КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И СИСТЕМ
  • 12.04.01 Направление “Приборостроение”, профиль “Информационно-измерительная техника и технологии”
  • 27.03.01 Направление “Стандартизация и метрология”, профиль “Стандартизация и сертификация”
  • 21.03.02 Направление “Землеустройство и кадастры”, профиль “Городской кадастр”
  • ИИТиС : Наука > На главную | Новости | Поиск | ФЭП | ТТИ ЮФУ | English

    Информация o кафедре

    Студентам
    Учеба
    Уч.-метод. материалы
    Магистрантам

    Наука

    Абитуриентам

    Обратная связь
     


    © Кафедра ИИТиС
    E-mail: asni@fep.tti.sfedu.ru

    Последнее обновление :
    17.01.2014

    Научно-исследовательская работа


    Цифровая обработка сигналов на основе дискретно-конечных алгебраических моделей.
    Основы теории и принципы аппаратной и программной реализации.

    В настоящее время обозначился определенный разрыв между высоким уровнем развития программно-аппаратных средств вычислительной техники и сложившимся способом постановки и реализации прикладных задач в сфере цифровой обработки сигналов (ЦОС) и компьютерного моделирования (КМ) непрерывных сигналов и систем. Идеология традиционного подхода сложилась исторически со времен первых, и по нынешним временам весьма скромных по своим возможностям, цифровых вычислительных средств. В его основе лежит переход от аналоговых (принимаемых за эталон) устройств и систем обработки сигналов к цифровым путем дискретизации по времени и квантованию по уровню входных, промежуточных и выходных величин.


    Недостатками традиционного подхода являются:

    • трудности получения надежных количественных оценок погрешностей для реальных задач;
    • использование цифрового вычислителя в неэффективном режиме эмуляции операций поля вещественных чисел конечно-разрядной арифметикой с плавающей точкой с необходимостью поддерживать трудно контролируемый запас точности;
    • дискретная модель, адекватная в асимптотике исходной непрерывной задаче, в конечном варианте, как правило, имеет отличия качественного порядка, что требует дополнительного качественного анализа и количественной оценки последствий в виде еще одной составляющей погрешности или в виде сужения границ применимости такой модели.

    На практике влияние этих недостатков в значительной мере компенсируется запасами по быстродействию и длине разрядной сетки представления чисел. Фактически это есть ни что иное, как размен недостатка в знаниях (информации) на технологические достижения. Однако, не смотря на внушительные успехи в области вычислительной техники, такой подход не применим для целого ряда задач, требующих обработки больших массивов данных.

    Работа по данной теме посвящена разработке методологии синтеза алгоритмов и проектирования вычислительных устройств, позволяющей логически последовательно и более эффективно примирить непрерывное описание исходной задачи с цифровой (дискретной) формой ее реализации средствами конечной (и потому абсолютно точно реализуемой) арифметики.


    Ключевыми моментами этой методологии являются два основных пункта:

    • исходная задача формулируется в непрерывной форме, при этом погрешность включается как равноправный компонент задачи на самом начальном этапе ее постановки;
    • находится подходящая дискретно-конечная модель абсолютно точно реализуемая средствами вычислителя с конечной разрядной сеткой и точно соответствующая приближенному (с заданной погрешностью) решению исходной непрерывной задачи.

    В рамках принятого подхода системно и естественно решается вопрос оценки погрешности результата и снимается дополнительная проблема распространения и накопления погрешностей вычислений. В качестве платы за это становится более актуальной проблема синтеза подходящего цифрового алгоритма, поскольку переход от непрерывной модели к дискретной в рамках принятого подхода зачастую требует отказа от простого сужения операций поля вещественных чисел на конечные множества и конечную арифметику.


    Основные задачи исследования:

    1. Разработка основ теории, в рамках которой осуществляется описание как самой исходной задачи с учетом погрешности, так и процесса отображения ее на конечные алгебраические структуры, допускающие непосредственную и точную реализацию цифровыми средствами.
    2. Исследование известных конечно-дискретных алгебраических структур (моделей) на предмет оптимального использования в качестве основы для непосредственной реализации цифровой техникой.
    3. Разработка и исследование способов эффективной программно-аппаратной реализации дискретно-конечных моделей.
    4. Разработка и исследование алгоритмов и их программных и аппаратных реализаций для традиционных прикладных задач в области цифровой обработки сигналов и компьютерного моделирования.

    Практическая полезность.


    Основное прикладное значение имеет методика синтеза алгоритмов и технические решения по их программной и аппаратной реализации, обеспечивающие достоверные оценки погрешности аппроксимации и использование конечной безошибочной арифметики цифровых вычислителей для типовых задач цифровой обработки сигналов и компьютерного моделирования.

    Наибольший эффект предполагается в задачах пространственной и пространственно-временной обработки сигналов, когда из-за необходимости оперативно обрабатывать очень большие массивы данных предъявляются весьма жесткие требования к вычислительным и аппаратурным затратам при гарантированной точности получаемых результатов.

    Имеются первые предварительные положительные результаты при решении некоторых конкретных прикладных задач. Среди них:

    • задача акустического течеискания (дистанционное обнаружение утечек в трубопроводах) на основе спектрально-корреляционной обработки акустических сигналов;
    • задача цифровой пространственной фильтрации в антенных решетках, а также стабилизация диаграмм направленности при динамическом искажении формы антенной решетки;
    • задача предварительной обработки оптических изображений в астрофизическом эксперименте;
    • задача цифрового моделирования волновых процессов в замкнутых средах (цилиндрических, сферических и т.п.).

     
    На главную | Новости | Поиск | ФЭП | ТТИ ЮФУ | Наверх
    Адрес: Россия, 347928, г. Таганрог, ГСП-17а, пер. Некрасовский, 44, ТТИ ЮФУ, Кафедра ИИТиС
    Тел. +7 (8634) 371638
    Факс:+7 (8634) 311193
    E-mail: asni@fep.tti.sfedu.ru
    Ответственный за сайт: Турулин И.И.