Кумулянтний виявляч негаусових сигналів на фоні негаусових завад

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347024060037

Ключові слова:

негаусові сигнали, кумулянтні методи, виявлення негаусових сигналів, енергетичне виявлення сигналів, чутливість і достовірність виявлення

Анотація

У роботі введено означення кумулянтного виявляча довільного порядку негаусових сигналів на фоні негаусових завад і визначено його коефіцієнт чутливості. Проаналізовано залежності коефіцієнта чутливості від відношення сигнал/завада і відношення кумулянтних коефіцієнтів сигналу і завади, та визначено загальні умови, за яких кумулянтний виявляч даного порядку є більш чутливим за кумулянтний виявляч іншого порядку. Зокрема, порівняно чутливості кумулянтних виявлячів довільних порядків з чутливістю енергетичного виявляча, який є кумулянтним виявлячем другого порядку. Визначено достовірність кумулянтного виявляча як ймовірність правильного виявлення сигналу, яка залежить від об’єму вибірки, параметрів розподілу сигналу та завади, імовірності помилки першого роду. Розглянуто приклад теоретичного та експериментального аналізу чутливості й достовірності кумулянтного виявляча для випадку, коли і завада і сигнал мають розподіли Стьюдента з різними параметрами форми. Для експериментальної перевірки чутливості й достовірності кумулянтних виявлячів другого та четвертого порядків проведено комп’ютерне моделювання реалізацій завади, сигналу та їх суміші, отримано оцінки коефіцієнтів чутливості, оцінки ймовірності правильного виявлення сигналу та їх відносні помилки.

Посилання

Г. П. Жигальский, Флуктуации и Шумы в Электронных Твердотельных Приборах. Москва: Физматлит, 2012.

О. И. Шелухин, Негауссовские Процессы в Радиотехнике. Москва: Радио и связь, 1999.

E. J. Wegman, S. C. Schwartz, J. B. Thomas, Eds., Topics in Non-Gaussian Signal Processing. New York, NY: Springer New York, 1989, doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4613-8859-3.

Ю. А. Кропотов, В. А. Ермолаев, Моделирование и Методы Исследований Акустических Сигналов, Шумов и Помех в Системах Телекоммуникаций. Москва-Берлин: Директ-Медиа, 2016.

Г. А. Бигус, Ю. Ф. Даниев, Н. А. Быстрова, Д. И. Галкин, Основы Диагностики Технических Устройств и Сооружений. Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018.

R. M. Rangayyan, S. Krishnan, Biomedical Signal Analysis, 3rd ed. Wiley-IEEE Press, 2024, uri: https://www.wiley.com/en-ae/Biomedical+Signal+Analysis%2C+3rd+Edition-p-9781119825852.

А. Н. Малахов, Кумулянтный Анализ Случайных Негауссовых Процессов и Их Преобразований. Москва: Советское радио, 1978.

R. A. J. Müller, A. M. von Benda-Beckmann, M. B. Halvorsen, M. A. Ainslie, “Application of kurtosis to underwater sound,” J. Acoust. Soc. Am., vol. 148, no. 2, pp. 780–792, 2020, doi: https://doi.org/10.1121/10.0001631.

В. С. Берегун, О. І. Красильніков, “Дослідження чутливості коефіцієнта ексцесу діагностичних сигналів для контролю стану електротехнічного обладнання,” Технічна електродинаміка, vol. 2017, no. 4, pp. 79–85, 2017, doi: https://doi.org/10.15407/techned2017.04.079.

T. S. Mohammed, M. Rasheed, M. Al-Ani, Q. Al-Shayea, F. Alnaimi, “Fault diagnosis of rotating machine based on audio signal recognition system: an efficient approach,” Int. J. Simul. Syst. Sci. Technol., vol. 21, no. 1, pp. 8.1-8.8, 2020, doi: https://doi.org/10.5013/IJSSST.a.21.01.08.

А. И. Красильников, В. С. Берегун, Т. А. Полобюк, Кумулянтные Методы в Задачах Шумовой Диагностики Теплоэнергетического Оборудования. Киев: Освита Украины, 2019.

Ю. П. Кунченко, “Ч. 1. Стохастические полиномы, их свойства и применения для нахождения оценок параметров,” in Полиномиальные Оценки Параметров Близких к Гауссовским Случайных Величин, Черкассы: ЧИТИ, 2001, p. 133.

