Оценивание интенсивности шумоподобного сигнала при наличии некоррелированных импульсных помех

Автор(и)

  • Андрей Б. Лозинский Физико-механический институт им. Г. В. Карпенко Национальной Академии наук Украины, Україна
  • Игорь М. Романишин Физико-механический институт им. Г. В. Карпенко Национальной Академии наук Украины, Україна https://orcid.org/0000-0001-6753-5243
  • Богдан П. Русын Физико-механический институт им. Г. В. Карпенко Национальной Академии наук Украины, Україна https://orcid.org/0000-0001-8654-2270

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347019050030

Ключові слова:

шумоподобный сигнал, аддитивная некоррелированная импульсная помеха, оценивание параметров случайного сигнала, робастный метод, нелинейная фильтрация

Анотація

Одной из актуальных и нерешенных задач обработки зашумленных сигналов, которые характеризуются наличием импульсных помех, является эффективная фильтрация этих сигналов. Предложен робастный подход к оцениванию интенсивности шумоподобного сигнала при наличии аддитивных некоррелированных импульсных помех. Наличие аддитивных некоррелированных импульсных помех приводит к возрастанию дисперсии зарегистрированного сигнала на отдельных участках с импульсными помехами. Робастность оценивания интенсивности достигается путем уменьшения влияния участков с импульсными помехами. Разработан ряд методов нелинейной фильтрации на основе детектирования интенсивности с использованием нижней огибающей: двухпараметрический рекурсивный фильтр, дилации, на основе ограничения производной и порядковых статистик. Путем численного моделирования проведено их сравнение с известными наиболее распространенными методами. Численное моделирование подтвердило эффективность предложенного подхода для оценивания интенсивности шумоподобного сигнала при наличии аддитивных некоррелированных импульсных помех. Разработанные методы могут быть применены для обработки сигналов в средствах связи, измерительной технике, радиоастрономии, а также для обработки изображений.

Посилання

Chakrabarty, A. “Large deviations for truncated heavy-tailed random variables: a boundary case,” Indian J. Pure Appl. Math., Vol. 48, No. 4, p. 671-703, 2017. DOI: https://doi.org/10.1007/s13226-017-0250-7.

Nayar, V.; Kampouris, I.; Sivitos, S. “Outliers: The dangers of not being one of the pack,” J. Investing, Vol. 26, No. 4, р. 165-179, 2017. DOI: https://doi.org/10.3905/joi.2017.26.4.165.

Kim, J.; Lee, S. “A convenient approach for penalty parameter selection in robust lasso regression,” Commun. Statistical Applications Methods, Vol. 24, No. 6, p. 651-662, 2017. DOI: https://doi.org/10.29220/CSAM.2017.24.6.651.

Atkinson, A. C.; Corbellini, A.; Riani, M. “Robust Bayesian regression with the forward search: theory and data analysis,” TEST, Vol. 26, No. 4, p. 869-886, 2017. DOI: https://doi.org/10.1007/s11749-017-0542-6.

Duque-Pintor, F. J.; Fernandez-Gomez, M. J.; Troncoso, A.; Martinez-Alvarez, F. “A new methodology based on imbalanced classification for predicting outliers in electricity demand time series,” Energies, Vol. 9, No. 9, p. 752-761, 2016. DOI: https://doi.org/10.3390/en9090752.

Горяинов, В. Б.; Горяинова, Е. Р. “Влияние аномальных наблюдений на оценку наименьших квадратов параметра авторегрессионного уравнения со случайным коэффициентом,” Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Естественные науки, № 2, С. 16-24, 2016. DOI: http://doi.org/10.18698/1812-3368-2016-2-16-24.

Shevlyakov, G.; Lyubomishchenko, N.; Smirnov, P. A. “A few remarks on robust estimation of power spectra,” Austrian J. Statistics, Vol. 43, No. 4, p. 237-245, 2014. DOI: https://doi.org/10.17713/ajs.v43i4.42.

Kosarevych, R. J.; Rusyn, B. P.; Korniy, V. V.; Kerod, T. I. “Image segmentation based on the evaluation of the tendency of image elements to form clusters with the help of point field characteristics,” Cybernetics Systems Analysis, Vol. 51, No. 5, p. 704-713, 2015. DOI: https://doi.org/10.1007/s10559-015-9762-5.

