та відновлення даних, одержаних при вимірюванні потоків енергійних частинок;

розробка принципів побудови ефективних структур для адаптивної обробки в режимi реального часу випадкових локально-нестацiонарних iмпульсних послiдовностей зi змiнною iнтенсивнiстю.

Наукова новизна одержаних результатів:

Розроблено адаптивний метод визначення характеристик потоків енергійних частинок зi змiнною iнтенсивнiстю для виявлення мiкросплесків та бухт iнтенсивностi в режимі реального часу.

Розроблено кореляційно-спектральний метод визначення стохастичних зв'язків між випадковими імпульсними потоками та неперервними сигналами для дослідження зв'язків між потоками енергійних частинок та електричними або магнітними полями.

Розроблено адаптивний метод корекції накладань випадкових iмпульсiв довільної форми в реальному часі з пiдвищеною швидкодією.

Розвинено адаптивний метод екстремального аналізу для стиску та відновлення даних, одержаних при вимірюванні потоків енергійних частинок з метою зменшення кількості передаваної інформації про інтенсивності потоків.

Розроблено оригінальні принципи побудови ефективних структур з пiдвищеною інформативністю для обробки в режимi реального часу випадкових локально-нестацiонарних iмпульсних послiдовностей зi змiнною iнтенсивнiстю, які дозволяють виявляти в режимi реального часу різкі зміни інтенсивності і коректувати накладання імпульсів довільної форми.

Практичне значення одержаних результатів. Отриманi результати сприяють створенню адаптивної бортової апаратури для вивчення в режимi реального часу імпульсних потокiв енергійних частинок у верхнiх шарах атмосфери та космiчному просторi, а також побудові інформаційно-вимірювальних систем для промислових потреб. Розвинений в роботі метод екстремального аналізу для стиску та відновлення даних дозволяє в 2-2.5 рази зменшити кількість передаваних даних. Розроблена методика підвищення інформативності амплітудного аналізатора дозволить збільшити кількість оброблених імпульсів на 20-40%. Використання розроблених принципів побудови ефективних структур дозволить підвищити ефективність приладу СТЕП, одним із важливих показників якого є відношення інформативності приладу до його маси, за яким прилад СТЕП приблизно на два порядки перевищує попередній аналог ЦСИП.

Реалізація і впровадження результатів роботи:

Результати дисертаційної роботи використані при розробці ескізного проекту бортового блоку обробки даних «СТЕП-Е», який призначений для дослідження потоків частинок у навколоземному просторі з метою прогнозування землетрусів у межах міжнародного космічного експерименту «Попередження» (акт впровадження від 17.11.1998 р.). Результати досліджень знайшли також застосування при розробці системи вимірювання температури розчину на Бердичівському шкіряносировинному заводі (акт впровадження 23.11.1998 р.) та ескізного проекту на вібровимірювальний комплекс для діагностики енергетичного обладнання для підприємства «Галременерго» (акт впровадження 1999 р.).

Особистий внесок автора. В роботах написаних у співавторстві, дисертанту належить: в [1] - розвиток методики визначення мікросплесків та бухт інтенсивності; [2,5] - методика, алгоритм та структура пристрою корекції накладань випадкових імпульсів; в [8] - методика симуляції в дослідженнях локально-нестаціонарних імпульсних потоків; в [3,6,9] - застосування методики відновлення даних після компресії з допомогою екстремального аналізу до інтенсивності імпульсних потоків; в [4] - методика підвищення інформативності цифрового амплітудного аналізатора та його структура; в [6,7,9] - розробка методики крос-кореляційного аналізу імпульсних потоків та неперервних сигналів; в [10] - структурна схема.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались та обговорювались на міжнародних конференціях SPIE's International Symposium on Optical Science, Engineering, and Instrumentation (San Diego, USA, 1998); International Conference on Control in Natural Disasters, «CND`98» (Yokohama, Japan, 1998); International Conference Programmable Devices and Systems, «PDS`98», Polish Section IEEE (Gliwice, Poland, 1998 р.); International Conference on Modern Problems of Telecommunications, Computer Science and Engineers Training, «TCSET`98» (Lviv, Ukraine, 1998) та на 5-тій всеукраїнській конференції з автоматичного керування «Автоматика - 98» (Київ, Україна, 1998 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 10 праць в міжнародних та українських виданнях, в тому числі 4 праці в наукових фахових виданнях, затверджених ВАК України, а також патент України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та 3-ох додатків. Дисертація містить 126 сторінок машинописного тексту, 43 ілюстрації, 1 таблицю, список літератури з 102 найменувань та 23 сторінки додатку.

