Кіріспе

Сигналдарды өңдеудегі зерттеулер саласы Массивтік өңдеу – сигналдарды өңдеу саласындағы зерттеулердің кең ауқымы, ол 1 өлшемді сызықтық массивтердің ең қарапайым түрінен 2 және 3 өлшемді массивтік геометрияларға дейін созылады. Массивтік құрылымды кеңістіктегі бөлек сенсорлар жиынтығы ретінде анықтауға болады, мысалы, радиоантенналар және сейсмикалық массивтер. Белгілі бір мәселе үшін қолданылатын сенсорлар, мысалы, микрофондар, акселерометрлер және телескоптар, әртүрлі болуы мүмкін. Алайда, көптеген ұқсастықтар бар, олардың ең негізгісі толқын таралуы туралы болжам болуы мүмкін. Толқын таралуы – бұл кеңістіктегі бөлек сенсорлардан алынған сигналдың жүйелік байланысы. Толқын таралудың физикалық моделін немесе машиналық оқыту қолданбаларында оқу деректерінің жиынтығын құру арқылы кеңістіктегі бөлек сенсорлардан алынған сигналдар арасындағы қатынастарды көптеген қолданбалар үшін пайдалануға болады. Массивтік өңдеу әдістерімен шешілетін кейбір жалпы мәселелер: энергия сәулелену көздерінің саны мен орналасуын анықтау, сигнал мен шудың арақатынасын (SNR) немесе «сигнал мен кедергіге қосылған шудың арақатынасын (SINR)» күшейту, қозғалмалы көздерді қадағалау.

Массивтік өңдеу көрсеткіштері көбінесе шулы ортада бағаланады. Шудың моделі кеңістіктегі үйлесімсіз шудың немесе бірдей таралу физикасын ұстанатын кедергі келтіретін сигналдардың бірі болуы мүмкін. Эстимация теориясы – сигналдарды өңдеу саласындағы маңызды және негізгі бөлігі, ол жүйедегі бірнеше параметрлердің мәндерін кездейсоқ компоненті бар өлшенген/эмпирикалық деректерге негізделіп бағалауды қажет ететін бағалау мәселесімен айналысады. Қолданбалардың саны өскен сайын, уақыттық және кеңістіктік параметрлерді бағалау маңыздырақ болады. Массивтік өңдеу соңғы онжылдықтарда белсенді сала ретінде пайда болды және нақты бағалау міндетін орындау үшін әртүрлі сенсорлардан (антенналардан) алынған деректерді пайдалану және біріктіру қабілетіне негізделді (кеңістіктік және уақытша өңдеу). Жиналған деректерден алынатын ақпаратқа қоса, бағалау міндетін орындау үшін сенсорлық массивтің геометриясы туралы алдын ала білімінің артықшылығын пайдаланады. Массивтік өңдеу радар, сонар, сейсмикалық барлау, кедергіге қарсы және сымсыз байланыста қолданылады. Массивтік өңдеуді сенсорлар массивімен бірге пайдаланудың басты артықшылықтарының бірі – кішігірім аяқ іздері. Массивтік өңдеумен байланысты мәселелерге пайдаланылатын көздердің саны, олардың келу бағыты және олардың сигнал толқын формалары кіреді. Массивтік өңдеуде төрт болжам бар. Бірінші болжам – изотроптық және дисперсиялық емес ортаның барлық бағыттарында біркелкі таралуы. Екінші болжам – алыстағы өрісті массивтік өңдеу үшін таралу радиусы массивтің мөлшерінен әлдеқайда үлкен және жазықтық толқын таралуы бар. Үшінші болжам – нөлдік орташа ақ шу және сигнал бар, бұл корреляцияның жоқтығын көрсетеді. Соңғысы, қосқыш жоқ және калибрлеу өте жақсы. NORSAR – 1968 жылы Норвегияда құрылған тәуелсіз геоғылыми зерттеу мекемесі. NORSAR бұған дейін жер сілкінісін өлшеу үшін массивтік өңдеумен жұмыс істеген. Қазіргі уақытта олар әлемдегі 50 негізгі және 120 қосалқы сейсмикалық станциялардан тұратын Халықаралық мониторинг жүйесін әзірлеуде. NORSAR тек Норвегияда ғана емес, бүкіл әлемде сейсмикалық белсенділікті бақылауды жақсарту үшін массивтік өңдеуді жақсарту бойынша жұмыс жүргізіп жатыр.

Байланыс (сымсыз)
Байланысты екі немесе одан да көп тараптар арасындағы ақпарат алмасу процесі деп анықтауға болады. Соңғы 20 жыл ішінде сымсыз байланыс жүйелерінің жылдам өсімі байқалады. Бұл жетістік байланыс теориясының жетістіктері мен төмен қуатты үнемдеуді жобалау процесінің нәтижесі. Жалпы, байланыс (телекоммуникация) технологиялық құралдармен электрлік сигналдар (сымдық байланыс) немесе электромагниттік толқындар (сымсыз байланыс) арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Антенна массивтері классикалық уақыт пен жиілік өлшемдеріне қоса кеңістіктік өлшемді пайдалану арқылы спектрлік пайдалану тиімділігін арттыру және сымсыз байланыс жүйелерінің дәлдігін арттыру үшін қолдаушы технология ретінде пайда болды. Массивтік өңдеу және бағалау әдістері сымсыз байланыста қолданылған. Соңғы онжылдықта бұл әдістер сымсыз байланыс саласындағы көптеген мәселелерді шешу үшін идеалдық кандидаттар ретінде қайта зерттелді. Сымсыз байланыста жүйенің сапасы мен жұмыс істеуіне әсер ететін мәселелер әр түрлі көздерден туындауы мүмкін. Көп пайдаланушылы орталы көп қатынас және көп жолды сигнал таралуы сымсыз арналардағы көп шашырау жолдары – сымсыз байланыста (ұялы байланыс) ең көп тараған байланыс модельдерінің бірі. Көп пайдаланушылы байланыс ортасында пайдаланушылардың болуы жүйе сапасы мен жұмыс істеуіне кері әсер ететін пайдаланушылар аралық кедергілер мүмкіндігін арттырады. Ұялы байланыс жүйелерінде көп жолды мәселе базалық станциялар шешуі керек негізгі мәселелердің бірі. Базалық станциялар кеңістіктік әртүрлілікті күшті айырыққа қарсы күресу үшін пайдаланады. Базалық станциялар бір уақытта бір пайдаланушыға бағытталған бірнеше элементтен тұратын антенна массивін пайдаланады, басқа пайдаланушылардан кедергіні болдырмайды.

