CC BY
42
УДК 681.5:645.93
НА. ГАЛАНИНА, Н.Н. ИВАНОВА, М.В. СПИРИДОНОВ ОТКАЗОУСТОЙЧИВЫЙ ФИЛЬТР МАРКОВСКИХ СИГНАЛОВ
Ключевые слова: система остаточных классов, марковский сигнал, отказоустойчивый фильтр.
Рассмотрено построение отказоустойчивого фильтра марковских сигналов. Этот фильтр позволяет обнаруживать и устранять отказ в одном из каналов обработки сигналов в системе остаточных классов (СОК).
N.A. GALANINA, N.N. IVANOVA, M.V. SPIRIDONOV THE FAILURE-SAFE FILTER OF THE MARKOV SIGNALS Key words: system of residual classes, Markov signal, failure-safe filter.
The construction of the failure-resistant filter of Markov signals is examined. This filter makes it possible to reveal and to remove failure in one of the channels ofprocessing signals in the system of residual classes.
В [3] приведена обобщенная схема оптимального устройства обработки марковских сигналов в СОК. Данное устройство можно модифицировать, используя свойства отказоустойчивости СОК [2].
Отказоустойчивая СОК имеет дополнительный канал, который называется контрольным.
Рассмотрим систему оснований СОК: NV >.. .> NS >.. .> N2 > N1. Эта система полностью перекрывает возможный диапазон изменения сигнала
V
P=nNS >Pmax Введем (у+1)-й контрольный канал, который обозначим через k.
s=1
Это разбивает входную последовательность на (v+1) канал обработки данных. Разрядность чисел RS в каждом из каналов определяется выбранной системой
модулей NS, S = i, v + i, v + 1 = k ; RS =]log2 NS[. Система модулей должна быть упорядочена: Nk>NV>...>N2>N1. Объем полной системы равен
V +1
Nп =ПNs .
s=1
На рис. 1 приведена структурная схема отказоустойчивого оптимального фильтра сигналов, аппроксимированных двухсвязной цепью Маркова, на рис. 2 - схема блока обнаружения отказов и на рис. 3 - схема блока выбора правильного числа.
Цифровой фильтр содержит АЦП, блоки определения вычетов входного сигнала (Ш-N^ S= 1, 2, ..., v, k), спецпроцессоры (СП), обеспечивающие заданный алгоритм, блоки обнаружения отказов (ОО* S= 1, 2, ..., v, k) и блок выбора правильного числа (ВПЧ).
Блок обнаружения отказов (ОО) содержит постоянные запоминающие устройства (ПЗУ1, ..., ПЗУ,, ..., ПЗУп); регистры (RG1, , ..., RGU ..., RGn и RGn, RGa); сумматор (SUM) по модулю NS и схему сравнения (COMP).
Блок выбора правильного числа содержит логические схемы «И»; логические схемы «ИЛИ»; мультиплексор (MUX) и инвертор.
Отказоустойчивый ЦФ марковских сигналов работает следующим образом. С выходов сумматоров остатки r1, r2,..., rV, rk подаются на блоки обнаружения отказов (ОО1, ОО2, ., ООV, ООk) (см. рис. 1). При этом на блок ОО1 не подается r1, на блок ОО2 - r2, ., на блок ООS - rS, ., на блок ООЧ, - rV, на блок ОО^^ - rk.
В блоке обнаружения отказов (рис. 3) постоянные запоминающие устройства ПЗУ1, ПЗУЪ ПЗУП хранят предварительно вычисленные значения ^-й
пр°екции: А5 = + г2С1 +... + _1^,^_1 + г,+1^+1 +... + + гк°!)т°&М8 .
