РАНГОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ ДАТЧИКА ВИБРАЦИЙ ДЛЯ СИГНАЛИЗАЦИИ ПРИВОДНЕНИЯ САМОЛЕТА-АМФИБИИ В УСЛОВИЯХ АПРИОРНОЙ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
Аннотация
Цель работы – использование ранговой модели обработки сигналов для сигнализации
приводнения самолета-амфибии. Ранговая обработка относится к непараметрическим
методам обнаружения сигнала на фоне помех. Непараметрические методы используются,
если неизвестен функциональный вид распределения входных данных и указаны только са-
мые общие различия между наличием и отсутствием сигнала. Практически все непара-
метрические обнаружители содержат в качестве составного элемента устройства, осу-
ществляющие некоторое инвариантное преобразование S массива выборочных значений X.
В результате этого преобразования образуется новый массив , распределение эле-
ментов которого при отсутствии сигнала точно известно. Преобразование S, которое
выбирается эвристически, позволяет свести задачу обнаружения сигнала на фоне помех с
неизвестным распределением к задаче проверки простой гипотезы относительно распре-
деления массива Z. Задачи исследования: 1) предварительная цифровая фильтрация запи-
сей полетов самолета-амфибии для применения ранговой обработки; 2) проведение экспе-
римента для получения характеристик рангового обнаружителя, используемого для сигна-
лизации приводнения самолета-амфибии; 3) анализ полученных результатов. Предложена
модель обработки сигналов датчика вибраций для сигнализации приводнения самолета амфибии. Модель состоит из полосового фильтра (ПФ), вычислителя СКО, делителя, ран-
гового обнаружителя и формирователя опорной выборки. Ранговый обнаружитель позво-
ляет свести задачу обнаружения сигнала датчика вибраций на фоне помех к задаче про-
верки простой гипотезы относительно распределения рангов. Для принятия решения о
наличии сигнала приводнения применяется непараметрический критерий согласия Ватсо-
на. Предложенная модель обработки обеспечивает следующие параметры системы сигна-
лизации приводнения: 1) нечувствительность к изменяющимся характеристикам сигналов
и помех, 2) алгоритм принятия решения гарантирует высокое качество обнаружения в
условиях существенной априорной неопределенности. Результаты проведенных исследова-
ний показывают: 1) распределение рангов в ситуации отсутствия сигнала всегда аппрок-
симируется равномерным законом распределения. В ситуациях, когда в смеси присутству-
ет сигнал, равномерное распределение разрушается, и наличие сигнала определяется уста-
новленным порогом, 2) датчик на основе ранговых критериев обеспечивает высокое каче-
ство обнаружения сигнала приводнения самолета-амфибии. Предлагаемый подход к реше-
нию задачи обнаружения может найти место во многих прикладных задачах, где имеет
место быть априорная неопределенность. Например, в радиолокации, гидролокации, связи,
медицине и других областях науки и техники.
Литература
raspredeleniya dlya rangovoy obrabotki signalov v usloviyakh apriornoy neopredelennosti [Selection
of statistically optimal criterion of uniform distribution agreement for rank signal processing
under conditions of a priori uncertainty], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki
[Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2021, No. 3 (220).
2. Prikhodchenko A.I. Neparametricheskiy kriteriy soglasiya ravnomernogo raspredeleniya dlya
rangovoy obrabotki signalov v usloviyakh apriornoy neopredelennosti [Nonparametric criterion
of uniform distribution agreement for rank signal processing under conditions of a priori uncertainty],
Komp'yuternye i informatsionnye tekhnologii v nauke, inzhenerii i upravlenii «KomTekh-
2021»: Mater. Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii s mezhdunarodnym uchastiem
[Computer and information technologies in science, engineering and management "Komtech-
2021": Materials of the All-Russian Scientific and Technical Conference with international participation]:
in 2 vol. Rostov-on-Don; Taganrog: Izd-vo YuFU, 2021.
3. Markovich I.I., Dushenin Yu. V., Mar'ev A.A., Dolgosheev Yu.B. Patent № 2611466
Rossiyskaya Federatsiya, MPK B54D 45/04, G08G 5/02. Sposob signalizatsii privodneniya i
vzleta s vodnoy poverkhnosti samoleta–amfibii i ustroystvo dlya ego osushchestvleniya
[Method of signaling landing and take-off from the water surface of an amphibious aircraft anda device for its implementation]; applicant and patent holder Federal State Autonomous Educational
Institution of Higher Education "Southern Federal University"; application
05.10.2015; publ. 22.02.2017, Bull. No. 6, 12 p.
4. Lapiy V.Yu., Kalyuzhnyy A Ya., Krasnyy L.G. i dr. Ustroystva rangovoy obrabotki informatsii
[Devices of rank processing of information]. K.: Tekhnika, 1986, 120 p., pp. 119-120.
