СПОСОБ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АДАПТИВНОЙ НЕЛИНЕЙНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ДАННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ Российский патент 2018 года по МПК G08C19/28 

Изобретение относится к системам обработки измерительной информации, искаженной при передаче помехами. Его использование позволяет повысить достоверность принятой информации за счет обработки данных измерений, в том числе и представленных при дополнительном безызбыточном и малоизбыточном помехоустойчивом кодировании образами-остатками. При этом нетрадиционное представление данных образами-остатками может быть реализовано как на передающей стороне, так и при приеме информации, искаженной помехами, для обеспечения возможности дополнительного обнаружения и исправления ошибок передачи данных измерений.

Известна группа изобретений, в которых для достижения высоких показателей помехозащищенности данных измерений используют дополнительное экономное помехоустойчивое кодирование. К ней относятся: [1], «Способ передачи информации», патент №2609747, приоритет от 13.08.2017 г.; [2] «Способ передачи информации и система для его осуществления», патент RU №2586833, приоритет 15.08.2015 г., сущностные характеристики которых связаны с экономным безызбыточным помехоустойчивым кодированием, и [3], «Способ передачи информации и система для его осуществления», патент RU №2586605, приоритет от 22.03.2013 г.), требующим, в общем случае, один дополнительный разряд для представления результатов дополнительного малоизбыточного помехоустойчивого кодирования данных их образами-остатками b_1j и b_2j, получающимися в результате сравнений их исходных значений X_j по оптимально выбранным модулям сравнений m₁ и m₂.

При использовании данных способов возможности дополнительного экономного безызбыточного помехоустойчивого кодирования передаваемой информации обеспечивают на основе формирования внутренней структуры представления данных (S_внутр), которая по разрядности (N) двоичных слов, используемых для передачи информации, совпадает с существующей структурой представления слов-измерений и пакетов данных. В соответствии с предлагаемым формальным описанием она образует внешнюю структуру представления данных (S_внеш), включающую в себя, в том числе данные или символы служебной информации, например, сигналы синхронизации, адресную информацию, проверочные символы избыточных помехоустойчивых кодов, защитные символы между словами, используемые для повышении точности системы синхронизации, а также контрольные символы проверки «четности» количества символов «1» ([4], «Современная телеметрия в теории и на практике / Учебный курс», Спб.: Наука и Техника, 2007. - 672 с, стр. 465).

При использовании способов [1] и [2] разрядность N исходных двоичных слов, определяющих внешнюю структуру представления данных (S_внеш), точно совпадает с разрядностью данных (N), являющихся результатами дополнительного помехоустойчивого кодирования и образующих внешнюю структуру представления данных (S_внутр). При использовании способа [3] недостающий разряд для внутренней структуры (S_внутр) формирования данных компенсируют, в основном, за счет дополнительного двоичного символа «Контроль четности бит», присутствующего в исходной внешней структуре данных (S_внеш) цифрового группового сигнала (ЦГС).

Дополнительное экономное безызбыточное [1, 2] или малоизбыточное [3] помехоустойчивое кодирование рассматривают и как структурно-алгоритмическое преобразование (САП), имеющее два взаимообусловленных вида: прямое структурно-алгоритмическое преобразование (ПСАП), определяющее операцию кодирования информации и обратное структурно-алгоритмическое преобразование (ОСАП), представляющее собой операцию декодирования. Но в отличие от подобных математических аналогов, известных, например, как прямое и обратное преобразования Фурье (ППФ и ОПФ), обратное структурно-алгоритмическое преобразование (ОСАП) имеет два вида: универсальное ОСАП (УОСАП), отождествляемое с понятием «жесткого» декодирования, и частное ОСАП (ЧОСАП), которое определяют как «мягкое» декодирование принятой и обрабатываемой информации. При этом алгоритм «жесткого» декодирования применим всегда, независимо от свойств передаваемой информации, но при этом в соответствии с законами Природы «за универсальность приходится расплачиваться потерями эффективности», что проявляется в практическом отсутствии возможности обнаружения и исправления ошибок передачи данных. Алгоритм ЧОСАП («мягкого» декодирования) позволяет использовать естественную избыточность передаваемых цифровых данных для обнаружения и исправления ошибок передачи информации при ее приеме и обработке. Естественная избыточность цифровых данных является следствием применения теоремы В.А. Котельникова о дискретизации, в соответствии с которой интервалы (ΔT) между опросами аналогового параметра или сигнала X_j определяют как обратное отношение к значению удвоенного значения спектральной составляющей наибольшей частоты (2F_max) X_j.

Поскольку вероятность появления частотной составляющей F_max на достаточно малом интервале времени Δτ≥3ΔT незначительна по величине, то выбранное значение интервалов ΔТ для других спектральных составляющих F_i спектра параметра или сигнала оказывается малым, что проявляется в корреляционной взаимосвязи соседних значений сообщений или слов-измерений (X_j-1, X_j и X_j+1). В телеметрии эта составляющая внутренней избыточности составляет в среднем 90%. При передаче других видов информации, например, речевой, акустической, потокового видео или навигационной она также значительна.

Основной недостаток всех известных классических методов избыточного помехоустойчивого кодирования и обеспечения защиты информации заключается в том, что специфические особенности передаваемой информации не учитываются. Поэтому и их эффективность в условиях чрезвычайно быстрого роста объемов передаваемой информации и скоростей передачи не оправдывает надежд заказчиков и разработчиков систем передачи данных (СПД).

Способ [1] отличается от других аналогов, например, [2] и [3] возможностью наиболее простой технической реализации безызбыточного помехоустойчивого кодирования, благодаря чему он оказывается наиболее предпочтительным при передаче высокоскоростной информации вследствие высоких показателей оперативности осуществления структурно-алгоритмических преобразований (САП), прежде всего, ПСАП, поскольку обратные САП (ОСАП) могут быть реализованы не в реальном, а в отложенном времени, например, при организации обработки данных, в том числе, и при реализации предлагаемого способа нелинейной фильтрации данных измерений.

