Основним науковим напрямом кафедри Черкаського державного технологічного університету є розробка теорії нелінійних методів обробки сигналів негаусівських сигналів на основі застосування стохастичних поліномів та моментно-кумулянтного опису випадкових величин, який був заснований професором Кунченком Ю.П. і успішно продовжує розвиватися його учнями та професором Палагіним В.В. і охоплює широкий спектр різних статистичних завдань і проблем, які успішно вирішуються.
Запропонований математичний апарат по опрацюванню негаусівських випадкових величин широко відомий вітчизняним та закордонним дослідникам і є розпізнавальним знаком Черкаської національної школи статистичного аналізу і носить фундаментальний характер.
1. Розробка теорії і методів нелінійного оцінювання параметрів негаусівських сигналів
Метою досліджень є розробка конкретних алгоритмів оцінювання параметрів радіосигналів (час запізнення, частота, фаза, амплітуда), які приймаються при негауссівських завадах. Точність та завадостійкість розроблених алгоритмів є значно вищою в порівнянні з існуючими класичними алгоритмами, які є оптимальними при гаусівських завадах.
Даний напрямок характеризується розробкою теорії вимірювання параметрів сигналів при адитивних та мультиплікативних негаусівських завадах, які описуються кінцевою послідовністю моментів або кумулянтів вищих порядків. Ця теорія базується на використанні властивостей стохастичних поліномів зменшувати дисперсію випадкової величини, внаслідок чого вдається синтезувати принципово нові алгоритми вимірювання параметрів с покращеними точнісними характеристиками.
Кількісні характеристики збільшення точності залежать від конкретних значень кумулянтних коефіцієнтів вищих порядків негаусівської завади, таких як коефіцієнти асиметрії та ексцесу. В цілому збільшення точності може бути досягнуто в декілька разів при роботі систем вимірювання в складних завадових ситуаціях.
2. Розробка моделей та методів по виявленню сигналів, їх розпізнаванню та класифікації на тлі негаусівських завад
Метою досліджень є розробка нових ефективних методів щодо перевірки статистичних гіпотез та побудови конкретних алгоритмів виявлення різних типів сигналів на тлі негаусівських завад, які базуються на моментно-кумулянтному описі випадкових процесів. Ефективність отриманих результатів може бути в декілька разів більша порівняно з існуючими виявлячами оптимальними при гаусівських завадах.
Синтезуються принципово нові алгоритми виявлення шумових сигналів, імпульсних сигналів з різними видами модуляції, які приймаються на тлі негаусівських завад, досліджуються їх статистичні характеристики та проводиться імітаційне моделювання і розробка структурних схем виявлячів для практичного їх виконання.
На основі нових методів перевірки гіпотез пропонується розробка алгоритмів по розпізнаванню та класифікації різноманітних сигналів на тлі негаусівських завад з кращими характеристиками.
Отримані результати можуть бути використані при побудові сучасних ефективних радіолокаційних комплексів, систем обробки інформації та систем зв’язку, які працюють в складних завадових ситуаціях.
3. Розробка теорії і методів нелінійної фільтрація негаусівських сигналів
Метою досліджень є розробка та аналіз принципово нових поліноміальних фільтрів, середньоквадратична помилка фільтрації яких при негаусівських сигналах і (або) завадах може бути значно меншою, чим при прийомі гаусівських сигналів та завад.
Лінійний фільтр є оптимальним тільки тоді, коли корисний сигнал і завада є гаусівськими випадковими процесами. В тому випадку, коли корисний сигнал і (або) завада є негаусівським випадковими процесами, лінійні фільтри є неефективними, так як вони не враховують негаусовість процесів.
Професором Кунченком Ю.П. були запропоновані нові нелінійні поліноміальні степеневі фільтри, які, з одного боку, прості для технічної реалізації, а з другого боку, дозволяють враховувати негаусівський розподіл сигналу та завади у вигляді моментних або кумулянтних функцій вищих порядків.
4. Розробка комп’ютерних інструментальних засобів імітаційного моделювання поліноміальних алгоритмів обробки сигналів при негаусівських завадах
Розробка комп’ютерних інструментальних засобів імітаційного моделювання дозволяє ефективно проводити дослідження по аналізу нелінійних поліноміальних функцій обробки сигналів та будувати комп’ютерні додатки для сучасних пакетів моделювання, зокрема MATLAB.
Сферою застосування результатів досліджень є не тільки класична радіотехніка, радіолокація, але і інші галузі науки і техніки, де застосовується статистична обробка даних різної фізичної природи:
- Інформаційно-вимірювальні системи;
- Автоматичне управління;
- Гідроакустика;
- Сейсморозвідка;
- Технічна діагностика.
Професорський-викладацький склад кафедри, аспіранти та студенти проводять активну наукову роботу, яка підтверджується захищеними дисертаціями, опублікованими монографіями, статтями, тезами і патентами. Так, за останнє десятиріччя за напрямом обробки сигналів на тлі негаусівських завад було успішно захищено 2 докторські дисертації та під керівництвом професора Кунченка Ю.П. та 6 кандидатських дисертаційних робіт по різним спеціальностях. Окрім цього, за останні роки на кафедрі були успішно виконані наступні науково-дослідні роботи:
- «Розробка нелінійних методів виявлення радіосигналів, що приймаються на тлі негаусівських завад»;
- «Розробка нелінійних дискретних методів виявлення і фільтрації сигналів при негаусівських завад для залежної вибірки»;
- «Теорія математичних нелінійних методів, алгоритмів і програм вимірювання параметрів сигналів, що приймаються на тлі негаусівських завад»;
- «Розробка теорії і математичних методів обробки сигналів антенними гратками при негаусівських завадах»;
- «Розробка математичних методів вимірювання параметрів постійного сигналу при мультиплікативних і аддитивних негаусівських завадах»;
- «Розробка теорії математичних методів і алгоритмів вимірювання параметрів довільного радіосигналу при аддитивних негаусівських завадах»;
- «Розробка високоефективних методів та алгоритмів виявлення та розпізнавання сигналів на тлі негаусівських завад».
