Основы идентификационных измерений ю.Н. Кликушин, в. Ю. Кобенко Омский государственный технический университет
Получена 22 ноября 2006 г.
Рассмотрены основные понятия и определения идентификационных измерений (ИИ) сигналов. Под идентификационными понимаются такие измерения, которые позволяют количественно оценивать форму сигналов. Основным инструментом ИИ являются порядковые идентификационные шкалы, в структурном отношении представляющие собой объединение тестеров идентификационных параметров, реляционной базы данных (БД) и логического анализатора. ИИ включают технологии измерений, технологии БД и технологии принятия решений, что позволяет решать задачи интерактивного и автоматического распознавания сигналов, в том числе их объективной классификации и идентификации.
Введение
Распознавание, как информационная процедура, присуща всем живым природным объектам, является их естественной, "встроенной" функцией и направлена на адаптацию организма к условиям внешней и внутренней среды. Однако, если в живой природе функция распознавания выполняется быстро, эффективно и на интуитивном уровне, то научить техническую систему выполнять тоже самое представляет собой сложную проблему.
Существует достаточно большой круг задач, прямо или косвенно связанных с распознаванием сигналов, являющихся носителем информации о состоянии объектов или процессов. Наиболее характерными в этом отношении являются задачи, связанные с измерением формы входного сигнала, поскольку от этого зависит выбор оптимальных алгоритмов преобразования данных и вычисления именно тех параметров, которые наиболее точно оценивают исследуемые свойства объекта или процесса. Поэтому в данной работе все классы задачи распознавания сигналов сводятся к задаче измерения формы сигналов и их характеристик.
Эти измерения названы идентификационными измерениями, поскольку именно операция идентификации сигнала присутствует во всех разработанных авторами инструментах. В теории управления идентификацией принято называть определение структуры и параметров математической модели процесса или системы [1].
В теории измерений определение параметров модели (параметрическая идентификация) реализуется путем измерений с использованием специальных средств. Определение же структуры (структурная идентификация) модели производится априорно, путем прямого указания назначения данного средства измерения в его техническом паспорте. Подстройка измерительного прибора к модели исследуемого сигнала либо вообще не производится, либо производится в интерактивном режиме (в "ручную", не автоматически), путем соответствующей перенастройки системы.
Понятие измерения используется для того, чтобы подчеркнуть методологическое единство процедур количественного оценивания любой физической величины и величины, характеризуемой понятием "форма сигнала". Основное отличие между понятиями "измерения физической величины", например, электрического напряжения, и "измерения формы сигнала" состоит, в соответствии с современной теорией измерения [2, 3], в статусе измерительных шкал. Если "электрическое напряжение" измеряется по масштабной шкале, характеризующейся эквивалентностью, строгим упорядочением состояний, интервалов между ними и частных от деления состояний, то "форма сигнала" - в системе порядковых шкал, характеризующихся отношениями эквивалентности и порядка. Другими словами, порядковая шкала формы сигналов является более простой, в функциональном отношении, по сравнению с масштабной шкалой электрического напряжения. В дальнейшем, порядковые шкалы, предназначенные для количественного оценивания формы сигналов, будем называть идентификационными шкалами (ИШ). Распознаванию, как информационной процедуре, с позиции теории шкал, ставится в соответствие номинальная шкала, являющаяся шкалой самого низкого статуса и характеризующаяся лишь отношением эквивалентности. Поэтому в рамках номинальной шкалы можно формировать лишь суждения типа "равен – не равен". Однако, в этом случае нельзя ответить на основной "метрологический" вопрос: на сколько точно результирующее суждение? Такая возможность появляется только при использовании порядковых шкал. С этой точки зрения, ИШ являются инструментом "метризуемости" процедуры распознавания формы сигналов.