Способ-прототип [1] заключается в том, что на передающей стороне осуществляют сбор сигналов от источников сообщений, преобразуют их в двоичный код, обеспечивают синхронизацию сформированных слов-измерений, представленных N-разрядным двоичным кодом, и формируют из них уплотненный цифровой групповой сигнал, подлежащий передаче по каналам связи, а на приемной стороне принимают полученную последовательность переданных символов двоичного кода. От своих наиболее близких аналогов [2] и [3] данный способ отличается тем, что на передающей стороне кодовые конструкции, сформированные на первом этапе кодирования слов-измерений или сообщений традиционным позиционным двоичным кодом, разделяют на полуслова с равным числом двоичных разрядов или на другие части, имеющие различное число разрядов при их представлении двоичным кодом, которые затем переставляют местами с сохранением прежней разрядности представления слов-измерений или сообщений, но с получением их новых значений, сформированные слова-измерения или сообщения расставляют в уплотненном групповом телеметрическом сигнале в определенной последовательности по отношению к сигналам синхронизации, сформированный таким образом уплотненный групповой телеметрический сигнал подвергают последующей модуляции и передаче, а на приемной стороне принимают полученную последовательность переданных символов двоичного кода, формируют восстановленную последовательность слов-измерений или сообщений, осуществляют параллельное их декодирование с использованием «жесткого» и «мягкого» декодеров, при этом в результате операции «мягкого» декодирования определяют графические фрагменты закодированных на основе перестановки составных частей или кодовых сегментов первоначальных значений телеметрируемых параметров, заключенные между соседними максимальными значениями абсолютных разностей δ_jM=|C_j-C_(j+1)|≥0,8×2^N, и δ_(j+s)M=|C_(j+s)-C_(j+s)+1|≥0,8×2^N), равными или большими значений 0,8×2^N, где C_j - результат дополнительного безызбыточного помехоустойчивого кодирования j-того по принятому порядку счета слова-измерения или сообщения X_j; δ_jM=|C_j-C_j+1| и δ_(j+s)M=|C_(j+s)-C_(j+s)+1| - соседние максимальные значения абсолютных разностей между результатами дополнительного безызбыточного помехоустойчивого кодирования слов-измерений или сообщений C_j, C_j+1, определяющие начало графического фрагмента, и C_(j+s), C_(j+s)+1, определяющие окончание графического фрагмента, включающего в себя s выборок закодированных на основе перестановки составных частей значений телеметрируемых параметров, а N - число разрядов, которые используют для представления слов-измерений или сообщений X_j, обеспечивают обнаружение и исправление ошибок передачи значений телеметрируемых параметров на основе групповых свойств «равноостаточности», которые должны быть постоянными при отсутствии ошибок передачи информации в выделенных графических фрагментах телеметрируемого параметра, преобразованного при дополнительном помехоустойчивом кодировании на передающей стороне, а в результате операции «жесткого» декодирования осуществляют восстановление первоначальных результатов телеизмерений без исправления ошибок путем обратной перестановки составных частей, разрядность которых известна на приемной стороне, осуществляют сглаживание или фильтрацию восстановленных в результате «жесткого» декодирования данных и по отношению к вычисленным соседним значениям телеизмерений определяют их разности, которые при выполнении операций «мягкого» декодирования с учетом разрешенных позиций для значений принятого безызбыточного помехоустойчивого кода используют в качестве допусков при выборе наиболее подходящих, кондиционных значений восстанавливаемых данных телеизмерений, определяемых в соответствии с принятым критерием достоверности, производят повторное «жесткое» декодирование данных телеизмерений, скорректированных в результате операций «мягкого» декодирования, сглаженные или отфильтрованные данные, полученные при первой операции «жесткого» декодирования сравнивают с синхронными, совпадающими по времени опроса, значениями, полученными в результате второй операции «жесткого» декодирования, результаты сравнения используют для оценивания достигаемого технического эффекта в виде оценок повышения показателей достоверности приема телеметрической информации, а также для сравнения полученных результатов и корректировки значений сглаживания или фильтрации данных телеизмерений, полученных при первом «жестком» декодировании, определяют их близость к другим разрешенным позициям помехоустойчивого кода, сформированного в результате структурно-алгоритмических преобразований значений телеметрируемого параметра на передающей стороне, в результате чего реализуют расширенные возможности, используемые для контроля достоверности полученных результатов телеизмерений и информационной поддержки принятия решений.

Таким образом, алгоритм дополнительного экономного безызыточного помехоустойчивого кодирования исходных слов-измерений и сообщений X_j заключается в его разделении на составные части <a_2j>₂ и <a_1j>

где кодовый сегмент <a_2j>₂, является старшим при исходном позиционном представлении X_j двоичным кодом, а кодовый сегмент <a_1j>₂ рассматривают в силу его позиционного положения в качестве младшего.

Дополнительное безызбыточное помехоустойчивое кодирование исходных слов-измерений и сообщений X_j производят путем перестановки местами выделенных старшего (a_2j) и младшего (a_1j) кодовых сегментов:

где C_j - результат дополнительного безызбыточного помехоустойчивого кодирования слов-измерений и сообщений X_j.

Такой способ дополнительного безызбыточного помехоустойчивого кодировании наиболее прост, поскольку он, например, может быть реализован путем замены местами выходов аналого-цифрового преобразователя (АЦП), соответствующих выделенным старшему (a_2j) и младшему (a_1j) кодовым сегментам. Такой способ не приведет к необходимости выделения дополнительного времени на операции кодирования и «жесткого» декодирования данных, благодаря чему он может быть использован в современных высокоскоростных космических радиолиниях, ориентированных на скорости передачи информации, определяемых Гбит/с. Помимо данных телеизмерений это может быть и любая другая информация, обладающая внутренней избыточностью. Внутренняя избыточность появляется, например, при переводе аналоговой информации в цифровой вид с использованием теоремы В.А. Котельникова о дискретизации [8].

Недостаток способов [1, 2, 3] заключается также в том, что они предполагают необходимость реализации ПСАП на борту контролируемого объекта, а это не всегда возможно по различным причинам. В их числе: 1) необходимость доработки программно-математического обеспечения и его прошивки в бортовой аппаратуре, например, в бортовой радиотелеметрической системе (БРТС); 2) консервативный подход и экономические соображения. Кроме того, при обработке данных фактор времени определен не так жестко, как в случае передачи и приема высокоскоростной информации, поэтому существует возможность изменения значений минимального кодового расстояния d_min при использовании алгоритмов САП, составляющих основу изобретений [1, 2, 3].

Но в соответствии с основополагающими принципами системного подхода преимущество в простоте операций дополнительного безызбыточного помехоустойчивого кодирования, составляющего основу патента [1], связано с утратой преимуществ других способов, например, способа [3]. Основу его алгоритма дополнительного экономного помехоустойчивого кодирования составляет определение образов-остатков, например, b_1j, b_2j и b_3j, получаемых в результате деления исходных значений X_j, имеющих разрядность N=2n представления данных позиционным двоичным кодом, на выбранные модули сравнения m₁, m₂ и m₃, соответственно:

где m₁=2ⁿ-1, m₂=2ⁿ и m₃=2ⁿ+1.

При этом, если разрядность слов-измерений или сообщений равна N=2n, то оптимальные модули сравнений m₁=2ⁿ-1 и m₃=2ⁿ+1 определяют на основе известного алгебраического разложения:

В свою очередь, алгебраическое представление числа (2ⁿ-1) можно, в свою очередь, разложить на следующие сомножители:

Его исходное представление, выраженное с использованием образов-остатков b_1j, b_3j, определяют на основе следующей системы уравнений:

где m₁=2ⁿ-1 и m₃=2ⁿ+1 - оптимальные модули сравнений;

, - неполные частные, получаемые от деления X_j на делители (модули сравнений m₁ и m₃).

В результате этого приходят к наиболее сжатому представлению передаваемых слов или сообщений X_j.

когда передаче подлежат только образы-остатки b_1j, b_3j.

При этом модули сравнений m₁ и m₃ - это непередаваемые по каналам связи ключевые данные, а и - неполные частные, которые могут быть восстановлены на приемной стороне на основе принятых образов-остатков b_1j, b_3j. c использованием алгоритмов теорем об остатках, известных как китайская теорема об остатках или конструктивная теорема об остатках, используемая в патенте [3].

Такой подход представления передаваемых данных (8) по аналогии с ранее рассмотренным алгоритмом (3) приводит к следующим двум вариантам дополнительного малоизбыточного кодирования с использованием системы остаточных классов (СОК) [3, 5, 6]:

От варианта, используемого в патенте [3] для передачи информации, он отличающимся тем, что образы-остатки b_1j, b_3j в словах, которые получают в результате дополнительного малоизбыточного кодирования C_j⁽¹⁾ и C_j⁽²⁾, меняют позиционными местами, в результате чего получают преобразованные данные с различными значениями минимального кодового расстояния d_min^(СОК).

