Теория обнаружения сигналов

Теория обнаружения сигналов [c.320]

В качестве конкретного примера рассмотрим задачу обнаружения, в которой от наблюдателя, слушающего непрерывный шумовой фон, требуется сообщить, появился или нет на этом фоне в течение определенного временного интервала специфический звуковой сигнал. Пример такой задачи показан на рис. 19.1. Подобные эксперименты проводились очень широко и были одними из первых задач, в которых широко применялась теория обнаружения сигналов однако приложения этой теории ни в коем случае не ограничиваются звуковыми сигналами на фоне помех. [c.322]

Экспериментальные методы. Теория обнаружения сигналов была впервые применена в так называемых да—нет экспериментах. Наблюдателю предъявляется образец, который является либо сигналом с шумом, либо чистым шумом, а он относит образец к той либо другой категории. Наблюдатель знает априорные вероятности каждого класса стимулов, а также выигрыши для правильных ответов и проигрыши для неправильных ответов. Один эксперимент при определенной совокупности условий дает одну точку на графике СОХ. Нет необходимости в предположении о том, применяется ли модель обнаружения сигналов, но если это так, то СОХ может быть построена с помощью ряда да—нет экспериментов, имеющих различные матрицы выигрышей или априорные вероятности. [c.334]

Принципы теории обнаружения сигналов применяются не только при звуковом и визуальном обнаружении хорошо определенных сигналов на фоне заданного шума, но также и при обнаружении, когда шумом является индивидуальная внутренняя изменчивость наблюдателя и ограниченная разрешающая способность его сенсоров, т. е. при обычном психофизическом эксперименте. Теоретические исходные распределения не могут быть выведены из характеристик сигналов, но, когда найдены стабильные кривые СОХ, удается разделить в поведении человека аспекты восприятия и принятия решений, чего классические психофизические методы в большинстве своем сделать не могут. Параметры кривой СОХ могут дать основания для предположений о сущности процесса обнаружения и могут приводить к теоретическим объяснениям но даже когда такие предположения невозможны, рассматриваемый метод по крайней мере обеспечивает внутренне согласованную схему для измерения и описания поведения. [c.340]

Для решения задач были разработаны на базе метода канонических разложений случайных функций общие методы определения оптимальных линейных систем для нестационарных входных сигналов, применяемые к системам с любым числом входов и выходов, а также решен ряд частных задач по определению оптимальных систем различного назначения. Кроме того, нри помощи теории канонических разложений был разработан общий метод нахождения оптимальных систем и оптимальных алгоритмов обработки информации но любым статистическим критериям качества. Этот метод, применимый к линейным и нелинейным системам с любым числом входов и выходов, позволил объединить одной общей теорией все задачи обнаружения сигналов в шумах и их оптимальной обработки, возникающие в теории информации, теории связи, радиотехнике, автоматике и других областях науки и техники. Было показано, как этот общий метод может быть применен для построения алгоритма обучающихся машин. [c.274]

Вводные замечания. Рассматриваемые в этой главе методы также относятся к статистическим. Однако они отличаются от изложенных в гл. 2 правилами принятия решения. В методах статистических решений решающее правило выбирается исходя из некоторых условий оптимальности, например из условия минимума риска. Возникшие в математической статистике как методы проверки статистических гипотез (работы Неймана и Пирсона), рассматриваемые методы нашли широкое применение в радио-, локации (обнаружение сигналов на фоне помех), радиотехнике, общей теории связи и других областях. Методы статистических решений успешно используются в задачах технической диагностики [10, 24]. Ниже излагаются основы теории статистических решений, более подробное изложение можно найти в работах [15, 60, 62]. [c.22]

В книге предпринята первая попытка систематического изложения основных вопросов статистической теории обнаружения и выделения когерентных и некогерентных сигналов оптического диапазона на фоне различных помех и статистической теории нацеливания узких лучей значительная часть материала публикуется впервые. [c.5]

Во второй главе на основе статистических распределений сигналов, приведенных в гл. 1 и найденных в приложении 2, рассматриваются вопросы теории статистических решений применительно к обнаружению сигналов оптического диапазона. [c.15]

Сигналы проходных ВТП от дефектов. Определение сигналов ВТП от дефектов объекта представляет собой сложную задачу даже в случае обнаружения дефектов простой геометрической формы. Математическая формулировка задач дефектоскопии приводит к краевым задачам теории [c.114]

