Робастное обнаружение и оценивание широкополосных сигналов (2024)
Предлагается асимптотически робастный инвариантный алгоритм обнаружения и оценки временного положения сигналов, синтезированный на основе приближенно финитной модели распределений шума. Алгоритм основан на вычислении корреляционных статистик нелинейного преобразования наблюдаемой выборки с вектором отсчетов опорного сигнала. Оценка времени задержки сигнала определяется путем специальной обработки полученных статистик с учетом наличия в наблюдаемом процессе зеркальных помех. Алгоритм реализован в частотной области, что позволяет использовать процедуру быстрого преобразования Фурье для уменьшения вычислительных затрат. Результаты имитационного моделирования показывают, что в случае распределений шума с тяжелыми хвостами АРИ-алгоритм обеспечивает энергетический выигрыш по сравнению с классическим корреляционным алгоритмом, а в случае гауссовского шума практически не уступает ему.
Идентификаторы и классификаторы
Одной из ключевых проблем при обеспечении достоверности и качества приема в мобильных системах передачи данных является синхронизация источника и приемника. В системах связи с множественным доступом с временным разделением каналов (TDMA) синхронизация является одной из первых операций при обработке кадра отдельного абонента. Как правило, процесс синхронизации включает в себя обнаружение и оценку задержки передачи в пределах заданной области неопределенности. Стоит отметить, что технология TDMA по-прежнему вызывает интерес в современных системах связи, о чем свидетельствует ее применение в системах цифрового спутникового вещания DVB-S2 и DVB-RCS [1, 2], стандарте цифровой подвижной радиосвязи DMR, а также в стандарте авиационной телеметрии нового поколения [3]. В таких системах надежная синхронизация
кадров при низком отношении сигнал/шум является критической задачей, особенно при наличии априорно неопределенного доплеровского сдвига частоты, в присутствии отражений от подстилающей поверхности и местных предметов и воздействии импульсных помех. На практике подход, оптимальный для канала с аддитивным белым гауссовским шумом (АБГШ) [4], может демонстрировать низкую эффективность, обусловленную смещением несущей частоты [5, 6] или отклонением распределения шума от гауссовской модели. В системах связи между подвижными объектами задача еще более осложняется наличием мешающих отражений от подстилающей поверхности и местных предметов.
Список литературы
- ETSI EN 302 307 V1.1.1 (2004-01), Digital Video Broadcasting (DVB) – second generation framing structure, channel coding and modulation systems for broadcasting, interactive services, news gathering and other broadband satellite applications, 2004.
- ETSI EN 301 790 V1.3.1 (2003-03), Digital Video Broadcasting (DVB) – interaction channel for satellite distribution systems, 2003.
- Young T. Integrated Network Enhanced Telemetry (iNET): impact to the telemetry community for the ettc2018 // Proceedings of the European Test and Telemetry Conference, 26–28 June 2018. – Nürnberg, Germany, 2018. – P. 155–161. – DOI: 10.5162/ettc2018/8.1.
- Massey J.L. Optimum frame synchronization // IEEE Transactions on Communications. – 1972. – Vol. 20 (2). – P. 115–119. – DOI: 10.1109/TCOM.1972.1091127.
- Gansman J.A., Fitz M.P., Krogmeier J.V. Optimum and suboptimum frame synchronization for pilot-symbol-assisted // IEEE Transactions on Communications. – 1997. – Vol. 45 (10). – P. 1327–1337. – DOI: 10.1109/26.634696.
- Choi Z.Y., Lee Y.H. Frame synchronization in the presence of frequency offset / IEEE Transactions on Communications. – 2002. – Vol. 50 (7). – P. 1062–1065. – DOI: 10.1109/TCOMM.2002.800815.
- Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. – М.: Радио и связь, 1985. – 384 с.
- Гантмахер В.Е., Быстров Н.Е., Чеботарев Д.В. Шумоподобные сигналы: анализ, синтез, обработка. – СПб.: Наука и техника, 2005. – 400 с.
- Lottici V., D’Andrea A., Mengali U. Channel estimation for ultrawideband communications // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. – 2002. – Vol. 20 (9). – P. 1638–1645. – DOI: 10.1109/JSAC.2002.805053.
- Fei Z., Tiejun Y., Shunji H. TOA estimation algorithm based on multi-search // Journal of Systems Engineering and Electronics. – 2005. – Vol. 16 (3). – P. 561–565.
- Carbonelli C., Mengali U. Synchronization algorithms for UWB Signals // IEEE Transactions on Communications. – 2006. – Vol. 54 (2). – P. 329–338. – DOI: 10.1109/TCOMM.2005.863728.
