scienceitНаука. Инновации. ТехнологииScience. Innovations. Technologies2308-4758North-Caucasus Federal Universityscienceit-392Research ArticleФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИPHYSICAL AND MATHEMATICAL SCIENCESПРИМЕНЕНИЕ АДАПТИВНЫХ ФИЛЬТРОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ ОСТАТОЧНЫХ КЛАССОВ В СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИApplication of adaptive filters based on residue number system for satellite communicationsЧервяковНиколай ИвановичChervyakovNikolay Ivanovichk-fmf-primath@stavsu.ruЛяховПавел АлексеевичLyakhovPavel Alekseyevichljahov@mail.ruШульженкоКирилл СергеевичShulzhenkoKirill Sergeyevichkirill-joker@mail.ruСеверо-Кавказский федеральный университетРоссияNorth Caucasus Federal UniversityRussian Federation201506092022025567Copyright © Червяков Н.И., Ляхов П.А., Шульженко К.С., 20222022Червяков Н.И., Ляхов П.А., Шульженко К.С.Chervyakov N.I., Lyakhov P.A., Shulzhenko K.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://scienceit.elpub.ru/jour/article/view/392

В статье рассматривается применение адаптивных цифровых фильтров на основе системы остаточных классов для систем спутниковой связи. Важной проблемой практического использования спутников являются искажения сигнала, которые могут существенно повлиять на качество обрабатываемого сигнала и вызвать ошибку в работе системы определения местоположения спутника. Показано, что использование фильтров с конечной импульсной характеристикой с применением модулярной арифметики для адаптивного моделирования систем управления ориентации спутника в режиме реального времени и алгоритма рекурсивного метода наименьших квадратов для настройки адаптивных коэффициентов цифрового фильтра приводит к минимизации ошибки выходных данных между контролирующей системой и спутником. Предложена концепция реализации цифровых устройств на основе системы остаточных классов, которая позволяет существенно улучшить параметры энергопотребления, быстродействия и отказоустойчивости спутниковой связи.

The paper discusses the use of adaptive digital filters based on the Residue Number System for satellite communication systems. The signal distortions is an important problem of the practical use of satellites, which can significantly affect the quality of the processed signal and cause an error in the satellite positioning system. There is shown that the use of filters with inite impulse response using modular arithmetic for adaptive modeling of satellite orientation control systems in real time and recursive algorithm with Least Squares Method to configure the adaptive coefficients of the digital filter causes to minimize the output error between the monitoring system data and the satellite. The concept of the implementation of digital devices based on a Residue Number System, which can significantly improve the power consumption, performance, and resiliency of satellite communications is proposed.