Основний зміст роботи

енергійний імпульсний автоматизація адаптивний

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, показано її зв'язок з науковими програмами, сформульовано мету та задачі досліджень, наукову новизну і практичне значення отриманих результатів. Наведено дані про реалізацію та впровадження результатів роботи, її апробацію, особистий внесок автора і публікації.

У першому розділі розглянуто різні види давачів потоків енергійних частинок та моделі сигналів на їх виходах, інтегральний та диференційний спектри енергій частинок, мікросплески та бухти інтенсивності, а також накладання імпульсів. На основі огляду літературних джерел обгрунтована необхідність розробки методів визначення мікросплесків і бухт інтенсивності в режимі реального часу, кореляційного методу визначення стохастичних зв`язків між імпульсними потоками та неперервними сигналами, а також адаптивного способу корекції накладань імпульсів в реальному часі з довільною формою зрізу, без формування коректуючого хвоста.

У другому розділі розглянена методика обробки сигналів від давачів потоків енергійних частинок.

На виході вимірювального підсилювача давача (детектора) потоків частинок формується сигнал у вигляді послідовності імпульсів з зрізами («хвостами»), найчастіше експоненційної форми. При високих темпах надходження частинок черговий імпульс може накладатися на «хвіст» попереднього. Таке накладання призводить до неточного визначення амплітуд досліджуваних імпульсів, а отже до спотворення енергетичного спектру потоку енергійних частинок.

Суть запропонованого способу корекції накладань імпульсів полягає у запам`ятовуванні та відніманні від амплітуди накладеного імпульсу його п'єдесталу (рис. 2.1), який сформований «хвостом» попереднього імпульсу в момент появи накладеного. Тоді дiйсне значення амплiтуди -го iмпульсу:

, (2.1)

де - функція Хевісайда.

В цьому випадку достатньо запам'ятати «п'єдестал» та амплiтуду iмпульсу i не потрiбно формувати коректуючий «хвiст». Точнiсть цього методу не залежить вiд форми «хвоста» iмпульсу.

Під інформативністю амплітудного аналізатора (АА) в роботі мається на увазі кількість імпульсів, які може обробити АА за одиницю часу. Для підвищення інформативності АА запропоновано ввести додаткові АЦП. Алгоритм роботи АА у випадку двох АЦП (основного та одного додаткового) можна описати наступним чином:

, (2.2)

де - інтервал часу між появою +1-го та -того імпульсу; - час перетворення АЦП; AD1, AD2 - вмикання 1-го та 2-го АЦП; - заборона вмикання 2-го АЦП; - знак секвенції.

Інформативність запропонованого АА з додатковими АЦП залежить від інтенсивності імпульсного потоку (ІП), числа АЦП та їх швидкодії. Вона може бути суттєво покращена при введенні одного додаткового АЦП у випадку співмірності середнього інтервалу надходження імпульсів з часом перетворення АЦП.

Запропоновано методику адаптивного визначення інтенсивності ІП, яка полягає у відповідному виборі тривалості часового інтервалу аналізу для виявлення мікросплесків та бухт інтенсивності. -тий інтервал аналізу планується визначати як суму випадкових інтервалів часу (пауз) між імпульсами, число яких вибирається апріорно, виходячи з характеру послідовності та середньої інтенсивності :

. (2.3)

Для цього випадку поточна інтенсивність набуває вигляду

. (2.4)

Для потокiв енергійних частинок характерна постійність інтенсивності на довгих складових інтервалу реалізації . На коротких інтервалах аналізу в залежності від процесів в досліджуваному середовищі, зокрема у навколоземному просторі, може мати місце різке зростання iнтенсивностi на окремих iнтервалах аналізу, що носить назву мікросплеску інтенсивності, або різкий її спад - бухта інтенсивності.

Запропонований спосіб визначення мікросплесків за допомогою екстремального аналізу (ЕА) на коротких інтервалах полягає в запам'ятовуванні тільки початкових, максимальних (мінімальних) та кінцевих значень мікросплесків (бухт) і моментів часу їх появи.

Якщо , (2.5)

то класифікуємо як вершину мікросплеску.

Початок і кінець мікросплеску визначається за наступними умовами:

якщо , (2.6)

то - початкове значення мікросплеску;

якщо , (2.7)

то - кінцеве значення мікросплеску. Бухти інтенсивності визначаються аналогічно.

