ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ «ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ И РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ (ГП «ВНИИФТРИ») ГОССТАНДАРТА РОССИИ

РЕКОМЕНДАЦИЯ

Государственная система обеспечения единства измерений

МЕТРОЛОГИЧЕСКАЯ АТТЕСТАЦИЯ АЛГОРИТМОВ И
ПРОГРАММ ГЕНЕРАЦИИ ЦИФРОВЫХ ТЕСТОВЫХ СИГНАЛОВ

МИ 2518-99

Москва
1999

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1 РАЗРАБОТАНА Государственным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений» (ГП «ВНИИФТРИ») Госстандарта России.

2 ИСПОЛНИТЕЛИ: В.М. Бухштабер. д.ф.м.н., (руководитель работы), С.Г. Цыганков, к.т.н., (руководитель работы), Ю.Ф. Верховых, В.О. Сурговито.

3 УТВЕРЖДЕНА ГП ВНИИФТРИ 25 января 1999 г.

4 ЗАРЕГИСТРИРОВАНА ВНИИМС 18 марта 1999 г.

5 ВВОДИТСЯ ВПЕРВЫЕ

6 ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

 

Введена с 18 марта 1999 г.

Настоящая рекомендация распространяется на алгоритмы и программы компьютерной генерации цифровых тестовых сигналов, предназначенных для определения метрологических характеристик систем обработки данных компьютерных средств измерений и их программного обеспечения (ПО) и устанавливает порядок проведения метрологической аттестации, разработки и утверждения программы метрологической аттестации (ПМА) генераторов цифровых тестовых сигналов (ГЦТС).

Термины, применяемые в настоящей Рекомендации, приведены в приложении А.

1 Общие положения

1.1 Основной задачей метрологической аттестации алгоритмов и программ генерации цифровых тестовых сигналов является определение их метрологических характеристик, и выдача документа с указанием результатов аттестации.

1.2 Для компьютерных программ генерации цифровых тестовых сигналов проводится метрологическая аттестация алгоритма и программы, как единого целого. Такая аттестация позволит получить генератор цифрового тестового сигнала, обладающий известными метрологическими характеристиками, и применять его для различных метрологических исследований.

2 Материалы, представляемые на метрологическую аттестацию

2.1 На метрологическую аттестацию представляются следующие материалы:

- Технические требования на проведение метрологической аттестации алгоритмов и программ генерации цифровых тестовых сигналов;

- Компьютерная программа генерации цифровых тестовых сигналов.

- Описание программы генерации тестовых сигналов (ГОСТ 19.402-78),

- Руководство оператора (ГОСТ 19.505-79);

- Проект ПМА алгоритмов и программ генерации цифровых тестовых сигналов.

2.2 Технические требования (ТТ) должны содержать следующие пункты:

- Постановка задачи разработки ЩТС;

- Модель тестового сигнала ГЦТС;

- Перечень определяемых метрологических характеристик ГЦТС.

В постановке задачи разработки ГЦТС приводится описание моделируемой системы, достаточное для понимания процессов генерации и преобразования сигнала, модель которого является основой для постановки задачи разработки ГЦТС. При этом должны быть перечислены составные части системы, моделируемые как единые функциональные блоки.

Пункт ТТ, содержащий описание модели тестового сигнала, включает в себя описание полной математической модели тестового сигнала, а также описания используемых моделей составных частей системы. Модели должны отражать процессы преобразования сигнала в блоках, включая моделирование возникающих искажений (шумов) сигнала.

Для параметров моделируемой системы, параметров моделей (в том числе параметров шумов), указанных в ТТ, приводятся названия, обозначения, определения и сведения для их однозначного толкования. Приводятся также диапазоны значений параметров, соответствующие области применения ГЦТС.

Приводимый в ТТ перечень оцениваемых метрологических характеристик ГЦТС должен содержать сведения, необходимые для их однозначного толкования (определения, формулы и т.д.) ТТ подписываются разработчиками аттестуемых алгоритмов и программ генерации и согласовываются с их метрологической службой.

2.3 Программа ГЦТС представляется на метрологическую аттестацию в виде установленной на ЭВМ рабочей системы, содержащей все необходимые программные компоненты (выполняемые модули и все специальные файлы, обеспечивающие работу ГЦТС), а также дополнительные специальные аппаратные средства, выполняющие определённые вычислительные функции (например, блоки быстрого преобразования Фурье, векторные процессоры и т.д.). Представляемая система должна содержать также программные средства, применяемые в процессе определения метрологических характеристик аттестуемого ГЦТС. Представляется также вариант программы обработки генерируемого цифрового сигнала, позволяющий проверить работоспособность генератора и оценить значения основных параметров сигнала. Если ГЦТС выпускается как самостоятельный программный продукт, то, кроме того, представляется инсталляционная форма программы на стандартном носителе (магнитном, оптическом или др.).