Rusyn, B.; Lutsyk, O.; Lysak, Y.; Lukenyuk, A.; Pohreliuk, L. “Lossless image compression in the remote sensing applications,” Proc. of 2016 IEEE First Int. Conf. on Data Stream Mining & Processing, DSMP, 23-27 Aug. 2016, Lviv, Ukraine. IEEE, 2016, p. 195-198. DOI: https://doi.org/10.1109/DSMP.2016.7583539.

Paliy, I.; Sachenko, A.; Kurylyak, Y.; Boumbarov, O.; Sokolov, S. “Combined approach to face detection for biometric identification systems,” Proc. of 5th IEEE Int. Workshop on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications, 21-23 Sept. 2009, Rende, Italy. IEEE, 2009, p. 434-439. DOI: https://doi.org/10.1109/IDAACS.2009.5342946.

Fisher, R. A. “On the mathematical foundations of theoretical statistics,” Phil. Trans. R. Soc. A, Vol. 222, p. 594-604, 1922. DOI: https://doi.org/10.1098/rsta.1922.0009.

Bickel, P. J.; Lehmann, E. L. “Descriptive statistics for nonparametric models. III. Dispersion,” The Annals Statistics, Vol. 4, No. 6, p. 1139-1158, 1976. URI: https://www.jstor.org/stable/2958585.

Stigler, S. M. “The changing history of robustness,” The Am. Statistician, Vol. 64, No. 4, p. 277-281, 2010. DOI: https://doi.org/10.1198/tast.2010.10159.

Atkinson, A.; Riani, M. “Introduction to Robust Statistics,” Proc. of 8th Int. Conf. of the ERCIM WG on Computational and Methodological Statistics, 12-14 Dec. 2015, Senate House, UK. URI: http://cmstatistics.org/CMStatistics2015/docs/WinterCourseAR_Regression.pdf?20180201194816.

Neykov, N. M. “Robust statistical modelling through trimming,” PhD Dissertation. Sofia, 2016.

Koller, M.; Machler, M. “Definitions of y-functions available in robustbase,” The Comprehensive R Archive Network, 2017. URI: https://cran.r-project.org/web/packages/robustbase/vignettes/psi_functions.pdf.

Croux, C.; Dehon, C. “Robust estimation of location and scale,” in El-Shaarawi, A. H.; Piegorsch, W. W. (eds.) Encyclopedia of Environmetrics. John Wiley & Sons Ltd: Chichester, UK, 2013.

Leys, Christophe; Ley, Christophe; Klein, Olivier; Bernard, Philippe; Licataa, Laurent. “Detecting outliers: Do not use standard deviation around the mean, use absolute deviation around the median,” J. Experimental Social Psychology, Vol. 49, No. 4, p. 764-766, 2013. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jesp.2013.03.013.

Tyler, D. E. “A short course on robust statistics,” The State University of New Jersey. URI: http://www.rci.rutgers.edu/~dtyler/ShortCourse.pdf.

Gandhi, M. A.; Mili, L. “Robust Kalman filter based on a generalized maximum-likelihood-type estimator,” IEEE Trans. Signal Processing, Vol. 58, No. 5, p. 2509-2520, 2010. DOI: https://doi.org/10.1109/TSP.2009.2039731.

Леховицкий, Д. И. “Адаптивные решетчатые фильтры для систем пространственно-временной обработки нестационарных гауссовых процессов,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 61, № 11, С. 607-642, 2018. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347018110018.

Продеус, А. Н.; Дидковский, В. С. “Объективное оценивание качества алгоритмов радикального шумоподавления,” Известия вузов. Радиоэлектроника, Т. 59, № 11, С. 37–46, 2016. DOI: https://doi.org/10.20535/S0021347016110042.

Yang, Y. “A signal theoretic approach for envelope analysis of real-valued signals,” IEEE Access, Vol. 5, p. 5623-5630, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2017.2688467.

“Прогнозирование временных рядов при помощи экспоненциального сглаживания,” 2011. URI: https://www.mql5.com/ru/articles/318.

Serra, J.; Vincent, L. “An overview of morphological filtering,” Circuits Systems Signal Process., Vol. 11, No. 1, р. 47-108, 1992. DOI: https://doi.org/10.1007/BF01189221.

Айвазян, С. А.; Енюков, И. С.; Мешалкин, Л. Д. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных. М.: Финансы и статистика, 1983. 471 с.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-05-27

Як цитувати

Лозинский, А. Б., Романишин, И. М., & Русын, Б. П. (2019). Оценивание интенсивности шумоподобного сигнала при наличии некоррелированных импульсных помех. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 62(5), 265–275. https://doi.org/10.20535/S0021347019050030

Номер

Том 62 № 5 (2019)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.