Використання наведеної методики дає можливість збільшити тривалість інтервалів аналізу, що веде до зменшення кількості передаваних даних, та не втратити інформацію про мікросплески та бухти.

На основі ЕА запропонована також компресія імпульсних сигналів на довгих інтервалах , яка полягає в запам'ятовуванні тільки строгих і нестрогих максимальних і мінімальних значень поточної інтенсивності та часових параметрів цих значень.

Умови строгих та нестрогих екстремумів на -тому інтервалі наступні:

строгі екстремуми

; ; (2.8)

нестрогі екстремуми

; ;

;, (2.9)

де - апріорно вибрана різницева зона в залежності від параметрів сигналу і вимог до точності аналізу.

Ефективність екстремального аналізу можна характеризувати коефіцієнтом стиску, який в роботі визначається як:

, (2.10)

де , - кількість значень інтенсивності перед та після екстремального аналізу відповідно. Як показало моделювання використання запропонованої методики компресії даних за допомогою екстремального аналізу, дає можливість отримати коефіцієнт стиску 2-2.5 без втрати інформації про мікросплески інтенсивності.

Відтворення ІП після ЕА пропонується проводити з допомогою лінійної інтерполяції та цифрової фільтрації. При цьому значення інтенсивності в -тий момент часу для лінійної інтерполяції визначається як:

, , (2.11)

де - інтенсивність потоку в момент часу при лінійній інтерполяції, - інтенсивність потоку, яка визначена з допомогою екстремального аналізу в момент часу .

Вироблено рекомендації до вибору частоти дискретизації інтерпольованої залежності ІП для її наступного згладжування з допомогою цифрового фільтра низьких частот з частотою зрізу його АЧХ.

Виходячи з теореми відліків, можна припустити, що в спектрі інтенсивності, виміряній на інтервалах , відсутні гармонічні складові з частотою вищою від , тобто , де - частота найвищої гармоніки амплітудного спектра інтенсивності. Тоді для збереження інформації частоту дискретизації доцільно вибирати з умови

, (2.12)

а частота зрізу фільтра в цьому випадку повинна бути

. (2.13)

Для вигладжування залежності інтенсивності від часу після екстремального аналізу та лінійної інтерполяції доцільно застосувати вигладжувальну фільтрацію за допомогою нерекурсивного фільтра низьких частот. Це дає можливість підвищити точність відновлення інтенсивності після ЕА шляхом усунення високочастотних складових, які виникають в результаті лінійної інтерполяції.

В роботі наведені приклади компресії та відтворення реальних сигналів на основі запропонованої методики. В тому числі наведені приклади лінійної інтерполяції та інтерполяції сходинками отриманої після ЕА залежності інтенсивності потоку від часу. Інтерполяція сходинками широко використовується при бортових вимірюваннях потоків енергійних частинок. Обробка реальної залежності інтенсивності від часу показала, що цифрову фільтрацію доцільно застосовувати при відносно великому стисканні інформації (>5) та невеликій кількості збурень інтенсивності (не більше 2…3 на 100 відліків).

Якщо вважати залежність інтенсивності від часу неперервним стаціонарним процесом, який дискретизований з постійною частотою дискретизації , то оцінка автокореляцiйної функції інтенсивності для часових зсувів запишеться у вигляді:

, (2.14)

де - центровані значення інтенсивності потоку.

Для інтенсивностей, отриманих від двох різних давачів оцінки їх крос-кореляційних функцій для додатних та від'ємних часових зсувів будуть мати вигляд:

Якщо залежність інтенсивності потоку енергійних частинок від часу є нестаціонарним процесом, то можна застосувати відомі методи пошуку локально-стаціонарних ділянок такого процесу і на них проводити кореляційний аналіз. Тоді на інтервалах локальної стаціонарності тривалістю оцінка автокореляційної функції запишеться у вигляді:

, (2.16)

де - довжина часового ряду даних, що відповідає стаціонарному інтервалу інтенсивності потоку. Крос-кореляційна функція інтенсивностей потоків буде мати аналогічний до (2.14) вигляд з урахуванням .

На локально стаціонарних інтервалах спектри потужностей визначаються аналогічно.

Розроблена методика кореляційно-спектрального аналізу дає можливість визначати періодичні складові інтенсивності потоку, а крос-кореляційний аналіз інтенсивностей дозволяє досліджувати стохастичні зв'язки між імпульсними потоками різних енергій або від різних давачів.