- Вострецов А.Г., Хайло Н.С. Синхронизация радиотехнических систем с временным разделением каналов при наличии мешающих отражений // Вопросы радиоэлектроники. – 2020. – № 11. – С. 37–44. – DOI: 10.21778/2218-5453-2020-11-37-44.
- On methods to improve time delay estimation for underwater acoustic source localization / B. Patel, S. Vadali, S. Nandy, S.N. Shome // Indian Journal of Geo-Marine Sciences. – 2015. – Vol. 44 (2). – P. 237–244.
- Богданович В.А., Вострецов А.Г. Применение принципов инвариантности и робастности при разработке алгоритмов демодуляции для широкополосных систем связи // Радиотехника и электроника. – 2009. – Т. 54, № 11. – С. 1353–1361.
- Lehmann E.L. Theory of point estimation. – New York: Wiley, 1983. – 506 c.
- Mosteller F. On some useful “inefficient” statistics // Annals of Mathematical Statistics. – 1946. – Vol. 17 (4). – P. 377–408. – DOI: 10.1214/aoms/1177730881.
Выпуск
Другие статьи выпуска
В работе представлена обучающая интеллектуальная система «Эксперт Полимер» для идентификации частиц, пригодных для 3D-печати. Программный комплекс предназначен для анализа изображений полимерных материалов на производственной площадке с помощью оптики. Планируется, что данная интеллектуальная система будет использоваться в качестве учебного комплекса программ для студентов высших учебных заведений, а также для биоинженеров и материаловедов в научно-производственных целях. В исследовании использовались технологии Интернета вещей (IoT) для получения изображений с оптических измерительных устройств (электронный микроскоп и др.) от пользователей системы и отправки им результатов анализа изображений. Путем взаимодействия электронного микроскопа с созданным программным комплексом выполнялась задача определения количества всех частиц и количества частиц, удовлетворяющих алгоритму 3D-печати. На основании этих данных эксперт принимает решение о возможности использования полимерных частиц для последующей 3D-печати. Для реализации системы использовались современные библиотеки языка программирования Python, а именно Pandas, Direction2 и YOLOv5 и другие.
В статье представлены результаты электронно-пучковой обработки диффузионных слоев на основе бора и алюминия на примере стали 20, на базе модернизированного источника электронов с плазменным катодом на основе дугового разряда низкого давления. Введенный контур обратной связи по ионному току в ускоряющем промежутке плазменного источника электронов позволяет повысить управляемость генерации пучка и электрическую прочность ускоряющего промежутка и тем самым обеспечить обработку поверхности образцов стали до заданной температуры. Для обеспечения стабильности процесса электронно-пучковой обработки предлагается предварительный прогрев поверхности до температуры 400–700 ? импульсами воздействия с контролируемым током разряда. На основном этапе электронно-пучковой обработки температура поверхности диффузионных составляет ~1900 ?. Для обеспечения данного диапазона температуры ток разряда регулируется в пределах 20–150 А в течение импульса длительностью 950 мкс, количество импульсов – три (интервал между импульсами 3 с). Обработка электронным пучком при данных режимах приводит к структурной трансформации диффузионного слоя на глубину более 150 мкм и к существенному повышению значений микротвердости. Отработанный режим электронно-пучковой обработки может быть рекомендован как дополнительный метод в технологиях комбинированной модификации диффузионных слоев на основе бора и алюминия.
Диоксид ванадия (VO2) – материал, испытывающий обратимый фазовый переход полупроводник-металл первого порядка вблизи комнатной температуры, сопровождаемый структурным фазовым переходом. Фазовый переход вызывает резкие изменения электрических и оптических свойств, что перспективно для практических применений. Наноструктуры на основе VO2 за счет малых размеров обладают значительной стойкостью к механическим деформациям, возникающим во время структурного перехода, а также демонстрируют яркие характеристики фазового перехода. Получение наноструктур VO2 является крайне востребованной задачей. В данной работе сообщается об использовании метода сканирующей зондовой литографии для наноструктурирования поликристаллических пленок VO2. Настоящее исследование сосредоточено на модификации пленок VO2 при приложении положительного смещения на образец. Проанализировано влияние величины и длительности приложенного напряжения, относительной влажности воздуха на качество формируемого нанолитографического рисунка. Определен механизм окисления. Установлено, что в результате локального анодного окисления формирующиеся оксидные структуры, состоящие из пентаоксида ванадия (V2O5), полностью растворяются в воде. Таким образом, сплошная поликристаллическая пленка VO2 разделяется на отдельные наноструктуры со строго заданными размерами. Представленный способ формирования наноструктур из кристаллических пленок VO2 перспективен для нанофотоники и наноэлектроники.
