Преобразование сигналов в информационной системе комплекса отслеживания движущихся объектов

Область, в которой движутся интересующие нас объекты, оснащена множеством датчиков, реагирующих на перемещение объекта заданной величины. В их задачу входит сбор информации, ее преобразование к цифровому виду и передача на следующий уровень. Для обеспечения наибольшей эффективности необходимо осуществить преобразование информации и передачу ее в сжатом виде. Поэтому возникает задача выбора метода преобразования информации.

Основными методами такого преобразования являются:

- дискретное преобразование Фурье; быстрое преобразование Фурье (БПФ);

- преобразование Уолша-Фурье;

- дискретное преобразование Уолша (ДПУ).

Исходя из предельного анализа представляется целесообразным применять в датчиках процедуру быстрого преобразования Уолша, оно в силу своей простоты допускает аппаратную реализацию, способную выполнять преобразование в режиме реального времени.

Преобразование Уолша можно выразить в матричном виде. Уравнение (1) определяет прямое преобразование Уолша, а уравнение (2) - обратное преобразование.

 

(1)

(2)

Здесь: - вектор-столбец коэффициентов Уолша-Фурье;

- матрица Адамара порядка N;

- транспонированная матрица Адамара;

- вектор-столбец средних значений сигнала на участках длиной :

(3)

- вектор-столбец значений восстановленного сигнала на двоичных участках .

Дискретное преобразование Уолша (ДПУ) отличается от рассмотренного выше преобразования Уолша-Фурье тем, что вместо вектора средних значений сигнала используется вектор-столбец выборочных значений . Обычно, выборка берется в середине интервала.

ДПУ в матричной форме записывается аналогично (1) и (2):

(4)

(5)

Полученная информация обрабатывается и передается на пульт управления. Возникает проблема, чтобы из всей полученной информации оператор мог сделать вывод и принять правильное решение.

В полном объеме информация не в состоянии быть обработана, поэтому предлагается введение промежуточного звена – концентратора.

Концентратор представляет собой рабочую станцию на базе IBM PС – совместимого компьютера с многоядерной архитектурой; оснащен средствами беспроводной передачи данных. Имеет терминал и позволяет, при необходимости, оператору управлять системой и подконтрольными датчиками.

В свою очередь, региональный узел (рисунок 2) координирует работу концентраторов, строит общую цифровую модель пространства.

Рис.2. Региональный узел на базе IBM PС – совместимых компьютеров, объединенных в высокоскоростную сеть

 

Региональный узел представляет собой кластерную систему распределенных вычислений и хранения данных. Состоит из некоторого количества узлов на базе IBM PС – совместимых компьютеров, объединенных в высокоскоростную сеть.

Обмен информацией с датчиками предполагается осуществлять по технологии WiMAX (стандарт IEEE 802.16). Протокол UDP не требует подтверждения корректности переданных данных и работает быстрее. Использование протокола UDP обосновано тем, что датчики передают информацию в реальном времени и получение актуальных данных важнее их корректности, некорректные пакеты могут быть отброшены, а обновление информации несколько раз в секунду делает практически незаметной такую потерю.

Для нас не важно, насколько достоверной является полученная информация, главное, чтобы она была наиболее полной. С этой целью мы предлагаем в качестве операционной системы ядро Linux, это позволяет работать на многопроцессорных системах (до 512 ядер), система легко масштабируется. Linux может настраиваться на работу в реальном времени, хотя это не принципиально для концентратора.

В качестве программного обеспечения для обмена данными с датчиками и региональным концентратором рекомендуется использовать высокопроизводительные веб-серверы.

Как альтернативу, для обмена информацией с датчиками можно использовать клиент-серверные системы собственной разработки, ориентированные на сбор данных в реальном времени.

Заключение: Разработанная архитектура системы комплекса отслеживания движущихся объектов предназначена для добывания, сбора, накопления, обработки, анализа и отображения информации, в результате чего принимается решение о действиях, направленных на пресечение неправомерных действий. Предложена архитектура для обработки всей информации с небольшими потерями в достоверности, не снижающими ее качество.

Литература

1. П. Ноден, К. Китте. Алгебраическая алгоритмика. Мир, М., 1999.

2. Романюк Ю.А. Дискретные преобразования сигналов. МФТИ, М., 1981.

3. И.М. Виноградов (ред.). Математическая энциклопедия. М., 1985.

4. Романюк Ю.А. Основы обработки сигналов. МФТИ, М., 1989.

5. Кудрявцев Л.Д. Курс математического анализа. Высшая школа, М., 1989.

6. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. Питер, СПб., 2003.

References

1. P. Noden, C. Kitt. Algebraic algorithmics. Springer-Verlag, 1999.

2. Romaniuk YA Selectable signal conversion. MIPT, Moscow, 1981.

3. IM Vinogradov (ed.). Mathematical Encyclopedia. M., 1985.

4. Romaniuk YA Fundamentals of Signal Processing. MIPT, Moscow, 1989.

5. LD Kudryavtsev A course in mathematical analysis. High School, Moscow, 1989.

6. Sergienko, AB Digital Signal Processing. Peter, St. Petersburg., 2003.