2.4 В «Описании программы» приводится подробное описание алгоритма генерации и его программной реализации «Описание программы» генерации тестовых сигналов и «Руководство оператора» подписываются разработчиками аттестуемой программы генерации тестовых сигналов.

2.5 Проект ПМА подписывается разработчиками ПМА, разработчиками аттестуемых алгоритмов и программ и согласовывается с их метрологической службой. По согласованию с заказчиком (разработчиком алгоритмов и программ) ПМА может быть разработана организацией, проводящей метрологическую аттестацию.

2.6 При составлении документации содержание, объем и наличие разделов документов определяется назначением и спецификой выполнения программы. Например, при развитом пользовательском интерфейсе раздел «Руководство оператора» может содержать только пункт «Запуск программы», а при достаточно развитой системе справок к программе может отсутствовать ряд пунктов в «Описании программы» и т.д. Документация не должна быть перегружена чисто техническими сведениями, не имеющими отношения к аттестации.

3 Требования к содержанию ПМА

3.1 ПМА должна содержать следующие разделы:

- Вводная часть,

- Краткие сведения о работе аттестуемой программы:

- Перечень метрологических характеристик алгоритмов и программ;

- Методика определения метрологических характеристик

- Оформление результатов аттестации

3.2 Раздел «Вводная часть» рекомендуется излагать в следующей формулировке: «Настоящая программа метрологической аттестации распространяется на ... (имя аттестуемой программы) и устанавливает содержание и методику метрологической аттестации». В разделе приводятся сведения о назначении программ, представленных к аттестации, а также об области их применения.

В разделе определяется также порядок внесения изменений и дополнений в ПМА, целесообразность которых выявлена в процессе аттестации. Все изменения оформляются дополнением к ПМА.

Примечание. При аттестации последующих версий программ должны быть приведены отличия от предыдущих версий.

3.3 В разделе «Краткие сведения о работе аттестуемой программы» приводятся описание алгоритма программы, достаточное для понимания ее назначения и принципа работы, включая краткое описание физической системы, модель которой определяет алгоритм работы программы, обозначения и названия параметров модели, однозначно определяющие их смысл, а также краткие описания используемых математических моделей процессов генерации и преобразования физических сигналов в моделируемых функциональных блоках, включая модели возникающих искажений (шумов).

Приводятся также обозначения и названия аргументов (независимых переменных) сигнала, например, время, пространственные координаты и т.д. Если вводятся промежуточные переменные, то для них приводятся обозначения, названия и формулы, связывающие их с другими переменными.

3.4 В разделе «Перечень метрологических характеристик алгоритмов и программ» приводится список метрологических характеристик, указанных в ТТ. Для каждой характеристики устанавливается область значений параметров, для которой проводится метрологическая аттестация. Указанные области значений параметров должны соответствовать областям задаваемых значений параметров и полученным значениям характеристик функциональных блоков моделируемой системы в процессе проводимых исследований и метрологической аттестации отдельных функциональных блоков.

3.5 В разделе «Методика определения метрологических характеристик» приводится описание последовательности действий, выполняемых для определения метрологических характеристик.

3.5.1 Для определения метрологических характеристик могут быть использованы следующие методы:

- вычисления по явным аналитическим выражениям;

- численные расчеты на ЭВМ по формулам;

- непосредственное определение характеристик по одной реализации сигнала;

- статистическое моделирование.

Допускаются и другие способы определения метрологических характеристик.

3.5.2 Аналитический метод применяется в случае, когда существует явная зависимость значений метрологических характеристик от параметров в виде математических выражений, позволяющих проводить количественный и качественный анализ взаимосвязи между значениями характеристик и задаваемыми значениями параметров. Если выражения получаются достаточно сложными и громоздкими, то могут быть использованы приближенные методы, позволяющие упростить выражения и выявить основной ход зависимости.

3.5.3 Численные расчеты на ЭВМ по формулам применяются в тех случаях, когда полученные математические соотношения не дают явной формы зависимости характеристик от параметров (например, имеют вид уравнений, итерационных процедур и т.д.) или непригодны для непосредственного применения (например, содержат интегралы, не выражающиеся в элементарных функциях, суммы рядов и т.д.). Исследуемая зависимость характеристик восстанавливается по вычислениям при различных наборах значений задаваемых параметров.

3.5.4 Непосредственное определение характеристик по одной реализации сигнала применяется в том случае, когда каждое значение характеристики может быть получено непосредственно как значение функции от сгенерированной реализации сигнала при заданных значениях параметров.

Используемые формулы могут содержать статистические оценки параметров по последовательности отсчетов сигнала.

В данном методе при наличии сложных или громоздких формул зависимости характеристик от отсчетов сигнала (например, при использовании численного интегрирования, обработке достаточно больших массивов отсчетов и т.д.) могут быть использованы процедуры ЭВМ, реализованные в виде отдельных программ.

