"Цифровая обработка сигналов" - научно-технический журнал

"Цифровая обработка сигналов" №3-2023 год : рефераты статей

Еремеев В.В., Егошкин Н.А., Москвитин А.Э., Соловьев А.В.
Математические модели и программы мониторинга качества обработки изображений от высокоорбитальных космических систем // Цифровая обработка сигналов. 2023. №3. С. 3-7.

Аннотация:
Рассматриваются особенности систематического контроля качества информации, поступающей с высокоэллиптических и геостационарных космических аппаратов. Мониторинг проводится путем построения моделей и статистического анализа изображений и служебной информации. По результатам мониторинга производится уточнение параметров моделей сканирующих устройств, заложенных в программном обеспечении обработки спутниковых изображений.

Ключевые слова:
мониторинг качества, телеметрические данные, дистанционное зондирование Земли, высокоуровневая обработка спутниковых снимков, контроль функционирования программных средств.

Об авторах:
Еремеев В.В., д.т.н., профессор, директор НИИ «ФОТОН» Рязанского государственного радиотехнического университета им. В.Ф. Уткина, e-mail: foton@rsreu.ru

Егошкин Н.А., д.т.н., в.н.с. НИИ «ФОТОН» Рязанского государственного радиотехничес-кого университета им. В.Ф. Уткина, e-mail: foton@rsreu.ru

Москвитин А.Э., д.т.н., доцент, в.н.с. НИИ «ФОТОН» Рязанского государственного радиотехнического университета им. В.Ф. Уткина, e-mail: foton@rsreu.ru

Соловьев А.В., инженер РГРТУ им. В.Ф. Уткина

Москвитин А.Э., Ушенкин В.А., Ларюков С.А.
Алгоритм и программный комплекс высокоскоростной нейросетевой сегментации облачности на панхроматических изображениях от космических аппаратов «Ресурс-П» // Цифровая обработка сигналов. 2023. №3. С. 8-17.

Аннотация:
Рассматривается задача сегментации облачности на панхроматических изображениях, полученных высокодетальной съемочной аппаратурой «Геотон» космических аппаратов дистанционного зондирования Земли «Ресурс-П». Предлагается архитектура искусственной нейронной сети, позволяющая с меньшими вычислительными затратами достичь качества сегментации, не уступающего более сложным известным архитектурам. Рассматривается вопрос выбора оптимального уровня предварительной радиометрической обработки сегментируемых изображений. Приводятся результаты экспериментальных исследований разработанного программного комплекса и достигнутые значения показателей качества сегментации.

Ключевые слова:
панхроматическое изображение, сегментация облачности, дистанционное зондирование Земли, искусственная нейронная сеть.

Об авторах:
Москвитин А.Э., в.н.с. НИИ «Фотон» РГРТУ, д.т.н., foton@rsreu.ru

Ушенкин В.А., в.н.с. НИИ «Фотон» РГРТУ, к.т.н., foton@rsreu.ru

Ларюков С.А., м.н.с. НИИ «Фотон» РГРТУ, foton@rsreu.ru

Ушенкин В.А.
Адаптивное нейросетевое сжатие мультиспектральных космических изображений поверхности Земли // Цифровая обработка сигналов. 2023. №3. С. 18-26.

Аннотация:
Рассматривается задача сжатия мультиспектральных изображений на борту космических аппаратов дистанционного зондирования Земли с целью уменьшения объема информации, передаваемой по радиолинии. Предлагается простая архитектура семейства искусственных нейронных сетей, позволяющего адаптивно сжимать изображения с контролируемыми искажениями. Рассматривается вопрос обучения такого семейства сетей. Приводятся результаты экспериментальных исследований в сравнении с известными детерминированными и нейросетевыми алгоритмами сжатия.

Ключевые слова:
мультиспектральное изображение, адаптивное сжатие, дистанционное зондирование Земли, искусственная нейронная сеть.

Об авторах:
Ушенкин В.А., в.н.с. НИИ «Фотон» РГРТУ, к.т.н., foton@rsreu.ru

Хрящев В.В., Приоров А.Л., Лебедев А.А., Котов Н.А.
Обнаружение полипов на колоноскопических изображениях при помощи алгоритмов на базе нейросетевой архитектуры YOLO // Цифровая обработка сигналов. 2023. №3. С. 27-31.

Аннотация:
Исследовано использование нейросетевых алгоритмов детектирования полипов толстой кишки на изображениях, полученных при колоноскопическом обследовании. Для обучения и тестирования алгоритмов глубокого машинного обучения использовалась база изображений Kvasir-SEG. В качестве нейросетевых архитектур использовались сети YOLOv6, YOLOR, YOLOv7, YOLOv7X, YOLOv8, предварительно обученные на базе изображений MS COCO. В связи с малым объемом изображений в базе Kvasir-SEG активно использовалась аугментация данных. В результате применения алгоритмов детектирования к тестовому набору эндоскопических изображений получены наивысшие значения метрик AP@[0,25..0,75] – равное 98,4; и AP@0,50 – равное 98,6; для нейросетевого детектора на базе сети YOLOv8. Полученные результаты могут использоваться при разработке системы анализа видеопотока в эндоскопической системе, работающей в режиме реального времени, при проведении колоноскопических исследований.

