Оцінювання даних в телеметричному каналі враженому хаотично-імпульсними перешкодами

Abstract

The paper is devoted to the problem of devices synthesis for estimating the linear stationary dynamic systems state operating under conditions of noise and perturbations in the observation channel. The paper considers the joint influence of Gaussian noise and chaotic pulse disturbance on the accuracy of message filtering in a digital telemetry channel. The problem of many telemetry systems is the disparity between high data rate and reliability of their reception under the influence of impulse noise, which is typical for various medium information transmission. Since, due to the rapid development of technology, telemetry has become crucial to ensure the proper level of reliability and guarantee a given degree of safety of complex technological facilities and systems, such discrepancy is becoming more and more critical. The aim of the study is to improve the accuracy of message estimation in a telemetry channel exposed to chaotic-pulse disturbances against the background of a moderate increase in computational cost. In general, the efficiency of using methods for synthesizing optimal estimation devices depends on the completeness of a priori information about the processes mathematical model occurring in the control object, statistical information about the existing disturbances properties and the initial data formation mechanism. For problems of this class, the standard solution is the optimal Kalman filter demonstrating the highest quality of convergence of estimates to true values. If data on the current state of the observation system is missing, unreliable, or does not correspond to the accepted models, then the synthesis problem becomes incorrectly formulated. To resolve this contradiction, the presented work proposes a correction of the telemetry observation channel mathematical model, taking into account the appearance of differently accurate initial data, including anomalous ones. Based on the adjusted model, a pseudo-Bayesian algorithm for multi-hypothesis estimation is synthesized. It includes a mechanism for calculating the posterior probability of chaotic impulse noise and proportional weighting of the initial estimates based on it. Based on the results of digital statistical modeling, a comparative analysis of the accuracy of the considered evaluation algorithms was carried out. The residual of the signal generated as a difference between the telemetry reference signal and the estimate of the affected chaotic pulse interference obtained with the help of appropriate filters was chosen as a source of information for the relative accuracy estimation. The source of information for assessing the relative accuracy was the signal residual. It was generated as the difference between the reference telemetry signal and the estimate of the affected chaotic impulse disturbances obtained using the appropriate filters. Numerical simulation results confirm the effectiveness of the proposed approach.

Проблемою багатьох телеметричних систем є невідповідність між високою швидкістю передачі даних і досто- вірністю їх прийому в умовах впливу імпульсних перешкод, характерних для різноманітних середовищ передачі інформа- ції. Оскільки, завдяки стрімкому розвитку технологій, телеметрія додатково стала відігравати ключову роль в забез- печенні належного рівня надійності та гарантуванні заданого ступеня безпеки складних технологічних об\"єктів та систем, така невідповідність стає все більш критичною. Стаття присвячена проблемі синтезу пристроїв оцінювання стану лінійних стаціонарних динамічних систем, що працюють в умовах шуму та збурень у каналі спостережень. В роботі розглядається комбінований вплив гаусів- ського шуму та хаотичних імпульсних перешкод на точність фільтрації повідомлень у цифровому телеметричному каналі. Метою дослідження є підвищенні точності оцінювання повідомлень в телеметричному каналі, враженому хао- тично-імпульсними перешкодами з помірним зростанням обчислювальних витрат. В загальному випадку, ефективність використання методів синтезу пристроїв оптимального оцінювання зале- жить від повноти апріорної інформації відносно математичної моделі процесів, що мають місце у об\"єкті контролю, статистичної інформації щодо властивостей діючих завад та механізму утворення вихідних даних. Для задач такого класу стандартним рішенням є оптимальний фільтр Калмана, який демонструє найвищу якість збіжності оцінок до істинних значень. Якщо дані поточного стану системи спостережень відсутні, малодостовірні або не відповідають прийнятим моделям то задача синтезу стає не некоректно сформованою. Для вирішення цього протиріччя, в пред- ставленій роботі запропонована адаптація моделі каналу спостережень до умов появи різноточних вихідних даних включно з аномальними. На основі скоректованої моделі синтезовано псевдобайєсівський мультигіпотезний алгоритм оцінювання в якому закладений механізм розрахунку апостеріорної ймовірності появи ХІП, а на його основі запрова- джено пропорційне зважування вихідних оцінок. На основі результатів цифрового статистичного моделювання прове- дено порівняльний аналіз точності розглянутих алгоритмів оцінювання. Інформаційним джерелом для оцінки відносної точності вибраний сигнальний залишок, що утворюється, як різниця між еталонним телеметричним сигналом та оцінкою враженою ХІП, отриманою за допомогою