При этом при обработке после приема и восстановления информации могут быть дополнительно получены результаты сравнения восстановленных значений X_j по модулю m₂=2ⁿ, которого не было на передающей стороне [3] из-за ограничений на пропускную способность радиоканала. В предлагаемом изобретении представление значений X_j по модулю m₂₌2ⁿ используют на приемной стороне, после декодирования, заключающегося в восстановлении значений X_j с исправленными или уменьшенными ошибками. В этом случае получают уже не X_j^, а , где - неисправленные ошибки (), где ε - это значения ошибок восстановления X_j при использовании существующих способов передачи и обработки информации:

где <a_2j^*>₂ и <a_1j^*>₂ - искаженные ошибками приема старший и младший кодовые сегменты исходного позиционного двоичного кода с разрядностью представления N=2n.

В случае использования при обработке расширенной системы остаточных классов (СОК) старший и младший кодовые сегменты <a_2j^*>₂ и <a_1j^*>₂ будут представлены еще и образами-остатками <b_1j^*>₂ и <b_3j^*>₂ или <b_3j^*>₂ и <b_1j^*>₂ в соответствии с представлениями (9) и (10), соответственно.

Это позволяет использовать младшие полуслова <a_1j^*>₂, которые в соответствии со свойствами традиционно используемого двоичного позиционного кода, совпадают с образами-остатками <b_2j^*>₂, полученными в результате операции деления на модуль сравнения m₂=2ⁿ для дополнительной обработки полученной информации с использованием алгоритмов адаптивной нелинейной фильтрации [7]. Но она будет ориентирована не на два образа-остатка b_1j и b_3j, как это имеет место в [3] и в [7], а на три образа-остатка b_1j, b_2j и b_3j.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ [3]. В предлагаемом изобретении его использование не заканчивается процессами структурно-алгоритмических преобразований (САП), связанными с передачей информации. Предлагается его продолжение, которое относится уже к обработке полученных данных, восстановленных с ошибками .

В соответствии с первым пунктом формулы изобретения способ [3] заключается в том, что на передающей стороне осуществляют сбор сигналов от источников сообщений, преобразуют их в двоичный код, обеспечивают синхронизацию сформированных слов-измерений, представленных 2n-разрядным двоичным кодом, по времени и формируют из них уплотненный цифровой групповой сигнал, подлежащий передаче по каналам связи, отличающийся тем, что на передающей стороне слова-измерения преобразуют в образы-остатки путем операций, эквивалентных делению их значений на выбранные определенным образом числа, представляющие собой модули сравнения, например, m₁=2ⁿ-1, m₂=2ⁿ, m₃=2ⁿ+1, где 2n-разрядность двоичного кода слова-измерения, а (0-(2ⁿ-1)) - шкала представления значений телеметрируемых параметров, из образов-остатков формируют новые информационные слова и расставляют их в уплотненном цифровом групповом телеметрическом сигнале в определенной последовательности по отношению к сигналам синхронизации, в том числе и в той, в которой должны были бы передаваться исходные слова-измерения, сформированный из образов-остатков цифровой уплотненный групповой телеметрический сигнал подвергают последующей модуляции и передаче, а на приемной стороне принимают полученную последовательность переданных символов двоичного кода, формируют восстановленную последовательность информационных слов и осуществляют их обработку с целью восстановления первоначальных результатов измерений с исправлением ошибок передачи и оцениванием достоверности полученной информации.

Кроме того способ [3] по п. 1 отличается тем, что каждое из первоначально сформированных 2n-разрядных двоичных слов, представляющих собой результаты телеизмерений, заменяют на новые 2n-разрядные двоичные информационные слова, составленные из двух n-разрядных образов-остатков, полученных в результате деления измеренных величин, соответственно, на числа 2ⁿ-1 и 2ⁿ+1, представляющие собой модули сравнения, сформированные информационные слова подставляют в уплотненный цифрового групповой сигнал на место, которое было закреплено за первоначально сформированными словами.

Способ [3] по пп. 1 и 2 отличается тем, что исходные 2n-разрядные слова-измерения делят на старшее и младшее n-разрядные полуслова, при этом результат сравнения по модулю 2ⁿ представляет собой младшее n-разрядное полуслова, которое подставляется в качестве передаваемого сообщения в формируемый уплотненный цифровой сигнал при необходимости сокращения объемов передаваемых данных, а результаты сравнения по модулям 2ⁿ-1 и 2ⁿ+1 получают путем суммирования в (n+1)-разрядном двоичном сумматоре младшего и старшего n-разрядных полуслов, при этом старший (n+1)-й двоичный символ сумматора складывают по модулю 2 с самым младших разрядом сумматора, при этом в случае определения образа-остатка по модулю 2ⁿ+1 младшее полуслово суммируют с инвертированным старшим полусловом, а при появлении в старшем (n+1)-м разряде сумматора двоичного символа «0» необходимо к младшему разряду добавить число <10>₂, представленное в двоичном коде.

Также способ [3] по пп. 1-3, отличается тем, что при приеме преобразованных 2n-разрядных двоичных слов-измерений их разделяют на равные по разрядности n-разрядные полуслова-остатки, на основе заданной Программы телеизмерений и управляющих сигналов, определяющих заранее предусмотренные режимы вносимых изменений в процесс формирования уплотненного цифрового группового сигнала, осуществляют выделение двух групп телеметрируемых параметров, для передачи значений которых использовали представление данных одним и двумя образами-остатками, в случае представления данных с использованием одного модуля сравнения m₂ находят разрывы, определяющие границы графических фрагментов b_j(t), t=kT_o, где T_o - интервал опроса значений ТМП, определяемый теоремой дискретизации В.А. Котельникова, k=1, 2, 3, … - натуральный ряд чисел, используя признаки идентификации разрывов в виде разностей первого порядка Δb_j=b_j+1-b_j, абсолютное значение которых находится в интервале (0,8-1) m_i, i=1, 2, 3 с учетом того, что знак разности меняется на противоположный, а в случае представления данных двумя образами остатками C_j=<b_1j, b_3j>₂, представляющих собой результаты дополнительного экономного помехоустойчивого кодирования, разрывы, определяющие границы графических фрагментов C(t), t=kT_o, при которых разности первого порядка ΔC_j=C_(j+1)-C_j меняют знак на противоположный, а их абсолютное значение находится в интервале (0,9-1) m₁×m₃, при этом заключенный между разрывами графический фрагмент в рассмотренных обоих случаях, образованный восстановленными значениями представления телеметрируемого параметра образами-остатками, перемещают вверх при положительных значениях разностей Δb_i и ΔC_j, соответственно, или вниз при отрицательных значениях разностей Δb_i и ΔC_j, до образования графического отображения закодированного с использованием структурно-алгоритмических преобразований телеметрируемого параметра в виде непрерывной функции времени C(t), t=kT_o,, достоверность объединения предыдущего и последующего фрагментов, контролируют на основе равенства численных производных Δb_j/Δt и ΔC_j/Δt в точках, относящихся к концу предыдущего фрагмента и началу следующего, при этом диапазон изменения значений ΔC_j внутри каждого из выделенных графических фрагментов уменьшают на величину кодового расстояния d_min=(2ⁿ+1).