В данной статье рассматривается система возбуждения трехкаскадного синхронного генератора для авиационного применения в двух отличительных режимах работы: в качестве генератора электрической энергии для бортовой системы электроснабжения и электростартера для газотурбинных двигателей летательного аппарата. В статье представлен расчет стартерного и генераторного режима работы системы возбуждения. Получены основные расчетные соотношения для схемы полупроводникового преобразователя, подтверждённые имитационным моделированием в среде PowerSIM. Решена задача синтеза системы автоматического управления для блока возбуждения ТСГ, работающего в составе бортовой системы электроснабжения с применением методики расчета параметров регуляторов на основе метода разделения движений. Для генераторного режима работы создана двухконтурная система управления, включающая в себя ПИ- и ПИД-регуляторы с регулированием по выходному напряжению основного генерирующего каскада. Для управления блоком возбуждения в электростартерном режиме работы спроектирована одноконтурная система управления по току обмотки возбуждения с добавлением резонансной составляющей. Оценка эффективности спроектированных систем управления выполнена на основе имитационного моделирования с использованием пакетов прикладных программ PowerSIM и MATLAB/Simulink для генератора, питающего трехфазную сеть переменного тока в соответствии с требованиями ГОСТ Р 54073–2017. Результаты математического моделирования легли в основу проектирования экспериментального образца силовой части в гибридном интегральном исполнении для системы регулирования напряжения ТСГ.
Данная работа представляет экспериментальные исследования перспективного способа воспламенения и горения угольного топлива с использованием плазменной активации. Экспериментальные исследования проводились на стенде тепловой мощностью до 5 МВт. В качестве экспериментальных образца был выбран каменный уголь марки ГД, отобранный после шаровой барабанной мельницы с остатком на сите R90 = 15 %. Условия были приближены к промышленным, применяемым при растопке угольных котлов. Определен рабочий диапазон скоростей пылеугольного потока в электродуговом блоке. Установлено, что стабильный процесс воспламенения и дальнейшего горения угля возможен при скоростях потока на электродуговом блоке от 6 до 13 м/c. Проведена растопка экспериментального стенда с холодного состояния до температуры 1000 °С при коэффициентах избытка воздуха а от 0,5 до 0,7, время растопки не превышало 200 с.
В работе теоретически и экспериментально исследуется воздействие лазерного излучения и высокотемпературной плазмы на природу изменения физических свойств аморфно-нанокристаллических материалов, содержащих нанопоры в тонком поверхностном слое. В настоящее время экспериментально установлена возможность одновременного повышения твердости и стойкости к растрескиванию поверхности материала в результате селективного лазерного воздействия. Экспериментальные результаты могут быть объяснены на основе модели селективного воздействия лазерного излучения на отдельные нанопоры. В работе исследована физика лазерного избирательного инициирования процессов залечивания неоднородных/дефектных областей на наноуровне. С использованием предложенной физической модели выявлена специфика избирательного прогрева областей вблизи нанопор, а также влияние наноразмерных дефектов структуры на специфику распространения изотерм. Рассмотрен процесс залечивания нанопор находящихся в неоднородно прогретом поверхностном слое материала под действием ударной нагрузки. Теоретические результаты сопоставлены с экспериментальными данными. Показано, что в результате селективной лазерной обработки удается повысить микротвердость в три-четыре раза, с одновременным ростом стойкости к растрескиванию в условиях локального нагружения пирамидкой Виккерса. Полученные результаты находят объяснение в рамках представлений об избирательном лазерном залечивании нано- и микроразмерных дефектов, расположенных в поверхностном слое материала. Таким образом в работе теоретически и экспериментально изучены физико-механические свойства поверхности конденсированных материалов, находящихся в экстремальном состоянии, вызванном сильным сжатием в условиях одновременного кратковременного нагрева до высоких температур.
Издательство
- Издательство
- НГТУ
- Регион
- Россия, Новосибирск
- Почтовый адрес
- 630073, Новосибирск, проспект Карла Маркса, 20,
- Юр. адрес
- 630073, Новосибирск, проспект Карла Маркса, 20,
- ФИО
- Батаев Анатолий Андреевич (Ректор)
- E-mail адрес
- rector@nstu.ru
- Контактный телефон
- +7 (383) 3465001
- Сайт
- https://nstu.ru/