A. Krasilnikov, V. Beregun, O. Harmash, “Analysis of estimation errors of the fifth and sixth order cumulants,” in 2019 IEEE 39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2019, pp. 754–759, doi: https://doi.org/10.1109/ELNANO.2019.8783910.

А. И. Красильников, В. С. Берегун, “Анализ ошибок оценивания коэффициентов асимметрии и эксцесса процессов Бунимовича-Райса с экспоненциально-степенной формой импульсов,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 63, no. 8, pp. 509–520, 2020, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347020080051.

V. Beregun, A. Krasilnikov, “The use of cumulant methods for distinction of diagnostic signals with gamma distribution,” in 2020 IEEE 40th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2020, pp. 741–746, doi: https://doi.org/10.1109/ELNANO50318.2020.9088804.

D. Smirnov, E. Palahina, V. Palahin, “Mathematical modeling of signal detection in non-Gaussian correlated noise,” in Smart Technologies in Urban Engineering. STUE 2022. Lecture Notes in Networks and Systems, 2023, pp. 65–74, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-20141-7_7.

S. Zabolotnii, O. Tkachenko, Z. L. Warsza, “Polynomial maximization method for estimation parameters of asymmetric non-Gaussian moving average models,” in Automation 2023: Key Challenges in Automation, Robotics and Measurement Techniques. AUTOMATION 2023. Lecture Notes in Networks and Systems, 2023, pp. 223–231, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-25844-2_21.

H. L. Van Trees, K. L. Bell, Z. Tian, Detection Estimation and Modulation Theory, Part I: Detection, Estimation, and Filtering Theory. Wiley, 2013, uri: https://www.wiley.com/en-es/Detection+Estimation+and+Modulation+Theory,+Part+I:+Detection,+Estimation,+and+Filtering+Theory,+2nd+Edition-p-9780470542965.

T. Kailath, H. V. Poor, “Detection of stochastic processes,” IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 44, no. 6, pp. 2230–2231, 1998, doi: https://doi.org/10.1109/18.720538.

Б. И. Шахтарин, Обнаружение Сигналов. Москва: Горячая линия-Телеком, 2015.

S. Shi, H. Zeng, H. Yue, C. Ye, J. Li, “DOA estimation for non-Gaussian signals: three-level nested array and a successive SS-MUSIC algorithm,” Int. J. Antennas Propag., vol. 2022, pp. 1–14, 2022, doi: https://doi.org/10.1155/2022/9604664.

C. Li, Z. Zhou, C. Wen, Z. Li, “Fault detection of non-Gaussian and nonlinear processes based on independent slow feature analysis,” ACS Omega, vol. 7, no. 8, pp. 6978–6990, 2022, doi: https://doi.org/10.1021/acsomega.1c06649.

D. N. Reddy, Y. Ravinder, “Spectrum sensing in non-Gaussian noise,” Indian J. Sci. Technol., vol. 14, no. 32, pp. 2596–2606, 2021, doi: https://doi.org/10.17485/IJST/v14i32.1034.

Y. Chen, “Improved energy detector for random signals in Gaussian noise,” IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 9, no. 2, pp. 558–563, 2010, doi: https://doi.org/10.1109/TWC.2010.5403535.

V. Kostylev, I. Gres, “Characteristics of p-norm signal detection in Gaussian mixture noise,” IEEE Trans. Veh. Technol., vol. 67, no. 4, pp. 2973–2981, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/TVT.2017.2762244.

H. Cramér, Mathematical Methods of Statistics. Princeton, NJ: Princeton University Press, 1999.

A. Stuart, J. K. Ord, Kendall’s Advanced Theory of Statistics, Volume 1: Distribution Theory, 6th ed. New Jersey: Wiley, 2010, uri: https://www.wiley.com/en-us/Kendall%27s+Advanced+Theory+of+Statistics%2C+Volume+1%2C+Distribution+Theory%2C+6th+Edition-p-9780470665305.

Графіки коефіцієнтів чутливості при M = 1/2

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-06-26

Як цитувати

Красильніков, О. І., & Берегун, В. С. (2024). Кумулянтний виявляч негаусових сигналів на фоні негаусових завад. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 67(6), 360–372. https://doi.org/10.20535/S0021347024060037

Номер

Том 67 № 6 (2024)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

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.