Способ [3] по п. 4 отличается тем, что при приеме для восстановления значений выделенных групп телеметрируемого параметра, представленных двумя образами-остатками, в первоначальном его виде, формируемом датчиком, определяют разности между значениями образов-остатков по модулям сравнения 2ⁿ-1 и 2ⁿ+1, полученные разности делят на 2, если деление выполняется без остатка, при разностях равных нулю и больше нуля, уменьшенные в 2 раза значения разностей с положительным знаком умножают на один из модулей сравнения, а к полученному результату добавляют соответствующий этому модулю образ-остаток; при разностях меньших нуля, и выполнении условия деления на 2 без остатка, полученные и уменьшенные в 2 раза значения отрицательных разностей суммируют со значением одного из модулей сравнения, а найденные в результате суммирования данные умножают на другой модуль сравнения и его же образ-остаток добавляют к полученному результату вычислений; при невыполнении условия делимости без остатка разностей между значениями образов-остатков на 2 их складывают с одним из чисел-модулей, полученные при этом значения делят на 2, после чего результат деления умножают на число другого модуля сравнения и к найденным данным добавляют его же образ-остаток.

Таким образом, недостаток способа [3] заключается в том, что нетрадиционное представление данных, слов и сообщений , где - неисправленные ошибки, осуществляют на борту контролируемого объекта. Но он не используется в последующем при обработке полученной информации. В предлагаемом изобретении этот недостаток устранен за счет использования вычислительных свойств данных, представленных системой остаточных классов (СОК). С этой целью были доработаны методы нелинейной адаптивной фильтрации, составившие основу патента ([7], патент RU №2571584, опубл. 20.12.2015 г., бюл. №35 «Способ передачи телеметрической информации, адаптированный к различным ситуациям, появляющимся при проведении испытаний ракетно-космической техники, и система для его осуществления»).

Предлагаемый способ первичной обработки информации с использованием адаптивной нелинейной фильтрации данных измерений, заключающийся в том, что при приеме N-разрядных двоичных данных, слов-измерений или сообщений, дополнительно закодированных на передающей стороне экономным безызбыточным или малоизбыточным помехоустойчивым кодом <C_j>₂↔<<b_1j>₂, <b_3j>₂>₂, где <b_1j>₂ и <b_3j>₂ - образы-остатки, полученные от деления исходных значений данных, слов-измерений или сообщений X_j на модули сравнения m₁=2ⁿ-1 и m₃=2ⁿ+1, соответственно, разделяют N-разрядные двоичные данные, слова-измерения или сообщения <C_j>₂ на n-разрядные составные части меньшей разрядности, представляющие собой их образы-остатки <b_1j>₂ и <b_3j>₂, на основе заданной Программы телеизмерений и управляющих сигналов, определяющих заранее предусмотренные режимы вносимых изменений в процесс формирования уплотненного цифрового группового сигнала, осуществляют их восстановление с использованием универсального алгоритма «жесткого» декодирования, обеспечивающего восстановление в исходном виде <X_j^*>₂ с привнесенными каналом связи ошибками <ε_j>₂:<X_j^*>₂=<X_j>₂+<ε_j>₂, где <X_j>₂ - истинные значения переданной последовательности данных (j=1, 2, 3, … - счетное множество, определяющее условную нумерацию данных, слов-измерений или сообщений, содержащихся в цифровом групповом сигнале независимо от свойств наличия или отсутствия их корреляционной взаимосвязи и на основе работающего под его управлением алгоритма «мягкого» декодирования, обнаруживающего и исправляющего ошибки передачи информации при наличии свойств корреляционной взаимосвязи передаваемых данных, слов-измерений или сообщений, отличающийся тем, что принятые или восстановленные с использованием алгоритмов «жесткого» и «мягкого» декодирования данные, слова-измерения или сообщения вновь, но уже на приемной стороне, представляют их образами остатками b_1j, b_2j и b_3j, полученными в результате сравнений по модулям m₁=2ⁿ-1, m₂=2ⁿ, m₃=2ⁿ+1, соответственно, где N=2n - разрядность двоичного кода исходных данных, слов-измерений или сообщений, при этом последующей обработке в виде нелинейной адаптивной фильтрации подвергают не значения самих данных, слов-измерений или сообщений <X_j^*>₂=<X_j>₂+<ε_j>₂, имеющих разрядность представления N=2n традиционным позиционным двоичным кодом, а данные их образов-остатков b_1j, b_2j и b_3j, осуществляют мониторинг качества выполненной фильтрации ошибок измерений в виде оценки дисперсии случайной помехи, присутствующей в телеизмерениях, для каждого из контролируемых телеметрируемых параметров, по результатам мониторинга принимают решение об использовании последующих алгоритмов коррекции восстановленных и обработанных данных, слов-измерений и сообщений в зависимости от того превышают ли определяемые оценки текущей дисперсии установленных для каждого из телеметрируемых параметров значений или нет.

Предлагаемый способ также отличается тем, что для повышения показателей достоверности принятых и восстановленных данных <X_j^*>₂=<X_j>₂+<ε_j>₂, связанных с уменьшением числа не обнаруженных и не исправленных ошибок , результаты дополнительного помехоустойчивого кодирования <C_j⁽¹⁾>₂↔<<b_1j>₂, <b_3j>₂>₂ данных, слов-измерений и сообщений, повторяют, поменяв местами расположение образов-остатков в новых закодированных данных, словах-измерениях и сообщениях <C_j⁽²⁾>₂↔<<b_3j>₂, <b_1j>₂>₂ и изменив тем самым их позиционные расположение внутри закодированных данных, слов-измерений и сообщений и, как, следствие этого, установив другие значения минимального кодового расстояния d_min⁽²⁾<d_min⁽¹⁾ и временные интервалы, определяющие границы выделяемых для обнаружения и исправления ошибок графических фрагментов, внутри которых выполняется групповое свойство равноостаточности, заключающееся в том, что при отсутствии ошибок в данных, словах или сообщениях выполняются следующие условия: C_j⁽¹⁾/d_min⁽¹⁾=Const и C_j⁽²⁾/d_min⁽²⁾=Const.

На фиг. 1, 2 и 3 представлены графические иллюстрации, поясняющие основные операции дополнительного малоизбыточного кодирования на основе алгоритмов (9) и (10). При этом для пояснения сути предлагаемого изобретения в качестве исходных данных использованы результаты телеизмерений, формируемые не на передающей стороне (в бортовой радиотелеметрической системе (БРТС)), а после их приема наземной приемно-регистрирующей станцией (НПРС). В этом случае контролируемый телеметрируемый параметр Х(kT₀) отличается от исходного, сформированного в БРТС, тем, что он содержит ошибки ε_j измерений X_j^*=X_j+ε_j, привнесенные радиоканалом и помехами (фиг. 1(A)). Если его дополнительно закодировать с использованием алгоритма (9): C_j^(l)↔<<b_1j>₂, <b_2j>₂>₂, то получают представление данных, приведенное на фиг. 1(Г) и совпадающее с традиционно используемой внешней структурой данных (S_внеш), при которой принятое слово или сообщение воспринимают как неделимое и единое, представленное, например, байтовыми словами (сообщениями с числом двоичных разрядов, равных N=2n+1=9, где n=4, а дополнительный (девятый) двоичный разряд - это символ «Контроль четности бит»). Дополнительный двоичный символ «Контроль четности бит» выполняет при использовании патента [3] на передающей стороне расширенную функцию - его помимо основной задачи, заключающейся в контроле достоверности приема данных телеизмерений, дополнительно используют для разрешения неоднозначности образов-остатков, равных, например, значениям 0 и 16 при байтовом представлении исходных слов-измерений (N=2n=8). Они появляется при использовании сравнений X_j по модулю m₃=2ⁿ+1=17 при n=4 [3]. При этом скрытые составные его информационные части в виде независимых образов-остатков <b_1j>₂ и <b_3j>₂, составляющие основу его внутренней структуры (S_внутр) b₁(kT₀) и b₃(kT₀) представлены на фиг. 1(Б) и фиг. 1(B), соответственно. При использовании предлагаемого изобретения формирование образов-остатков b₃(kT₀) (фиг. 1(B)) при обработке существенно упрощается по сравнением с аналогичным ПСАП [3], используемым в БРТС, поскольку не требуется изыскания дополнительных резервов для разрешения неоднозначности образов-остатков, равных значениям 0 и 16 при использовании сравнений X_j по модулю m₃=2ⁿ+1=17 при n=4. Дефицит в виде одного бита при представлении данных телеизмерений их образами-остатками b₁(kT₀) и b₃(kT₀) существует только при передаче данных, а при обработке информации его нет. В этом также заключена одна из сущностных характеристик предлагаемого изобретения, отличающая его от способа-прототипа [3].