система остаточных классовцифровая обработка сигналовадаптивный фильтрспутникResidue Number SystemDigital Signal Processingadaptive iltersatelliteReferencesBruce R. Elbert. The Satellite Communication Applications Handbook, Artech House, Inc., 2004.Bruce R. Elbert. The Satellite Communication Applications Handbook, Artech House, Inc., 2004.Gao Zhen, Pedro Reviriego, Zhao Ming, Wang Jing, Juan Antonio Maestro, Efficient Single Event Upset-Tolerant FIR Filter Design Based on Residue Number for OBP Satellite Communication Systems, Digital Communications, 2013, pp. 55-67.Gao Zhen, Pedro Reviriego, Zhao Ming, Wang Jing, Juan Antonio Maestro, Efficient Single Event Upset-Tolerant FIR Filter Design Based on Residue Number for OBP Satellite Communication Systems, Digital Communications, 2013, pp. 55-67.Wang Tao, Cheng Yuehua, Jiang Bin, Qi Ruiyun, Fault Detection Based on Finite Impulse Response Adaptive Filter for Satellite Attitude Control Systems, 26th Chinese Control and Decision Conference, 2014, pp. 209-213.Wang Tao, Cheng Yuehua, Jiang Bin, Qi Ruiyun, Fault Detection Based on Finite Impulse Response Adaptive Filter for Satellite Attitude Control Systems, 26th Chinese Control and Decision Conference, 2014, pp. 209-213.Wenhui Yang, Ming Zhao, Xiang Chen, Lianfen Huang, Jing Wang, Application of Residue Number Systems to Bent-Pipe Satellite Communication Systems, 6th International ICST Conference on Communications and Networking in China, 2011, pp. 1083-1087.Wenhui Yang, Ming Zhao, Xiang Chen, Lianfen Huang, Jing Wang, Application of Residue Number Systems to Bent-Pipe Satellite Communication Systems, 6th International ICST Conference on Communications and Networking in China, 2011, pp. 1083-1087.Chervyakov N.I., Lyakhov P.A., Babenko M.G., Digital filtering of images in a residue number system using initeield wavelets, Automatic Control and Computer Sciences, vol. 48, № 3, 2014, pp. 180-189.Chervyakov N.I., Lyakhov P.A., Babenko M.G., Digital filtering of images in a residue number system using initeield wavelets, Automatic Control and Computer Sciences, vol. 48, № 3, 2014, pp. 180-189.Червяков Н.И., Ляхов П.А., Шульженко К.С. Цифровые фильтры в двухступенчатой системе остаточных классов с модулями специального вида // Наука. Инновации. Технологии. 2014. № 1. С. 41-55.Червяков Н.И., Ляхов П.А., Шульженко К.С. Цифровые фильтры в двухступенчатой системе остаточных классов с модулями специального вида // Наука. Инновации. Технологии. 2014. № 1. С. 41-55.Cardarilli G.C., Nannarelli A., Re M. Residue number system for low-power DSP applications, Proc. 41st Asilomar Conf. Signals, Syst., Comput., 2007, pp. 1412-1416.Cardarilli G.C., Nannarelli A., Re M. Residue number system for low-power DSP applications, Proc. 41st Asilomar Conf. Signals, Syst., Comput., 2007, pp. 1412-1416.Omondi A., Premkumar B. Residue Number Systems: Theory and Implementation, Imperial College Press., 2007.Omondi A., Premkumar B. Residue Number Systems: Theory and Implementation, Imperial College Press., 2007.Червяков Н.И., Ляхов П.А., Шульженко К.С. Использование СОК в КИХ-фильтрах // Параллельная компьютерная алгебра и ее прило­жения в новых инфокоммуникационных системах: I-я Международ­ная конференция, сборник научных трудов. Ставрополь: Издательско-информационный центр «Фабула», 2014. С. 343-346.Червяков Н.И., Ляхов П.А., Шульженко К.С. Использование СОК в КИХ-фильтрах // Параллельная компьютерная алгебра и ее прило­жения в новых инфокоммуникационных системах: I-я Международ­ная конференция, сборник научных трудов. Ставрополь: Издательско-информационный центр «Фабула», 2014. С. 343-346.Chervyakov N.I., Lyakhov P.A., Shulzhenko K.S. FIR Filters in Two-Stage Residue Number System // International Conference "Engineering & Telecommunication En&T 2014", Moskow; Dolgoprudny: MIPT, 2014. P. 145-148.Chervyakov N.I., Lyakhov P.A., Shulzhenko K.S. FIR Filters in Two-Stage Residue Number System // International Conference "Engineering & Telecommunication En&T 2014", Moskow; Dolgoprudny: MIPT, 2014. P. 145-148.Molahosseini A.S., Sorouri S., Zarandi A.A.E. Research Challenges in Next-Generation Residue Number System Architectures // The 7th International Conference on Computer Science & Education (ICCSE 2012.) Melbourne, Australia, July 14-17, 2012, pp. 1658-1661.Molahosseini A.S., Sorouri S., Zarandi A.A.E. Research Challenges in Next-Generation Residue Number System Architectures // The 7th International Conference on Computer Science & Education (ICCSE 2012.) Melbourne, Australia, July 14-17, 2012, pp. 1658-1661.Patronik P., Berezowski K., Piestrak S.J., Biernat J., Shrivastava A. "Fast and Energy-Efficient Constant-Coefficient FIR Filters Using Residue Number System"// ISLPED'11 Proceedings of the 17th IEEE/ ACM international symposium on Lowpower electronics and design, 2011. Pp. 385-390.Patronik P., Berezowski K., Piestrak S.J., Biernat J., Shrivastava A. "Fast and Energy-Efficient Constant-Coefficient FIR Filters Using Residue Number System"// ISLPED'11 Proceedings of the 17th IEEE/ ACM international symposium on Lowpower electronics and design, 2011. Pp. 385-390.Zivaljevic D., Stamenkovic N., Stojanovic V. "FIR Filter Implementation Based on the RNS with Diminished-1 Encoded Channel" // TSP 35th International Conference on Telecommunications and Signal Processing, 2012, pp. 662-666.Zivaljevic D., Stamenkovic N., Stojanovic V. "FIR Filter Implementation Based on the RNS with Diminished-1 Encoded Channel" // TSP 35th International Conference on Telecommunications and Signal Processing, 2012, pp. 662-666.Червяков Н.И., Ляхов П.А., Шульженко К.С. Проектирование КИХ-фильтров в СОК с использованием MATLAB // Параллельная компьютерная алгебра и ее приложения в новых инфокоммуникационных системах: I-я Международная конференция, сборник научных трудов. Ставрополь: Издательско-информационный центр «Фабула», 2014. С. 161-168.Червяков Н.И., Ляхов П.А., Шульженко К.С. Проектирование КИХ-фильтров в СОК с использованием MATLAB // Параллельная компьютерная алгебра и ее приложения в новых инфокоммуникационных системах: I-я Международная конференция, сборник научных трудов. Ставрополь: Издательско-информационный центр «Фабула», 2014. С. 161-168.Parhami B. Computer Arithmetic: Algorithms and Hardware Designs, 2nd edition. Oxford University Press. New York, 2010. 641 р.Parhami B. Computer Arithmetic: Algorithms and Hardware Designs, 2nd edition. Oxford University Press. New York, 2010. 641 р.Stamenkovic N. Digital FIR Filter Architecture Based on the Residue Number System// Facta Universitatis, Ser.: Elec. Energ, 2009, Vol. 22, no 1, pp. 125-140.Stamenkovic N. Digital FIR Filter Architecture Based on the Residue Number System// Facta Universitatis, Ser.: Elec. Energ, 2009, Vol. 22, no 1, pp. 125-140.Bernocchi G.L., Cardarilli G.C., Del Re A., Nannarelli A., Re M. A Hybrid RNS Adaptive Filter for Channel Equalization, Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, 2006, pp. 1706-1710.Bernocchi G.L., Cardarilli G.C., Del Re A., Nannarelli A., Re M. A Hybrid RNS Adaptive Filter for Channel Equalization, Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, 2006, pp. 1706-1710.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.