Рис. 1. Структурная схема отказоустойчивого оптимального фильтра сигналов, аппроксимированных двухсвязной цепью Маркова
Рис. 2. Блок обнаружения отказов в ЦФ
Рис. 3. Блок выбора правильного решения
Так как суммарная разрядность rs , S = i, v +1 велика, в ПЗУ хранятся попарно частичные слагаемые проекции As. Они записываются в регистры RG1, RG2, ., RGn, откуда поступают в сумматор SUM синхросигналами Т, подаваемыми от общесистемного блока управления через время, равное времени сложения в сумматоре SUM по модулю MS . Число AS, образованное в сумматоре SUM, сравнивается в схеме сравнения COMP с числом N, хранимым в регистре RGN. Если As < P, то выходной сигнал схемы сравнения Cs = 1, если же As > P, то Cs = 0. С выхода схемы сравнения Cs подается на регистр RGA и на соответствующий вход логической схемы «И» блока правильного числа. Если А - правильное число, то C1 = C2 = .... = CV = Ck = 1. Результат на выходе системы «И» блока правильного числа равен 1, он подается на управляющий вход мультиплексора MUX, на выходе которого получаем число Ak = A, поданное от проекционного выхода блока ОО^ считывается на выход ЦФ. Если в каком-то канале произошел сбой, то один из сигналов CS равен нулю, следовательно, и выходной сигнал схемы «И» блока ВПЧ будет равен нулю. Тогда на выходе мультиплексора MUX получаем число со схем «ИЛИ» блока правильного числа, а с управляющего выхода инвертора сигнал
C = C1 л C2 л.... л CV л Ck = 1 считывается по цепи обратной связи из блока выбора правильного числа (ВПЧ) на управляющие входы блоков обнаружения отказов (ОО,у) и открывает регистр RGA по второму управляющему входу. При этом откроется регистр RGA того блока обнаружения отказов, в котором As < P (все остальные Д > P) и Cs = 1. В этом случае через открытый регистр RGa считывается правильное число A(s) по выходу правильного числа. Выходы правильного числа соединены со схемой «ИЛИ» блока правильного числа, через которую число A(S)=A подается на мультиплексор MUX. Выход мультиплексор является выходом цифрового фильтра.
Таким образом, в системе счисления с контрольным основанием Nk обнаруживается и устраняется любой отказ, если он произошел в одном из каналов. Фильтр становится устойчивым к отказам, что способствует повышению надежности его работы.
Литература
1. Акушский И.Я. Машинная арифметика в остаточных классах / И.Я. Акушский, Д.И. Юдиц-кий. М.: Сов. радио, 1968. 440 с.
2. Галанина Н.А. Помехоустойчивость, конфиденциальность и отказоустойчивость сообщений в абонентских системах непозиционного тина / Н.А. Галанина, Н.Н. Иванова // Вестник Чувашского университета. 200l. № 2. С. 161-166.
3. Иванова Н.Н. Оптимальная фильтрация сигналов, аппроксимированных цепями Маркова / Н.Н. Иванова // Вестник Чувашского университета. 2005. № 2. С. 202-201.
4. Лебедев Е.К. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов / Е.К. Лебедев. Красноярск: Изд-во Краснояр. ун-та, 1989. 192 с.
5. Лебедев Е.К. Непозиционные фильтры / Е.К. Лебедев. Йошкар-Ола: Экседарт, 1991. 81 с.
ГАЛАНИНА Н.А. См. с. 173.
ИВАНОВА НАДЕЖДА НИКОЛАЕВНА родилась в 1976 г. Окончила Чувашский государственный университет. Заведующая лабораторией информационных средств обучения Чувашского университета. Область научных интересов - цифровая обработка сиг-
налов; вычислительные методы; информационные средства обучения. Автор 19 научных публикаций.
СПИРИДОНОВ МИХАИЛ ВАЛЕРИЕВИЧ родился в 1984 г. Окончил Чувашский государственный университет. Аспирант кафедры математического и аппаратного обеспечения информационных систем Чувашского университета. Область научных интересов - цифровая обработка сигналов в системе остаточных классов. Автор 1 научной публикации.
