Синтез и анализ вероятностно-итерационных методов, алгоритмов и аналого-цифровых средств измерения

• Автор: Тихонов, Эдуард Прокофьевич
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 336 с. : ил.

РЕФЕРАТ
Основной решаемой проблемой в диссертационной работе является>синтез и анализ методов, алгоритмов и структур аналого-цифровых средств измерения (АЦСИ), в том числе биомедицинского назначения, обладающих ранее отсутствующими качеством работы, высокой эффективностью и функциональными возможностями.
Объект исследования - АЦСИ.
Предмет исследования - вероятностно-итерационные методы, алгоритмы и структуры аналого-цифровых средств измерения, включая аналитикоимитационный метрологический анализ и результаты приложений.
Цель работы: комплексное решение проблемы синтеза и аналитикоимитационного анализа вероятностно-итерационных методов и алгоритмов функционирования АЦСИ; направленное на улучшение метрологических характеристик при расширении функциональных возможностей известных аналого-цифровых преобразователей, создание структур качественно новых АЦСИ, их практическую реализацию и промышленное освоение.
Для достижения поставленной цели разработан и обоснован единый подход к решению задачи синтеза и анализа АЦСИ па базе вероятностно-итерационного метода и алгоритмов оптимизации, в том числе с в в е ден и емс лу ч а йн о го опорного процесса. Разработаны с промышленным освоением адаптивные методы,* алгоритмы и струкгуры АЦСИ с вероятностной адаптивной временной. дискретизацией, адаптивным измерением вероятностных характеристик случайных процессов, с применением в радиоизотопных измерениях, а также при измерении формы сигналов и подавлении энергии физических процессов (полей) окружающей среды. Приведены примеры с результатами анализа пракгического применения АЦСИ, разработанных на основании запатентованных способов, алгоритмов и реализующих их структур.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Реферат
Перечень условных обозначений
Введение
1. Состояние проблемы и системный подход к формированию вероятностноитерационных методов и алгоритмов функционирования аналого-цифровых средств измерения
1.1. Системный подход к процессу проектирования и формальному описанию аналого-цифровых средств измерения
1.2. Итерационные методы формирования алгоритмов и структур аналого-цифровых средств измерения
1.3. Состояние алгоритмического описания аналого-цифровых преобразователей
1.4. Адаптивная временная дискретизация
1.5. Измерения со случайным опорным процессом
Выводы
2. Синтез и анализ вероятностно-итерационных методов и алгоритмов функционирования аналого-цифровых средств измерения
2.1. Обобщённый вероятностно-итерационный метод и алгоритм
измерения
2.2. Исходные сведения, задачи синтеза и анализа методов и алгоритмов
2.2.1. Задача синтеза
2.2.2. Задача анализа
2.2.3. Комплексный подход к решению задачи синтеза и анализа
2.2.4. Особенности синтеза иерархических адаптивных вероятностноитерационных измерительных алгоритмов
2.3. Исследование метрологических свойств обобщённых вероятностноитерационных алгоритмов на базе теории нелинейной динамики
2.3.1. Исходные сведения
2.3.2. Оценка сходимости в среднем и её связь с систематической

погрешностью
2.3.3. Оценка дисперсии методической погрешности измерения
Выводы
3. Синтез и метрологический анализ алгоритмов аналого-цифрового преобразования
3.1 Синтез алгоритмов аналого-цифровых преобразователей
3.3.1. Исходные сведения и состояние предмета исследования
3.1.2. Синтез алгоритмов последовательного действия
3.2. Аналитическое описание и анализ метрологических характеристик алгоритмов поразрядного уравновешивания
3.2.1. Идеальные алгоритмы
3.2.2: Идеально-информационные алгоритмы
3.2.3. Аналитико-имитационное исследование реально-информационных алгоритмов
3.2.4. Оптимизация реально-информационных алгоритмов
3.3. Алгоритмическое описание и исследование свойств сигма-дельта АЦП
3.3.1. Исходные сведения и алгоритмическое описание
3.3.2. Редукция алгоритма сигма-дельта АЦП к алгоритму следящего АЦП и метрологический анализ
3.3.3. Основные теоретические положения и исследование
алгоритмов сигма-дельта АЦП
3.3.4. Метрологический анализ в условиях воздействия помех
3.4. Алгоритмы последовательного действия с развёртывающей функцией
3.4.1. Простейшие алгоритмы с развёртывающей функцией
3.4.2. Алгоритм со случайной уравновешивающей величиной
3.5. Аналитическое описание параллельно-последовательных и параллельных алгоритмов
3.5.Г. Вводная информация и алгоритмы функционирования
3.5.2. Результаты моделирования
Выводы
4. Модифицированные методы, алгоритмы и структуры аналого-цифрового преобразования с приложениями в медицине

ния на основе имитационного моделирования с целью обоснованного выбора типа АЦП применительно к конкретным условиям его применения.
Известно [76, 133], какую роль играет имитационное моделирование, в том числе на этапе проектирования АЦСИ с использованием программных пакетов автоматизированного проектирования [4, 134]. Для успешного проведения имитационного моделирования с учётом реальных условий применения необходимо иметь адекватную алгоритмическую (динамическую) модель объекта исследования в целом и его составных блоков. Для анализируемого случая к составляющим блокам АЦСИ относятся различные модификации АЦП. На основе адекватной алгоритмической модели методами имитационного моделирования возможна оценка потенциальных МХ и параметров АЦП, т. е. таких характеристик и параметров, которые гипотетически достигаются при идеальной технической реализации АЦП. По исходной модели после её модификации средства имитационного моделирования позволяют исследовать влияние отклонения по технологическим и иным причинам параметров, элементов и узлов, входящих в схему АЦП, от номинальных значений на изменение МХ АЦП без проведения специальных дорогостоящих экспериментов. Благодаря имитационному моделированию при наличии мощных ПЭВМ появилась возможность представить многие динамические процессы в образной форме в двух- и трёхмерном пространстве. Такое представление информации, совмещённое с аналитическими вычислениями там, где это возможно, способствует более глубокому пониманию и быстрому освоению инженерам-разработчикам и инжене-рам-эксплуатационникам многих трудно улавливаемых при традиционных аналитических подходах особенностей работы исследуемого устройства в реальных условиях работы с учётом воздействия помех. Вместе с тем, проблема аналитического описания АЦП, в котором совмещены непрерывная и дискретная формы представления и обработки сигнала, в сжатой и легко обозримой адекватной форме долгое время, несмотря на многочисленные попытки [2, 5, 12, 31, 35, 36, 95. 108, 201] не поддавалась решению. Решение многих проблем в сфере разработок и применения АЦСИ, как это будет показано в последующих главах, связано также с дальнейшим совершенствованием и развитием методов, алгоритмов и средств аналого-цифрового преобразования применительно к конкретным практическим приложениям.