Медициналық қолданбалар
Массивтік өңдеу әдістері медициналық және өнеркәсіптік қолданбалардан көп назар аударды. Медициналық қолданбаларда, медициналық бейнелеу саласы массивтік өңдеуді пайдаланатын негізгі салалардың бірі болды. Массивтік өңдеуді пайдаланатын басқа медициналық қолданбалар: ауруларды емдеу, ішкі органдардың жағдайы туралы ақпаратты қамтитын толқын формаларын қадағалау, мысалы, жүрек, биомагниттік сенсорлар массивтерін пайдалану арқылы мидың белсенділігін анықтау және талдау.

Массивтік өңдеу сөйлеуді жақсарту үшін
Сөйлеуді жақсарту және өңдеу массивтік өңдеудің жаңа дәуірінің әсер еткен тағы бір саласын білдіреді. Көптеген акустикалық фронт-энд жүйелері толық автоматтандырылған жүйелерге айналды (мысалы, телефондар). Алайда, бұл жүйелердің жұмыс ортасы басқа акустикалық көздердің қоспасын қамтиды; сыртқы шулар және динамик сигналдарының акустикалық байланыстары қажетті сөйлеу сигналын басып тастайды және әлсіретеді. Бұл сыртқы көздерге қоса, динамик пен микрофондар арасындағы салыстырмалы қашықтыққа байланысты қажетті сигналдың күші төмендейді. Массивтік өңдеу әдістері сөйлеу өңдеуде шу мен эхоны сөйлеу сигналының сапасын нашарлатпай және кері әсер етпей басу үшін жаңа мүмкіндіктер ашты. Жалпы, массивтік өңдеу әдістерін сөйлеу өңдеуде есептеу қуатын (есептеулер саны) азайту және жүйенің сапасын (тиімділігін) арттыру үшін пайдалануға болады. Сигналды суб-диапазондардың қосындысы ретінде көрсету және суб-диапазондық сигналдар үшін бекіту сүзгілерін бейімдеу қажет есептеу қуатын азайтуға және жоғары өнімді жүйеге әкелуге мүмкіндік береді. Көп кіріс арналарына сүйену бір арнаны пайдаланатын жүйелермен салыстырғанда жоғары сапалы жүйелерді жобалауға мүмкіндік береді және көзді анықтау, қадағалау және бөлу сияқты бір арнаны пайдаланғанда мүмкін емес мәселелерді шешеді.

Массивтік өңдеу астрономиялық қолданбаларда
Астрономиялық орта сыртқы сигналдар мен шулардың қоспасын қамтиды, бұл қажетті сигналдардың сапасына әсер етеді. Астрономияда массивтік өңдеудің көптеген қолданбалары бейнелеумен байланысты. Бір арнаны пайдаланғанда қол жеткізе алмайтын жоғары сапаны алу үшін массив пайдаланылады. Бейне сапасының жоғары деңгейі сандық талдауды жеңілдетеді және басқа толқын ұзындықтарындағы бейнелермен салыстыруға мүмкіндік береді. Жалпы, астрономиялық массивтерді екі классқа бөлуге болады: сәуле түзету класы және корреляция класы. Сәуле түзету – сигнал п...

Мысал: кеңістікті сүзгілеу

Радиоастрономияда түнгі аспандағы мағыналы объектілер мен құбылыстарды анықтау және бақылау үшін радиожиіліктік кедергілерді жою қажет.

Қорытынды

Массивтік өңдеу техникасы сигналдарды өңдеуде маңызды жаңалықты білдіреді. Массивтік өңдеу әдістерін қолдану арқылы шешілетін көптеген қосымшалар мен мәселелер ұсынылған. Осы қосымшаларға қоса, келесі бірнеше жылда массивтік сигнал өңдеудің бір түрін қамтитын қосымшалардың саны арта түседі. Өнеркәсіптік ортада автоматтандырудың кеңінен таралуымен массивтік өңдеудің маңыздылығы артады деп күтілуде, сондай-ақ цифрлық сигнал өңдеудегі және цифрлық сигнал өңдеу жүйелеріндегі жаңа жетістіктер кейбір бағалау әдістерінің жоғары есептеу талаптарын қанағаттандыруға көмектеседі. Осы мақалада массивтік өңдеудің маңыздылығын массивтік өңдеу әдістерін қамтитын ең маңызды қосымшаларды тізімдеу арқылы көрсеттік. Біз массивтік өңдеудің спектрлік және параметрлік негізделген тәсілдерге бөлінуін қысқаша сипаттадық. Ең маңызды алгоритмдер қарастырылды, олардың артықшылықтары мен кемшіліктері түсіндіріліп, талқыланды.