CC BY
41
Секция радиоприемных устройств
УДК 621.317.757: 621.396.96
В. И. Литюк
О ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ В ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКЕ СИГНАЛОВ НА МНОГОПРОЦЕССОРНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
Известно, что итогом решения задач, связанных с оптимальной обработкой сигналов, является получение следующих результатов:
— математический или эвристический синтез структур устройств;
— анализ качества работы полученного устройства по выбранному критерию эффективности;
— оценка чувствительности к отклонениям от используемых априорных данных;
— практическая реализуемость.
Все перечисленные направления являются взаимосвязанными и достижения, полученные в одном из них, приводят к необходимости пересмотра устоявшихся представлений в других. В частности, появление многопроцессорных вычислительных систем (МВС) позволило произвести пересмотр некоторых алгоритмов цифровой обработки сигналов (ЦОС) с учетом свойств этих систем [1].
К таким свойствам МВС можно отнести возможность распараллеленной обработки данных как в режиме работы «скачущее», так и «скользящее окно», что позволило преодолеть ограничения по полосе обрабатываемых частот в задачах вычисления интеграла свертки и связанных с конечным временем выполнения операций в отдельных цифровых функциональных узлах.
Указанная возможность подобной обработки сигналов на МВС позволила решить проблему сжатия сложных радиолокационных сигналов на распараллеленных цифровых фильтрах (ЦФ) с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтры). Однако их применение требует существенных затрат оборудования.
С другой стороны, применение ЦФ с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ-фильтры) позволяет существенно сократить затраты оборудования с одновременным получением требуемых характеристик.
В настоящее время имеются довольно ограниченные сведения о возможностях применения БИХ-фильтров для сжатия сложных сигналов. Такие устройства могут быть реализованы на основе применения неминимальнофазовых цифровых фильтров (НМФЦФ), которые позволяют получать заданные фазочастотные характеристики (ФЧХ) независимо от требований, предъявляемых к амплитудно-частотным характеристикам (АЧХ).
Поэтому представляются достаточно перспективными исследования, посвященные сжатию сложных сигналов с различными законами внутриим-пульсной модуляции на НМФЦФ. Недостаточно исследованы свойства и особенности НМФЦФ с постоянными и переменными во времени параметрами.
Связано с этой задачей также решение проблемы нахождения такого ансамбля сложных сигналов с непрерывными функциями внутриимпульсной модуляции каждого из них с целью достижения требуемых характеристик в суммарной функции неопределенности.
Известно, что при цифровой обработке изображений используются двумерные ЦФ. При синтезе таких устройств используется представление о разделимости двумерной передаточной функции на две одномерные передаточные функции. Это позволяет проводить соответствующие операции по вычислению интеграла свертки последовательно во времени над одномерными массивами. Однако в ряде случаев подобное предположение не выполняется. Решение такой задачи может быть найдено за счет применения гиперком-плексных чисел, т. е. расширение аксиоматики [2].
Поэтому исследование двумерных ЦФ, использующих указанную аксиоматику, представляется перспективным, особенно для случая обработки голо-графической информации. Отметим, что отсутствует информация об устройствах с переменными во времени параметрами, оперирующими с гиперком-плексными числами. Как следствие применения подобной аксиоматики появится проблема вывода обработанной голографической информации на экран дисплея персональной ЦВМ.
Использование свойств, предоставляемых МВС, позволяет производить ЦОС, использующие такие свойства преобразования Фурье, реализация которых невозможна средствами аналоговой техники, например свойства, которые могут быть использованы для обработки сигналов в «обратном» времени [3].
Если использовать предлагаемый в данной работе принцип обработки, названный «8аИо-тог1а1е», то принципиально возможно получение ЦФ с заранее заданными АЧХ и линейными ФЧХ. Публикаций, посвященных ЦОС с использованием указанных свойств преобразования Фурье, практически нет, а следовательно исследования по данному направлению представляются перспективными. Аналогичным образом отсутствует какое-либо рассмотрение вопросов, посвященных гомоморфным методам ЦОС в «обратном» времени.
Следует также сказать, что до настоящего времени не получили должного рассмотрения решения физически нереализуемых задач и которые не требуют своего решения в реальном масштабе времени. В частности, не решены проблемы, связанные с устранением влияния «временных» окон на результаты обработки. Сущность проблемы заключается в том, что при спектральном анализе реализаций, длительность которых меньше времени их корреляции, получаемые оценки содержат ошибку смещения, которая уменьшается усреднением соседних спектральных составляющих. В то же время увеличивается неопределенность в точности определения местоположения оцениваемой частоты. В задачах, где существенное значение имеет именно этот параметр, можно повысить точность за счет устранения влияния корреляционной функции «временного» окна из корреляционной функции отрезка реализации, последующей экстраполяции полученного результата и проведения над ним преобразования Хинчина-Винера для получения уточненных спектральных оценок.
Не получили должного освещения в литературе вопросы, посвященные обработке процессов, имеющих негауссовское распределение. Поэтому представляются перспективными исследования, посвященные построению и анализу многопроцессорных устройств вычисления многомерных корреляционных функций, спектральных плотностей и устройств обработки таких сигналов с учетом указанных принципов обработки.
Тадим образом, появление новых свойств, присущих МВС, позволило предложить ряд перспективных направлений исследований в ЦОС, решение которых позволяет повысить эффективность выделения полезной информации из сигналов, поступающих на обработку.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Литюк В. И. Особенности синтеза цифровых многопроцессорных фильтров// Всесоюзный научно-технический семинар «Многопроцессорные вычислительные системы». Тезисы докладов. Таганрог, 1991.
2. Schutte Н. D., Wenzel J. Hypercomplex Numbers in Digital Signal Processing//IEEE Int. Symp. Circuits and Syst., New Orleans, La, May 1—3, 1990, vol. 2, New York (N. Y.), 1990.
3. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях/ Пер. с франц. Под ред. Н. Г. Волкова, в 2-х томах, М.: Мир, т. 1, 1983.
УДК 621.396.969:551.46
А. А. Гарнакерьян, А. В. Некрасов
О ВЛИЯНИИ МЕЛКОЙ СТРУКТУРЫ НА УДЕЛЬНУЮ ЭПР МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Основной задачей изучения спектральной структуры морского волнения является наличие сведений о виде и параметрах двумерной спектральной плотности волнового процесса.
В связи с трудностью получения исходных данных для расчета и последующей аппроксимации, двумерный пространственный спектр £(к,а) представляют произведением двух функций
5 (к, а) = 5(к)<Э(а),
где Я (к) — спектр волновых чисел к; <2 (а) — функция углового распределения энергии волнения по направлениям а,
| Q (а) da = 1.
При решении задачи обратного рассеяния радиолокационного сигнала морской поверхностью в рамках двухмасштабной модели, многие исследователи представляли анизотропной только крупную структуру морского волнения, считая мелкую структуру (рябь) изотропной. Сравнение азимутальных экспериментальных данных по удельной эффективной площади рассеяния (УЭПР) морской поверхности с теоретическими показало, что представление ряби в виде анизотропной структуры дает лучшее совпадение теоретических зависимостей по УЭПР с экспериментальными [1]. Проведенное сравнение различных функций углового распределения энергии СЗ (а) показало, что наилучшей для ряби является аппроксимирующая функция вида
Q(a) = С0(1 + CiCOS2a),
(2 - пр) 2п (2 + Tip)
