Обзор новостей

Все последние новости в мире политики, экономики, здоровья, спорта и искусства

Новая разработка ученых поможет увеличить точность предсказания землетрясений



Международная группа ученых создала алгоритм корректировки коэффициентов адаптивного цифрового фильтра в системе остаточных классов и предложила методику его применения в зависимости от длины фильтра и длины сигнала

Международная группа ученых создала алгоритм
корректировки коэффициентов адаптивного цифрового фильтра в
системе остаточных классов (СОК) и предложила методику его
применения в зависимости от длины фильтра и длины сигнала.
Оказалось, что с помощью этого алгоритма можно решить важнейшую
задачу цифровой обработки сигналов. Он позволит повысить скорость
обработки сигналов за счет шумоподавления без потери качества.
Результаты исследования
опубликованы в одном из
самых престижных междисциплинарных журналов –

IEEE Access.

Во многих приложениях, использующих современные методы и
алгоритмы цифровой обработки сигналов, широко применяются
адаптивные цифровые фильтры (АЦФ), включающие цифровой фильтр и
систему адаптации. Наиболее широко в АЦФ используются цифровые
фильтры с конечной импульсной характеристикой (КИХ). Адаптивная
фильтрация применяется в акустических системах, обработке
изображений, эквалайзерах, предназначенных для выравнивания
характеристик каналов связи, системах, использующих адаптивные
антенные решетки.

Эффективность АЦФ во многом определяется алгоритмом, позволяющим
адаптировать коэффициенты КИХ-фильтра для получения опорного
сигнала, при этом алгоритм корректировки вектора коэффициентов
КИХ-фильтра должен на заданном этапе реализовать процедуру
подстройки с минимальными программно-аппаратными затратами.

С целью повышения скорости обработки сигналов в различных
приложениях обосновано использование СОК. Это позволяет повысить
производительность систем цифровой обработки сигналов (в том
числе цифровых фильтров) и снизить аппаратные затраты за счет
параллельной и независимой обработки малоразрядных остатков при
выполнении арифметических операций, таких как сложение, вычитание
и умножение. Недостатком СОК является высокая вычислительная
сложность при выполнении немодульных операций, включающих
деление, определение знака и сравнение чисел. Эти ограничения
обусловлены тем, что СОК является непозиционной системой
счисления, и сравнение величин чисел в форме СОК невозможно –
например, операция деления состоит из операции сравнения величин,
которая также является проблематичной операцией.

«Попытки решить эту проблему до сих пор предпринимаются
различными учеными в разных направлениях, но универсального
решения, подходящего для любых задач, до сих пор нет. В
результате в настоящее время не существует алгоритмов
корректировки коэффициентов АЦФ, реализуемых в СОК. Поэтому
разработка нового алгоритма адаптации – корректировки
коэффициентов фильтров – с использованием СОК и обеспечение
заданных требований к показателям качества и быстродействия
адаптации является важнейшей задачей цифровой обработки
сигналов», –
отмечает доцент кафедры автоматики и процессов
управления СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Дмитрий Каплун.

Ученые из Санкт-Петербургского государственного
электротехнического университета «ЛЭТИ» совместно с коллегами из
Северо-Кавказского федерального университета и Университета
Гаухати (Индия) создали новый алгоритм корректировки
коэффициентов адаптивного цифрового фильтра в системе остаточных
классов.

«Для корректировки каждого коэффициента необходимо выполнить
одну операцию вычитания, одну операцию умножения и одну операцию
сложения по модулю СОК, то есть время пересчета пропорционально
порядку фильтра. Предлагается принципиально новый алгоритм,
превосходящий существующие алгоритмы LMS и RLS и их модификации
по ряду параметров: качеству адаптации (шумоподавления), простоте
реализации, времени выполнения и др. Основным отличием
разработанного алгоритма является последовательная адаптация
каждого коэффициента с нулевой погрешностью. В известных
алгоритмах весь вектор коэффициентов итерационно адаптируется с
некоторой заданной точностью. Число итераций (шагов) определяется
длиной входного сигнала для всех алгоритмов», –
рассказывает
Дмитрий Каплун.

Ученые также предложили методику применения разработанного
алгоритма в зависимости от длины фильтра и длины сигнала. Они
произвели математическое моделирование рассмотренных алгоритмов,
а также продемонстрировали, каким образом предложенная методика
может помочь проектировщику в корректировке коэффициентов фильтра
без необходимости в обширных trial-and-error процедурах. Ученые
провели анализ качества шумоподавления и вычислительной сложности
на примере синтетических и реальных данных сейсмосигналов.

Предложенный алгоритм может найти применение в работе сейсмологов
для более качественного и быстрого определения сейсмической
активности, например, землетрясения или взрыва; будет востребован
в гидроакустике, биоинформатике и других сферах жизни человека.

Исследование поддержано грантом РНФ
№19-19-00566 «Перспективные аппаратные средства с повышенной
помехозащищённостью для задач обработки данных и моделирования
динамических систем на основе векторных вычислителей».

 

Источник информации и фото: СПбГЭТУ «ЛЭТИ»





Source link