Основні наукові результати досліджень
Розроблена нова теорія оцінювання параметрів сигналів при мультиплікативних і адитивних негауссівських завадах ґрунтується на новому ефективному методі максимізації полінома (методі Кунченка). Нова теорія перевірки статистичних гіпотез і теорія розпізнавання сигналів ґрунтується на нових моментних критеріях якості при використанні поліноміальних вирішальних правил. Нова теорія фільтрації ґрунтується на використанні стохастичних поліномів наближення в просторі Кунченка з порождуючим елементом. Окрім цього, для ефективного і коректного використання розроблених методів введена нова класифікація негауссівських завад, введено поняття перфорованих випадкових величин, визначені області допустимих значень для кумулянтних коефіцієнтів вищих порядків. Розроблений професором Ю.П. Кунченком математичний апарат є потужним інструментом, який може бути ефективно використаний в різних технічних напрямах, зокрема в радіолокації, навігації, гідроакустиці, сейсмічній розвідці, системах наведення, зв’язку і т.д.
Практична цінність наукових розробок
Використовуючи одержані наукові результати, можна створювати вимірювальні прилади в різних галузях науки і техніки, точність яких може бути значно вище, в порівнянні з існуючими приладами. Практична реалізація синтезованих алгоритмів не складає технічних труднощів. Особливо просто ці алгоритми можуть бути реалізованими за допомогою цифрових пристроїв обробки сигналів.
Використання нелінійних алгоритмів по виявленню, розпізнаванню і фільтрації сигналів дозволяє будувати нові пристрої в радіолокації, радіонавігації, гідроакустиці, сейсмічній розвідці з кращими характеристиками, в порівнянні з відомими. Практична реалізація може бути легко здійснена при використанні сигнальних процесорів для нелінійної обробки вибіркових значень сигналів, що приймаються на тлі складної завадової ситуації негауссівського характеру.
Професор Лега Ю.Г. постійно здійснює наукові контакти з провідними науковими закладами світу, зокрема з Саарландським Університетом (м. Саарбрюкен, Німеччина), Інститутом Методів Неруйнівного Контролю (Німеччина), з науковими установами Японії, США, Англії та іншими.
Крім того, активно впроваджується методика наукового співробітництва з провідними університетами західної Європи, що дає можливість аспірантам нашого університету проходити стажування за кордоном. В червні 2007 р. група співробітників кафедри радіотехніки була запрошена на науковий семінар в м. Саарбрюкен (Інститут Методів Неруйнівного Контролю), двоє аспірантів в жовтні 2007 р. були направлені на стажування до Дрезденського Технічного Університету.
Сфери наукових інтересів викладачів кафедри
Палагін Володимир Васильович
Наукові інтереси включають побудову сучасних телекомунікаційних та радіотехнічних систем, розробку і дослідження моделей та методів статистичної обробки даних, інтелектуалізацію методів та засобів комп’ютерного навчання та керування, сучасні технології застосування штучного інтелекту в кібербезпеці та побудові робототехнічних систем.
Гончаров Артем Володимирович
Оцінювання параметрів сигналів під впливом негаусівських завад із застосуванням усічених поліномів Кунченка
Панаско Олена Миколаївна
Системи менеджменту інформаційної безпеки. Аналіз та управління ризиками інформаційної та кібербезпеки. Застосування альтернативних форм представлення логічних функцій в дискретних пристроях.
Чорній Андрій Михайлович
Оптоволоконні системи передачі даних, мережі наступного покоління, кодування мови для передачі мережами.
Гавриш Олександр Степанович
Статистичне опрацювання сигналів при негауссівських завадах, моделювання антен та НВЧ пристроїв, комплексні системи захисту інформації.
Воробкало Тетяна Василівна
Розробка математичних моделей та методів оцінювання параметрів сигналів при багатоканальній обробці негаусівських випадкових величин.
Івченко Олександр Віталійович
Наукові інтереси включають побудову сучасних захищених інформаційно -комунікаційних систем, розробку і дослідження моделей та методів статистичної обробки даних, сучасні технології в системах мобільного зв’язку.
Мартиненко Сергій Станіславович
Адаптивне виявлення сигналів на тлі негауссівських зававад
Філіпов Віталій Вікторович
Cтатистичне опрацювання сигналів при негаусівських завадах із застосуванням усічених стохастичних поліномів.
Проценко Олександр Анатолійович
Захист інформації у інформаційно-телекомунікаційних системах, аналіз захищеності та особливості побудови інформаційно-телекомунікаційних систем відомчого типу.
Клопотовський Павло Анатолійович
Розробка та дослідження математичних моделей безінерційної поліноміальної фільтрації сигналів на фоні негаусівських завад. Використання великих мовних моделей в процесі засвоєння матеріалів професійно спрямованих дисциплін
Пташкін Роман Леонідович
Цифрова криміналістика, здійснення та виявлення кібератак, методи та алгоритми захисту Linux-подібних систем від кіберінцидентів
Байрак Анатолій Володимирович
Виявлення вторгнення в комп’ютерні системи та мережі