Ключевые слова:
эндоскопия, колоноскопические изображения, полипы кишечника, алгоритмы нейросетевого детектирования, глубокое обучение, нейросетевая архитектура YOLO.

Об авторах:
Хрящев В.В., к.т.н., доцент кафедры цифровых технологий и машинного обучения Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова, e-mail: v.khryashchev@uniyar.ac.ru

Приоров А.Л., д.т.н., профессор кафедры цифровых технологий и машинного обучения Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова, e-mail: pri@uniyar.ac.ru

Лебедев А.А., к.т.н., ведущий инженер центра искусственного интеллекта и цифровой экономики Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова, e-mail: lebedevdes@gmail.com

Котов Н.А., аспирант кафедры цифровых технологий и машинного обучения Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова, e-mail: n.kotov2@uniyar.ac.ru

Кузнецов В.П.
Комплексная нейронная сеть // Цифровая обработка сигналов. 2023. №3. С.32-36.

Аннотация:
Предлагается концепция построения комплексных нейронных сетей на примере двухслойной сети прямого распространения. Нейронная сеть содержит комплексные весовые коэффициенты и функции активации в виде функций комплексной переменной. Комплексная нейронная сеть предназначена для обработки комплексных сигналов, которые находят широкое применение при анализе телекоммуникационных систем с различными видами модуляции. Такие нейронные сети могут использоваться для решения задач идентификации, предыскажения, прогнозирования, управления. Приводятся результаты экспериментального исследования комплексной нейронной сети в задаче идентификации нелинейного усилителя мощности.

Ключевые слова:
нейронная сеть, весовой коэффициент, функция активации, сигнал ошибки, алгоритм обучения, целевая функция, градиент, частная производная.

Об авторах:
Кузнецов В.П., к.т.н., доцент РГРТУ им В.Ф. Уткина, e-mail: kuznetsovaitu@yandex.ru

Смирнов А.А., Смирнов А.В
Двухэтапный алгоритм параметрической оптимизации весовой пространственно-временной ранговой фильтрации изображений // Цифровая обработка сигналов. 2023. №3. С. 37-40.

Аннотация:
Рассмотрена задача весовой пространственно-временной фильтрации изображений с использованием ранговых статистик. Предложен двухэтапный алгоритм параметрической оптимизации весовой пространственно-временной фильтрации изображений, на первом этапе которого использовались методы динамического программирования, а на втором – эффективные алгоритмы локальной оптимизации квазиньютоновского типа. Показано, что применение предложенного двухэтапного алгоритма весовой пространственновременной фильтрации изображений обеспечивает высокую эффективность подавления импульсного шума.

Ключевые слова:
параметрическая оптимизация, метод динамического программирования, квазиньютоновские методы, пространственновременная фильтрация изображений.

Об авторах:
Смирнов А.А., к.т.н., доцент кафедры Радиоуправления и связи ФГБОУ ВО «РГРТУ», e-mail: al.an.smirnov@yandex.ru

Смирнов А.В., к.т.н., доцент, e-mail: ant.vas.smirnov@yandex.ru

Асаф М., Пономарев О.Г.
Итеративное гибридное прекодирование с низкой сложностью для массовых MIMO систем в миллиметровом диапазоне радиоволн // Цифровая обработка сигналов. 2023. №3. С. 41-46.

Аннотация:
Предложен гибридный метод прекодирования, при котором возможно значительное улучшение спектральной эффективности приемопередающих систем MIMO, работающих в миллиметровом диапазоне. Показано, что угловая информация для аналоговых фазовращателей может быть непосредственно получена из оптимального неограниченного прекодера без необходимости использования какой-либо дополнительной информации или методов разложения, что снижает сложность и количество информации обратной связи. Предложенный метод использует итерационный процесс для уменьшения оставшейся ошибки между произведением матриц прекодирования и оптимальной матрицей. Когда количество потоков данных меньше, чем количество радиочастотных цепей, результаты моделирования показывают, что предложенная схема обеспечивает спектральную эффективность, близкую к максимально возможной, т.е. той, которая получается в полностью цифровой системе.

Ключевые слова:
аналоговое/цифровое прекодирование, связь на миллиметровых радиоволнах, массовое MIMO, гибридное формирование луча.

