Аннотация
Актуальность работы обусловлена необходимостью совершенствования методов раннего обнаружения объектов по их шумам. Цель работы: снижение «мёртвого времени» в задаче обнаружения объектов по их шумам, т. е. времени реализации стадий традиционно последовательного вычисления: непрерывного вейвлет-преобразования, интегрального вейвлет-спектра, определения максимумов в пороговом устройстве (за счёт модификации алгоритмов вычислений и частичного совмещения стадий вычисления). Методы исследования: аналитический вывод математических формул для алгоритмов совмещённого вычисления дискретизированного вейвлет-преобразования и интегрального вейвлет-спектра. Компьютерное моделирование задачи обнаружения с различными тестовыми шумами. Результаты: показано, что совмещение вычисления последовательно уточняет вейвлет-спектр, что позволяет принять решение о наличии признака обнаружения узкополосного шумового сигнала до окончания полного цикла непрерывного вейвлет-преобразования, что сокращает общее время расчёта. Приведён пример математического моделирования обнаружения двух тестовых сигналов в дискретном белом шуме с отрицательным отношением сигнал/помеха от –3 до –6 дБ, показывающий, что совмещение вычисления интегрального вейвлет-спектра и непрерывного вейвлет-преобра-зования позволяет обнаружить оба сигнала в шуме уже на 160 шаге по времени из 256 шагов полного цикла.
Ключевые слова: непрерывное вейвлет-преобразование, интегральный вейвлет-спектр, узкополосный шум, обнаружение, совмещение вычислений, вейвлет, отношение сигнал/помеха, математическое моделирование
Список литературы
[1] Daubechies I. The wavelet transform, time-frequency localization and signal analysis // IEEE Trans. Inform. Theory. – 1990. – Vol. 5. – P. 961–1005.
[2] IEEE Xplore Digital Library [Electronic resource]. – URL: http://ieeexplore.ieee.org/Xplore/home.jsp (дата обращения: 09.03.2014).
[3] A new method to detect voltage sag based on wavelet energy entropy / C.G. Wang, L.C. Wang, J. Liu, B. Liu // Appl. Mechanics and Materials. – 2014. – Vol. 448–453. – P. 2254–2258.
[4] Zhou Y.-L., Wang F. Envelop spectrum analysis of pressure fluctuation based on wavelet decomposition // Appl. Mechanics and Materials. – 2014. – Vol. 448–453. – P. 3392–3396.
[5] Research on technology of gas pipeline leakage detection based on infrasonic wave / Y.-Q. Wang, S. Wan,
Y.-C. Zhou, H.-G. Yang // Appl. Mechanics and Materials. – 2013. – Vol. 401–403. – P. 1106–1109.
[6] Guo X.-J., Yang X.Y., Yu Z.-J. Foreign object debris detection on the runway based on wavelet method // Appl. Mechanics and Materials. – 2013. – Vol. 427–429. – P. 1658–1661.
[7] Chandra N.H., Sekhar A.S. Damage identification and quantification in structures using wavelet analysis // Appl. Mechanics and Materials. – 2014. – Vol. 471. – P. 187–192.
[8] Пат. 2188939 Российская Федерация, МПК7 E21B 44/06, E21B 45/00. Способ определения работоспособности породоразрушающего инструмента / В.У. Ямалиев, М.М. Хасанов, Р.Н. Якулов, Е.И. Ишемгужин, И.Р. Кузеев, Д.С. Солодовников; заявитель и патентообладатель О-во с огранич. ответственностью «ЮганскНИПИнефть». – № 2001113974/03; заявл. 25.05.2001; опубл. 10.09.2002, Бюл. № 25. – 6 с.
[9] Пат. 2154813 Российская Федерация, МПК G01M 15/00. Способ диагностики работы двигателя / И.М. Дремин, В.И. Фурлетов, О.В. Иванов, В.А. Нечитайло, В.Г. Терзиев; заявитель и патентообладатель Физ. ин-т им. П.Н. Лебедева Рос. акад. наук. – № 99105603/06; заявл. 19.03.1999; опубл. 20.08.2000, Бюл. № 23. – 7 с.
[10] Полищук В.И., Хамухин А.А. Выявление витковых замыканий обмотки ротора синхронного генератора на основе вейвлет-анализа магнитных потоков рассеяния // Изв. Том. политехн. ун-та. – 2013.– Т. 323, № 5. – С. 85–93.
[11] Численное моделирование динамических процессов в электроэнергетических системах как инструмент стратегического управления / Ю.В. Шорников, И.Н. Томилов, Д.Н. Достовалов, М.С. Денисов // Науч. вестн. НГТУ. – 2011. – № 4. – С. 129–132.