Графическое представление исходных данных X_j^*=X_j+ε_j образами-остатками <b_1j>₂, <b_3j>₂, которые используются при обработке информации (фиг. 1), также отличается от аналогичных отображений при их передаче в соответствии со способом, предлагаемым в [3]. Там, как это было отмечено, при передаче приходится искать дополнительные резервы для представления значений образов-остатков <b_3j>₂ по модулю сравнения m₃=2ⁿ+1, где n - количество разрядов, которое при дополнительном экономном (безызбыточном) помехоустойчивом кодировании, равное половине разрядности (N) исходных слов-измерений.

На фиг. 1(Б) и 1(B) дано дополнительное пояснение предлагаемого способа формирования результатов кодирования <C_j⁽¹⁾>₂↔<<b_1j>₂, <b_3j>₂>₂ и <C_j⁽²⁾>₂↔<<b_3j>₂, <b_1j>₂>₂ при первичной обработке ТМП. Предлагаемое дополнительное структурно-кодовое преобразование отличается от предложений по дополнительному помехоустойчивому экономному кодированию при передаче ТМИ тем, что не имеет ограничений на введение дополнительного (n+1)-го разряда двоичного кода кодового сегмента <b_3j>₂, который необходим для отображения значения образа-остатка <b_3j>₂=<2ⁿ>₂. Если n=4, то это значение равно: <b_3j>₁₀=16 или <b_3j>₂=<10000>₂, для отображения которого требуется 5 разрядов двоичного кода. Поэтому на фиг. 1(B) образы-остатки <b_3j>₂ принимают значения от 0 до 16, так как модуль сравнения m₃=17, в то время, как на фиг. 1(Б) они представлены значениями от 0 до 14, поскольку модуль сравнения m₁=15.

На фиг. 1(Г) показано, как изменится минимальное кодовое расстояние при дополнительном кодировании принятой информации в соответствии с алгоритмом: <C_j⁽¹⁾>₂↔<<b_1j>₂, <b_3j>₂>₂. В этом случае каждое из значений образов-остатков <b_1j>₂ будет отличаться от соседних значений на величину минимального кодового расстояния d_min^(l)=2⁽ⁿ⁺¹⁾+1=2⁵+1=33. При этом надстрочный индекс d_min⁽¹⁾, представленный цифрой (1), свидетельствует о том, что в данных дополнительного кодирования (<C_j⁽¹⁾>₂) перед первичной обработкой принятых слов-измерений в структуре (S_внутр) на месте старшего полуслова находятся данные <b_1j>₂(mod(2ⁿ-1)), а на втором месте (месте младшего полуслова) - значения <b_3j>₂(mod(2ⁿ+1). В этом случае при байтовой структуре слов-измерений N=2n=8 минимальное кодовое расстояние d_min⁽¹⁾ будет равен d_min⁽¹⁾=2⁽ⁿ⁺¹⁾+1=2⁽⁴⁺¹⁾+1=33. Об этом можно судить на основе иллюстрации фиг. 1(Г) и определения диапазона D(D=458-260=198) изменения 7 значений разрешенных позиций кода на первом графическом фрагменте, который отделен от следующего за ним второго графического фрагмента вертикальной пунктирной линией (на фиг. 1(Г) и 3(A) он обведен овалом с вертикально расположенной большой осью). В диапазоне D=198 размещены шесть равных интервалов, каждый из которых равен значению минимального кодового расстояния d_min^(l). Делим D на 6, получаем d_min⁽¹⁾=33. Убеждаемся на основе компьютерной графики в том, что наши теоретические выводы правильны.

На фиг. 2 представлен исходный вид восстановленного ТМП со значениями X_j^*=X_j^*+ε (фиг. 2(A)) и вычисленные значения дисперсий (фиг. 2(Б)) для случаев применения алгоритмов нелинейной адаптивной фильтрации [7, 9] к данным, представленным традиционным позиционным кодом, и при их представлении в СОК образами-остатками. В предлагаемом изобретении, когда алгоритм нелинейной адаптивной фильтрации [7, 9] применен к данным, представленным в СОК образами-остатками, вычисленные оценки дисперсий помехи, присутствующей в измерениях, значительно меньше аналогичных показателей при использовании существующих способов обработки на основе алгоритмов адаптивной нелинейной фильтрации, что следует из сравнения приведенных графиков изменения дисперсий оценок во времени.

На фиг. 3 приведены иллюстрации, представляющие собой два результата кодирования <Cj⁽¹⁾>₂↔<<b_1j>₂, <b_3j>₂>₂ и <C_j⁽²⁾>₂↔<<b_3j>₂, <b_1j>₂>₂, отличающиеся друг от друга позиционным расположением образов-остатков <b_1j>₂ и <b_3j>₂ внутри кодовых слов <C_j⁽¹⁾>₂ и <C_j⁽²⁾>₂, соответственно. При кодировании <C_j⁽²⁾>₂↔<<b_3j>₂, <b_1j>₂>₂ каждое из значений образов-остатков <b_1j>₂ будет отличаться от соседних значений на величину минимального кодового расстояния d_min⁽²⁾=2ⁿ+1=2⁴+1=17.

Также на фиг. 3 овалами с наибольшей горизонтальной осью обозначены следующие особенности изменения минимального кодового расстояния d_min⁽¹⁾=33 и d_min⁽²⁾=17 в каждом из выделенных графических фрагментов изменения результатов дополнительного кодирования <C_j⁽¹⁾>₂↔<<b_1j>₂, <b_3j>₂>₂ и <C_j⁽²⁾>₂↔<<b_3j>₂, <b_1j>₂>₂: в каждом из выделенных графических фрагментов на определенном его месте, имеющем ординату μ_i, появляется дефект в значениях минимального кодового расстояния d_min⁽¹⁾ и d_min⁽²⁾. Для случая <C_j⁽¹⁾>₂↔<<b_1j>₂, <b_3j>₂>₂ он проявляется в том, что на фоне d_min⁽¹⁾=33 появляются значения d_min^(1)*=17, соответствующие ординате μ₁, где μ₁ однозначно связано с номером «узкой» шкалы представления закодированных данных <C_j⁽¹⁾>₂ [3]. Для случая <C_j⁽²⁾>₂↔<<b_3j>₂, <b_1j>₂>₂ дефект обнаруживается на фоне постоянных значений d_min⁽²⁾=17. Он проявляется в том, что появляются соседние значения d_min⁽²⁾_i, следующие друг за другом d_min⁽²⁾_i^*=16 и d_min⁽²⁾_(i+1)^*=1, если значения закодированных данных <C_j⁽²⁾>₂ в выделенном графическом фрагменте возрастают. Когда значения закодированных данных <C_j⁽²⁾>₂ в выделенном графическом фрагменте убывают, то сначала на определенном месте, соответствующем ординате μ₂, где μ₂ однозначно связано с номером «узкой» шкалы представления закодированных данных <C_j⁽²⁾>₂ [3] появляется сначала значение d_min⁽²⁾_(i)^*=1, а следом за ним значение d_min⁽²⁾_(i+1)^*=16. Таких «узких» шкал представления закодированных данных <C_j⁽²⁾>₂ [3] для случая <C_j⁽²⁾>₂ будет: Ш : d_min⁽²⁾=255 : 17=15, где Ш=2⁸-1 максимальное значение кодовой комбинации, состоящей из 8-ми двоичных символов «1» в байтовом слове измерении, d_min⁽²⁾=17. При этом по найденному значению μ₂, соответствующему дефекту в значении минимального кодового расстояния d_min⁽²⁾_i^* определяют порядковый номер «узкой» шкалы представления закодированных данных <C_j⁽²⁾>₂ : η₂=(1-15).