Разработанные общие методы теории оптимальных систем были применены для решения ряда важных задач обнаружения и оценки параметров сигналов, многоканальной обработке информации и др. [c.274]

Спец, (частная) теория относительности (см. Относительности теория), установив фиа. равноправие всех инерциальных систем отсчёта, показала невозможность обнаружения равномерного и прямолинейного движения относительно абсолютно покоящегося эфира и тем самым сделала его существование излишним. Благодаря этому эл.-магн. поле стало трактоваться как самостоят. вид материи, не нуждающийся в носителе. Учтя роль эл.-магн. (световых) сигналов, распространяющихся с максимально возможной в природе скоростью, в процессах измерения пространственных и временных характеристик материальных объектов, спец, теория относительности тесно связала между собой вещество и поле как виды материи с состояниями их движения. [c.67]

Таким образом, мы подошли к необходимости использования методов теории решений применительно к задачам теории связи. Эти задачи включают обнаружение и прием сигналов, измерение их параметров и реализацию структур оптимальных систем для указанных целей. Применительно к теории связи методы теории решений имеют ряд достоинств. Как отмечено в [9], эти методы характеризуются тремя существенными особенностями 1) они дают структуру оптимальной системы, 2) позволяют оценить ожидаемое [c.8]

Недостатками методов теории решений являются произвол в выборе критерия оптимальности и математическая сложность анализа. Обычно критерий оптимальности выбирают, исходя из конкретных условий решаемой задачи например, для систем обнаружения очень часто используют критерий максимума вероятности обнаружения полезного сигнала при заданной вероятности ложного обнаружения для систем связи часто используют критерий минимума среднего риска или средней ошибки и т. д. С точки зрения математической сложности анализа следует отметить, что большинство задач, в которых имеет место сильный сигнал, не доведено до стадии инженерного использования, в то время как пороговые задачи (при слабом сигнале) хорошо поддаются решению. Однако, как отмечается в [9], система, построенная как оптимальная или близкая к оптимальной при пороговых сигналах, обычно оказывается вполне удовлетворительной и при сильных сигналах. [c.9]

В настоящее время статистическая теория передачи информации в оптическом диапазоне, основанная па теории решений, разработана очень слабо. Имеется небольшое число статей, посвященных обнаружению и выделению когерентных световых сигналов. В то же время возможности обнаружения и выделения полезных сигналов в системах оптического диапазона далеко не исчерпываются решениями, предложенными в этих статьях. Поэтому необходимо исследование максимального числа вопросов, связанных с разработкой статистической теории связи в оптическом диапазоне. При этом если для радиодиапазона актуальность статистической теории остро ощущается лишь для систем связи большой дальности, то в оптическом диапазоне, в силу указанных выше причин, уже на небольших дальностях уровень принимаемого сигнала невысок и оптимальная обработка сигнала с целью выделения информации становится необходимой. [c.10]

В гл. 1 были приведены статистические характеристики различных оптических полей, в частности были приведены статистические распределения числа фотоэлектронов на временном интервале. Знание этих распределений позволяет разрабатывать статистическую теорию связи в оптическом диапазоне и в первую очередь исследовать задачи обнаружения и оптимального приема модулированных сигналов оптического диапазона. [c.51]

В последние годы интенсивно проводятся исследования по разработке теории импульсного ультразвукового метода дефектоскопии. В частности, выведены уравнения, определяющие зависи.мость амплитуды ультразвукового сигнала от размеров и глубины залегания торцового дефекта. Благодаря этому удалось решить ряд практически важных задач, например, определить эквивалентную площадь обнаруженных дефектов и настройку чувствительности дефектоскопа. В этом случае измерялась лишь а.мплитуда отраженных сигналов. [c.141]

Сигналы проходных ВТП от дефектов. Определение сигналов ВТП от дефектов объекта представляет собой сложную задачу даже в случае обнаружения дефектов простой геометрической формы. Математическая формулировка задач дефектоскопии приводит к краевым задачам теории электромагнитного поля с достаточно сложными граничными условиями. [c.395]