Об авторах:
Асаф М., аспирант каф. радиофизики Томского государственного университета, e-mail: md.moh1600@gmail.com

Пономарев О.Г., к.ф.-м.н., доцент каф. радиофизики Томского государственного университета, e-mail: ponomarev@phys.tsu.ru

Шарамет А.В., Азаров И.С.
Особенности работы приемного тракта в многоканальной радиолокационной станции с временной автоматической регулировкой усиления // Цифровая обработка сигналов. 2023. №3. С. 47-51.

Аннотация:
Мощность отраженного от «распределенных» местных предметов радиолокационного сигнала оказывает существенное влияние на характеристики обнаружения воздушной цели. В условиях применения технологий снижения их радиолокационной заметности или использования малогабаритных беспилотных летательных аппаратов полная дифференциальная эффективная площадь рассеяния становится соизмеримой, а в ряде случаев и преобладающей над уровнем отраженного от цели сигнала. Это вызвано тем, что отражения существенно перегружают приемный тракт радиолокационной станции. Особенностью современных радиолокационных станций является их многоканальность. Одним из основных способов снижения уровня мощности отраженных сигналов является применение индивидуальных схем с регулировкой усиления приемного тракта в каждом канале по известному закону. При этом рекомендации по порядку предварительной оценки параметров закона управления коэффициентом усиления приемного тракта с учетом геометрии расположения лучей, тактико-технических характеристик радиолокационной станции и особенностей ее применения отсутствуют. В ходе работы предложен такой подход и показана его корректность.

Ключевые слова:
многоканальность, автоматическая регулировка усиления, пространственно-временная обработка, дифференциальная эффективная площадь рассеяния, радиолокационная станция.

Об авторах:
Шарамет А.В., к.т.н., доцент, начальник тематического отдела, ОАО «КБ Радар» – управляющая компания холдинга «Системы радиолокации» (г. Минск, Республика Беларусь), e-mail: shandrei@yandex.ru

Азаров И.С., д.т.н., доцент, заведующий кафедрой ЭВС, Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники (г. Минск, Республика Беларусь), e-mail: azarov@bsuir.by

Егоров В.В., Клионский Д.М.
Некоторые вопросы применения адаптивного метода декомпозиции нестационарных сигналов на эмпирические моды // Цифровая обработка сигналов. 2023. №3. С. 52-58.

Аннотация:
Рассмотрены вопросы адаптивной декомпозиции сигналов на основе разложения на эмпирические моды. Представлен модифицированный метод декомпозиции на эмпирические моды, позволяющий устранить избыточность в разложении. Исследуются свойства эмпирических мод. Представлены сравнительные характеристики методов декомпозиции на эмпирические моды, анализа Фурье и вейвлет-анализа. Приведены некоторые экспериментальные данные по исследованию гармонических сигналов. Также вводится классификация эмпирических мод и предлагается способ отбора информативных компонент в разложении на основе информационных критериев.

Ключевые слова:
разложение на эмпирические моды, декомпозиция, модифицированный метод декомпозиции на эмпирические моды, информативные компоненты, информационные критерии.

Об авторах:
Егоров В.В., д.т.н., старший научный сотрудник, заведующий кафедрой Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения

Клионский Д.М., к.т.н., доцент, доцент кафедры математического обеспечения и применения ЭВМ СПбГЭТУ «ЛЭТИ», e-mail: klio2003@list.ru

Жестерев А.Е., Ипатов В.П.
Оптимальное измерение запаздывания эхо-сигнала спутникового высотомера по коррелированным отсчетам наблюдения в условиях морского волнения // Цифровая обработка сигналов. 2023. №3. С. 59-63.

Аннотация:
Синтезирован оптимальный алгоритм оценки запаздывания эхо-сигнала спутникового высотомера по зависимым дискретным наблюдениям при взволнованной морской поверхности и получены выражения для потенциальной точности оценки. Показано, что при существенном волнении проигрыш сигнала с минимальной частотной модуляцией в точности измерения запаздывания по отношению к сигналу с линейной частотной модуляцией не превышает долей децибела, т.е. ощутимо меньше выигрыша в условиях спокойного моря.

Ключевые слова:
спутниковый высотомер, граница Крамера-Рао, зондирующий сигнал, ЛЧМ-сигнал, минимальная частотная манипуляция.

Об авторах:
Жестерев А.Е., к.т.н., начальник отдела АО «Российский институт радионавигации и времени» (АО «РИРВ»), e-mail: zhesterev_ae@rirt.ru.

Ипатов В.П., д.т.н., профессор, главный специалист АО «Российский институт радионавигации и времени» (АО «РИРВ»), e-mail: ival1941@yandex.ru

Синицын И.А., Галаева К.И.
Разработка метода и алгоритмов оценки сдвигов ветра и турбулентности в метеорологическом радиолокационном комплексе аэродромной зоны // Цифровая обработка сигналов. 2023. №3. С. 64-73.