Наличие минимального кодового расстояния d_min⁽¹⁾=33 и d_min⁽²⁾=17 позволяет в соответствии с теорией помехоустойчивого кодирования [8] обнаруживать и исправлять ошибки передачи информации на этапе ее обработки. В каждом из выделенных графических фрагментов будут появляться дефекты d_min⁽²⁾_i^* в значении минимального кодового расстояния d_min⁽ⁱ⁾=Const. Но они позволяют определить порядковый номер η_i каждого из выделенных графических фрагментов, из которых может быть составлена полная картина изменений ТМП при усилении его значений по амплитуде в постоянное число d_min⁽ⁱ⁾ раз.

Этот результат имеет особую научную и практическую значимость предлагаемого изобретения, поскольку позволяет использовать режим отложенного времени для дополнительного повышения показателей достоверности полученной информации.

При обработке нет того дефицита времени, который имеет место при организации кодирования и декодирования информации, осуществляемого в реальном масштабе времени (РМВ). Кроме того, при обработке информации есть возможность использования разных вариантов кодирования, например, C_j⁽¹⁾↔<<b_1j>₂, <b_3j>₂>₂ (фиг. 2(A)) и C_j⁽²⁾↔<<b_3j>₂, <b_1j>₂>₂ (фиг. 2(Б)) для обработчика, понимающего особенности внутренних структур (S_внутр) организации данных, которые получают при использовании алгоритмов (9) и (10) (фиг. 2). Прежде всего, эти отличия связаны с различными значениями минимального кодового расстояния d_min: 1) для иллюстрации (фиг. 3(A)) оно равно: d_min⁽¹⁾=2⁵+1=33, а для иллюстрации (фиг. 3(Б)) оно равно: d_min⁽¹⁾=2⁴+1=17. В результате этого не совпадают по времени при использовании алгоритмов (9) и (10) границы графических фрагментов, заключенных между разрывами, определяемыми δ_jM=|C_j-C_j+1|≥0,8×2^N и δ_(j+s)M=|C_(j+s)-C_(j+s)+1|≥0,8×2^N и представляющими собой максимальные значения абсолютных разностей между результатами дополнительного безызбыточного помехоустойчивого кодирования слов-измерений или сообщений C_j, C_j+1. При этом первый из разрывов, ассоциируемый с |C_j-C_j+1|≥0,8×2^N и обозначенный на фиг. 3(А, Б), определяет начало анализируемого графического фрагмента преобразованного с использованием ПСАП (дополнительно закодированного) ТМП, а следующий за ним разрыв, ассоциируемый с |C_(j+s), C_(j+s)+1|≥0,8×2^N, соответствует окончанию данного графического фрагмента ТМП. Он же определяет и начало следующего графического фрагмента. Внутри выделенных графических выполняются групповые свойства «равноостаточности». Групповые свойства «равноостаточности» проявляются в том, что для выделенного k-того графического фрагмента ТМП, закодированного с использованием ПСАП и обозначаемого как C_jk, , при отсутствии помех отношение C_jk≡ξ_k(mod d_min) принимает одно и то же значение, что отображается в виде ступенчато-изменяющихся данных. Каждая из ступенек - это значения остатков ξ_k, представляющее собой группу. Это означает, что любое из закодированных с использованием ПСАП результатов телеизмерений, принятых без ошибок, при делении на соответствующее значение минимального кодового расстояния d_min⁽ⁱ⁾ даст один и тот же остаток ξ_ki. В этом заключается новое свойство, которое может быть использовано для оценивания достоверности данных, обнаружения и исправления ошибок и искажений восстановленного контролируемого параметра - ТМП. Его можно назвать групповым свойством равноостаточности.

Сущностные характеристики предлагаемого изобретения заключаются в том, что получают остатки не одного, а двух типов: ξ_k⁽¹⁾, полученные от деления результатов ПСАП C_j⁽¹⁾ на значение минимального кодового расстояния d_min⁽¹⁾ и остатки ξ_k⁽²⁾, полученные от деления результатов ПСАП C_j⁽²⁾ на значение минимального кодового расстояния d_min⁽²⁾. При этом ошибки c_j, представляющие собой трансформированные в результате применения ПСАП ошибки ε_j(C_j^*=C_j+c_j), будут обнаружены в результате отличия остатка ξ_k^*:C_jk^*≡ξ_k^*(mod d_min) от наиболее часто встречающихся совпадающих значений остатков C_jk≡ξ_k(mod d_min), представляющих собой моду гистограммы распределения частостей появления ξ_k в статистической выборке, полученной для каждого из выделенных графических фрагментов закодированных значений принятого ТМП.

Возможность формирования различных типов дополнительного помехоустойчивого кодирования при нетрадиционном представлении данных их образами-остатками: C_jk⁽¹⁾≡ξ_k⁽¹⁾(mod d_min⁽¹⁾) и C_jk⁽²⁾≡ξ_k⁽²⁾(mod d_min⁽²⁾) приводит к несовпадающим по времени временным границам выделенных графических фрагментов с индексами k₁ и k₂, в результате чего будут минимизированы погрешности, обусловленные возможной неопределенностью (размытостью) установления границ графических фрагментов и остающимися вследствие этого неисправленными ошибками телеизмерений. В результате этого неисправленные ошибки при использовании одного из алгоритмов дополнительного помехоустойчивого кодирования, например, C_jk1^(1)*,определяемого формализованным описанием (9), будут обнаружены и исправлены при использования второго алгоритма C_jk2^(2)*, получаемого в результате знания внутренней структуры данных слов или сообщений (S_внутр) и перестановки местами выделенных образов-остатков в соответствии с алгоритмом (10).

Сущностные характеристики предлагаемого изобретения также заключаются в том, что описанные процессы обнаружения и исправления ошибок могут быть совмещены с математической обработкой данных, примером которой является адаптивная нелинейная фильтрация данных измерений.

Так получилось, что прикладное использование представления, отличающегося сжатой формулой описания (4), было связано с вычислениями и стало известно под названием система остаточных классов (СОК) ([5], [6]). С точки зрения истории прикладного применения математики проблемы упрощения вычислений и повышения их надежности при минимальных затратах времени появились задолго до того, как было открыто радио и появились системы передачи информации. Поэтому вычислительные процедуры и особенности СОК при вычислениях также появились намного раньше. О приведенных возможностях использования СОК при передаче информации, которые появились благодаря патентам [1, 2, 3], никто ранее не задумывался.

