Разработка и исследование структур адаптивных систем нелинейных и рекурсивных цифровых фильтров на основе метода наименьших квадратов для повышения показателей качества различных радиотехнических устройств

• Автор: Лоцманов, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 182 с. : ил.

1. СТРУКТУРЫ СИСТЕМ ИДЕНТИФИКАЦИИ
НЕЛИНЕЙНЫХ И РЕКУРСИВНЫХ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ
1.1. Вводные замечания
1.2. Математические модели нелинейных цифровых фильтров
1.3. Структура системы идентификации рекурсивных фильтров
на основе трансверсальных прямых и обратных фильтров
1.4. Структуры системы идентификации нелинейных фильтров
с разделенными нелинейными и инерционными свойствами
1.4.1. Обоснование применения нелинейных инерционных фильтров с разделенными нелинейными
и инерционными свойствами
1.4.2. Структура системы идентификации
с применением динамической линеаризации
1.4.3. Структура системы идентификации на основе раздельной адаптации нелинейной и линейной частей фильтра
с использованием обратных моделей
1.5. Структура системы идентификации нелинейных нерекурсивных фильтров по критерию минимума неквадратичной ошибки адаптации во временной области
1.6. Структура системы идентификации нелинейных рекурсивных цифровых фильтров в пространстве состояний
1.7. Выводы
2. ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУР АДАПТИВНЫХ СИСТЕМ НЕЛИНЕЙНЫХ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ
В РАЗЛИЧНЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ
2.1. Вводные замечания
2.2. Предварительная оценка порядка нелинейности и инерционности степенной модели нелинейных цифровых фильтров
2.3. Структура адаптивной системы
фильтра нелинейных инерционных предыскажений
2.4. Структуры адаптивных систем нелинейных инерционных устройств подавления аддитивной смеси
импульсных и узкополосных помех

2.4.1. Нелинейный адаптивный фильтр
подавления комплекса помех
2.4.2. Нелинейный адаптивный фильтр - компенсатор
комплекса помех
2.5. Структуры адаптивных нелинейных цифровых
фильтров - синтезаторов вокализованных звуков речи
2.6. Выводы
3. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АДАПТИВНЫХ НЕЛИНЕЙНЫХ
ФИЛЬТРОВ В РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ
3.1. Вводные замечания
3.2. Кодек АДИКМ с нелинейным адаптивным фильтром -предсказателем
3.3. Исследование влияния разрядности вычислительных операций
на линеаризацию усилителя мощности CDMA
3.3.1. Характеристики системы фиксированного
радиодоступа С DMA
3.3.2. Обоснование разрядности устройства введения нелинейных инерционных предыскажений сигнала системы CDMA
3 .4. Программно-аппаратная реализация устройства нелинейного
инерционного предыскажения сигналов
3.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Список аббревиатур и условных обозначений
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 Обоснование применимости МНК
для адаптации нелинейных динамических моделей
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 Программное обеспечение устройства введения
нелинейных инерционных предыскажений сигнала
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 Копии актов о внедрении
результатов диссертационной работы

Актуальность темы. Качество и эффективность функционирования различных радиотехнических устройств (РТУ) в значительной степени определяется близостью их характеристик к теоретически заданным, полученным при известных моделях сигналов и воздействующих шумов. В процессе функционирования системы по различным причинам может наблюдаться изменение сигнально-помеховой обстановки, что приводит к значительному снижению показателей качества (ПК) всей радиотехнической системы (РТС). В связи с этим при разработке современных устройств формирования и обработки цифровых сигналов целесообразно применять адаптацию алгоритма функционирования к изменяющимся свойствам входных сигналов и шумов. Весомый вклад в области разработки адаптивных алгоритмов функционирования РТУ внесли как отечественные ученые -ЦыпкинЯ.З., Стратонович P.JL, Пугачев B.C., Шахгильдян В.В., РайбманН.С., Репин В.Г, ТартаковскийГ.Г., Фомин В.Н., Фельдбаум A.A., Медведев Г.А., Медведев A.B., Брикман М.С. Григорьев В.А. и др.; так и зарубежные: АокиМ., ЭйкхоффП., ОстремаК., УидроуБ., СтирнзС.Д., Коуэн К. Ф. H., Грант П. М. и др. [16...23].
Известно [9, 24, 25], что большинство усилителей, генераторов, фильтров и др., которые используются в системах радиолокации, радионавигации, телевидении и других системах передачи информации являются нелинейными и инерционными, а также могут содержать рекурсивные связи, причем свойства нелинейности и инерционности часто неразделимы. В этом случае линейные адаптивные нерекурсивные фильтры не могут обеспечить получение требуемых характеристик преобразования входных сигналов в выходные с заданной точностью. Такое преобразование может быть осуществлено только нелинейными и рекурсивными цифровыми фильтрами. Сложность оптимизации характеристик нелинейных и рекурсивных цифровых фильтров заключается в том, что их алгоритмы

будет иметь унимодальный вид [22]. Это позволяет говорить об эффективности поиска оптимальных параметров А по алгоритму адаптации, основанному на градиентном поиске.
Для оптимизации параметра в проведем математическое моделирование процессов адаптации нелинейного МФ, заданного в виде дискретной нелинейной стационарной инерционной нерекурсивной модели Гаммерштейна (1.3) с базовыми функциями модели f,(-)V/ = 0,M в виде линейной комбинации произведений формирующих постоянных коэффициентов и ортогональных многочленов Лежандра порядка О,N [108, 109]. Математическую модель АФ представим в обобщенном степенном динамическом виде (1.6).
Численное моделирование проводилось при следующих значениях параметров: M„ = 5V« = 0,N, порядок нелинейности ортогональных
многочленов Лежандра в МФ - N = 3. Исследование критерия оптимизации на оптимум степени функционала минимизации проводилось для 1 < 29 й 2.
На рис. 1.13 приведены ФПВ для следующих типов исследуемых входных сигналов.
1. Сигнал HPSK (Hybrid Phase Shift Keying - гибридная квадратурная фазовая манипуляция) [110] - сигнал обратного канала третьего поколения наземных систем подвижной радиосвязи. В общем случае, комплексная огибающая HPSK сигнала представляет собой сумму нескольких бинарных канальных сигналов [106,110]:
At)= ■ [О + ~ 21Т0)+ rj, ■ (1 ~ (21 + l)7o)], (1.40)

где A, = YjcWi.r + Jc'rTllX tf.r = ±г > nl = ±1, rji = ±1, < e [0;l], c'r e [0;l];

I - длительность сигнала в элементарных импульсах u(t) и периодом Т0. Наименьший пик-фактор у HPSK сигналов наблюдается при наличии