Аннотация:
В настоящей статье приведены разработанные метод и алгоритмы оценки сдвигов ветра и турбулентности, используемые в наземном метеорологическом радиолокаторе аэродромной зоны. Под сдвигами ветра понимаются горизонтальный сдвиг ветра на 600 м и вертикальный сдвиг ветра на 30 м, под турбулентностью понимается параметр удельной скорости диссипации турбулентной энергии EDR, указанные термины соответствуют современным требованиям ИКАО, ВМО, Росгидромета РФ. Метод оценки сдвигов ветра и турбулентности состоит из 3 этапов, в ходе которых измеренные значения радиальной скорости, ширины спектра радиальных скоростей становятся начальными данными для расчёта сдвигов ветра и турбулентности с последующей классификацией по степени опасности. На основе метода оценки ветровых характеристик разработаны алгоритмы оценки горизонтального и вертикального сдвигов ветра, параметров удельной скорости диссипации турбулентной энергии, являющейся более корректным представлением турбулентности атмосферы. В статье приведена оценка эффективности полученных алгоритмов методом статистических испытаний, показано, что полученные значения среднеквадратичного отклонения оценок EDR, сдвигов ветра удовлетворяют современным существующим требованиям.

Ключевые слова:
метеорологический радиолокатор, аэродромная зона, метод и алгоритмы, удельная скорость диссипации турбулентной энергии, горизонтальный сдвиг ветра, вертикальный сдвиг ветра, градация по степени опасности, среднеквадратичное отклонение оценок сдвигов ветра и турбулентности.

Об авторах:
Синицын И.А., к.т.н., старший научный сотрудник, доцент АО «Научно-производственное предприятие «Исток» им. А.И. Шокина», e-mail: isinitsyn@yandex.ru.

Галаева К.И., к.т.н., преподаватель кафедры технической эксплуатации радиоэлектронного оборудования воздушного транспорта ФГБОУ ВО МГТУ ГА, e-mail: ks.galaeva@mail.ru

Андреев А.Г., Сенченко А.А.
Оптимальный КИХ фильтр с дробной задержкой // Цифровая обработка сигналов. 2023. №3. С. 74-77.

Аннотация:
Для создания моделей обработки сигнала в антенных решетках необходимо иметь возможность задерживать сигнал на произвольную величину, в том числе не кратную периоду дискретизации сигнала. Данная задача может быть решена с помощью КИХ фильтров с дробной задержкой. Приведен способ расчета оптимальных коэффициентов КИХ фильтра с дробной задержкой.

Ключевые слова:
КИХ фильтр с дробной задержкой, оптимальные коэффициенты, антенные решетки, моделирование сигнала, задержка сигнала.

Об авторах:
Андреев А.Г., к.т.н., доцент кафедры радиоэлектронных систем ИИФиРЭ ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», e-mail: aandreyev@sfu-kras.ru

Сенченко А.А., старший преподаватель каф. Радиотехники ИИФиРЭ ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», e-mail: asenchenko@sfu-kras.ru

Дворянков Д.А., Андросов В.В., Волченков В.А., Витязев С.В.
Восстановление траекторного сигнала в условиях периодических затенений методом авторегрессионного анализа // Цифровая обработка сигналов. 2023. №3. С. 78-84.

Аннотация:
Рассматривается использование авторегрессионного анализа (АР) для восстановления формы траекторного сигнала бортового радиолокационного комплекса (БРЛК) вертолета, искажённой периодическими «затенениями» лопастями вращающегося винта. Метод АР-анализа сравнивается с другими способами восстановления путем моделирования обработки набора отражённых радиосигналов. Демонстрируется, что метод АР-анализа позволяет восстанавливать как простые, так и более сложные искажённые траекторные сигналы. Приводятся зависимости качества восстановления сигнала от скорости носителя и величины угла обзора. Производится оценка вычислительных затрат. Оценивается способность работы алгоритма в режиме реального времени.

Ключевые слова:
радиовидение, интерполяция, авторегрессия, радиолокационное изображение, восстановление пропусков в сигналах.

Об авторах:
Дворянков Д.А., аспирант кафедры телекоммуникаций и основ радиотехники ФГБОУ ВО «Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф.Уткина», e-mail: dvoryankov.d.a@mail.ru

Андросов В.В., главный конструктор по направлению АО «Государственный Рязанский приборный завод»

Волченков В.А., к.т.н., доцент кафедры телекоммуникаций и основ радиотехники ФГБОУ ВО «Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф.Уткина», e-mail: volchenkov.v.a@tor.rsreu.ru

Витязев С.В., к.т.н., доцент кафедры телекоммуникаций и основ радиотехники ФГБОУ ВО «Рязанский государственный радиотехнический университет им. В.Ф.Уткина», e-mail: vityazev.s.v@tor.rsreu.ru