Теперь появилась возможность создания системы комплексирования этих двух подходов, в результате которых могли бы появиться инновационные технологии передачи, приема и обработки данных, слов или сообщений, объединенные единой идеей и прикладным математическим аппаратом конструктивной теории конечных полей. На одну из ее реализаций ориентирован предлагаемый способ, в результате чего появилась еще одна возможность полезного использования конструктивной теории конечных полей не только при дополнительном безызыбыточном и малоизбыточном помехоустойчивом кодировании на основе САП, но и при обработке информации, искаженной помехами или оставшимися неисправленными ошибками приема после операций «мягкого» декодирования.

Основная идея объединения в систему ранее развивавшихся раздельно друг от друга теории передачи информации и ее обработки, составляющая основу предлагаемого изобретения, заключается в том, чтобы использовать адаптивную нелинейную динамическую фильтрацию данных измерений в качестве дополнительного этапа обработки информации, как принятой, так и восстановленной в результате однократного или многократного применения алгоритмов «мягкого» декодирования при использовании различных алгоритмов (ПСАП) и последовательном изменении в них значений минимального кодового расстояния d_min.

К такому комплексированию подводит и существующая практика передачи информации по высокоскоростных радиоканалам с ограниченной пропускной способностью, когда увеличение скорости передачи информации из-за ограничений, накладываемых физическими законами передачи данных, сопровождается ухудшением показателей ее достоверности в виде вероятности искажения бит (Р_б). Тогда оно из возможных технических решений данной проблемы заключается в том, чтобы низкие показатели достоверности, полученные при приеме информации, поднимать в режиме отложенного времени за счет распределенной обработки данных, включающей в себя, как операции обнаружения и исправления ошибок передачи на основе алгоритмов ПСАП и ОСАП, которые используют по отношению к уже принятой информации, искаженной помехами, так и операции адаптивной нелинейной фильтрации, составляющие основу патента ([7]).

Основу появления новых сущностных характеристик при использовании патентов [1-3] составляет эффект увеличения минимального кодового расстояния d_min при использовании ПСАП (дополнительного помехоустойчивого кодирования). Он связан с тем, что, если взять соседние значения данных измерений при числе разрядности двоичных слов-измерений и сообщений, равной N=2n=8, например, Х₁=<115>₁₀=<01110011>₂ и Х₂=<116>₁₀=<01110100>₂, то при традиционных способах их представления кодовое расстояние между ними будет равно d_min^(тр)=1. При этом в соответствии с теорией помехоустойчивого кодирования отсутствует возможность обнаружения ошибок передачи ТМИ [8].

При тех же исходных условиях (N=2n=8) и использовании способа [1], минимальное кодовое расстояние увеличивают до значения d_min^(Пер)=2ⁿ=2⁴=16. При использовании способа [3] и выборе модулей сравнения m₁=15 и m₂=17, получим: С₁=<10101101>₂=<173>₁₀ и С₂=<10111110>₂=<190>₁₀. В результате минимальное кодовое расстояние увеличилось в k=2ⁿ+1 раз и стало при n=4 равным d_min^(СОК)=17. В результате этого обеспечивается возможность обнаружения и исправления ошибок передачи информации. Увеличение минимального кодового расстояния (d_min) в 17 раз в соответствии с теорией помехоустойчивого кодирования обеспечивает возможность исправления до 4 ошибок в передаваемых словах или сообщениях.

Следующий этап обработки информации, подвергнутых САП, связан с использованием предлагаемого способа динамической фильтрации измерительных данных. Ориентация на динамическую фильтрацию определена с тем, что в большинстве практических задач обработка и анализ измерительных данных выполняются в отношении систем или процессов, которые отнесены к классу динамических, функционирование или протекание которых рассматривается во временной области [9].

Известно [9], что теоретическую основу методов оптимальной динамической фильтрации составляет фильтр Калмана, различные реализации которого ориентированы на решения конкретных практических задач, в том числе и в условиях априорной неопределенности параметров информационной обстановки. В их числе: неопределенность параметров распределения случайных возмущений в уравнениях моделей состояний, случайной помехи в уравнениях измерений, объема и качества измерительных данных [9].

В общем виде уравнения фильтрации в отношении динамической системы для заданных начальных условий х(t₀)=х₀ и матрицы ковариаций вектора K_x(t=0)=K_x,0 и ковариационной матрицы случайных возмущений K_w, определяются следующей моделью состояний:

где F(⋅), G(⋅) - переходные матрицы состояний и возмущений w(⋅).

Она дополняется моделью случайной помехи с ковариационной матрицей K_v в результатах измерений, которая описывается следующей моделью измерений:

где h(⋅) - матрица измерений; v(⋅) - случайная зашумляющая помеха.

В результате этого могут быть получены следующие зависимости, которые могут быть использованы для решения следующих задач:

- прогнозирования вектора состояния

и его ковариационной матрицы

- расчета матричного коэффициента усиления фильтра

- определения отклонения прогнозируемой оценки от измеренного значения

- расчета текущей оценки вектора состояний

и ковариационной матрицы погрешностей оценок

Представленные уравнения фильтрации подводят к выводу о том, что основные трудности их реализации при непосредственном использовании результатов измерений, подверженных САП, без их обратных преобразований [1-3], т.е. без приведения их к исходным представлениям, связаны с необходимостью однозначной интерпретации отклонений прогнозируемой оценки вектора состояний от измеренного значения. С позиций математической интерпретации это положение следует записать в следующем аналитическом виде:

откуда естественным образом возникает необходимость введения отображения, переводящего отклонения (⋅) в их требуемые значения ε(⋅), т.е. , которые появляются при нетрадиционном кодировании данных их образами-остатками, полученными в результате сравнений исходных значений слов-измерений X_j(X_j∈y_k) по модулям m_i (3).

Такое отображение представляют в следующем виде:

где - размерность вектора измерений y(k).

Оно позволяет учесть особенности циклического перевода значений измеряемого параметра при вычислении его остатка b_j по модулю m. Введенное отображение отличается простотой и может быть встроено непосредственно в уравнения фильтрации.

Другой вариант преобразований может рассматриваться в отношении модели измерений, общий вид которой должен быть представлен с учетом выполняемых структурно-алгоритмических преобразований (САП):

В этом случае определение отклонения прогнозируемой оценки от измеренного значения будет описываться соотношением

что не требует применения дополнительного отображения, рассмотренного ранее.

Второй вариант позволяет реализовать более лаконичные алгоритмы фильтрации, поскольку обеспечивает возможности использования измерительных данных, подверженных дополнительным структурно-кодовым преобразованиям, в том числе и без использования алгоритмов обратных структурно-алгоритмических преобразований (САП).

Предлагаемое изобретение составляет основу нового подхода к обработке информации, основу которого составляет совместное использование различных технологий обработки информации.