Александр Александрович непосредственно занимался проблемами обнаружения и приема слабых сигналов, сжатия спектра сигнала, статистическим и помехоустойчивым кодированием. Ему принадлежат исследования, относящиеся к теории идеального приемника, пропускной способности систем связи, методам построения оптимальных систем связи. Александр Александрович изучал помехоустойчивость различных видов модуляции и искажающее действие помех различного типа (аддитивной коррелированной помехи, мультипликативной помехи и др.), впервые поставил вопрос о количественном измерении ценности информации и на простейших примерах показал принципиальную возмож- [c.8]

Важное значение для теории действий человека и для практических задач имеет приложение этих методов при изучении вигильности. К задачам вигильности относятся те, в которых наблюдатель стремится обнаружить нечастые и относительно трудные для восприятия сигналы в течение длительного периода времени. Одним из наиболее систематических экспериментальных наблюдений является снижение числа правильных обнаружений, заметное в пределах 1 ч. Обычным объяснением такого декремента вигильности является то, что по некоторой причине, как, например, отвлечение внимания или усталость, наблюдатель становится менее восприимчивым, менее способным различать сигнал. [c.342]

Вероятности в (3.1), характеризуя результаты двухальтернативного контроля, означают следующее [38] Рг/г и Рд/д — условные, а Ргг и Рдд — безусловные вероятности правильных заключений об истинном нахождении параметра изделия в допуске или вне допуска к и рк — условные, а Ргд и Рдг — безусловные вероятности ошибочных заключений о состоянии контролируемых параметров. В публикациях эти вероятности имеют много различных названий, нередко противоречивых. Например, характеристики Ргд и Рдг часто называют вероятностями ложного и необнаруженного отказов, что не согласуется с теориями обнаружения сигналов и статистических решений, а также противоречит ГОСТ 19919-74. [c.74]

Теория обнаружения сигналов в той форме, в какой она применяется сейчас для описания действий человека, является развитием исследований, посвященных задачам статистического анализа радиолокационных сигналов. Лежащие в ее фундаменте теоретические разработки в основном были выполнены Вальдом [95]. Вскоре эти идеи были разработаны и применены в психофизике, сначала в работах Петерсона, Бердсолла и Фокса [64] и Светса, Таннера и Бердсолла [88]. Грин и Свете [38] дали исчерпывающее описание предмета и обзор психофизических приложений. [c.322]

Другие приложения. Разделение аспектов выделения и восприятия информации, с одной стороны, и аспектов мотивации и принятия решений в задачах обнаружения и распознавания — с другой, которое часто достигается благодаря методам теории обнаружения сигналов, привело к приложению этих методов в самых разнообразных задачах. Примерами таких приложений являются эксперименты по локализации звука (Волкер [92]), распознаванию речи (Иган и др. [34]), обнаружению движения (Кинкла и Аллен [46]), определению временных интервалов (Крилмен [21]), психофизике животных (Невин [61 ]) и распознаванию запомненных стимулов (Паркс [63]). [c.342]

В отличие от радиодиапазона, эффективность систем обнаружения и выделения оптических сигналов ограничивается не только щумами (внутренними и внещними), но и квантовой природой самих сигналов. Квантовые эффекты вносят дополнительную статистическую неопределенность в процесс обнаружения, и классическая теория обнаружения и выделения не может быть полностью применена для рещения задач обнаружения и выделения оптических сигналов (достаточно, например, указать на такой с первого взгляда парадоксальный факт, что при отсутствии внешних и внутренних щумов в системе связи оптического диапазона вероятность ошибочного приема информационного символа не равна нулю). В ходе последующего изложения (гл, 2 и 3) мы специально будем подчеркивать и анализировать эти особенности. [c.12]