5. Mar'ev A.A., Prikhodchenko A.I. Algoritm sinteza tsifrovykh nerekursivnykh fil'trov s
amplitudno-chastotnymi kharakteristikami proizvol'noy formy [Algorithm of synthesis of digital
non-recursive filters with amplitude-frequency characteristics of arbitrary shape],
Komp'yuternye i informatsionnye tekhnologii v nauke, inzhenerii i upravlenii «KomTekh-
2020»: Mater. Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii s mezhdunarodnym
uchastiem [Materials of the All-Russian Scientific and Technical Conference with international
participation]: in 2 vol. Rostov-on-Don; Taganrog: Izd-vo YuFU, 2020.
6. R 50.1.033–2001. Rekomendatsii po standartizatsii. Prikladnaya statistika. Pravila proverki
soglasiya opytnogo raspredeleniya s teoreticheskim. Ch. I. Kriterii tipa khi-kvadrat
[P 50.1.033–2001. Recommendations for standardization. Applied statistics. Rules for verifying
the agreement of the experimental distribution with the theoretical one. Part I. Criteria of
the chi-square type]. Moscow: Izd-vo standartov, 2002, 87 p.
7. Lemeshko B.Yu., Blinov P.Yu. Kriterii proverki otkloneniya raspredeleniya ot ravnomernogo
zakona [Criteria for checking the deviation of the distribution from the uniform law]. Novosibirsk,
2015, 182 p.
8. Lemeshko B.Yu., Blinov P.Yu., Lemeshko S.B. O kriteriyakh proverki ravnomernosti zakona
raspredeleniya veroyatnostey [On the criteria for checking the uniformity of the probability
distribution law], Avtometriya [Autometry], 2016, Vol. 52, No. 2.
9. Lemeshko B.Yu., Gorbunova A.A. O primenenii i moshchnosti neparametricheskikh kriteriev
soglasiya Kupera, Vatsona i Zhanga [On the application and power of nonparametric criteria
of Cooper, Watson and Zhang agreement], Izmeritel'naya tekhnika [Measuring Technique],
2013, No. 5, pp. 3-9.
10. Lemeshko B.Yu., Gorbunova A.A. Application of nonparametric Kuiper and Watson tests of
goodness-of-fit for composite hypotheses, Measurement Techniques, 2013, Vol. 56, No. 9,
pp. 965-973.
11. Watson G.S. Goodness-of-fit tests on a circle. I, Bio-metrika, 1961. – Vol. 48, No. 1-2,
pp. 109-114.
12. Watson G.S. Goodness-of-fit tests on a circle. II, Bio-metrika, 1962, Vol. 49, No. 1-2, pp. 57-63.
13. Kobzar' A.I. Prikladnaya matematicheskaya statistika. Dlya inzhenerov i nauchnykh
sotrudnikov [Applied mathematical statistics. For engineers and researchers]. Moscow:
Fizmatlit, 2006, 816 p.
14. Bykov V.V. TSifrovoe modelirovanie v statisticheskoy radiotekhnike [Digital modeling in statistical
radio engineering]. Moscow: Izd-vo «Sovetskoe radio», 1971, 328 p.
15. Fedosov V.P. Prikladnye matematicheskie metody v statisticheskoy radiotekhnike: ucheb.
posobie [Applied mathematical methods in statistical radio engineering: a textbook]. Taganrog:
Izd-vo TRTU, 1998, 74 p.
16. Ryzhov V.P., Fedosov V.P. Optimal'nye metody obrabotki signalov na fone pomekh: Tekst
lektsiy [Optimal methods of signal processing against the background of interference: Text of
lectures]. Taganrog: Izd-vo TRTI, 1990, 54 p.
17. Fedosov V.P. Radiotekhnicheskie tsepi i signaly: ucheb. posobie [Radio engineering circuits
and signals: textbook]. Rostov-on-Don: Izd-vo YuFU, 2017, 282 p.
18. Ryzhov V.P., Fedosov V.P. Analiz radiotekhnicheskikh ustroystv pri vozdeystvii sluchaynykh
protsessov [Analysis of radio engineering devices under the influence of random processes].
Taganrog: TRTI, 1986.
19. Ryzhov V.P., Fedosov V.P. Statisticheskie metody obrabotki signalov [Statistical methods of
signal processing]. Taganrog: TRTI, 1986.
20. Repin V.G., Tartakovskiy G.P. Statisticheskiy sintez pri apriornoy neopredelennosti i
adaptatsiya informatsionnykh system [Statistical synthesis with a priori uncertainty and adaptation
of information systems]. Moscow: Sovetskoe radio, 1977, 432 p.
21. Bogdanovich V.A., Vostretsov A.G. Teoriya ustoychivogo obnaruzheniya, razlicheniya i
otsenivaniya signalov [Theory of stable detection, discrimination and evaluation of signals].
Moscow: Fizmatlit, 2003, 320 p.
22. Gaek Ya., Shidak Z. Teoriya rangovykh kriteriev [Theory of rank criteria]: trans. from engl.
Moscow: Nauka, 1971.
23. Rabiner L., Gould R. Teoriya i primenenie tsifrovoy obrabotki signalov [Theory and application
of digital signal processing]. Moscow: Mir, 1978.
24. Sergienko A.B. Tsifrovaya obrabotka signalov [Digital signal processing]. Saint Petersburg:
Izd-vo «Piter», 2002, 608 p.