Для визначення стохастичного зв'язку між магнітним (або електричним) полем в навколоземному просторі та інтенсивністю потоку енергійних частинок на стаціонарних інтервалах реалізації найбільш ефективним є використання крос-кореляцiйного аналізу.

Щоб знайти крос-кореляційну функцію інтенсивності потоку частинок та напруженості магнітного (або електричного) поля необхідно отримати значення інтенсивності та напруженості на однакових інтервалах реалізації до того ж з однаковою частотою дискретизації. Очевидно, що для вирівнювання частот дискретизації обох сигналів необхідно задаватися вищою частотою з двох існуючих, тобто виходити з умови:

, (2.19)

де , - частота Найквiста для неперервного сигналу полів; .

При цьому, якщо , то для одержання залежності інтенсивності від часу з частотою дискретизації доцільно перетворити її в неперервну, наприклад, шляхом лінійної інтерполяції, та продискретизувати з частотою . Якщо ж , тоді неперервний сигнал поля дискретизується з частотою .

Якщо інтенсивність потоку або (і) напруженість поля є локально-стаціонарними процесами, то слушну оцінку можна отримати тільки на однакових для обох процесів інтервалах локальної стаціонарності. Тоді оцінки крос-кореляційних функцій запишуться у вигляді:

Оцінку взаємного спектра потужності інтенсивності потоку та напруженості поля знайдемо з (2.21) за допомогою перетворення Вінера-Хінчина

. (2.22)

Для локально-стаціонарних ділянок взаємний спектр потужності знаходиться аналогічно.

Запропонована методика пошуку стохастичних зв'язків між напруженістю магнітного (або електричного) поля та інтенсивністю потоків енергійних частинок дозволяє знаходити крос-кореляційні функції та взаємний спектр потужності сигналів різної природи, а саме неперервних сигналів та імпульсних потоків. Важливе місце в цій методиці займає правильний вибір частоти дискретизації для обох сигналів, який в багатьох випадках вимагає інтерполяції залежності інтенсивності імпульсного потоку від часу.

В даному розділі наведені приклади цифрової обробки реальних сигналів на основі запропонованих методик, рис. 2.2…2.7.

На рис. 2.2 наведена залежність інтенсивності від часу, яка отримана 05.02.1996 з супутника SAMPLEX (запуск - 1 серпня 1995, OSC Project, USA) для електронів з енергією більше 0.8 Mev. Тут =30с, кількість значень інтенсивності =4000. Для цієї залежності була отримана нормована кореляційна функція з числом зсувів =600, яка зображена на рис. 2.3. З цієї кореляційної функції видно, що досліджуваний процес має періодичні складові, а період повторень збурень інтенсивності, які фактично представляють собою сплески інтенсивності, наступає приблизно через 200 зсувів, тобто 100 хв.

На рис. 2.4 зображений початковий фрагмент нормованого спектра потужності інтенсивності, залежність якої від часу та кореляційна функція показані на рис. 2.2 та 2.3 відповідно. Тут періоду збурень =100 хв. відповідає гармоніка 3 з максимальною потужністю.

Крос-кореляційний аналіз інтенсивності потоку частинок та напруженості магнітного поля був проведений на основі даних, які отримані з супутника GEOTAIL (запуск - 24 липня 1992, ISAS, NASA, USA) 03.03.1997.

На рис. 2.5 показана інтенсивність потоку електронів з енергією більше 38 keV, а на рис. 2.6 напруженість магнітного поля, крос-кореляційна функція яких представлена на рис. 2.7. Вона обчислена для часових зсувів на основі 1200 відліків кожного з сигналів. Вигляд крос-кореляційної функції свідчить про корельованість причин, що викликають зміну інтенсивності електронів та напруженості магнітного поля.

Результати обробки реальних сигналів, отриманих зі штучних супутників Землі показують, що запропоновані методи кореляційного та крос-кореляційного аналізу імпульсних потоків та неперервних сигналів дозволяють доповнювати інформацію про параметри полів додатковими характеристиками цих сигналів та стохастичних зв'язків між ними, що є корисним для уточнення моделі магнітосфери та її динаміки.

У третьому розділі досліджуються метрологічні властивості запропонованих методів обробки імпульсних потоків.

