Философия одного изобретения.

Краткий эпизод истории создания устройства приема телеметрии.

----------------------<cut>----------------------

Существующие системы телеметрии для космических кораблей, не удовлетворяли ЦУП и, конечно же, они совершенствовались. Естественно, разработка важных систем доверялась только крупным военным НИИ. Но один, малозначащий для ЦУПа канал телеметрии, для разработки устройства, решили отдать в наш НИИ Радио, "для пробы", так сказать.
Естественно, любой разработчик желает, чтобы его устройство оказалось лучшим, в ряду таких же, от других организаций. Этого же желали и мы.
И вот, на предварительных испытаниях, столкнулись с проблемой — помехи "пролезали" и мешали приему данных. Собственно, это даже не было особой проблемой, потому что параметры нашей аппаратуры были не хуже чем у других. Но было досадно и хотелось же сделать лучше.
А я тогда работал там простым инженером. Как-то, когда шло обсуждение работы, совместно с приехавшим из ЦУПа заказчиком, я поинтересовался — вам обязательно нужно принимать информацию в реальном времени? Заказчик говорит, что да, это важно, а в чем вопрос? Ну я и говорю, могут ли они подождать 1-2 секунды, до получения данных. "А — заказчик заулыбался — да хоть пару минут, я думал вам надо больше".
Ну ладно, спросил и отошел. Потом мой руководитель меня спрашивает — "Виктор, у тебя идея есть"? "Да — говорю — подумать надо. На осциллограммах еще виден сигнал, а аппаратура его уже не воспринимает. Значит есть тут резерв для разработки".
Что из себя представляет сигнал телеметрии. Это "временной кадр", в котором десять окон (к примеру) и в каждом "окне" имеется импульс, длительность которого пропорциональна какому-то параметру на космическом корабле. Но это в идеальном случае. А когда корабль уходит ближе к горизонту, проходимость радиоволн ухудшается настолько, что идеальные прямоугольные импульсы обрастают "бородой" помех.
И вот я предложил. Давайте не будем интегрировать сигнал, как делают всегда в таких случаях, потому что это вносит погрешность, тем большую, чем выше уровень помех в канале. Давайте примем его целиком, проанализируем, "взвесим", посмотрим корреляцию, но примем за истинное значение не средневзвешенное значение, а момент перехода через максимум. Тот самый спад импульса, после которого шумовая функция становится условно "отрицательной", будем считать истинным окончанием измерительного импульса. И вот только после этого выдадим измеренное значение на табло.
Мне сразу возражают — "А если помеха попадет именно на этот спад"?
Отвечаю — "Тогда мы ошибемся с вероятность выпадения помехи на этот короткий интервал спада"! Но! Я предлагаю не только обрабатывать сигнал по моему алгоритму. Дело в том, что у нас есть оценка шумов. Давайте эту оценку шума нормализуем и выведем на индикатор достоверности принятой информации! Ну зачем пропадать накопленному параметру шума. И, таким образом, оператор будет не только принимать информацию с корабля, но также будет видеть достоверность принятого сигнала. А вот степень достоверности, которую мы будем показывать на табло, уже придется уточнять во время испытаний".
Что особенно приятно нас удивило, во время конструирования и проверки устройства, так это то, что сигнал практически уже "утонул в шумах" и на осциллограмме его не видно — "сплошные шумы"! Но устройство четко выделяет информацию, даже когда уровень шумов выше сигнала в несколько раз!
Ну, сделали, настроили, отправили аппаратуру в ЦУП. Вот рассказ ведущего инженера об испытаниях нашей аппаратуры, в которой и был установлен этот блок обработки входной информации по описанному алгоритму, который мы тогда условно назвали "псевдокорреляционной обработкой информации".

Приехали, дали нам в ЦУПе небольшой пятачок возле выхода. Включились, ждем сигнала, когда спутник выйдет из-за горизонта и установиться связь. Ну вот, связи пока нет, народ в зале ждет, а у нас на табло уже идет прием информации. Мы как-то не придали этому значения, думали просто помехи может какие-то "стабильные". Но вот пошел сеанс связи, работаем мы, работают другие. У нас всё отлично, сигнал чистенький, сбоев нет. Где-то минут через 10 — 15 сеанс заканчивается и народ дружно пошел в буфет перекусить.
И вот они идут мимо нас и остолбеневают — у них аппаратура уже не принимает никаких сигналов, а наша аппаратура продолжает прием информации и только индикатор достоверности начинает понемногу снижать цифры. Сначала народ стоял молча, потом начали нервно смеяться, а потом кто-то воскликнул, да это мошенничество какое-то — сигнала уже давно нет, а у них вон вроде как прием идет! Подошли военные, мрачно так посмотрели, впереди них генерал стоит багровый. Наш заказчик тоже бледный, ничего не понимает. В общем, скандал был, но договорились повторить сеанс связи для нашего канала, на следующем витке корабля.
И вот с корабля дают повтор информации, которую мы принимали, когда спутник ушел за радиогоризонт. Все цифры совпадают, и даже когда наш индикатор достоверности показывает степень достоверности всего в 10 %, погрешность измерений падает незначительно. То есть, мы ещё сильно перестраховались, когда устанавливали порог достоверности.
Ну вот, в гробовой тишине кто-то из военных говорит — "Такого не может быть, чтобы в отсутствии сигнала шел бы прием. Ваша аппаратура нарушает все законы физики. Так не бывает"! Я отвечаю, что сигнал не отсутствует совсем, он просто ниже уровня шумов, но он не нулевой!
Повторили еще несколько раз с разными цифрами в других сеансах связи. Всё совпало, сбоев не было.
Военные спрашивают — "кто разработчик"? Я гордо так отвечаю — НИИ Радио! И вот тут военные расслабились, махнули рукой, — "А, это по линии минсвязи. А мы думали НИИ минобороны". Ну я спрашиваю, внедрять будем? А мне отвечают, нет, нам премии не светят за ваш прибор, потому что он разработан не нашим ведомством!

Авторское свидетельство, на меня и моего научного руководителя, выдали как "способ приема", на конкретное устройство. Потому что идеи не патентуются и не регистрируются. Так что, пришлось оформлять на устройство под конкретный вид сигнала (ДИМ — модуляция длительности импульса).
А идея тут философская — "мы анализируем сигнал и соотносим его с ожидаемым. И только после анализа и обработки, выдаем заключение".
То есть, это не система реального времени, когда приемник выдает сигнал сразу же после приема. В этом алгоритме, выдача сигнала задерживается на длительность эталона. В нашем случае, задержка выдачи сигнала была 0,1 секунды.
Кстати, ничто не мешает "поменять параметры" и вместо времени, как базы обработки, взять частоту, какой другой параметр и даже любую функцию, на базе которой и произвести обработку сигнала. Именно это обстоятельство и имеется ввиду, когда начинают возражать, что мол ваше изобретение касается ДИМ сигнала. Отнюдь! Не имеет значение ни вид модуляции, ни сам "сигнал", ни область применения. Это может быть звук, гравитационные волны, реликтовое излучение, статистическая информация, биржевые курсы... . В основе лежит математическая функция. А математика применяется везде.

Философия одного изобретения.