Műszaki alkotások nagyon széles körében a körülöttünk lévő fizikai világot valamilyen
érzékelő/mérőrendszerrel figyeljük meg. Ezen információ birtokában hoz akár az ember,
akár egy autonóm számítógépes rendszer döntéseket, és ez alapján avatkozik be a külvilágba
egy beágyazott rendszer (embedded system). A döntés és beavatkozás helyességét,
minőségét alapvetően befolyásolja, hogy az elsődleges információ a fizikai világról
mennyire pontos. Kutatásaim keretében a külvilág megfigyelésére szolgáló eszközök
pontosságának digitális jelfeldolgozással való javításával foglalkoztam.
A téma fontosságát hangsúlyozza, hogy a számítástechnika, szenzortechnika,
mikroelektronika, szoftvertechnológia fejlődésével egyre bonyolultabb autonóm rendszerek
vesznek minket körül, melyek gyakran egymással is intenzív kapcsolatban állnak a gyors
hálózati elérés révén (ad-hoc hálózatok, mobil internet, 5G). Összehangolva oldanak
meg
bonyolult feladatokat, mint például autonóm vezetés, adaptív forgalomirányítás, teherautók
automatikus rajban mozgása vagy közlekedő robotok egy raktártérben, ahol emberek is
tartózkodnak. Az ilyen, fizikai világgal kapcsolatban álló, egymással hálózatba kapcsolt,
bonyolult rendszereket hívjuk kiberfizikai rendszereknek (Cyber-Physical Systems,
CPS).
A fenti alkalmazások mindegyikére jellemző, hogy a világról, a fizikai mennyiségekről
(tárgyak helyzete, mozgása, hőmérséklet, nyomás stb.) pontos információra van
szükségünk. Ezen információk birtokában születik meg a döntés, bonyolult
információfeldolgozási algoritmusok segítségével.
Napjainkban a beágyazott- és a kiberfizikai rendszerek az információt digitálisan
dolgozzák
fel. A megfigyelés során a fizikai mennyiségtől a digitális információig tartó jelutat
azonban
sok torzító és zavaró hatás befolyásolja. Célom ezen hatások digitális jelfeldolgozási
módszerekkel való kompenzálása vagy redukálása.
A fizikai mennyiségről információt hordozó, de torzult és zajos analóg jelet tipikusan
nem
állítjuk helyre, hanem digitális jelfeldolgozással kompenzáljuk az ismert torzulásokat,
és
elnyomjuk a zajként kezelt zavarásokat (jelút-kompenzáció). Tökéletes rekonstrukció
általában nem lehetséges, mert a torzulásokról csak véges pontossággal áll rendelkezésre
információ, maga a jelút-kompenzáció is tartalmaz torzulást (pl. véges számábrázolás),
és a
megfigyelést zaj terheli.
Kutatásaim során a jelút-kompenzáció azon változataival foglalkoztam, amik a technika
vagy tudomány adott pillanatában kihívást jelentettek, nem voltak megoldottnak
tekinthetők. Ezek körében súlyponti részek:
a) a lineárisnak modellezhető rendszerek frekvenciafüggő hibáinak kompenzálása
rosszul kondicionált esetben,
b) a közvetve megfigyelhető rendszerek,
c) a jelmodell-alapú rekonstrukció.