При відновленні інтенсивності після ЕА шляхом лінійної інтерполяції точність відновлення пропонується оцінювати за допомогою середньоквадратичної похибки відтворення :

Аналіз похибок (3.1) здійснювався за допомогою імітаційного моделювання для залежностей інтенсивності від часу, отриманих з супутника GEOTAIL. Дослідження показали, що коефіцієнт стиску зростає при розширенні різницевої зони , однак при цьому збільшується середньоквадратична похибка . Скористаємося з відносної середньоквадратичної похибки ,. Залежність її від коефіцієнта стиску при лінійній інтерполяції (крива 1) та при інтерполяції сходинками (крива 2) наведені на рис. 3.1. Отримані залежності дають також можливість визначати коефіцієнт стиску для заданої середньоквадратичної похибки .

Точність вигладжування інтенсивності після лінійної інтерполяції шляхом цифрової фільтрації оцінюється в роботі за допомогою середньоквадратичної похибки вигладжування в залежності від частоти зрізу АЧХ цифрового фільтра, та інтервалу аналізу інтенсивності імпульсного потоку.

Аналіз похибок (3.2) з допомогою імітаційного моделювання показав, що фільтрація дозволяє зменшити середньоквадратичні похибки відтворення сигналу після ЕА та лінійної інтерполяції на 15-20%, якщо вибирати частоту зрізу АЧХ цифрового фільтра в межах . За межами вказаного діапазону фільтрація призводить до додаткового зростання цих похибок. Моделювання також показало, що цифрова фільтрація ефективна для різницевої зони 1.2<<1.5. При <1.2 вигладжування тільки погіршує точність лінійної інтерполяції, натомість при >1.5 різко зростають похибки екстремального аналізу.

Для оцінки інформативності амплітудних аналізаторів з додатковими АЦП запропонована методика визначення кількості оброблених та необроблених амплітудним аналізатором імпульсів в залежності від інтенсивності потоку та часу перетворення АЦП. Показано, що середня кількість імпульсів пуассонівського потоку, які не будуть оброблені аналізатором з довільною кількістю АЦП за інтервал часу, становить

На основі з допомогою аналітичних розрахунків та імітаційного моделювання обчислювалася кількість оброблених та необроблених імпульсів для АА з різним числом АЦП. Підвищення інформативності при введенні додаткового АЦП оцінювалася шляхом порівняння відносної кількості оброблених імпульсів АА з одним та двома і більше АЦП. Для цього застосовано коефіцієнт ефективності , який для аналізатора, що містить АЦП має вигляд:

,

де , - відносна кількість оброблених імпульсів амплітудними аналізаторами з та одним АЦП відповідно.

Дослідження показали, що для середніх інтервалів часу між імпульсами, співмірних з часом перетворення АЦП, введення додаткового АЦП дозволяє отримати =1.23-1.42, тобто збільшити число оброблених імпульсів на 20 - 40%.

В четвертому розділі розглядаються розроблені структури, які реалізують запропоновані методи обробки випадкових ІП.

Для корекції накладань імпульсів з довільною формою «хвоста» запропоновано пристрій, структурна схема якого показана на рис. 4.1. Пристрій містить пiковий детектор ПД, визначник мiнiмуму ВМ, компаратори К1, К2, два одновiбратори G1, G2, формувач F, та блок вiднiмання SUB.

Запропонована структура амплітудного аналізатора з підвищеною інформативністю за рахунок введення додаткового АЦП, яка працює за алгоритмом (2.2). Вона містить попередньо розглянений блок корекції накладань імпульсів, два АЦП, блок пам'яті, арифметично-логічний пристрій та блок керування.

Розроблена бортова інформаційно-вимірювальна система для обробки випадкових нестацiонарних послiдовностей iмпульсiв, які надходять з блокiв детекторiв i вiдповiдають потокам високоенергійних частинок магнiтосферного походження. Система призначена для установлення на борту штучного супутника Землі в межах міжнародного космічного експерименту «Попередження» з метою виявлення передвісників землетрусів.

Основні результати та висновки

Розроблено адаптивний метод визначення в реальному часі характеристик нестаціонарних імпульсних потоків на основі змінного інтервалу аналізу та екстремального аналізу, яка дозволяє визначати мікросплески та бухти інтенсивності і не вимагає збільшення пропускної здатності бортової телеметрії для передачі даних про ці інтенсивності.

Розроблена методика кореляційно-спектрального аналізу імпульсних потоків та неперервних сигналів для визначення періодичності мікросплесків інтенсивності енергійних частинок та її стохастичного зв'язку з електричними та магнітними полями, що потрібно для уточнення моделей фізичних полів в навколоземному просторі, зокрема, для виявлення передвісників землетрусів.