3.5.5 Метод статистического моделирования применяется в случаях, когда для определения оцениваемой характеристики требуется использовать статистические оценки по множеству реализаций генерируемого сигнала. Для осуществления метода необходимо определить внутренний параметр алгоритма, не входящий в список задаваемых параметров и определяющий реализацию сигнала как элемент статистического ансамбля возможных реализаций. В соответствии со свойствами ансамбля выбирается вероятностная модель распределения для данного параметра, как случайной величины. Значение характеристики получается как результат применения соответствующей статистической процедуры к последовательности генерируемых реализаций сигнала, определяемой последовательностью случайных отсчетов выбранного параметра при неизменном наборе значений устанавливаемых параметров.

Число используемых реализаций определяется требуемой точностью вычисления значений характеристик или ограничением времени генерации массива реализаций. Возможно определение числа реализаций в процессе исследования в зависимости от полученного результата к текущему моменту времени (последовательный статистический анализ).

Для генерации последовательности случайных отсчетов параметра и вычислительных процедур обработки могут быть использованы отдельные программы ЭВМ.

3.5.6 При изложении пунктов методики используемые формулы приводятся без выводов с необходимыми пояснениями для их правильного применения. Для вводимых промежуточных переменных приводятся определяющие соотношения. В приложениях к ПМА приводятся выводы формул, выполненные в процессе разработки ПМА, а также ссылки на литературу. Для приближенных формул и формул численных методов приводятся оценки точности (если они не очевидны) и границ применимости (если это необходимо в дальнейших выкладках). В методике приводятся ссылки на соответствующие приложения.

3.5.7 Реализация сложных процессов определения характеристик ГЦТС с применением ЭВМ может быть осуществлена путем создания общей управляющей компьютерной программы, автоматизирующей циклическую последовательность действий, заключающихся в запусках ГЦТС и вызовах необходимых вспомогательных программ обработки реализации сигнала, установки значений параметров и т.д.

Для вспомогательных компьютерных программ следует приводить ссылки на соответствующую документацию (при использовании готовых программных продуктов) или ссылки на приложения к ПМА, где должны быть представлены описания программ, достаточные для контроля их работы (назначение программ, описание используемых алгоритмов, выбор значений параметров, оценка точности и т.д.).

3.6 Оформление результатов аттестации В разделе указываются формы представления полученных результатов по каждой метрологической характеристике. Результаты аналитических исследований приводятся в виде формул, которые могут сопровождаться для наглядного представления таблицами и графиками. Результаты численных исследований представляются в виде таблиц или графиков. В случае необходимости может быть приведена аппроксимация полученной зависимости (например, по методу наименьших квадратов) функцией из подходящего класса с оценкой точности полученной формулы. Формы протокола, фиксирующего полученные результаты, и свидетельства о метрологической аттестации приводятся в приложениях к ПМА.

4 Порядок проведения метрологической аттестации и оформление её результатов

4.1 Организация, в которой проводится метрологическая аттестация, рассматривает представленные материалы на соответствие требованиям данного МИ (разделы 2 и 3).

4.2 По результатам рассмотрения представленных материалов при наличии замечаний материалы возвращаются разработчику для доработки. Замечания отражаются в протоколе, подписанном исполнителем.

4.3 Метрологическую аттестацию алгоритмов и программ генерации цифровых тестовых сигналов проводят по ПМА, утвержденной организацией, проводящей аттестацию.

4.4 На основании анализа полученных в ходе аттестации результатов принимается решение о выдаче свидетельства о метрологической аттестации компьютерной программы генерации цифровых тестовых сигналов. Оформляется протокол, фиксирующий полученные результаты и принятое решение. Форма протокола определяется в ПМА. Рекомендуемая форма протокола приводится в Приложении Б.

4.5 В случае положительного решения о выдаче свидетельства организация, проводившая аттестацию, оформляет Свидетельство о метрологической аттестации (по форме, приведенной в Приложении В), в котором указывается модель (модели) генерируемого сигнала, приводятся полученные значения метрологических характеристик с указанием используемого метода и значений задаваемых параметров.

Свидетельство подписывается руководителем организации, проводившей аттестацию, или уполномоченным на то его заместителем. В случае отрицательного решения вся документация возвращается разработчикам для проведения работ по коррекции методики и соответствующих разделов документации.

Приложение А

Список терминов

Генератор цифровых тестовых сигналов - аттестованная компьютерная программа, предназначенная для формирования последовательностей цифровых отсчётов, соответствующих заданной математической модели сигнала, поступающего на компьютерную систему обработки данных.

Компьютерное средство измерений - средство измерений, позволяющее получить решение измерительной задачи путём обработки измерительных данных с применением проблемно-ориентированного программного обеспечения.

Программное обеспечение компьютерного средства измерений - компьютерная программа или система программ, входящая в состав КСИ, реализующая определённый алгоритм определения измеряемых величин путём обработки реализаций цифрового сигнала, поступающего с аналого-цифрового преобразователя (АЦП) КСИ.

Приложение Б

Приложение В

СОДЕРЖАНИЕ