Синтезу оптимальных приемных устройств оптического диапазона и оценке их эффективности посвящен ряд работ. Так, в 141] Получен алгоритм действия оптического приемника при приеме дискретномодулированных по интенсивности сигналов найдено, что оптимальными сигналами с точки зрения максимума отношения сигнал/шум являются сигналы с активной и пассивной паузой. В (44] с некоторыми модификациями решались те же вопросы, что и в [41]. В [21] рассматривался вопрос оптимального разрешения некогерентных сигналов оптического диапазона эта работа тесно связана с обнаружением точечных источников на фоне местности. Недостатком указанных работ является то, что статистические распределения сигнальных и шумовых фотонов задаются априорно, без строгого обоснования. Этого недостатка лишены работы [65, 90], где с квантовых позиций осуществляется подход к решению задач обнаружения и приема сигналов этот подход позволяет определить потенциальные возможности обнаружения и выделения лазерных сигналов, осуществить синтез систем, реализующих эти возможности, найти предельную чувствительность и точность приборов. Методам оценки эффективности и оптимизации локационных систем посвящены работы [23, 24]. Анализ дискретных информационных систем оптического диапазона проводится в [42, 43, 45, 46, 47, 62, 67, 99, 101, 102, 103, 105, 106, 107], где также приведены оценки эффективности этих систем. Однако основополагающими работами в области статистической теории обнаружения и приема оптических сигналов следует считать работы К. Хелстрома [19, 20], где строго с квантовых позиций рассмотрен широкий круг интересных вопросов, введен оператор обнаружения и найден ряд аналитических выражений, позволяющих найти алгоритм обработки сигналов и произвести оценку эффективности систем. Отметим, что указанные работы носят характер журнальных статей и перечень их довольно скромен. Совершенно очевидно, что исследования в области создания статистической теории должны быть значительно расширены. [c.14]

При наблюдении электромагнитиого поля относительно низких частот (диапазон свч и ниже) классическая физика позволяет адэкватно описать электромагнитный сигнал и шум. (Следовательно, приемником можно изме,р ить электромагнитное поле с требуемой точностью статистическая теория обнаружения и приема сигналов принципиально способна обеспечить наблюдателю полное знание характеристик поля. [c.246]

Обнаружение сигналов и пороговые значения. Предсказания традиционной пороговой теории противоречат данным большинства экспериментов, связанных с обнаружением сигналов человеком-наблюдателем. Но эти данные согласуются с моделью обнаружения сигналов, показывая тем самым, что она является более эффективным способом описания для такого психофизического поведения. Теория порогов в своей простейшей форме утверждает, что существует уровень стимула, при превышении которого обна- [c.340]

Рассмотрим еще один важный вопрос — необходимость разрабатывать статистическую теорию связи с использованием ОКГ. Может быть следовало бы автоматически перенести результаты статистической теории для радиодиапазона на системы оптического диапазона, тем более, что классическая теория статистической радиосвязи и радиолокации к настоящему времени хорошо развита для относительно низкочастотного электромагнитного спектра, включая СВЧ диапазон. Однако непосредственное приложение и применение этой теории при обнаружении и детектировании сигналов оптического диапазона сталкивается и ограничивается целым ря.цом фундаментальных проблем, включающих квантовые эффекты, сверхузкую направленность лучей, дифракционные эффекты и распределения полей в дальней зоне, шероховатость и сложность конфигураций связных ретрансляторов и отражающих целей, широким использованием энергетического метода приема и др. [c.11]

Первые разработанные РЛС служили для обнаружения и сопровождения точечных объектов. Теория радиолокации, методы оптимальной фильтрации решали задачу выделения сигналов на фоне шумов приемника и помех, вызванных отражением от фона местности. Следующее поколение радиолокаторов — это самолетные бомбонрпцелы, навигационные панорамные РЛС кругового или секторного обзора в передней полусфере, например, РЛС "Эмблема" для самолета ИЛ-18. Их назначением является радиолокация земных покровов, обнаружение объектов на земной поверхности, где отражение от фона является также полезной информацией. Развитие теории радиолокации в связи с появлением таких РЛС — это различение протяженных объектов по их контрастам. [c.6]

В линейной теории колебаний известен закон, согласно которому в линейной системе колебания с частотами, отличными от частот возбуждения, возникнуть не могут. Последнее важно, поскольку явление возникновения колебаний и волн с частотамг , отсутствующими в исходном возбуждающем сигнале свидетельствует об изменении состояния системы в процессе колебаний, что, например, происходит при обратимом подрастании и залечивании трещин под действием волны. Указанное явление может служить основой для разработки соответствующих методов обнаружения дефектов в изделиях. Возникновение растягивающих напряжений при прохождении упругой волны в объекте контроля вызывает подрастание имеющихся в нем трещин, уменьшая упругость объекта. Сжимающие напряжения в отрицательной фазе волны приводят к частичному смыканию трещин, приводя к обратному эффекту. В результате в спектре колебаний объекта контроля возникают колебания с частотами, отсутствовавшими в возбуждающих колебаниях. [c.32]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...