Розроблено незалежний від форми зрізу імпульсів адаптивний спосіб корекцiї накладань імпульсів шляхом віднімання від їх амплітуди п'єдесталів, а також принцип побудови структури для його реалiзацiї. Корекція накладань імпульсів дозволяє підвищити точність амплітудного аналізу потоків енергійних частинок.

Розвинено адаптивний метод компресії даних в режимі реального часу за допомогою екстремального аналізу інтенсивності імпульсних потоків та наступного відтворення сигналів на основі лінійної інтерполяції та згладжуючої цифрової фільтрації. Цей метод дає можливість стискати дані в 2-2.5 рази без втрати інформації про мікросплески та бухти інтенсивності.

Розроблені методика та принцип побудови структури для підвищення інформативності амплітудного аналізатора за рахунок введення додаткових АЦП, що дозволяють збільшити число оброблених імпульсів на 20-40% у випадку середніх інтервалів часу між імпульсами, співмірних з часом перетворення АЦП.

Запропоновано принцип побудови ефективної структури для вимірювання та адаптивної обробки в режимі реального часу випадкових локально-нестаціонарних імпульсних послідовностей зі змінною інтенсивністю, призначеної для дослідження потоків енергійних частинок в навколоземному просторі. За показником відношення інформативності до його маси пристрій з такою структурою на два порядки перевищує існуючі аналогічні пристрої.

Список опублікованих автором праць за темою дисертації

Погрібний В.О., Рожанківський І.В., Таянов С.А. Бортова Інформаційно-вимірювальна система для дослідження потоків часток в навколоземному просторі. // Космічна наука та технологія, 1998. - Т. 4, №4. - С. 44-48.

Погрібний В.О., Рожанківський І.В., Таянов С.А. Корекція накладань випадкових імпульсів. // Автоматизація виробничих процесів у машинобудуванні та приладобудуванні. Український міжвідомчий науково-технічний збірник, Львів ДУ «ЛП», Випуск №33, 1998 р. - С. 133-136.

Погрібний В., Рожанківський І., Таянов С. Стиск і оброблення нестаціонарних імпульсних потоків на основі екстремального аналізу. // Вісник Державного університету «Львівська політехніка». «Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні та приладобудуванні», 1998. - №321. - С. 84-88.

Погрібний В.О., Рожанківський І.В., Таянов С.А. Метод підвищення інформативності цифрового амплітудного аналізатора випадкових імпульсів. // Вісник Державного університету «Львівська політехніка». «Автоматика, вимірювання та керування». 1998. - №356. - С. 64-69.

Пат. України №22369А, 6G01R 29/02. Пристрій корекції амплітуд імпульсів./ Таянов С.А., Погрібний В.О., Рожанківський І.В., 1998.

Pohribnyi V.O., Rozhankivsky I.V., Tayanov S. A, Dudnik O.K. Information measuring system aimed for the exploration high energy particles streams in space plasma. // in Earth Observing Systems III, William L. Barnes, Editor, Proceeding of SPIE, San Diego USA. 1998. - Vol. 3439 - P.95-103.

Pohribnyi V., Rozhankivsky I., Zelinski I., Tajanov S., Dudnik I., Evsejev I. Programmable system for measurement and processing of the sensor signals of particles fluxes in space plasma, // Proc. of the International Conference Programmable Devices and Systems, PDS`98, Polish Section IEEE, Gliwice, 1998. - P.337-343.

Погрібний В., Рожанківський І., Зелінський І., Дудник О., Таянов С. Методи симуляції в дослідженнях локально-нестаціонарних імпульсних потоків. // Міжнародна науково-технічна конференція «Сучасні проблеми засобів телекомунікації, комп'ютерної інженерії та підготовки спеціалістів» TCSET`98, Львів, 1998. - С. 75-76.

Погрібний В.О., Рожанківський І.В., Таянов С.А. Методи дослідження та обробки випадкових нестаціонарних імпульсних потоків. // Праці П`ятої Української конференції з автоматичного управління «Автоматика-98», Київ, 1998. - Т.4. - С. 264-269.

Зелінський І.Д., Таянов С.А. Система дистанційного контролю температури в обертовому барабані. // Ринок інсталяційний, Інформаційно-технічний місячник, Львів. - 1997. - №1. - C.17.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.