Большие объемы данных и быстро увеличивающиеся скорости передачи информации сопровождаются ухудшением показателей достоверности ее приема в виде вероятностей искажения бит (Р_б). Из-за этого она достаточно часто оказывается не пригодной для последующего использования, например, для анализа причин появления нештатных и аварийных ситуаций или результатов летных испытаний контролируемых объектов. Но в случае нештатных и аварийных ситуаций ее ценность многократно увеличивается: принятая ТМИ является уникальной, прежде всего потому, что повторное ее получение не представляется возможным. В результате причинно-следственные связи, которые привели к нештатным ситуациям и авариям, как правило, остаются нераскрытыми. Анализ такой типичной для существующей практики телеизмерений ситуации осложнен также тем, что в условиях нештатных и аварийных ситуаций значительно ухудшается качество канала связи, в результате чего существенно увеличивается число привнесенным им ошибок. Получается, что чем выше ценность информации, тем хуже ее качество. Такова объективная реальность. Возможность разрешения этого противоречия связана с обнаружением и исправлением ошибок, которые привносит радиоканал, а также с совершенствованием существующих способов обработки информации. Предлагаемый способ позволяет объединить эти два направления совершенствования существующей практики передачи и обработки информации на основе единого научно-методического подхода, связанного с нетрадиционным представлением данных, слов-измерений или сообщений их образами-остатками.

Литература

1. Способ передачи информации, патент RU №2609747, приоритет от 13.08.2017 г..

2. Способ передачи информации и система для его осуществления», патент RU №2586833, приоритет 15.08.2015 г..

3. Способ передачи информации и система для его осуществления», патент RU №2586605, приоритет от 22.03.2013 г..

4. Современная телеметрия в теории и на практике / Учебный курс, Спб.: Наука и Техника, 2007. - 672 с.

5. Торгашев В.А. Система остаточных классов и надежность ЦВМ. М.: Сов. Радио, 1973. 120 с.

6. Акушский И.Я., Юдицкий Д.И. Машинная арифметика в остаточных классах. М.: Сов. Радио, 1968. 140 с.

7. Патент RU №2571584, опубл. 20.12.2015 г., бюл. №35 «Способ передачи телеметрической информации, адаптированный к различным ситуациям, появляющимся при проведении испытаний ракетно-космической техники, и система для его осуществления».

8. Зюко А.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем связи. - М.: Связь, 1972. - 360 с.

9. Кузнецов В.И. Статистическая идентификация. Адаптивная фильтрация. - Промышленные АСУ и контроллеры, 2014, №7. - с. 20-27

Изобретение относится к системам обработки измерительной информации. Технический результат заключается в обеспечении возможностей использования различных способов борьбы с искажениями передаваемой измерительной информации. Для этого представлен способ, выполненный с возможностью: 1) сжатого представления результатов измерений слов-измерений или сообщений <Х_j>₂, представленных при нетрадиционном представлении данных образами-остатками <C_j>₂ =<<b_1j>₂, <b_3j>₂>₂, 2) использования адаптивной нелинейной фильтрации данных измерений, принятых с ошибками, в системе остаточных классов, основная особенность которой связана с тем, что обработке подвергают не только восстановленные значения данных измерений <Х_j>₂, но их образы-остатки <b_1j>₂, <b_2j>₂ и <b_3j>₂, полученные в результате операций, эквивалентных делению исходных данных <Х_j>₂ на модули сравнения m₁ = 2ⁿ -1, m₂ = 2ⁿ и m₃ = 2ⁿ +1. При этом осуществляется мониторинг качества выполненной фильтрации и по его результатам принимают решение об использовании последующих алгоритмов коррекции в зависимости от того, превышают ли определяемые оценки текущей дисперсии установленные для каждого из телеметрируемых параметров значения или нет. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ первичной обработки информации с использованием адаптивной нелинейной фильтрации данных измерений, заключающийся в том, что при приеме N - разрядных двоичных данных, слов-измерений или сообщений, дополнительно закодированных на передающей стороне экономным безызбыточным или малоизбыточным помехоустойчивым кодом <C_j>₂↔<<b_1j>₂, <b_3j>₂>₂, где <b_1j>₂ и<b_3j>₂ - образы-остатки, полученные от деления исходных значений данных, слов-измерений или сообщений X_j на модули сравнения m₁=2ⁿ -1 и m₃=2ⁿ⁺1, соответственно, разделяют N - разрядные двоичные данные, слова-измерения или сообщения <C_j>₂ на n-разрядные составные части меньшей разрядности, представляющие собой их образы остатки <b_1j>₂ и <b_3j>₂, на основе заданной Программы телеизмерений и управляющих сигналов, определяющих заранее предусмотренные режимы вносимых изменений в процесс формирования уплотненного цифрового группового сигнала, осуществляют их восстановление с использованием универсального алгоритма «жесткого» декодирования, обеспечивающего восстановление в исходном виде <X_j^*>₂ с привнесенными каналом связи ошибками <ε_j>₂:<X_j^*>₂=<X_j>₂+<ε_j>₂, где <X_j>₂ - истинные значения переданной последовательности данных (j=1,2,3,… - счетное множество, определяющее условную нумерацию данных, слов - измерений или сообщений, содержащихся в цифровом групповом сигнале независимо от свойств наличия или отсутствия их корреляционной взаимосвязи и на основе работающего под его управлением алгоритма «мягкого» декодирования, обнаруживающего и исправляющего ошибки передачи информации при наличии свойств корреляционной взаимосвязи передаваемых данных, слов-измерений или сообщений), отличающийся тем, что принятые или восстановленные с использованием алгоритмов «жесткого» и «мягкого» декодирования данные, слова-измерения или сообщения вновь, но уже на приемной стороне, представляют их образами остатками b_1j, b_2j и b_3j, полученными в результате сравнений по модулям m₁=2ⁿ -1, m₂=2^n, m₃=2ⁿ⁺1, соответственно, где N=2n - разрядность двоичного кода исходных данных, слов - измерений или сообщений, при этом последующей обработке в виде нелинейной адаптивной фильтрации подвергают не значения самих данных, слов-измерений или сообщений <X_j^*>₂=<X_j>₂+<ε_j>₂, имеющих разрядность представления N=2n традиционным позиционным двоичным кодом, а данные их образов-остатков b_1j, b_2j и b_3j, осуществляют мониторинг качества выполненной фильтрации ошибок измерений в виде оценки дисперсии случайной помехи, присутствующей в телеизмерениях, для каждого из контролируемых телеметрируемых параметров, по результатам мониторинга принимают решение об использовании последующих алгоритмов коррекции восстановленных и обработанных данных, слов-измерений и сообщений в зависимости от того превышают ли определяемые оценки текущей дисперсии установленных для каждого из телеметрируемых параметров значений или нет.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для повышения показателей достоверности принятых и восстановленных данных <X_j^*>₂ = <X_j>₂+<ε_j>₂, связанных с уменьшением числа не обнаруженных и не исправленных ошибок ε_j^/<ε_j, результаты дополнительного помехоустойчивого кодирования <C_j⁽¹⁾>₂ ↔ <<b_1j>₂, <b_3j>₂>₂ данных, слов-измерений и сообщений, повторяют, поменяв местами расположение образов-остатков в новых закодированных данных, словах-измерениях и сообщениях <C_j⁽²⁾>₂ ↔ <<b_3j>₂, <b_1j>₂>₂ и изменив тем самым их позиционные расположение внутри закодированных данных, слов-измерений и сообщений и, как, следствие этого, значения минимального кодового расстояния d_min⁽²⁾<d_min⁽¹⁾ и временные интервалы, определяющие границы выделяемых для обнаружения и исправления ошибок графических фрагментов, внутри которых выполняется групповое свойство равноостаточности, заключающееся в том, что при отсутствии ошибок в данных, словах или сообщениях выполняются следующие условия: C_j⁽¹⁾/d_min⁽¹⁾=Const и C_j⁽²⁾/d_min⁽²⁾=Const.