[12] Математическое и программное обеспечение численного анализа режимов электрических машин / И.Н. Томилов, Д.Н. Достовалов, В.В. Пастухов, Ю.В. Шорников // Системы упр. и информ. технологии. – 2011. – Т. 45, № 3.1. – С. 204–208.
[13] Пат. 2495444 Российская Федерация, МПК G01R 31/00 (2006.01). Способ диагностики состояния асинхронного электродвигателя / А.С. Глазырин, Т.А. Глазырина, В.В. Тимошкин, В.И. Полищук; заявитель и патентообладатель Нац. исслед. Том. политехн. ун-т. – № 2012116348/28; заявл. 23.04.2012; опубл. 10.10.2013, Бюл. № 28. – 12 с.
[14] Dyomin A.Yu., Marchuk S.M., Reizlin V.I. Simulating a non-spherical surface profile // Proceedings of the 9-th Korean-Russian International Symposium on Science and Technology (KORUS 2005), Novosibirsk, Russia, June 26 – July 2, 2005. – Novosibirsk: State Technical Univ. Publ. (NSTU), 2005. – Vol. 1. – P. 592–593.
[15] Функциональная вейвлет-диагностика состояния обмоток роторов трёхфазных электрических машин по статорным токам / В.В. Тимошкин, Т.А. Глазырина, В.И. Полищук, А.С. Глазырин // Электричество. – 2012. – № 6. – С. 42–46.
[16] Leigh G.M. Fast FIR Algorithms for the Continuous Wavelet Transform from Constrained Least Squares // IEEE Trans. on Signal Processing. – 2013. – Vol. 61. – P. 28–37.
[17] Пат. 2437147 Российская Федерация, МПК G06F 17/14 (2006.01). Устройство для вычисления дискретизированного непрерывного вейвлет-преобразования / А.А. Хамухин; заявитель и патентообладатель Нац. исслед. Том. политехн. ун-т. – № 2010127068/08; заявл. 01.07.2010; опубл. 20.12.2011, Бюл. № 35. – 9 с.
[18] Демин А.Ю., Рейзлин В.И. Анализ программного обеспечения на основе структурно-графического представления // Проблемы информатики. – 2011. – № 5. – С. 6–15.
[19] Пат. 2367970 Российская Федерация, МПК G01S3/80 (2006.01). Устройство обнаружения узкополосных шумовых гидроакустических сигналов на основе вычисления интегрального вейвлет-спектра / В.А. Сапрыкин, В.В. Малый, Г.В. Шаталов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Воен.-мор. акад. им. адм. флота Совет. Союза Н.Г. Кузнецова. – № 2007145474/28; заявл. 28.11.2007; опубл. 20.09.2009, Бюл. № 26. – 27 с.
[20] Пат. 2464588 Российская Федерация, МПК G01S3/80 (2006.01). Устройство обнаружения шумовых гидроакустических сигналов в виде звукоряда на основе вычисления интегрального вейвлет-спектра / В.В. Малый, В.А. Сапрыкин, А.Ю. Рохманийко, В.С. Есипов, К.В. Якунин; заявитель и патентообладатель В.В. Малый. – № 2011126056/28; заявл. 15.06.2011; опубл. 20.10.2012, Бюл. № 29. – 26 с.
[21] Хамухин А.А. Применение ячеек однородной структуры в задаче обнаружения шумовых гидроакустических сигналов на основе интегрального вейвлет-спектра // Изв. Том. политехн. ун-та. – 2013.– Т. 322, № 5. – С. 68–82.
[22] Хамухин А.А. Математическая модель ячейки однородной структуры для вычисления непрерывного вейвлет-преобразования // Проблемы информатики. – 2011. – № 5. – С. 87–93.
[23] Хамухин А.А. Применение ячеек однородной структуры для вычисления непрерывного вейвлет-преобразования // Изв. Том. политехн. ун-та. – 2010. – Т. 317, № 5. – С. 149–153.
[24] Хамухин А.А. Итерационный алгоритм вычисления дискретизированного непрерывного вейвлет-преобразования / Вестн. компьютер. и информ. технологий. – 2013. – № 3. – С. 9–13.
[25] Aykanat C. Efficient Overlapped Algorithms for Hypercube-connected Multicomputers // Intern. J. of Parallel, Emergent and Distributed Systems. – 1994. – Vol. 4, № 1-2. – P. 91–110.
[26] Сонькин М.А., Ямпольский В.З. Обобщённые свойства специальных систем связи и мониторинга для труднодоступных и подвижных объектов // Изв. Том. политехн. ун-та. – 2008. – Т. 312, № 2. – С. 154–156.
[27] Сонькин М.А., Лещик Ю.В. Применение алгоритмов нечёткого поиска в системах мониторинга лесопожарной обстановки // Изв. Том. политехн. ун-та. – 2012. – Т. 321, № 5. – С. 98–101.
