Введение

Высокое быстродействие современных АЦП и систем сбора данных позволяет проводить скоростную обработку радиометрических сигналов в реальном времени. При этом можно успешно бороться с мощными импульсными помехами, если считывать отсчеты со скоростью на два-три порядка выше необходимой, исходя из двойной ширины спектра полезного сигнала, и отбраковывать отсчеты, превышающие заданный порог. Однако ситуация существенно осложняется, если величина импульсных помех соизмерима или не на много превышает среднестатистическое отклонение отсчетов, обусловленное шумами. В работах Ерухимова и др. (1988; 1990) показана целесообразность использования на РАТАН-600 для радиометров сплошного спектра робастных алгоритмов сжатия наблюдательных данных, устойчивых к воздействию и таких помех. Анализ эффективности различных алгоритмов, приведенный в этих работах, приводит к выводу, что мы имеем дело с альтернативными устремлениями. С одной стороны, обычно применяемое линейное усреднение (эквивалент интегратора со сбросом) позволяет получить минимальную дисперсию оценки среднего для шумового сигнала радиометра с нормальным распределением (т.е. максимальную чувствительность). С другой стороны - ранговые оценки типа медианы устойчивы к "загрязнению" записи импульсными помехами (до 50%), но ведут к потере чувствительности при их отсутствии (в наихудшем случае эффективность оценки среднего по медиане - 0.637). Компромиссная в этом смысле ранговая оценка Ходжеса-Лемана (Hodges, Lehmann 1957), применяемая для постобработки наблюдательного материала на РАТАН-600, имеет эффективность 0.95-0.98 но устойчива к искажению до 25% отсчетов. Что не всегда достаточно. Кроме того, вычисление этой оценки весьма трудоемко, поскольку требует сортировки по выборке значений, составленной из всех возможных сочетаний полусумм исходных отсчетов и самих отсчетов. Это может послужить дополнительным препятствием для работы алгоритма в реальном времени.

Тем не менее выйти из положения компромиссного выбора можно, если сформировать автоматическое правило, выбирающее оптимальный алгоритм по ходу обработки. Это правило удается сформулировать, опираясь на априорные сведения о характере наблюдаемых сигналов и помех. Устройства динамического "помехоподавления", реализованные в виде аппаратных блоков (Горбачев и др. 1987) используются для некоторых радиометров на РАТАН-600 и до настоящего времени. Но аналоговая реализация этих устройств не позволяет заложить современные алгоритмы получения ранговых оценок и приводит к снижению чуствительности радиометров на 10%. Используемые в них пороговые критерии отнюдь не робастны и требуют тонкой инженерной настройки под конкретный радиометр и помеховую обстановку (Горбачев, Данилов 1986), что весьма затруднительно особенно при организации длительных и непрерывных наблюдений, когда дополнительное вмешательство в процесс получения данных крайне нежелательно.

В данной главе предлагается метод цифрового интегрирования с адаптивным выбором оптимального алгоритма работы в условиях помех, обладающий робастными свойствами.